Pentru rezervoarele cromate care funcționează la 60 de grade cu densitate mare de curent, care finisaj de suprafață din titan (murat, lustruit sau sablat) rezistă cel mai bine la atacul galvanic?

Rezervorul de cromat oferă un mediu electrochimic foarte agresiv pentru echipamentele de încălzire imersată. Baia cuprinde în mod normal 250-400 g/L acid cromic (CrO₃) cu un raport de catalizator sulfat de 100:1, rulează la 55-65 grade și este supusă la densități mari de curent (20-60 A/dm²) în timpul proceselor de placare. Tuburile de încălzire din titan sunt adesea folosite în acest serviciu datorită rezistenței lor la acidul cromic oxidant. Cu toate acestea, un anumit mod de defecțiune, atacul galvanic, poate apărea atunci când suprafața de titan este expusă la curenți paraziți de la redresorul de placare sau când formează celule electrochimice locale cu alte componente metalice. Atacul galvanic asupra încălzitoarelor cu titan este deosebit de sensibil la finisarea suprafeței utilizată în timpul producției, spre deosebire de coroziunea omogenă sau pitting. Finisajele murate, lustruite și sablate oferă proprietăți de oxid de suprafață destul de diverse, stabilitate pasivă a filmului și activitate electrochimică în soluțiile de acid cromic. Acest articol analizează rezistența la coroziune galvanică a fiecărui tratament de suprafață cu titan în condiții de cromare și determină care finisaj oferă cea mai lungă durată de viață atunci când încălzitoarele trebuie să funcționeze cu curenți de placare de înaltă densitate.

Mecanismul galvanic în mediile de acid cromic
Sunt descrise două mecanisme de atac galvanic al tuburilor de încălzire din titan din rezervoarele de cromat. Primul constă dintr-un contact electric direct între titan și un metal mai catodic, de obicei anozii de plumb sau aliaj de plumb-utilizați la cromarea sau peretele rezervorului din oțel inoxidabil. Când aceste metale diferite sunt cuplate electric de electrolitul de baie, titanul devine anod și se dizolvă cu o viteză accelerată. Al doilea mecanism este cauzat de curenții paraziți ai redresorului de placare. Cromarea folosește catozi pentru piesa de prelucrat și anozi de plumb. Orice suprafata conductoare neizolata din rezervor poate capta curent parazit, rezultand fie dizolvarea anodica (daca serveste ca anod), fie degajare de hidrogen si posibila fragilizare (daca actioneaza ca un catod). la acidul cromic, titanul nu se află în aceeași poziție a seriei galvanice ca în mediile neutre sau reducătoare. Titanul are o peliculă pasivă foarte stabilă și se comportă ca un metal nobil (ca platina în unele măsurători electrochimice) în acidul cromic oxidant (concentrație de Cr6+ peste 200 g/L, potențial redox peste +1.2 V față de SHE). Cu toate acestea, aceasta este o caracteristică nobilă care redă titanul catodic pentru majoritatea celorlalte materiale, inclusiv plumb, oțel inoxidabil și oțel carbon. Când intră în contact cu aceste metale, titanul este protejat, iar metalul în contact suferă coroziune - opusul apei sărate.

Problema apare pentru încălzitoarele de titan atunci când variația locală a grosimii sau compoziției oxidului de suprafață creează celule galvanice între diferite zone ale aceluiași tub de titan. De exemplu, suprafața sablata are un strat de oxid ne-uniform deteriorat mecanic, cu zone de metal tensionat și particule abrazive încorporate. În schimb, o foaie de TiO2 netedă, uniformă din punct de vedere chimic reprezintă o suprafață lustruită. În prezența curenților vagabonzi sau a gradienților de potențial localizați, regiunile mai puțin protejate ale unei suprafețe neomogene se pot coroda de preferință. Titanul în vrac este perfect pasiv, dar această coroziune galvanică auto-poate perfora un perete de încălzire în timpul serviciului de cromare în câteva luni.

Stabilitatea oxidului și caracteristicile finisajului suprafeței
Suprafețele de titan murat sunt obținute prin scufundarea într-o soluție acidă mixtă, de obicei 10-20% HNO{sub 3}+1-3% HF la 30-50 de grade timp de 2-10 min. Decaparea îndepărtează stratul alfa-caz (stratul de suprafață contaminat cu oxigen format în timpul prelucrării la cald sau recoacerii) și are ca rezultat o suprafață cenușie mată gravată uniform, cu rugozitate controlată (Ra 0,8-1,6 µm). O suprafață de titan murată corespunzător are o acoperire subțire de oxid (5-10 nm) care este TiO2 stoichiometrică și lipsită de impurități încorporate. Suprafețele decapate au un potențial de circuit deschis constant de +0.8 la +1.1 V față de SCE și o densitate pasivă de curent de<0.01 mA/cm2 for chrome plating service.

Suprafețele din titan lustruit sunt abrazive mecanic cu abrazive din ce în ce mai fine până la un finisaj în oglindă (Ra 0,1–0,4 µm). Lustruirea produce o suprafață foarte netedă, cu un strat de oxid dens și fără defecte. Cu toate acestea, lustruirea mecanică poate induce tensiuni de compresiune reziduale și poate îngloba particule abrazive sub-micronice (alumină sau carbură de siliciu) în suprafață. Titanul lustruit în acid cromic prezintă cele mai nobile potențiale de circuit deschis-(+1.0 până la +1.2 V față de SCE) și cele mai scăzute densități de curent pasiv (sub 0,005 mA/cm²). Titanul lustruit este foarte nobil, prin urmare, face un catod excelent atunci când este cuplat cu alte metale. Cu toate acestea, omogenitatea suprafeței tubului lustruit înseamnă că auto{13}}coroziunea galvanică între diferite părți ale tubului este scăzută.

Suprafețele de titan sablate sunt formate prin lovirea unui mediu abraziv (oxid de aluminiu, carbură de siliciu sau sticlă) la viteză mare. Sablarea are ca rezultat o suprafață rugoasă și-întărită (Ra 2,0-5,0 µm) cu fragmente abrazive încorporate, suprafețe metalice rupte și un strat de oxid foarte deformat. Oxidul de pe titanul sablat nu este o peliculă pasivă continuă, ci un amestec de TiO_2, sub-oxizi (TiO, Ti_2O_3) și titan gol pe fundul craterelor de impact. Potențialele de circuit deschis ale suprafețelor sablate în acid cromic variază foarte mult (-0,2 până la +0.6 V față de SCE) în funcție de gradul de deformare și de mediul prins în suprafață. Densitatea de curent pasiv este adesea de 10 până la 100 de ori mai mare decât cea de pe suprafețele decapate sau lustruite, ceea ce indică faptul că dizolvarea activă are loc în locurile în care filmul de oxid nu este complet.

Măsurători ale densității curentului galvanic
Testarea electrochimică controlată cu zero-ampermetru de rezistență (ZRA) permite compararea cantitativă a tendințelor galvanice între diferite finisaje ale suprafeței și față de alte metale. Curenții galvanici au fost măsurați între specimenele de titan (suprafață de 10 cm²) și alte materiale comune ale rezervorului în condițiile băii de cromare (250 g/L CrO₃, 2,5 g/L H₂SO₄, 60 grade):

Titanul decapat cuplat la anozii de plumb (cel mai comun contact diferit de metal în rezervoarele cromate) prezintă o densitate de curent galvanic de 0,02 mA/cm² pe suprafața titanului - nesemnificativă și puțin probabil să inducă pierderi vizibile de titan pe o perioadă de cinci ani. Titanul lustruit condus la plumb oferă 0,01 mA/cm2, de asemenea puțin. Titanul sablat legat de plumb, titanul fiind anodul, este de 0,25 mA/cm2. Densitatea de curent se traduce printr-o rată de dizolvare a titanului de aproximativ 0,15 mm pe an, care este suficientă pentru a subțire un perete de tub de 1,65 mm până la perforare în 5-7 ani.

Curentul galvanic de 0,03 mA/cm2 este măsurat atunci când titanul decapat este conectat la pereții rezervorului din oțel inoxidabil (tip 316L). Titanul este usor catodic (protejat) si otelul inoxidabil anodic. Titanul lustruit a dat 0,02 mA/cm2. Un titan sablat dă 0,08 mA/cm2, titanul fiind un anod la punctele active locale și are loc un atac de tip pitting-.

Cea mai gravă stare galvanică pentru încălzitoarele cu titan este cauzată de curenții de redresor paraziți. Atunci când este conectat accidental, un catod auxiliar al încălzitorului (de exemplu, o cale de masă care completează un circuit la terminalul negativ al redresorului) determină degajarea hidrogenului pe suprafața de titan. Degajarea de hidrogen pe titanul decapat începe la aproximativ -0,6 V față de SCE și este puternică la potențiale sub -0,8 V. Hidrogenul absorbit provoacă fragilizare, dar nu penetrarea imediată a peretelui. Evoluția hidrogenului începe la potențiale negative mai puține (−0,4 V față de SCE) pentru titanul sablat și este însoțită de descuamarea stratului de suprafață deformat, expunând titanul proaspăt care absoarbe rapid hidrogenul. Pentru catodul-polarizat, straturile de hidrură se formează în 100 de ore pe suprafețe sablate, apoi se fisurează și se rup.

Matrice de selecție a finisajului de suprafață a încălzitoarelor cu placare cromată
Următorul tabel este un ghid complet de selecție bazat pe configurația rezervorului, metoda de împământare a redresorului și durata de viață proiectată a încălzitorului.

Configurația rezervorului și starea de funcționare Finisaj recomandat de suprafață din titan Grosimea peretelui (mm) Justificare și durata de viață estimată
Instalare izolată de încălzire Masă separată pentru redresor Fără conexiune electrică directă la anozi/catozi Decapat (normal) 1,2-1,65 mm Suprafața decapată oferă o peliculă pasivă stabilă, cu activitate galvanică redusă. Durata de viață este de obicei de 5-8 ani.
Încălzitor cu flanșă la rezervorul din oțel inoxidabil, comun cu redresorul de placare.1,5-1,65 mm lustruit Suprafața netedă reduce cuplarea galvanică la oțel inoxidabil; Noblețea mai mare reduce durata de viață a curentului parazit. 6-10 ani.
Încălzitor pe aceeași bară ca și anozii de plumb (conectați electric) Lustruit 1,65-2,0 mm Suprafața lustruită este un catod nobil, protejând încălzitorul în detrimentul duratei de viață a anodului; potrivit dacă se prevede consumul de anod.
Rezervor slab de control al curentului parazit Contact frecvent între încălzitor și piesele de prelucrat Decapat + izolare electrică (bucșe PTFE) 1,65 mm Finisarea suprafeței este mai puțin necesară cu o izolare adecvată; murat este economic; înlocuiți dacă zgârieturile dezvăluie metalul gol.
Rezervor cu agitare mare cu ceață abrazivă de acid cromic (potențial de eroziune a particulelor) Sablat (intenționat) 2,0 mm sau mai mult. Acceptați o durată galvanică redusă (3-5 ani) pentru aderența stratului de acoperire. Sablarea este justificată numai pentru prindere mecanică pe acoperiri.
Renovarea rezervorului cu condiții necunoscute de împământare Lustruit 1,65 mm Suprafața lustruită oferă cea mai mare marjă împotriva atacului galvanic de la curenți vagabonzi necunoscuți. Verificați după șase luni.
Implicații practice pentru specificațiile încălzitorului
Calitatea suprafeței unui încălzitor cu imersiune cu titan nu este doar o considerație estetică, ci un factor de compatibilitate galvanică cu mediul rezervorului de cromat. Finisajele decapate, comune în industrie pentru majoritatea componentelor din titan, sunt adecvate pentru instalațiile de încălzire care sunt împământate corespunzător și separate electric și în care singura conexiune galvanică este prin contactul pasiv cu baia. Cu toate acestea, pentru încălzitoarele împământate cu redresoare placate, pentru montarea flanșelor în contact cu pereții rezervorului din oțel inoxidabil sau atunci când se tem curenții paraziți, un finisaj lustruit oferă o îmbunătățire măsurabilă a rezistenței galvanice. Noblețea superioară și uniformitatea aparentă a titanului lustruit reduc forța motrice pentru cuplarea galvanică și numărul de locuri active pentru atacul localizat.

Evitați finisajele sablate pentru serviciul de cromare, cu excepția cazului în care este necesar în mod specific pentru aderența acoperirii (de exemplu, acoperiri cu PTFE pentru a reduce tragerea-de acid cromic). Deteriorările mecanice și materialele abrazive prinse au ca rezultat o suprafață ne-uniformă, activă electrochimic, care suportă curenți galvanici de 5-20 de ori mai mari decât suprafețele decapate sau lustruite. Încălzitoarele din titan sablat în băi de crom au eșuat prin perforare galvanică în doar 18 luni, comparativ cu 7-10 ani pentru încălzitoarele lustruite în același serviciu.

Concluzie pentru inginerii de cromare
În cazul comenzii tuburilor de încălzire din titan pentru rezervoare de cromat care funcționează la 60 de grade și densități mari de curent, atunci când izolarea electrică a circuitului de placare nu poate fi asigurată, cea mai bună calitate a suprafeței de specificat este lustruită (finisare în oglindă, Ra Mai mică sau egală cu 0,4 µm). Se găsesc cele mai nobile potențiale de circuit deschis ale suprafețelor lustruite, cei mai mici curenți pasivi și cea mai bună rezistență la dezintegrare cauzată de curenții paraziți. Finisajul murat (Ra 0,8-1,6 µm) oferă o durată de viață egală la costuri reduse pentru sistemele de încălzire complet izolate, cu rute de pământ dedicate și fără contact cu anozii sau pereții rezervorului. Finisajele sablate nu sunt recomandate pentru nicio aplicație de cromare din cauza activității galvanice ridicate și ratelor rapide de eșec. Încălzitoarele comerciale standard din titan sunt furnizate în mod obișnuit cu un finisaj variabil (recoace la frecare sau trefilat) care poate să nu fie adecvat pentru serviciul de cromare. Inginerii ar trebui să menționeze finisarea suprafeței în mod specific în documentele de achiziție. O specificație de suprafață lustruită adaugă 10-15% la costul încălzitorului, dar oferă o prelungire cu 50-100% a duratei de viață. Acesta este unul dintre cele mai favorabile randamente ale investiției posibile în selecția echipamentelor de baie cromate.