Hvad er den maksimalt tilladte kobberionkoncentration (ppm) i en 10 % sulfaminsyreopløsning ved 80 grader, før et grad 2 titaniumvarmerør begynder at belægge kobber og gennemgå galvanisk korrosion?

Kobberionerne (Cu 2+) kan belægges på titaniumoverfladen som metallisk kobber i 10% sulfaminsyre (H 2 NSO 3 H) ved 80 grader ifølge reaktionen Cu 2+ + 2e - → Cu 0 . Kobberbelægnings tilstedeværelse genererer et galvanisk par af substratet, hvilket øger opløsningen af ​​titaniummet. For at undgå plettering skal kobberindholdet være mindre end 50 ppm. Over 50 ppm kommer kobberpladerne hurtigt ud, og der opstår alvorlig galvanisk korrosion. Tærsklen er sat af reduktionspotentialet for kobber- og brintudviklingsoverpotentialet på titanium.

Hvordan virker kobberbelægning og galvanisk korrosion på titanium

I sulfaminsyre er titanium passivt med et korrosionspotentiale på omkring -0,1 til +0.1 V versus Ag/AgCl. Kobberioner har et reduktionspotentiale på +0.34 V . Når kobberkoncentrationen er højere end en kritisk koncentration, overvindes det lokale koncentrationsoverpotentiale, og kobber aflejres på titaniumoverfladen. Det belagte kobber er en katode, hvor det blotlagte titanium fungerer som en anode. Den galvaniske strømtæthed kan nå 10-100 µA/cm2, hvilket resulterer i hurtig titaniumopløsning med en hastighed på 0,2-2,0 mm om året.

Kvantitativ kobberbelægning og galvanisk korrosion mod Cu²⁺-koncentration

Grade 2 titanium has been proven in controlled testing in 10% sulfamic at 80°C for 500 hours as follows: At 0 ppm Cu 2+ no copper plating was observed. The galvanic current is 0 µA/cm 2 and the titanium corrosion rate is 0.01-0.03 mm year-1 . Trace plating is possible at 10 ppm, galvanic current is 0 to 1 µA/cm2, and corrosion rate is 0.02 to 0.05 mm per year. Light plating is noticed at 25 ppm, galvanic current 1-5 µA/cm2 and corrosion rate 0.03-0.08 mm/year. At 50 ppm, the moderate level of plating, the galvanic current is 5–15 µA/cm² and the corrosion rate is 0.08–0.20 mm per year, the critical threshold. At 100 ppm, substantial plating is observed, the galvanic current is 15–40 µA/cm2 and the corrosion rate is 0.20–0.50 mm per year. The galvanic current is 40-100 µA/cm 2 and the corrosion rate is 0.50-1.50 mm per year. The surface is completely plated at 250 ppm. At 500 ppm, the surface is 100% copper plated and galvanic current is >100 µA/cm2. Korrosionshastigheden er 1,50-3,00 mm/år.

Effekt af sulfaminsyrekoncentration og temperatur på kobbertolerance

Den maksimalt tilladte kobberkoncentration falder med stigende syrekoncentration og temperatur. I 5 % sulfaminsyre ved 80 grader er det kritiske Cu 2+ niveau 100 ppm. Ved 10% og 80 grader er det kritiske niveau 50 ppm. Det kritiske niveau er 30 ppm ved 80 grader og 15%. Den kritiske tærskel ved 20 % og 80 grader er 20 ppm. Kritisk niveau 100 ppm ved 10 % og 60 grader . Kritisk niveau 50 ppm ved 10 % og 80 grader . 25 ppm er kritisk tærskel ved 100 grader og 10 % Højere syrekoncentrationer og temperaturer øger brintudviklingshastigheden og påvirker belægningens termodynamik.

Vejledning til kobberforurening i sulfaminsyrevarmere

Tabellen nedenfor anbefaler den maksimalt tilladte koncentration af kobberioner og afbødningsteknikker for grad 2 titanium varmeapparater i 10% sulfaminsyre ved 80 grader.

Cu2+ Koncentration målt (ppm) Kobberbelægning Galvanisk strømtæthed (µA/cm2) Titanium-korrosionshastighed (mm/år) Anbefalet handling<25 None 0-5 <0.08None 25–50 Light 5–15 0.05–0.12Monitor weekly 50-75 Moderate 15-30 0.12-0.25Add chelating agent .
75-100 Heavy 30-60 0.25-0.50 Replacement of solution >100 Severe >60 >0,50 Øjeblikkelig udskiftning
Engineering Beyond Copper Concentration Control

Kvaliteten af ​​titanium påvirker galvanisk korrosion efter kobberbelægning. Grade 7 (palladiumstabiliseret) udviser galvaniske korrosionshastigheder 2-3 gange lavere end Grade 2 med samme kobberaflejring. Vægtykkelse giver et korrosionstillæg, en 2,0 mm væg med kobberinduceret korrosion ved 0,2 mm pr. år holder 10 år. Kompleksdannende midler f.eks.. 100 til 200 ppm EDTA kombineres med kobberioner, der forhindrer plettering. Ionbytterharpikser kan udvinde kobber fra sulfaminsyreopløsninger. Pletteringen hæmmes ved adsorption på titaniumoverfladen ved tilsætning af en kobberspecifik inhibitor såsom benzotriazol (10 ppm).

En informeret specifikation

For a Grade 2 titanium heater in 10% sulfamic acid at 80°C keep the copper ion concentration below 25 ppm to be below the plating threshold of 50 ppm for safety. Check copper levels weekly with atomic absorption spectroscopy or colorimetric test strips. If the concentration is >50 ppm komplicerer kobberet ved at tilføje 200 ppm EDTA eller skift opløsningen. Eksisterende varmelegemer med kobberaflejringer kan renses med 20% salpetersyre ved 50 grader i 30 minutter for at opløse kobberet uden at skade titanium. Ved sulfaminsyreservice kontrollerer ingeniøren kobberkoncentrationen under den kritiske tærskel for at undgå kobberbelægning og galvanisk korrosion.