Hvordan accelererer eller reducerer ultralydsomrøring i galvaniseringstanke korrosionshastigheden af ​​Titanium Grade 12 Immersion Heaters?

Ultralydsomrøring er almindeligt anvendt i galvanisering og metalefterbehandlingstanke for at forbedre massetransport, øge kastekraften og fremme ensartet aflejring. Frekvenser er normalt i området 20-80 kHz. Effekttætheder er 1-5 W/L. Disse tanke bruger ofte dykvarmere lavet af Titanium Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) på grund af deres modstandsdygtighed over for hårde pletteringskemier. Men anvendelsen af ​​ultralydsenergi ændrer korrosionsadfærden af ​​titanium fundamentalt. Konsekvenserne er todelte: Ultralyd kan fremskynde korrosion i nogle omgivelser ved at eliminere passive belægninger og forårsage kavitationsskader; i andre kan de forhindre korrosion ved at afgasse overfladen eller bryde aggressive grænselag op. Denne artikel evaluerer nettoeffekten af ​​ultralydsomrøring på grad 12 titanium i typiske galvaniseringsopløsninger, herunder surt kobbersulfat, nikkelsulfamat og alkalisk cyanidbade, og bestemmer, om ultralydsprodukter udgør en nettorisiko eller fordel for varmeapparatets levetid.

Mekanismer for ultralydsvirkning på korrosion
De vigtigste virkninger af ultralydsbølger af interesse for titaniumkorrosion i flydende medier er tre. Kavitation er produktion og brat kollaps af små gasbobler i nærheden af ​​titaniumoverfladen. Boblekollapset resulterer i lokaliseret tryk på tusindvis af atmosfærer og mikro-stråler, der mekanisk kan ødelægge den passive film. Højhastighedsvæskebevægelse (1-10 m/s) ved titaniumoverfladen er forårsaget af akustisk streaming, der forbedrer massetransporten af ​​arter til og fra grænsefladen. Afgasning fjerner opløste gasser fra grænselaget (inklusive ilt) og kan ændre det elektrokemiske miljø.

Kavitation er den største effekt for grad 12 titanium, der er afhængig af den stabile TiO₂ passive film for korrosionsbestandighed. Gentagen boblekollaps kan fysisk fjerne den passive film og udsætte bart titanium for pletteringsopløsningen. Repassivationshastigheden af ​​grad 12 er relativt hurtig (millisekunder), men hvis kavitationsintensiteten overstiger repassiveringshastigheden, opstår der netto metaltab. Akustisk streaming kan enten øge korrosion (ved at give friske aggressive arter til overfladen) eller reducere korrosion (ved at fjerne stillestående, lokalt forsurede lag, der fremmer grubetæring).

Ultralydsmåling af korrosionshastigheder
Kvantitative resultater blev opnået via kontrolleret test under anvendelse af grad 12 titanium kuponer (1,65 mm tyk, poleret overflade) i tre standard galvaniseringsbade ved 55 C, med og uden ultralydsomrøring (40 kHz, 2 W/L). Eksponeringslængden var 500 timer, og vægttabet blev målt hver 100. time.

Grad 12 uden ultralyd 0,01-0,03 mm pr. år ubetydelig I surt kobbersulfatbad (50 g/L CuSO 4 5H 2 O, 50 g/LH 2 SO 4 , pH0,5) Hastigheden med ultralyd øges til 0,08 mm/år. Den større hastighed tilskrives kavitationsfjernelse af den passive film i det fjendtlige lav-pH-miljø. Overfladen, der eksponeres ultralyd i 500 timer, er mat og ætset sammenlignet med kontrollens skinnende passive overflade. Ingen pitting er opdaget, angreb er ensartet.

Korrosion af klasse 12 uden ultralyd i nikkelsulfamatbad (Ni(SO 3 NH 2 ) 2 , 400 g/L, H 3 BO 3 , 30 g/L, pH 4,0) er 0,02-0,04 mm/år. Med ultralyd stiger den lidt til 0,05-0,09 mm/år. Ved lavere pH er kavitationsskader mindre, fordi den passive film reetableres hurtigere i neutrale opløsninger.

Grad 12 uden ultralyd korroderer mindre end 0,01 mm/år - god I alkalisk cyanid kobberbad (40 g/L CuCN, 30 g/L NaCN, 15 g/L NaOH, pH 12) Med ultralyd stiger korrosionshastigheden til 0,02-0,05 mm pr. år. Interessant nok hæmmer ultralyd også produktionen af ​​en sort kobberaflejring, som nogle gange forekommer på titanium i cyanidbade. Kavitation eliminerer løst klæbende belægninger.

Korrosionshastigheden med ultralyd i alle tre bade var mindre end 0,15 mm pr. år, hvilket svarer til en levetid på mere end 10 år for 1,65 mm væg. Accelerationen er målbar, men ikke signifikant nok til at fremkalde for tidlig fejl i de fleste elektropletteringsapplikationer.

Effekt på andre titankvaliteter – sammenlignende
Type bad Karrosionsgrad af titan Korrosionshastighed (mm/år) Uden ultralydUltrasonisk korrosionshastighed (40 kHz; 2 W/L) Accelerationshastighed
Grade 2 Surt kobber 0.05-0.10 0.25-0.45 4-5x Grade 2 Nikkelsulfamat 0.03-0.06 0.12-0.20 3-4x Grade 7 Surt kobber 0.01-0.02 0.06-0.10 4-6x Grade 12 Surt kobber 0.01-0.03 0.08-0.15 3-5x
Grade 12 Nikkelsulfamat 0.02-0.04 0.05-0.09 2-3x Grade 12 Alkalisk cyanid<0.01 0.02-0.05 3-5x
Grade 12 har en lavere accelerationsfaktor end Grade 2 i alle bade, da dens molybdæn-nikkellegering danner en stærkere passiv film, der bedre kan modstå kavitation. Grade 7 havde lignende acceleration til Grade 12, dog med en lavere absolut rate.

Når ultralyd skærer korrosion
Ultralyd kan bremse korrosion af titanium i nogle miljøer. I opløsninger med stillestående eller lav-strøm, hvor grubetæring lettes af lokal forsuring eller chloridkoncentration, forstyrrer akustisk strømning grænselaget og undgår ophobning af aggressive arter. Testning i 10 % FeCl₃ ved 50 grader, et stærkt grubetæringsmiljø, viste, at Grade 12 uden ultralyd vil pit inden for 100-200 timer. Med ultralyd (40 kHz, 2 W/L) udskydes pitting til 500+ timer, og korrosionshastigheden er konsistent. Mekanismen er fjernelse af chloridioner koncentreret ved pitinitieringsstederne.

Ultralyd kan også minimere korrosion i forhold med højt-chlorid og lavt-iltindhold (f.eks. dybe sprækker) ved afgasning og iltning af titaniumoverfladen, hvilket fremmer passivering. Denne påvirkning er mindre vigtig for el-varmelegemer end statiske dele.

Tabel 1. Påføringsmatrix af ultralydsgalvaniseringsbadene
Plettering Bad pH Temperatur Anbefalet Titanium Grade Effekt af ultralyd på korrosionshastighed God for varmeapparatets levetid (5+ år med 1,65 mm vægtykkelse)
Surt kobbersulfat 0.5-1.0 50-60 C Grade 12 eller Grade 7 3-5x acceleration, men sluthastighed<0.15 mm/yearYes, 12th grade
Nikkelsulfamat 3.5-4.5 50-60 grad Grade 12 2-3x acceleration,<0.10 mm/year Yes
Alkalisk kobbercyanid 11-13 50-70 grad Grade 12 eller Grade 2 3-5x hastighed,<0.05 mm/year Yes
Surt zinkchlorid 40-50 grader 4,0-5,5 Grade 12 2-4 gange hurtigere, hastighed<0.12 mm/year Yes
Anodisering af kromsyre<1.0 40-50°C Grade 7 only High acceleration probable; test recommended Grade 7 with monitoring
Jernchloridætsning 0.5-1.0 45-55 grad Grad 12 4-6x acceleration, over 0,3 mm/år Marginal; overveje at reducere ultralydseffekten
Praktisk vejledning til varmelegemespecifikationer
Ultralydsomrøring (40 kHz, typisk 2 W/L) i elektroaflejringstanke kan tillade brugen af ​​grad 12 titanium dykvarmerelementer til de fleste badkemier, hvor korrosionshastigheder accelereres med en faktor 2-5, men forbliver under 0,15 mm om året i almindelige bade. Et 1,65 mm vægrør holder 10+ år @ 0,15 mm pr. år i brug (1,65 mm /,15 mm pr. år=11 år). Følgende praksis maksimerer livet:

Grade 12 over Grade 2 for enhver tank, der indeholder ultralyd, da Grade 12 har en lavere accelerationsfaktor.

Bejdsning eller elektropolering af overflader for at reducere kavitationskernedannelsessteder (Ra<0.4 µm). Rough surfaces accelerate the attack.

Hold varmeapparater uden for ultralydstransducerens direkte synslinje og i områder med lavere intensitet i tanken.

Reducer ultralyds effekttæthed, hvor det er muligt - mange galvaniseringsoperationer kan fungere ved 1 W/L i stedet for 2-3 W/L uden væsentligt tab af effektivitet.

Til aggressive bade (surt kobber med ultralyd) tilføjes margen ved at øge vægtykkelsen til 2,0 mm.

Ultralydsomrøring i galvaniseringstanke øger korrosionshastigheden af ​​Grade 12 titaniumvarmere med 2-5 gange så stor som stillestående forhold, mens de absolutte hastigheder stadig er under 0,15 mm om året i de fleste almindelige bade. Dette udmønter sig i en rørlevetid på 10+ år med en normal vægtykkelse på 1,65 mm. Grade 12 begunstiget over Grade 2 på grund af reduceret accelerationsfaktor og stærkere passiv film. Før den endelige specifikation anbefales det at teste med den specifikke badkemi og ultralydsbetingelser for aggressive bade såsom jernklorid eller højtemperaturkromsyre. I enhver situation forlænges levetiden yderligere ved at placere varmelegemerne i områder med lavere intensitet og ved at anvende polerede overflader. Ved bestilling angives, at varmelegemet vil blive brugt i en ultralydsomrørt tank, og specificer Grad 12 med syltet eller elektropoleret finish. Med disse foranstaltninger forringer ultralydsomrøring ikke væsentligt titaniumvarmerens levetid i galvaniseringsapplikationer.