Vilken ytfinish av titan (inlagd, polerad eller sandblästrad) motstår bäst galvanisk attack för förkromningstankar som arbetar i 60 grader med hög strömtäthet?

Förkromningstanken ger en mycket aggressiv elektrokemisk miljö för nedsänkt värmeutrustning. Badet innehåller normalt 250-400 g/L kromsyra (CrO3) med ett sulfatkatalysatorförhållande på 100:1, går vid 55-65 grader och utsätts för höga strömtätheter (20-60 A/dm²) under pläteringsprocesser. Titanuppvärmningsrör används ofta i denna tjänst på grund av deras motståndskraft mot den oxiderande kromsyran. Ett visst sätt att misslyckas, galvaniskt angrepp, kan emellertid inträffa när titanytan utsätts för ströströmmar från pläteringslikriktaren eller när den bildar lokala elektrokemiska celler med andra metallkomponenter. Galvaniskt angrepp på titanvärmare är särskilt känsligt för ytfinishen som används under tillverkningen, till skillnad från homogen korrosion eller gropfrätning. Betade, polerade och sandblästrade ytbehandlingar ger ganska olika ytoxidegenskaper, passiv filmstabilitet och elektrokemisk aktivitet i kromsyralösningar. Den här artikeln analyserar galvanisk korrosionsbeständighet för varje ytbehandling av titan under förkromningsförhållanden och bestämmer vilken finish som ger den längsta livslängden när värmare måste arbeta med plätering med hög densitet.

Galvanisk mekanism i kromsyramedier
Två mekanismer för galvanisk attack av titanvärmerör i förkromade tankar beskrivs. Den första består av direkt elektrisk kontakt mellan titan och en mer katodisk metall, vanligtvis bly- eller bly- eller bly--legeringsanoderna som används vid förkromning, eller tankväggen i rostfritt stål. När dessa olika metaller är elektriskt kopplade av badets elektrolyt blir titan anoden och löses upp i en accelererad hastighet. Den andra mekanismen orsakas av ströströmmar från pläteringslikriktaren. Förkromning använder arbetsstyckeskatoder och blyanoder. Alla oisolerade ledande ytor i tanken kan ta upp ströström, vilket resulterar i antingen anodupplösning (om den fungerar som en anod) eller väteutveckling och eventuell försprödning (om den fungerar som en katod). vid kromsyra är titan inte i samma position i den galvaniska serien som i neutrala eller reducerande medier. Titan har en mycket stabil passiv film och beter sig som en ädelmetall (som platina i vissa elektrokemiska mätningar) i oxiderande kromsyra (Cr6+-koncentration över 200 g/L, redoxpotential över +1.2 V vs. SHE). Men detta är en ädel egenskap som gör titan katodiskt för de flesta andra material inklusive bly, rostfritt stål och kolstål. Vid kontakt med dessa metaller skyddas titan och den metall som kommer i kontakt utsätts för korrosion - motsatsen till saltvatten.

Problemet uppstår för titanvärmare när lokal variation i tjocklek eller sammansättning av ytoxiden skapar galvaniska celler mellan olika områden av samma titanrör. Till exempel har den sandblästrade ytan ett o-jämnt mekaniskt skadat oxidskikt med områden av spänd metall och inbäddade slipande partiklar. Istället representerar en slät, kemiskt enhetlig TiO2-skiva en polerad yta. I närvaro av ströströmmar eller lokaliserade potentialgradienter kan de mindre skyddade områdena av en inhomogen yta företrädesvis korrodera. Bulk-titanet är helt passivt, men den här själv-galvaniska korrosionen kan perforera en värmevägg vid förkromning på några månader.

Oxidstabilitet och ytfinishegenskaper
Betade titanytor erhålls genom nedsänkning i en blandad syralösning, vanligtvis 10-20% HNO{sub 3}+1-3% HF vid 30-50 grader i 2-10 min. Betning tar bort alfa-case-skiktet (syreförorenat ytskikt som bildas under varmbearbetning eller glödgning) och resulterar i en jämnt etsad mattgrå yta med kontrollerad grovhet (Ra 0,8-1,6 µm). En korrekt betad titanyta har en tunn (5-10 nm) oxidbeläggning som är stökiometrisk TiO2 och fri från inbäddade föroreningar. De betade ytorna har en konstant öppen kretspotential på +0.8 till +1.1 V vs. SCE och en passiv strömtäthet på<0.01 mA/cm2 for chrome plating service.

Polerade titaniumytor slipas mekaniskt med progressivt finare slipmedel till en spegelfinish (Ra 0,1–0,4 µm). Polering ger en mycket slät yta med ett tätt och defektfritt oxidskikt. Mekanisk polering kan dock inducera kvarvarande tryckspänningar och kan bädda in sub-mikron slipande partiklar (aluminiumoxid eller kiselkarbid) i ytan. Polerat titan i kromsyra uppvisar de mest ädla öppna-kretspotentialerna (+1.0 till +1.2 V vs. SCE) och de lägsta passiva strömtätheterna (under 0,005 mA/cm²). Polerat titan är mycket ädelt och gör därför en utmärkt katod när den kopplas till andra metaller. Ythomogeniteten hos det polerade röret gör dock att själv-galvanisk korrosion mellan olika delar av röret är låg.

Sandblästrade titaniumytor bildas genom att (aluminiumoxid, kiselkarbid eller glaspärlor) anslår slipmedel med hög hastighet. Sandblästring resulterar i en grov och arbets-härdad yta (Ra 2,0-5,0 µm) med inbäddade slipande fragment, rivna metallytor och ett kraftigt deformerat oxidskikt. Oxiden på sandblästrad titan är inte en kontinuerlig passiv film utan en blandning av TiO_2, suboxider (TiO, Ti_2O_3) och rent titan i botten av slagkratrar. Potentialer för öppen krets för sandblästrade ytor i kromsyra varierar kraftigt (−0,2 till +0.6 V vs SCE) beroende på graden av deformation och mediet som fångas i ytan. Den passiva strömtätheten är ofta 10 till 100 gånger större än den på betade eller polerade ytor, vilket indikerar att aktiv upplösning sker på ställen där oxidfilmen inte är fullständig.

Mätningar av galvanisk strömtäthet
Zero-resistance amperemeter (ZRA) kontrollerad elektrokemisk testning möjliggör kvantitativ jämförelse av galvaniska tendenser mellan olika ytfinish och mot andra metaller. De galvaniska strömmarna uppmättes mellan titanprover (10 cm² area) och andra vanliga tankmaterial under omständigheterna för krompläteringsbad (250 g/L CrO3, 2,5 g/L H2SO4, 60 grader):

Bet titan kopplat till blyanoder (den vanligaste olik metallkontakten i kromtankar) uppvisar en galvanisk strömtäthet på 0,02 mA/cm² på titanytan – obetydlig och sannolikt inte att inducera märkbar titanförlust under en femårsperiod. Polerat titan ledat till bly ger 0,01 mA/cm2, också lite. Sandblästrat titan kopplat till bly, där titanet är anoden, är 0,25 mA/cm2. Strömtätheten översätts till en titanupplösningshastighet på cirka 0,15 mm per år vilket är tillräckligt för att förtunna en 1,65 mm rörvägg till perforering på 5-7 år.

Galvanisk ström på 0,03 mA/cm2 mäts när bett titan ansluts till rostfria tankväggar (typ 316L). Titan är något katodiskt (skyddat) och rostfritt stål anodiskt. Polerat titan gav 0,02 mA/cm2. Ett sandblästrat titan ger 0,08 mA/cm2, titan är en anod på lokala aktiva punkter och angrepp av gropbildningstyp- inträffar.

Det svåraste galvaniska tillståndet för titanvärmare orsakas av strölikriktarströmmar. När den av misstag kopplas samman, orsakar en hjälpkatod hos värmaren (t.ex. en jordbana som fullbordar en krets till likriktarens negativa terminal) väteutveckling på titanytan. Väteutvecklingen på det betade titanet börjar vid cirka -0,6 V vs SCE och är stark vid potentialer under -0,8 V. Absorberat väte orsakar sprödhet, men inte omedelbar väggpenetrering. Väteutvecklingen börjar vid färre negativa potentialer (−0,4 V vs. SCE) för sandblästrat titan och åtföljs av flagning av det deformerade ytskiktet, vilket exponerar färskt titan som absorberar väte snabbt. För katod-polariserad bildas hydridskikten på 100 timmar på sandblästrade ytor, sedan spricker och spricker.

Förkromade värmare Ytfinish Val Matrix
Följande tabell är en komplett valguide baserad på tankkonfiguration, likriktarjordningsmetod och beräknad livslängd för värmaren.

Tankkonfiguration och drifttillstånd Rekommenderad ytfinish i titan Väggtjocklek (mm) Motivering & förväntad livslängd
Isolerad värmeinstallation Separat jord för likriktare Ingen direkt elektrisk anslutning till anoder/katoder Betad (Normal) 1,2-1,65 mm Betad yta ger stabil passiv film med liten självgalvanisk aktivitet. Livslängden är vanligtvis 5-8 år.
Värmare flänsad till rostfri ståltank, gemensam jord med pläteringslikriktaren.1,5-1,65 mm polerad Jämnare yta minskar galvanisk koppling till rostfritt stål; Större ädelhet minskar strömavbrotts. 6-10 års livslängd.
Värmare på samma samlingsskena som blyanoder (elektriskt anslutna) Polerad 1,65-2,0 mm Polerad yta är en ädel katod som skyddar värmaren på bekostnad av anodens livslängd; lämplig om anodförbrukning förutses.
Dålig ströströmkontrolltank Frekvent kontakt mellan värmare och arbetsstycken Betad + elektrisk isolering (PTFE-bussningar) 1,65 mm Ytfinish mindre nödvändig med korrekt isolering; inlagd är ekonomisk; byt ut om repor avslöjar ren metall.
Tank med hög omrörning med abrasiv kromsyradimma (partikelerosionspotential)Sandblästrad (avsiktlig) 2,0 mm eller mer Acceptera en minskad galvanisk livslängd (3-5 år) för beläggningens vidhäftning. Sandblästring är motiverat endast för mekaniskt grepp på beläggningar.
Tankretrofit med okända jordningsförhållanden. Polerad 1,65 mm polerad yta ger största marginalen mot galvaniska angrepp från okända ströströmmar. Kontrollera efter sex månader.
Praktiska konsekvenser för värmarespecifikation
Ytkvaliteten på en doppvärmare i titan är inte bara en estetisk faktor utan en galvanisk kompatibilitetsfaktor med miljön i förkromningstanken. Betade ytbehandlingar, vanliga i branschen för de flesta titankomponenter, är lämpliga för värmeinstallationer som är ordentligt jordade och elektriskt separerade, och där den enda galvaniska anslutningen är genom passiv kontakt med badet. Men för värmare jordade med pläterade likriktare, för montering av flänsar i kontakt med tankväggar i rostfritt stål, eller när man befarar ströströmmar, ger en polerad yta en mätbar förbättring av galvaniskt motstånd. Den högre adeln och den uppenbara enhetligheten hos polerat titan minskar drivkraften för galvanisk koppling och antalet aktiva platser för lokal attack.

Undvik sandblästrade ytbehandlingar för kromplätering såvida det inte specifikt krävs för beläggningsvidhäftning (t.ex. PTFE-beläggningar för att minska kromsyradraget -ut). Den mekaniska skadan och fångade slipmedel resulterar i en o-jämn, elektrokemiskt aktiv yta som stödjer galvaniska strömmar 5-20 gånger högre än betade eller polerade ytor. Värmare av sandblästrad titan i krombad har misslyckats genom galvanisk perforering på så lite som 18 månader, jämfört med 7-10 år för polerade värmare i samma tjänst.

Slutsats för Chrome Plating Engineers
Vid beställning av värmerör av titan för förkromningstankar som arbetar vid 60 grader och höga strömtätheter, när elektrisk isolering från pläteringskretsen kanske inte är säkerställd, är den bästa ytkvaliteten att specificera polerad (spegelfinish, Ra Mindre än eller lika med 0,4 µm). De ädlaste öppna kretspotentialerna hos polerade ytor, de lägsta passiva strömmarna och det bästa motståndet mot sönderfall orsakad av ströströmmar finns. Den betade finishen (Ra 0,8-1,6 µm) ger lika livslängd till reducerad kostnad för helt isolerade värmesystem med dedikerade markvägar och ingen kontakt med anoder eller tankväggar. Sandblästrade ytbehandlingar rekommenderas inte för förkromning på grund av deras höga galvaniska aktivitet och snabba felfrekvenser. Vanliga kommersiella titanvärmare levereras vanligtvis med en variabel finish (fräsglödgad eller ritad) som kanske inte är tillräcklig för förkroming. Ingenjörer bör ange ytfinishen specifikt i upphandlingsdokument. En polerad ytspecifikation lägger till 10-15 % till värmarens kostnad, men ger en 50-100 % förlängning av livslängden. Detta är en av de mest fördelaktiga avkastningen på investeringar som är möjliga i val av krombadutrustning.