Як присутність нітратів (на відміну від хлоридів) у теплій кислій цинковій ванні (pH 4,0, 55 градусів) змінює режим руйнування тонкостінної титанової оболонки з точкової корозії до рівномірної?

Фундаментальний компроміс-у дизайні титанового нагрівача для рішень,-що містять нітрати
Ванни для цинкування зазвичай містять хлориди або сульфати як електропровідний електроліт. Деякі формули використовують нітрати (NO3-) ​​як окислювачі або відбілювачі. Присутність аніона при pH 4,0 і 55 градусах різко змінює корозійну поведінку титану. Точкова корозія – це локалізована атака, яка швидко проникає через невеликі ділянки, а хлориди її сприяють. Нітрати є окислювальними аніонами, і в їх присутності пасивація є рівномірною, і якщо є будь-яка атака, то це рівномірне розрідження, а не точкова. Ця відмінність важлива для тонкостінної титанової оболонки (0,8–1,0 мм): піттинг може перфорувати через місяці, але послідовне потоншення забезпечує передбачуваний термін служби на основі товщини стінки. Це дослідження показує, чому титан менш сприйнятливий у ваннах, що містять нітрати, ніж у ваннах, що містять хлорид, і як механізм руйнування змінюється від катастрофічної точкової корозії до керованої рівномірної корозії.

Вплив механізмів піттингу та рівномірної корозії на механічну цілісність
У ваннах для цинкування-з хлоридом (наприклад, . 10% NH4Cl) пасивне покриття TiO2 на титані локально руйнується в місцях адсорбції іонів хлориду. Після появи ямки місцевий хімічний склад стає агресивним (рН падає до 1–2, концентрується хлорид), і ямка поширюється зі швидкістю 0,5–2,0 мм/рік. Точкова перфорація через 6-24 місяці для стінки 1,0 мм. Провал непередбачуваний і апокаліптичний.

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-насправді кисень дещо вище, але нітрати все ще сильні). При pH 4,0 пасивна плівка стабільна при напрузі холостого ходу. Якщо потенціал керується анодом (наприклад, блукаючими струмами або гальванічним зв'язком), тоді відбуватиметься рівномірне розчинення, а не точкова корекція. Титан 2 класу в 10% NaNO3 при рН 4,0, 55 градусів Рівномірна швидкість корозії 0,02-0,05 мм/рік Ця швидкість є передбачуваною та може бути використана для розрахунку терміну служби: стінка товщиною 1,0 мм забезпечує 20 - 50 років служби. Невдача виникає через прогресуюче витончення, а не через раптову перфорацію.

Вплив на теплові характеристики: немає прямого впливу
Тип аніону безпосередньо не впливає на теплові характеристики. Рівномірна швидкість корозії може мати незначний вплив температури. Однак електрохімічна різниця в поведінці хлоридів і нітратів не є термічною.

Порівняння режимів відмов: компроміс-синтез
Тип аніону (концентрація 10%) Механізм корозії Типова швидкість (мм/рік) Час до перфорації (стінка 1,0 мм) Передбачуваність режиму відмови
Хлорид (Cl⁻) Піттинг Локалізований 0,5-2,0 мм/рік 6-24 місяці Раптовий (катастрофічний збій) Низький (стохастичний)
Сульфат (SO4 2-) Змішаний (пітинг + однорідний) 0,1–0,3 мм/рік 3–10 років Помірний Помірний
Нітрати (NO₃⁻) Рівномірний (пасивний) 0,02 – 0,05 мм/рік 20 – 50 років Високий (передбачуваний) Поступове розрідження
Фосфат (PO4 3-) Однорідний (надзвичайно пасивний) 0,005 – 0,01 мм/рік 100+ років Немає Високий
Серед звичайних електролітів для ванн для покриття нітрати є найменш ворожим аніоном для титану.

Техніка після аніонів: рН і температурні ефекти
Позитивний ефект нітратів залежить від pH-. Нітрати знижуються (утворення NO та N2O) нижче pH 2,0. Нітрати можуть сприяти пітингу, а не пасивації. Рівень pH оцинкованих ванн зазвичай становить 4,0–5,0, тому нітрати все ще окислюються. Рівномірна швидкість корозії в нітратах при температурах вище 70 градусів збільшується до 0,10-0,15 мм/рік, що є допустимим. Сліди хлоридів (домішки в нітратних солях) можуть знову спричинити піттинг. Якщо забруднення хлоридом у нітратній ванні наближається до 100 частин на мільйон, то це означає, що несправність є точковою, і переваги втрачаються. Використовуйте високоякісні нітратні солі.

Висновок: нітратні ванни створюють тонкі стінки з передбачуваним терміном служби.
Нітрати (а не хлориди) змінюють режим руйнування тонкостінної -титанової оболонки (0,8-1,0 мм), що працює в теплому кислому розчині цинкування (pH 4,0, 55 градусів), від швидкої, непередбачуваної точкової коррозії до повільної, передбачуваної рівномірної корозії. У хлоридному середовищі стінка товщиною 1,0 мм буде перфорована через 6-24 місяці за рахунок точкової коррозії зі швидкістю 0,5-2,0 мм/рік. У нітратних ваннах постійна корозія від 0,02 до 0,05 мм на рік забезпечує від 20 до 50 років служби, що більш ніж достатньо для терміну служби обладнання. Для оцинкованих ванн на нітратній основі рекомендується титанова оболонка Grade 2 із товщиною стінки 0,8–1,0 мм. Стінки потовщувати не потрібно. Однак забруднення хлоридами (навіть при 100 ppm) знову створює можливість утворення точок. Вкажіть нітратні солі високої чистоти (<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.