For elektrofrie nikkelbelægningsbade ved 90 grader (pH 4,5), hvilket maksimalt fosforindhold i badet kan Titanium Grade 2 modstå uden brintskørhed?

Elektroløse nikkel (EN) pletteringsbade køres ved 85-95 grader, pH 4,0-5,5 og indeholder nikkelsulfat eller nikkelhypophosphit som metalkilde, natriumhypophosphit som reduktionsmiddel og en række kompleksdannende midler (citrater, acetater eller glycolater). Badkemien er let sur og består af både oxiderende og reducerende stoffer. Titanium Grade 2 bruges ofte til el-varmelegemer i EN-bade på grund af dets brede korrosionsbestandighed. Der er dog en fejltilstand, brintskørhed, hvor det hypophosphitreduktionsmiddel nedbrydes til fosfor og brint. Fosfor aflejres sammen med nikkel på titaniumoverfladen, og det brint, der produceres under den strømløse proces, kan absorberes i titaniumgitteret. Ved højere badtemperaturer resulterer interaktionen af ​​absorberet brint med fosforoverfladelag i hydridproduktion og revnedannelse. Artiklen definerer den maksimalt tilladte koncentration af fosfor, frigivet ved nedbrydning af hypophosphit, som grad 2 titanium kan bære uden forekomst af brintskørhed i EN-bade ved 90 grader og pH 4,5.

Hydrogenudvikling i strømløse nikkelbade
Den strømløse nikkelbelægningsreaktion er autokatalytisk: Ni2+ + 2H2PO2- + 2H2O → Ni0 + 2H2PO3- + H2 + 2H+. For hvert mol nikkelpletteret genereres et mol hydrogengas ved reaktionen. Noget af dette brint er atomært brint (H.) på skabelsestidspunktet, og noget af dette atomære brint kan absorberes i enhver metaloverflade nedsænket i badet-inklusive titaniumvarmehylstre. Absorptionshastigheden afhænger af titaniums overfladetilstand, tilstedeværelsen af ​​katalytiske metaller (inklusive selve nikkel) og af temperaturen.

Når absorberet atomært hydrogen diffunderer i titanium gitteret. Når den lokale koncentration af brint når opløselighedsgrænsen (ca. 150 ppm ved 90 grader), udfældes skørt titaniumhydrid (TiH2). Hydridproduktion forårsager volumenudvidelse (15%) og indre spændinger, der kan føre til revner, især på steder med resterende trækspænding, såsom svejsede samlinger eller rørbøjninger.

Fosfors rolle i hydrogenoptagelsen
Nedbrydning af hypophosphit spiller en kompleks rolle i fosfor. På aktive metaloverflader reduceres hypophosphit til elementært phosphor: 2H₂PO₂⁻ + 2H⁺ → 2P + 4H₂O. Dette fosfor aflejres i en tynd film på titaniumoverfladen, især på områder, hvor den passive film er tynd eller beskadiget. Dette phosphorlag katalyserer yderligere nedbrydning af hypophosphit og hydrogenudvikling, hvilket fører til en stigning i den lokale brintflux ind i titanium.

Endnu vigtigere er det, at phosphorbelægningen forhindrer rekombinationen af ​​atomært hydrogen til molekylært hydrogen (2H· → H2). På fosforoverflader er rekombinationsreaktionen langsom, så en større del af den producerede brint forbliver i atomform og er tilgængelig for absorption i titanium. For EN-bade uden væsentlig fosforaflejring er absorptionen af ​​produceret brint ca. 1-5 %. Absorptionsfraktionen kan være 15-30% med en fosforoverfladebelægning.

Maksimalt fosforindhold for klasse II
Fosforindholdet i EN-badet (fra nedbrydning af hypophosphit og nedbrydning af hypophosphit-ionen) er almindeligvis rapporteret som orthophosphit-koncentrationen (H 2 PO 3 - ) eller som elementært fosfor-ækvivalenter. I et typisk EN-bad, der arbejder ved 90 grader og pH 4,5, går orthophosphitniveauet fra 0 g/L ved badefabrikation-op til 100-200 g/L i løbet af badets levetid, når badet tømmes.

Den kontrollerede brintgennemtrængningstest af grad 2 titaniummembraner udsat for EN-bade med kontrollerede orthophosphitniveauer producerer følgende brintabsorptionsfluxer (målt elektrokemisk):

Med orthophosphitkoncentrationer under 20 g/L (ca. 5 g/L elementært fosfor i reduceret tilstand) er hydrogenabsorptionen 0,02 til 0,05 ppm pr. time - ubetydelig for en 10 års levetid for varmeapparatet.

Optagelsen øges til 0,10-0,30 ppm/time med orthophosphit ved 20-50 g/L (5-12 g/LP-ækvivalenter). Ved denne hastighed nås grænseværdien for brintkoncentration på 150 ppm på 500-1500 timer (3-9 ugers kontinuerlig drift). Varmerne i dette badkemikalie svigter normalt gennem revner efter 3-6 måneder.

For orthophosphite, absorption is more than 0.5 ppm/hr at concentrations above 50 g/L (>12 g/LP-ækvivalenter), hvor kritisk koncentration opnås på mindre end 300 timer. Inden for 1-2 måneder skørhed og revner.

Den maksimale sikre koncentration af orthophosphit for grad 2 titanium i EN-bade ved 90 grader og pH 4,5 er 15 g/L. Over dette niveau overstiger risikoen for brintskørhed over en 6-måneders driftsperiode acceptable niveauer.

Strategier til afbødning
Adskillige operationelle teknikker kan forlænge levetiden af ​​Grade 2 titanium i EN-bade:

Badomsætning: Udskift eller forny EN-badet, når orthophosphitkoncentrationen ligger mellem 15-20 g/L. Dette svarer normalt til 6-10 metaldrejninger.

Titaniumoverfladebehandling: Elektropolerede eller anodiserede titaniumoverflader har færre katalytiske steder for fosforaflejring og har 30-50 % lavere brintabsorptionshastigheder end bejdsede eller som-trukne overflader.

Periodisk syrerensning: Nedsænkning i 20% salpetersyre ved 50 grader i 30 minutter hver 1-2 uge eliminerer fosforaflejringer, genopbygger den passive titaniumfilm og fjerner katalytiske fosforlag.

Katodisk beskyttelse: Ved at forbinde titaniumvarmeren til et mere ædelt metal (f.eks. platin eller guld), forskydes overfladepotentialet, og hypofosfitnedbrydningen sænkes. Dette er næppe praktisk i EN-bade.

Titanium Heater Application Matrix for EN bade
DA Badeforhold Titanium Grade Anbefalede handlinger Orthophosphite KoncentrationVarmelevetid forventet (1,65 mm væg)
Nyt bad, let læsning<10 g/LGrade 2 Normal operation >5 år
Mid-bad, moderat belastning 10-15 g/L Grade 2 Ugentlig syrerensning anbefales 2-4 år
Ældret bad, høj belastning 15-25 g/L Grade 2 Udskift badekar eller brug Grade 7 6-12 måneder
Ældret bad, høj belastning 15-25 g/L Grade 7 Acceptabel, Grade 7 er overlegen til at modstå skørhed 2-3 år
Bath stressed >25 g/L Enhver titanium Beyond life Skift bad omgående < 3 måneder
High phosporus bath (deposit contains 10 to 12 % P)Variable, normally >20 g/LHastelloy C-276 Titanium anbefales ikke Brug Hastelloy
Alternativ klasse 7
EN bade. Grad 7 titanium (Ti-0.15Pd) absorberer brint med ca. 1/3 af hastigheden af ​​grad 2. Tilstedeværelsen af ​​palladium øger rekombinationen af ​​brint på overfladen, og sænker derfor fluxen af ​​atomart brint ind i metallet. Grad 7 i bade indeholdende orthophosphit ved 15-25 g/L absorberes med hastigheder på 0,05-0,10 ppm/time. Det betyder, at der kræves 1.500-3.000 timer (3-6 måneder) for at opnå den kritiske koncentration. Grad 7 vil holde 2-3 år i bade, der ville ødelægge grad 2 om 6 måneder, hvis de rengøres ugentligt med syre for at fjerne fosforaflejringer.

Ved 90 grader og pH 4,5 kan titanium Grade 2 tolerere orthophosphitkoncentrationer på op til 15 g/L i strømløse nikkelbelægningsbade uden uacceptabel brintskørhed. Hvis skørheden vil stige meget hurtigt over 15 g/L, vil varmeapparaterne svigte i løbet af få måneder. Ingeniører bør overvåge orthophosphit regelmæssigt og planlægge, at badet omsættes før 20 g/L. Grade 7 titanium med elektropoleret overfladefinish til bade, der kræver større mængder orthophosphit. Udfør ugentlig syrerengøring. Ved orthophosphite er over 25 g/L titanium inkompatibelt, og Hastelloy C-276 eller kvartsvarmere anbefales. Når du køber titaniumvarmere til EN-service, spørg om dokumentation for overfladefinish og overvej at tilføje en brintmonitor (tyndtrådsbrintsonde) til kritiske bade.