Kako prisotnost nitratov (v nasprotju s kloridi) v topli kisli kopeli za pocinkanje (pH 4,0, 55 stopinj) spremeni način okvare tanko{2}}titanovega plašča iz luknjičaste v enakomerno korozijo?

Temeljni kompromis-pri zasnovi titanovega grelnika za rešitve za prevleke,-ki vsebujejo nitrate
Kopeli za pocinkanje na splošno vsebujejo kloride ali sulfate kot prevodni elektrolit. Nekatere formule uporabljajo nitrate (NO3-) ​​kot oksidante ali belila. Prisotnost aniona pri pH 4,0 in 55 stopinj močno spremeni korozijsko obnašanje titana. Jamičasta korozija je lokaliziran napad, ki hitro prodre skozi majhna območja in ga spodbujajo kloridi. Nitrati so oksidacijski anioni in v njihovi prisotnosti je pasivizacija enakomerna in če pride do kakršnega koli napada, je enakomerno redčenje in ne luknjičasto. Ta razlika je pomembna za tankostenski titanov plašč (0,8–1,0 mm): luknjičasta luknjica se lahko perforira v mesecih, vendar dosledno tanjšanje vodi do predvidljive življenjske dobe glede na debelino stene. Ta raziskava kaže, zakaj je titan manj občutljiv v kopelih, ki vsebujejo nitrate, kot v kopelih, ki vsebujejo klorid, in kako se mehanizem odpovedi spremeni od katastrofalne luknjičaste do obvladljive enakomerne korozije.

Vpliv luknjičastih in enotnih korozijskih mehanizmov na mehansko celovitost
V kopeli za pocinkanje s kloridom (npr. . 10% NH4Cl) se pasivna prevleka TiO2 na titanu lokalno razgradi na mestih adsorpcije kloridnih ionov. Ko se jamica začne, je lokalna kemija agresivna (pH pade na 1–2, koncentracija klorida) in jamica se širi s hitrostjo 0,5–2,0 mm/leto. Jamčasta perforacija v 6-24 mesecih za 1,0 mm stene. Neuspeh je nepredvidljiv in apokaliptičen.

In baths containing nitrates (e.g. 10% NaNO₃), the nitrate ions (NO₃⁻) are oxidizing agents and actually stimulate the creation of a thicker and more stable passive layer. The typical reduction potential of NO3- to NO2- is +0.94 V versus SHE, nitrates are stronger oxidizers than oxygen (O2 + 4H+ + 4e- ->2H2O, +1.23 V-pravzaprav je kisik nekoliko višji, vendar so nitrati še vedno močni). Pri pH 4,0 je pasivni film stabilen pri napetosti odprtega tokokroga. Če se potencial poganja anodno (npr. zaradi blodečih tokov ali galvanske sklopitve), bo prišlo do enakomernega raztapljanja in ne luknjanja. Titan stopnje 2 v 10 % NaNO3 pri pH 4,0, 55 stopinj Enakomerna stopnja korozije 0,02–0,05 mm/leto. Ta stopnja je predvidljiva in jo je mogoče uporabiti za izračun življenjske dobe: stena 1,0 mm zagotavlja 20 - 50 let delovanja. Do okvare pride zaradi progresivnega tanjšanja in ne zaradi nenadne perforacije.

Vpliv na toplotno učinkovitost: Ni neposrednega učinka
Vrsta aniona ne vpliva neposredno na toplotno učinkovitost. Enakomerna stopnja korozije ima lahko manjši temperaturni učinek. Vendar elektrokemična razlika v obnašanju klorida in nitrata ni toplotna.

Primerjava načinov napak: kompromis-sinteza
Vrsta aniona (10 % koncentracija) Mehanizem korozije Tipična hitrost (mm/leto) Čas do perforacije (1,0 mm stene) Predvidljivost načina okvare
Klorid (Cl⁻) Pitting Lokalizirano 0,5-2,0 mm/leto 6-24 mesecev Nenadno (katastrofalna okvara) Nizko (stohastično)
Sulfat (SO4 2-) Mešano (pitting + uniform) 0,1 – 0,3 mm/leto 3 – 10 let Zmerno Zmerno
Nitrat (NO₃⁻) Enakomerno (pasivno) 0,02 – 0,05 mm/leto 20 – 50 let Visoko (predvidljivo) Postopno redčenje
Fosfat (PO4 3-) Enakomerno (izjemno pasivno) 0,005 – 0,01 mm/leto 100+ let Brez Visoka
Med običajnimi elektroliti za galvanizacijo so nitrati najmanj sovražen anion do titana.

Inženiring mimo aniona: pH in temperaturni učinki
Pozitiven učinek nitratov je odvisen-od pH. Nitrati se zmanjšujejo (proizvajajo NO in N2O) pod pH 2,0. Nitrati lahko spodbujajo luknjičasto raje kot pasivacijo. pH kopeli za pocinkanje je običajno 4,0–5,0, zato nitrati še vedno oksidirajo. Enakomerna stopnja korozije v nitratih pri temperaturah nad 70 stopinj se poveča na 0,10-0,15 mm/leto, kar je dopustno. Kloridi v sledovih (nečistoče v nitratnih soli) lahko ponovno povzročijo luknjičaste luknje. Če se kontaminacija s kloridom v kopeli z nitrati približa 100 ppm, je način okvare luknjast in prednosti so izgubljene. Uporabljajte visokokakovostne nitratne soli.

Zaključek: Nitratne kopeli omogočajo tanke stene s predvidljivo življenjsko dobo.
Nitrati (namesto kloridi) spremenijo način odpovedi tanko{0}}titanovega plašča (0,8-1,0 mm), ki deluje v topli kisli raztopini za pocinkanje (pH 4,0, 55 stopinj), s hitrega, nepredvidljivega luknjanja na počasno, predvidljivo enakomerno korozijo. V kloridnem mediju bo stena 1,0 mm preluknjana v 6-24 mesecih z luknjanjem pri 0,5-2,0 mm/leto. V nitratnih kopelih dosledna korozija od 0,02 do 0,05 mm na leto nudi 20 do 50 let delovanja, kar je več kot dovolj za življenjsko dobo opreme. Za kopeli s pocinkano prevleko na osnovi nitratov se priporoča titanov plašč stopnje 2 z debelino stene 0,8–1,0 mm. Ni vam treba zgostiti sten. Vendar pa onesnaženje s kloridom (tudi pri 100 ppm) ponovno povzroči možnost luknjičaste luknjice. Navedite nitratne soli visoke čistosti (<50 ppm Cl−) for nitrate bath heaters and periodic bath analysis for chloride build-up. Give the manufacturer the predicted level of chloride contamination to find out if pitting protection (thicker wall or surface treatment) is needed. Thin walls are acceptable and even recommended for heat transfer and cost in pure nitrate service.