Pentru băile de zincare acidă (pH 3,5) la 55 de grade, cum necesită prezența ionilor de fluorură peste 50 ppm o schimbare de la titan la Hastelloy?

Titanul de gradul 2, în majoritatea cazurilor, gestionează o soluție acidă de zincare -, în general, formulări pe bază de clorură sau sulfat de clorură care funcționează la pH 3,5 și 55 de grade -, ceea ce este un mediu oarecum dur. Cu toate acestea, multe operațiuni moderne de placare cu zinc de mare viteză adaugă ioni de fluor sau fluoroborat pentru a îmbunătăți conductivitatea, a crește puterea de aruncare sau a activa substraturi dificil de placat. La concentrații de ioni de fluorură de peste 50 ppm, comportamentul la coroziune al titanului este schimbat fundamental, ceea ce duce la dezintegrarea rapidă a stratului pasiv și la un atac uniform care poate perfora un tub de încălzire cu ecartament standard în câteva săptămâni. Acest articol oferă o cuantificare a concentrației prag de fluorură la care titanul nu este utilizabil și definește parametrii sub care Hastelloy C-276 sau C-22 este materialul necesar pentru învelișul încălzitorului.

Mecanismul de atac al titanului de către fluor
Titanul are o rezistență excelentă la coroziune datorită peliculei sale pasive stabile și aderente de TiO 2. Această peliculă este atacată de ionii de fluor într-o reacție chimică de dizolvare. TiO 2 + 6F − + 4H + → TiF 6 2 − + 2H 2 O Compusul hexafluorotitanat este solubil și astfel stratul pasiv este eliminat chimic și nu doar pătruns. Pe măsură ce stratul se dizolvă, metalul de titan subiacent este expus băii de acid și se corodează ușor. Atacul cu fluor este larg răspândit și omogen, spre deosebire de pitting localizat de cloruri, unde stratul pasiv dintre gropi rămâne intact.

Viteza de dizolvare a filmului pasiv este controlată de trei factori: concentrația de fluor, pH-ul și temperatura. Concentrația critică de fluor pentru titanul de gradul 2 este de aproximativ 30 ppm la pH 3,5 și 55 de grade. Când potențialul este sub 30 ppm, filmul pasiv se dizolvă lent și se menține o grosime-în stare de echilibru prin repasivare. În intervalul de 30-50 ppm, dizolvarea peliculei depășește repasivarea și viteza de coroziune crește la 0,1-0,3 mm pe an. Peste 50 ppm, pelicula nu se poate reînnoi, iar titanul se corodează activ la viteze de 1-5 mm pe an, în funcție de condițiile exacte. Titanul de gradul 2 se va coroda la aproximativ 3 mm pe an în 100 ppm de fluor - suficient pentru a face o gaură într-un tub de perete de 1,65 mm în șase până la opt luni.

Sinergia temperaturii și pH-ului
Temperatura ridicată accelerează exponențial atacul fluorului. La 55 de grade și 50 ppm de fluor, gradul 2 are o rată de coroziune de aproximativ 0,4 mm pe an. La 65 de grade, rata crește la 1,2 mm pe an la același conținut de fluor. Băile de zincare care rulează la 55 de grade sunt deja aproape de limita în ceea ce privește sensibilitatea la temperatură, iar orice excursie la 60-65 de grade poate crește rapid rata de atac.

Deoarece ionii de hidrogen sunt consumați în evenimentul de dizolvare, atacul de fluor este mai rău la pH scăzut. Reacția este moderată la pH 3,5. pentru pH 2,5 rata este aproximativ dublată pentru aceeași concentrație de fluor. Băile de zincare funcționează în mod normal la pH 3,5-4,0, dar scăderi localizate ale pH-ului pot fi observate în apropierea anodului sau în zonele stagnante.

Și altele, gradul 7, aliaje de titan
Titanul de gradul 7 (Ti-0,15Pd) are o rezistență mai bună la acizii reducători, dar nu este rezistent la atacul de fluor. Prezența paladiului crește cinetica reacției catodice și favorizează pasivarea în acizi în care filmul pasiv este păstrat, dar nu poate împiedica dizolvarea chimică a TiO2 de către ionii de fluor. Testele indică faptul că gradul 7 se va coroda cu aproximativ 70% din rata gradului 2 în soluțiile care conțin fluor--o îmbunătățire, dar nu suficientă pentru a oferi o durată de viață acceptabilă peste 50 ppm de fluor. De exemplu, gradul 2 se va coroda la 0,8 mm pe an la 55 de grade și 75 ppm fluor și gradul 7 se va coroda la 0,5-0,6 mm pe an. Ambele sunt prea înalte pentru un tub de perete de 1,65 mm.

Hastelloy ca alternativă
Aliajele Hastelloy pe bază de nichel (C-276 și C-22) rezistă atacului fluorului printr-un mecanism diferit. Filmul pasiv de pe Hastelloy C-276 conține mai puțini oxizi de nichel și crom solubili în acid decât TiO2. Rate de coroziune mai mici de 0,05 mm pe an au fost observate pentru Hastelloy C-276 în 50-200 ppm fluor la pH 3,5 și 55 de grade. Pentru fluor la 100 ppm rata este mai mică de 0,10 mm/an. Aliajul prezintă, de asemenea, rezistență la picking de către cloruri în băile de zincare.

Matricea de aplicare a zincării încălzitorului
Starea băii Concentrația de fluor (ppm) Material recomandat pentru învelișul încălzitorului Rata de coroziune estimată Durată de viață estimată (perete de 1,65 mm)
Standard clorură de zinc (fără fluor)<10 ppmGrade 2 titanium < 0.02 mm/year > 10 years
Pachet cu aditivi cu fluorură scăzută 10-30 ppm titan de gradul 2, monitor săptămânal 0,03-0,08 mm/an 5-10 ani
Fluorură moderată (fluoroborat standard) 30-50 ppm titan de gradul 7 sau Hastelloy 0,10-0,25 mm/an 3-6 ani
Fluor-înalt (baie de mare viteză) 50-100 ppm Hastelloy C-276 0.05-0.10 8-12 ani mm/an
Very high fluoride (>100 ppm) 100 până la 500 ppmHastelloy c-22 sau tantal 0,10-0,20 mm/an 5-8 ani
Concluzia specificațiilor încălzitorului de placare cu zinc
Înlocuirea materialului învelișului încălzitorului de imersie din titan cu Hastelloy este necesară pentru ionii de fluorură care depășesc 50 ppm în băile de zincare acidă la pH 3,5 și 55 de grade. Titanul de gradul 2 este cel mai rentabil peste 30 ppm de fluor. Titanul de gradul 7 ar putea oferi o durată de viață suficientă în intervalul 30 până la 50 ppm dacă este monitorizat cu atenție, dar mulți ingineri preferă Hastelloy pentru fiabilitate. Titanul, în toate gradele, va eșua de la luni la 2 ani dacă conținutul de clorură depășește 50 ppm. Utilizați Hastelloy C-276 sau C-22. Când comandați încălzitoare pentru liniile de zincare, solicitați o analiză chimică aprofundată a băii, inclusiv concentrația de fluor și selectați materialul învelișului în funcție de cel mai mare nivel așteptat de fluor, nu de cifra nominală. Această tehnică proactivă evită defecțiunile bruște de încălzire care opresc producția și poluează băile de placare.