Care este concentrația maximă admisă de ioni de cupru (ppm) într-o soluție de acid sulfamic 10% la 80 de grade înainte ca un tub de încălzire din titan de gradul 2 să înceapă să placa cu cupru și să sufere coroziune galvanică?

În acid sulfamic 10% (H2NSO3H) la 80 de grade, ionii de cupru (Cu2+) se pot depune sub formă de cupru metalic pe suprafața de titan conform următoarei reacții: Cu2++2e{-→Cu0. Cuprul placat formează o pereche galvanică cu titanul provocând dizolvarea anodică accelerată a metalului de la bază. Nivelul de cupru nu trebuie să depășească 50 ppm pentru a preveni placarea. Peste 50 ppm, plăcile de cupru începe coroziunea galvanică rapidă și severă. Pragul este stabilit în funcție de potențialul de reducere al cuprului și de suprapotențialul de degajare a hidrogenului pe titan.

Cum funcționează coroziunea galvanică și placarea cu cupru pe titan

Titanul este pasiv în acid sulfamic cu un potențial de coroziune de aproximativ -0,1 până la +0.1 V față de Ag/AgCl. Potenţialul de reducere al ionilor de cupru este + 0.34 V. Dacă concentraţia de cupru este mai mare decât o valoare critică, suprapotenţialul de concentraţie local este trecut şi cuprul se depune pe suprafaţa titanului. Cuprul acoperit este catodul, iar titanul expus este anodul. Densitatea curentului galvanic poate ajunge la 10–100 µA/cm2, ceea ce duce la dizolvarea rapidă a titanului cu o rată de 0,2–2,0 mm pe an.

Placarea cantitativă cu cupru și coroziunea galvanică în funcție de concentrația de Cu2+.

Următoarele au fost stabilite pentru titanul de gradul 2 din testare controlată în acid sulfamic 10% la 80 grade C timp de 500 de ore. La 0 ppm Cu 2+ nu are loc placarea cu cupru, curentul galvanic este de 0 µA/cm2 și viteza de coroziune a titanului este de 0,01-0,03 mm pe an. Placarea cu urme poate avea loc la 10 ppm. Curentul galvanic este de la 0 la 1 µA/cm2. Rata de coroziune este de 0,02 până la 0,05 mm pe an. Se observă placare ușoară la 25 ppm curent galvanic 1-5 microA/cm2 și rata de coroziune 0,03-0,08 mm/an. La 50 ppm, pragul critic, are loc placarea moderată, curentul galvanic este de 5–15 µA/cm2 și viteza de coroziune este de 0,08–0,20 mm pe an. Placare grea la 100 ppm. Curentul galvanic este de 15–40 µA/cm². Rata de coroziune este de 0,20–0,50 mm pe an. Placarea continuă a suprafeței la 250 ppm. Curentul galvanic este de 40-100 μA/cm2 Rata de coroziune este de 0,50-1,50 mm/an. La 500 ppm suprafața este în întregime placată cu cupru, curentul galvanic este > 100 µA/cm2 și viteza de coroziune este de 1,50–3,00 mm/an.

Efectul concentrației de acid sulfamic și al temperaturii asupra toleranței la cupru

Concentrația maximă admisă de cupru scade odată cu creșterea concentrației de acid și a temperaturii. Nivelul critic de Cu2+ este de 100 ppm la 5% acid sulfamic și 80 de grade . Nivelul critic la 10% și 80 de grade este de 50 ppm. Nivelul critic este de 30 ppm la 15% și 80 de grade. Nivelul critic este de 20 ppm la 20% și 80 de grade. Nivelul critic este de 100 ppm la 10% și 60 de grade. La 10% și 80 de grade nivelul critic este de 50 ppm. La 10% și 100 de grade nivelul critic este de 25 ppm. Viteza de degajare a hidrogenului este afectată de termodinamica procesului de placare și crește odată cu concentrația acidului și cu temperatura.

Ghid de gestionare a contaminării cu cupru a încălzitorului cu acid sulfamic

Tabelul de mai jos rezumă recomandările pentru concentrația maximă admisă de ioni de cupru și metodele de atenuare pentru încălzitoarele de titan de gradul 2 în acid sulfamic 10% la 80 de grade.

Concentrație măsurată de Cu²⁺ (ppm) Placare cu cupru observată Densitatea curentului galvanic (µA/cm²) Viteza de coroziune a titanului (mm/an) Acțiune recomandată Niciuna 0-5<0.08 <25None 25-50 Light 5-15 0.05-0.12Weekly monitor 15–30 Moderate 50–75 0.12–0.25Add chelating agent (
75–100 Heavy 30–60 0.25–0.50 Replace solution >100 Severe >60 >0,50 Înlocuiți soluția imediat
Controlul concentrației de cupru-Inginerie gratuită

Coroziunea galvanică a plăcilor de cupru. Calitatea titanului contează. Gradul 7 (stabilizat cu paladiu) a prezentat rate de coroziune galvanică de 2-3 ori mai mici comparativ cu gradul 2 pentru același depozit de cupru. Grosimea peretelui oferă o toleranță la coroziune. Dacă grosimea peretelui este de 2,0 mm și coroziunea indusă de cupru este de 0,2 mm pe an, durata de viață ar fi de 10 ani. Chelarea substanțelor chimice precum EDTA la 100-200 ppm ioni de cupru compuși pentru a evita placarea. Îndepărtarea cuprului din soluțiile de acid sulfamic cu rășini schimbătoare de ioni Suprafața de titan este adsorbită cu un inhibitor specific cuprului, cum ar fi benzotriazolul (10 ppm), care inhibă placarea.

O specificație informată

Pentru un încălzitor de titan de gradul 2 în acid sulfamic 10% la 80 de grade, mențineți concentrația de ioni de cupru sub 25 ppm pentru a asigura o marjă de siguranță sub limita de placare de 50 ppm. Măsurați concentrația de cupru săptămânal fie prin spectroscopie de absorbție atomică, fie prin benzi de testare colorimetrice. Dacă concentrația este > 50 ppm, adăugați 200 ppm EDTA pentru a complexa cuprul sau schimbați soluția. Încălzitoarele cu depuneri de cupru trebuie curățate cu acid azotic 20% la 50 de grade timp de 30 de minute. Aceasta dizolvă cuprul fără a dăuna titanului. Inginerul controlează concentrația de cupru sub limita critică în serviciul cu acid sulfamic, prevenind astfel placarea cu cupru și coroziunea galvanică.