A cink-ammónium-klorid bevonatú fürdőben 85 fokos hőmérséklet fenntartására használt 7-es fokozatú titán hőrúd esetében miért korrodálódik előnyösen a palládiumdúsító réteg a meniszkusznál?

A cink-ammónium-klorid bevonófürdők ZnCl 2-t (50-100 g/L), NH 4 Cl-t (50-150 g/L) és különféle szerves adalékokat tartalmaznak pH 4-6 között. Ezek a fürdők 85 fokos hőmérsékleten működnek. A Titanium Grade 7-et (Ti-0,15Pd) a feldolgozás során keletkező palládiumdúsító felületi rétegnek köszönhetően javított korrózióállósága miatt választották. A folyadék-gőz meniszkusz, amely a vízvonal, külön élőhelyet hoz létre. Az elektrolit vékony bevonat gyorsan elpárolog, koncentrálva a kloridokat és az ammóniumionokat. A Pd szelektív kioldódását a dúsító rétegből a magas kloridkoncentráció és a magas lokális pH okozza (az ammóniaszivárgás miatt). A palládium nemesfém, mégsem mentes a tömény ammónium-klorid általi komplexképződéstől. Amint a palládium kimerült, az alatta lévő titán már nincs katódos védelem alatt, és elsősorban korrodálódik, ami egy kerületi hornyot hoz létre, amely idő előtti meghibásodást okoz.

A palládiumdúsító réteg támadási mechanizmusa

The palladium enrichment layer is generally 20–100 nm thick and palladium is enriched at grain boundaries and surface defects . Cyclic wetting and drying at the meniscus concentrates NH4Cl to near saturation . Ammonium ions complex palladium: Pd + 4NH3 + 2H+ -->[Pd(NH3)4]2+ + H2 . Ez a komplex oldható, és leveszi a palládiumot a felületről. Az alatta lévő, palládiumtól megfosztott titán nem tud passzív maradni a tömény klorid környezetben. Megkezdődik az aktív korrózió. Kerületi horony alakul ki. A horony kb. 0,3-0,8 mm/év mélyül, végül kilyukasztja a csőfalat. Ez a hiba akkor is megtörténik, ha a fűtőelem nagy része kiváló állapotban van.

Mennyiségi meniszkusz korróziós arányok a Ti Gr-re. 7

Cink-ammónium-klorid fürdőben (80 g/L ZnCl 2, 100 g/L NH 4 Cl, pH 5,2, 85 fok) végzett ellenőrzött tesztelést alkalmaztak álló meniszkusszal a vízvonalon a lokális korróziós sebesség meghatározására. Évente mindössze 0,01–0,03 mm-es egyenletes korrózió figyelhető meg az ömlesztett felületen (teljesen elmerült), a passzív film sértetlen és a palládium nem vész el. A gőzzónában (a folyadék felett több mint 10 mm-rel) a korrózió az alkalmankénti 0,05-0,15 mm/év sebességű nedvesítéssel történik. A meniszkusz zónája (a folyadék felett 0-10 mm-rel) a legsúlyosabban érintett, évi 0,30-0,70 mm-es korróziós sebességgel. A palládiummal dúsított réteg a meniszkusznál 100-300 órás expozíció alatt kimerül, és 500 óra múlva 0,2-0,5 mm mélységű barázda képződik. Összehasonlításképpen, a 2. fokozatú titán (palládium nélkül) összehasonlítható 0,40-0,90 mm-es meniszkuszkorróziós rátával rendelkezik évente. Ez arra utal, hogy a palládium elvesztése után a 7. fokozatnak nincs előnye a 2. fokozattal szemben.

A fürdő kémiája és a meniszkusz támadás súlyossága

A meniszkusz támadás intenzitása nagymértékben függ az ammónium-klorid tartalomtól és a pH-tól. 50 g/l NH4Cl és pH 5,5 esetén a meniszkusz korróziós sebessége 0,15-0,30 mm/év, a palládium csökkenése pedig 500-1000 órát igényel. 100 g/l NH4Cl és 5,0 pH mellett a sebesség 0,30-0,70 mm/év értékre növekszik, és a kimerülés 200-400 óra alatt figyelhető meg. A sebesség 0,50-1,00 mm/év 150 g/l NH4Cl és pH 4,5 mellett 100-250 óra alatti kimerüléssel. A fürdőben lévő szerves adalékok akadályozhatják a komplexképződést. Egyes egyedi adalékokkal 100 g/l NH 4 Cl-nél a korrózió sebessége 0,20-0,40 mm/év értékre csökken, a kimerülési idő pedig 300-600 órára nő. A hőmérséklet hatása is szerepet játszik. A fürdő hőmérsékletének 85 fokról 70 fokra történő csökkentése a meniszkusz korróziójának mintegy 40%-os csökkenését eredményezi.

7. fokozatú fűtőberendezések - Meniszkuszkorrózió-megelőzési útmutató

Az alábbi táblázat ajánlásokat tartalmaz a meniszkusz preferenciális támadásainak megelőzésére cink-ammónium-klorid bevonatú fürdőkben a fűtőberendezés beállítása és a működési korlátozások alapján.

A fűtőberendezés beállítása és működése – Ajánlott mérséklés – Várható meniszkuszkorróziós sebesség (mm/év) Az élettartam meghosszabbítása
Függőleges fűtés, folyadékszint fix Vízszintes rögzítés (nincs meniszkusz)<0.05 10×
Ingadozó szint, függőleges fűtés Telepítési szintszabályozás az álló meniszkusz kiküszöbölésére 0,10–0.20 3–5× Meglévő függőleges fűtőelem PTFE zsugorhüvely (50 mm hosszú) a meniszkusznál<0.05 10× Any configuration Grade 7 neededAccept meniscus corrosion; annual heater replacement 0.30–0.70 NA
Gyakori fürdőcsere (hetente) 2. fokozat vastagabb falú (2,0 mm) 0.40-0.70 2-3 év
Meniszkuszvédelem és több, mint mérnöki

A palládiumdúsító réteg a 7. fokozatra jellemző, és meleg feldolgozás eredménye. A 2-es fokozatnak nincs ilyen rétege, de egyenletesen korrodálódik a meniszkusznál, de hasonló sebességgel, mint a 7-es fokozat. A 12-es fokozat (molibdén-nikkel) ötvözött dúsítóréteget tartalmaz, de kevésbé érzékeny az ammóniumkomplexképződésre, és alternatívaként használható függőleges telepítéseknél. A falvastagság korróziós ráhagyást tesz lehetővé, pl. . 2.0 mm-es fal évente 0,5 mm-es meniszkuszkorrózióval 4 év üzemidőt biztosít a perforálás előtt. A meniszkusz viselkedését befolyásolja a cső felületi minősége. Az elektropolírozott felületek (Ra < 0,3 µm) csökkentik a palládium komplexképződési területét és 30-50%-kal csökkentik a kimerülést. A meniszkusz zónát naponta rendszeresen átöblítik ionmentesített vízzel, amely eltávolítja a koncentrált sókat és 70%-kal csökkenti a korróziós rátát.

Tájékozott specifikációk készítése

A 7-es fokozatú titán fűtőtest meghatározásakor egy cink-ammónium-klorid bevonatú fürdőhöz 85 fokos hőmérsékleten, a telepítést lehetőség szerint vízszintes merülésre tervezze. Ha a függőleges szerelés elkerülhetetlen, a kivetített folyadékszintnél 50 mm hosszú, 1 mm vastag PTFE zsugorhüvelyt kell megadni, hogy megvédje a titánt a koncentrált meniszkusz környezetétől. A függőleges fűtőtesteket hetente egyszer permetezze vízzel, hogy hígítsa a meniszkuszzónát. Működés közben 3 havonta ellenőrizze a vízvonal területét boroszkóppal. Ha bármely horony mélyebb 0,3 mm-nél, forgassa el a fűtőtestet 180 fokkal, hogy friss felületet kapjon. A függőleges tájolást igénylő új telepítéseknél egy másik lehetőség a 12-es fokozatú titán, amely kevésbé érzékeny az ammóniumkomplexképződésre. Amikor a mérnök megtudja, hogy a palládiumdúsító réteg szelektíven korrodál a meniszkusznál, hatékony ellenintézkedéseket tud tenni a 7. fokozatú titán fűtőelemek idő előtti meghibásodásának elkerülésére a cink-ammónium-kloridos bevonat szolgáltatásban.