Làm thế nào để tăng tốc hoặc giảm tốc độ ăn mòn của máy sưởi ngâm titan lớp 12 trong bể mạ điện?

Kích thích siêu âm thường được sử dụng trong bể mạ điện và hoàn thiện kim loại để cải thiện khả năng vận chuyển khối lượng lớn, tăng lực ném và thúc đẩy sự lắng đọng đồng đều. Tần số thường nằm trong khoảng 20-80 kHz. Mật độ năng lượng là 1-5 W/L. Những bể này thường sử dụng lò sưởi ngâm làm bằng Titanium Lớp 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) do khả năng phục hồi của chúng trước các hóa chất mạ khắc nghiệt. Nhưng việc ứng dụng năng lượng siêu âm làm thay đổi cơ bản hành vi ăn mòn của titan. Hậu quả gồm hai phần: siêu âm có thể đẩy nhanh quá trình ăn mòn ở một số nơi bằng cách loại bỏ lớp phủ thụ động và gây ra hư hỏng do tạo bọt; ở những nơi khác, chúng có thể ngăn chặn sự ăn mòn bằng cách khử khí trên bề mặt hoặc phá vỡ các lớp ranh giới tích cực. Bài viết này đánh giá tác động thực sự của việc khuấy trộn siêu âm đối với titan Lớp 12 trong các dung dịch mạ điện điển hình, bao gồm dung dịch đồng sunfat có tính axit, niken sulfamate và dung dịch kiềm xyanua, đồng thời xác định xem siêu âm có gây rủi ro hay lợi ích thực cho tuổi thọ của lò sưởi hay không.

Cơ chế tác động siêu âm lên sự ăn mòn
Ba tác động chính của sóng siêu âm đối với sự ăn mòn titan trong môi trường lỏng là: Cavitation là sự hình thành và sụp đổ đột ngột của các bong bóng khí nhỏ ở vùng lân cận bề mặt titan. Sự sụp đổ của bong bóng dẫn đến áp suất cục bộ của hàng nghìn atm và các tia -vi mô có thể phá hủy màng thụ động một cách cơ học. Chuyển động chất lỏng tốc độ cao (1-10 m/s) trên bề mặt titan là do dòng âm thanh tăng cường sự vận chuyển khối lượng của các loài đến và đi từ bề mặt tiếp xúc. Khử khí loại bỏ khí hòa tan khỏi lớp biên (bao gồm cả oxy) và có thể thay đổi môi trường điện hóa.

Xâm thực là tác dụng chính của titan loại 12, dựa vào màng thụ động TiO₂ ổn định để chống ăn mòn. Sự sụp đổ bong bóng lặp đi lặp lại có thể loại bỏ màng thụ động về mặt vật lý và để titan trần tiếp xúc với dung dịch mạ. Tốc độ thụ động lại của Lớp 12 tương đối nhanh (mili giây), tuy nhiên nếu cường độ xâm thực vượt quá tốc độ tái thụ động thì sẽ xảy ra tổn thất kim loại ròng. Truyền âm thanh có thể tăng cường sự ăn mòn (bằng cách cung cấp các chất hung hãn mới lên bề mặt) hoặc giảm sự ăn mòn (bằng cách loại bỏ các lớp axit hóa cục bộ, ứ đọng gây ra hiện tượng rỗ).

Đo siêu âm tỷ lệ ăn mòn
Kết quả định lượng thu được thông qua thử nghiệm có kiểm soát bằng cách sử dụng phiếu titan Lớp 12 (dày 1,65 mm, bề mặt được đánh bóng) trong ba bể mạ điện tiêu chuẩn ở 55 C, có và không có khuấy trộn siêu âm (40 kHz, 2 W/L). Thời gian tiếp xúc là 500 giờ và mức giảm cân được đo sau mỗi 100 giờ.

Lớp 12 không siêu âm 0,01-0,03 mm mỗi năm-không đáng kể Trong bể đồng sunfat có tính axit (50 g/L CuSO 4 5H 2 O, 50 g/LH 2 SO 4 , pH0,5) Tốc độ siêu âm tăng lên 0,08-0,15 mm/năm. Tỷ lệ lớn hơn là do sự loại bỏ bọt khí của màng thụ động trong môi trường có độ pH thấp. Bề mặt tiếp xúc với siêu âm trong 500 giờ mờ và bị ăn mòn so với bề mặt thụ động sáng bóng của bộ điều khiển. Không phát hiện rỗ, tấn công đồng đều.

Ăn mòn Lớp 12 không siêu âm trong bể niken sunfat (Ni(SO 3 NH 2 ) 2 , 400 g/L, H 3 BO 3 , 30 g/L, pH 4,0) là 0,02-0,04 mm/năm. Với siêu âm nó tăng nhẹ lên 0,05-0,09 mm /năm. Ở độ pH thấp hơn, thiệt hại do xâm thực ít hơn do màng thụ động được tái thiết lập nhanh hơn trong dung dịch trung tính.

Lớp 12 không có siêu âm ăn mòn dưới 0,01 mm/năm - tốt Trong bể đồng kiềm xyanua (40 g/L CuCN, 30 g/L NaCN, 15 g/L NaOH, pH 12) Với siêu âm, tốc độ ăn mòn tăng lên 0,02-0,05 mm mỗi năm – vẫn có thể chấp nhận được. Điều thú vị là siêu âm cũng ức chế việc tạo ra cặn đồng đen, đôi khi xảy ra trên titan trong bể xyanua. Cavitation loại bỏ lớp phủ bám dính lỏng lẻo.

Tốc độ ăn mòn bằng sóng siêu âm ở cả ba bể đều nhỏ hơn 0,15 mm mỗi năm, điều này có nghĩa là tuổi thọ của tường 1,65 mm sẽ lớn hơn 10 năm. Gia tốc có thể đo được nhưng không đủ đáng kể để gây ra hư hỏng sớm trong hầu hết các ứng dụng mạ điện.

Ảnh hưởng đến các loại Titan khác - So sánh
Loại bồn tắm Cấp độ ăn mòn Titan Tốc độ ăn mòn (mm/năm) Không có siêu âm Tốc độ ăn mòn siêu âm (40 kHz; 2 W/L)Tốc độ tăng tốc
Đồng axit loại 2 0.05-0.10 0.25-0.45 4-5x Niken sunfat loại 2 0.03-0.06 0.12-0.20 3-4x Đồng axit loại 7 0.01-0.02 0.06-0.10 4-6x Đồng axit loại 12 0.01-0.03 0.08-0.15 3-5x
Niken sunfat cấp 12 0.02-0.04 0.05-0.09 2-3x Xyanua kiềm cấp 12<0.01 0.02-0.05 3-5x
Lớp 12 có hệ số gia tốc thấp hơn Lớp 2 trong tất cả các bể, vì hợp kim molypden-niken của nó tạo thành một màng thụ động mạnh hơn có thể chống xâm thực tốt hơn. Lớp 7 có mức tăng tốc tương tự như lớp 12, mặc dù ở mức tuyệt đối thấp hơn.

Khi siêu âm cắt ăn mòn
Siêu âm có thể làm chậm quá trình ăn mòn titan trong một số môi trường. Trong các giải pháp dòng chảy ứ đọng hoặc{1}}thấp, nơi mà hiện tượng rỗ được tạo điều kiện thuận lợi bởi quá trình axit hóa cục bộ hoặc nồng độ clorua, dòng âm thanh sẽ phá vỡ lớp ranh giới và tránh sự tích tụ của các loài hung hãn. Thử nghiệm trong 10% FeCl₃ ở 50 độ, môi trường rỗ mạnh, cho thấy Lớp 12 không có siêu âm sẽ bị rỗ trong vòng 100-200 giờ. Với sóng siêu âm (40 kHz, 2 W/L), quá trình rỗ được trì hoãn đến 500+ giờ và tốc độ ăn mòn không đổi. Cơ chế là loại bỏ các ion clorua tập trung tại các vị trí bắt đầu hố.

Siêu âm cũng có thể giảm thiểu sự ăn mòn trong điều kiện-clorua cao,-oxy thấp (ví dụ: các vết nứt sâu) bằng cách khử khí và oxy hóa bề mặt titan, giúp thúc đẩy quá trình thụ động. Tác động này ít quan trọng hơn đối với bộ sưởi ngâm so với các bộ phận tĩnh.

Bảng 1. Ma trận ứng dụng của bể mạ điện siêu âm
Bể mạ Nhiệt độ pH được khuyến nghị Ảnh hưởng của siêu âm đến tốc độ ăn mòn Tốt cho tuổi thọ của bộ gia nhiệt (5+ năm với độ dày thành 1,65 mm)
Đồng sunfat axit 0.5-1.0 50-60 C Cấp 12 hoặc Cấp 7 3-5x tăng tốc, nhưng tốc độ cuối cùng<0.15 mm/yearYes, 12th grade
Niken sulfamate 3.5-4.5 50-60 độ Cấp 12 2-3x gia tốc,<0.10 mm/year Yes
Đồng xyanua kiềm 11-13 50-70 độ Cấp 12 hoặc Cấp 2 3-5x tốc độ,<0.05 mm/year Yes
Axit kẽm clorua 40-50 độ 4,0-5,5 Cấp 12 2-4 nhanh hơn, tốc độ<0.12 mm/year Yes
Anod hóa axit cromic<1.0 40-50°C Grade 7 only High acceleration probable; test recommended Grade 7 with monitoring
Khắc clorua sắt 0.5-1.0 45-55 độ Cấp 12 4-6x gia tốc, trên 0,3 mm/nămCận biên; xem xét giảm công suất siêu âm
Hướng dẫn thực hành về thông số kỹ thuật của máy sưởi
Kích thích siêu âm (40 kHz, 2 W/L điển hình) trong bể định vị điện cực có thể cho phép sử dụng các bộ phận làm nóng ngâm titan Cấp 12 cho hầu hết các bể hóa chất, trong đó tốc độ ăn mòn được tăng tốc theo hệ số 2-5 nhưng vẫn ở mức dưới 0,15 mm mỗi năm trong các bể tắm thông thường. Ống vách 1,65 mm sẽ có tuổi thọ 10+ năm với mức sử dụng 0,15 mm mỗi năm (1,65 mm /0,15 mm mỗi năm=11 năm). Các thực hành sau đây tối đa hóa cuộc sống:

Lớp 12 trên Lớp 2 đối với bất kỳ bể chứa siêu âm nào vì Lớp 12 có hệ số tăng tốc thấp hơn.

Bề mặt tẩy rửa hoặc đánh bóng bằng điện để giảm các vị trí tạo mầm tạo bọt (Ra<0.4 µm). Rough surfaces accelerate the attack.

Để máy sưởi ngoài tầm nhìn trực tiếp của đầu dò siêu âm và ở những khu vực có cường độ thấp hơn trong bể.

Giảm mật độ năng lượng siêu âm nếu có thể - nhiều hoạt động mạ điện có thể hoạt động ở mức 1 W/L thay vì 2-3 W/L mà không làm giảm hiệu quả đáng kể.

Đối với các bể chứa hoạt tính mạnh (đồng axit có sóng siêu âm), hãy tăng thêm biên độ bằng cách tăng độ dày thành lên 2,0 mm.

Kích động siêu âm trong bể mạ điện làm tăng tốc độ ăn mòn của lò sưởi titan cấp 12 lên gấp 2-5 lần so với điều kiện tĩnh, trong khi tỷ lệ tuyệt đối vẫn dưới 0,15 mm mỗi năm ở hầu hết các bể mạ thông thường. Điều này có nghĩa là tuổi thọ của ống là 10+ năm với độ dày thành bình thường là 1,65 mm. Lớp 12 được ưa chuộng hơn lớp 2 do hệ số gia tốc giảm và màng thụ động mạnh hơn. Trước khi có thông số kỹ thuật cuối cùng, nên thử nghiệm với các điều kiện hóa học và siêu âm cụ thể của bể đối với các bể có tính ăn mòn cao như clorua sắt hoặc axit cromic nhiệt độ cao. Trong mọi tình huống, tuổi thọ còn được kéo dài hơn nữa bằng cách đặt máy sưởi ở những vùng có cường độ thấp hơn và bằng cách sử dụng các bề mặt được đánh bóng. Khi đặt hàng, hãy cho biết rằng lò sưởi sẽ được sử dụng trong bể khuấy siêu âm và chỉ định Lớp 12 với lớp hoàn thiện được ngâm hoặc đánh bóng bằng điện. Với các biện pháp này, việc khuấy trộn siêu âm không làm giảm đáng kể tuổi thọ của bộ gia nhiệt titan trong các ứng dụng mạ điện.