מהו ריכוז יוני הנחושת המקסימלי המותר (ppm) בתמיסת חומצה סולפאמית 10% ב-80 מעלות לפני שצינור מחמם טיטניום דרגה 2 מתחיל לצבוע נחושת ולעבור קורוזיה גלוונית?
השאר הודעה
יוני הנחושת (Cu 2+ ) ניתנים לציפוי על פני הטיטניום כנחושת מתכתית ב-10% חומצה סולפאמית (H 2 NSO 3 H) ב-80 מעלות לפי התגובה Cu 2+ + 2e - → Cu 0 . נוכחות ציפוי נחושת מייצרת זוג גלווני של המתכת הגוברת עם התשתית. כדי למנוע ציפוי, תכולת הנחושת חייבת להיות פחות מ-50 עמודים לדקה. מעל 50 עמודים לדקה, לוחות נחושת יוצאים במהירות ומתרחשת קורוזיה גלוונית רצינית. הסף נקבע על ידי פוטנציאל ההפחתה של פוטנציאל יתר של התפתחות נחושת ומימן על טיטניום.
כיצד פועל ציפוי נחושת וקורוזיה גלוונית על טיטניום
בחומצה סולפאמית, טיטניום הוא פסיבי עם פוטנציאל קורוזיה של בסביבות -0.1 עד +0.1 V לעומת Ag/AgCl. ליוני נחושת יש פוטנציאל הפחתה של +0.34 V . כאשר ריכוז הנחושת גבוה מריכוז קריטי, מתגברים על פוטנציאל היתר של הריכוז המקומי ונחושת מושקעת על פני הטיטניום. הנחושת המצופה היא קתודה כשהטיטניום החשוף פועל כאנודה. צפיפות הזרם הגלווני יכולה להגיע ל-10-100 µA/cm2, וכתוצאה מכך פירוק טיטניום מהיר בקצב של 0.2-2.0 מ"מ בשנה.
ציפוי נחושת כמותי וקורוזיה גלוונית כנגד ריכוז Cu²⁺
Grade 2 titanium has been proven in controlled testing in 10% sulfamic at 80°C for 500 hours as follows: At 0 ppm Cu 2+ no copper plating was observed. The galvanic current is 0 µA/cm 2 and the titanium corrosion rate is 0.01-0.03 mm year-1 . Trace plating is possible at 10 ppm, galvanic current is 0 to 1 µA/cm2, and corrosion rate is 0.02 to 0.05 mm per year. Light plating is noticed at 25 ppm, galvanic current 1-5 µA/cm2 and corrosion rate 0.03-0.08 mm/year. At 50 ppm, the moderate level of plating, the galvanic current is 5–15 µA/cm² and the corrosion rate is 0.08–0.20 mm per year, the critical threshold. At 100 ppm, substantial plating is observed, the galvanic current is 15–40 µA/cm2 and the corrosion rate is 0.20–0.50 mm per year. The galvanic current is 40-100 µA/cm 2 and the corrosion rate is 0.50-1.50 mm per year. The surface is completely plated at 250 ppm. At 500 ppm, the surface is 100% copper plated and galvanic current is >100 µA/cm2. קצב הקורוזיה הוא 1.50-3.00 מ"מ לשנה.
השפעת ריכוז חומצה סולפאמית וטמפרטורה על סבילות נחושת
ריכוז הנחושת המרבי המותר יורד עם עלייה בריכוז החומצה והטמפרטורה. בחומצה סולפאמית 5% ב-80 מעלות רמת Cu 2+ הקריטית היא 100 ppm. ב-10% ו-80 מעלות הרמה הקריטית היא 50 עמודים לדקה. הרמה הקריטית היא 30 עמודים לדקה ב-80 מעלות ו-15%. הסף הקריטי ב-20% ו-80 מעלות הוא 20 עמודים לדקה. רמה קריטית 100 עמודים לדקה ב-10% ו-60 מעלות. רמה קריטית 50 ppm ב-10% ו-80 מעלות . 25 ppm היא סף קריטי ב-100 מעלות ו-10% ריכוזי חומצה וטמפרטורות גבוהות יותר מגבירים את קצב התפתחות המימן ומשפיעים על התרמודינמיקה של הציפוי.
מדריך לזיהום נחושת בתנורי חומצה סולפאמית
הטבלה שלהלן ממליצה על הריכוז המרבי המותר של יוני נחושת וטכניקות הפחתה עבור מחממי טיטניום דרגה 2 בחומצה סולפאמית של 10% ב-80 מעלות.
Cu2+ ריכוז נמדד (ppm) ציפוי נחושת צפיפות זרם גלווני (µA/cm2) קצב קורוזיה טיטניום (מ"מ/שנה) פעולה מומלצת<25 None 0-5 <0.08None 25–50 Light 5–15 0.05–0.12Monitor weekly 50-75 Moderate 15-30 0.12-0.25Add chelating agent .
75-100 Heavy 30-60 0.25-0.50 Replacement of solution >100 Severe >60 >0.50 החלפה מיידית
הנדסה מעבר לבקרת ריכוז נחושת
דרגת הטיטניום משפיעה על קורוזיה גלוונית לאחר ציפוי נחושת. דרגה 7 (מיוצב פלדיום) מציגה שיעורי קורוזיה גלווניים נמוכים פי 2-3 מדרגה 2 עם אותו משקע נחושת. עובי הדופן נותן קצבת קורוזיה, דופן של 2.0 מ"מ עם קורוזיה הנגרמת מנחושת ב-0.2 מ"מ לשנה מחזיקה מעמד 10 שנים. חומרי מורכבות כגון. 100 עד 200 ppm EDTA משתלבים עם יוני נחושת המונעים ציפוי. שרפים לחילופי יונים יכולים להפיק נחושת מתמיסות חומצה סולפאמית. הציפוי מעוכב על ידי ספיחה על פני הטיטניום על ידי הוספת מעכב ספציפי לנחושת כגון בנזוטריאזול (10 ppm).
מפרט מושכל
For a Grade 2 titanium heater in 10% sulfamic acid at 80°C keep the copper ion concentration below 25 ppm to be below the plating threshold of 50 ppm for safety. Check copper levels weekly with atomic absorption spectroscopy or colorimetric test strips. If the concentration is >50 ppm מסבך את הנחושת על ידי הוספת 200 ppm EDTA או שנה את הפתרון. ניתן לנקות תנורים קיימים עם משקעי נחושת עם 20% חומצה חנקתית ב-50 מעלות למשך 30 דקות כדי להמיס את הנחושת מבלי לפגוע בטיטניום. בשירות חומצה סולפאמית, המהנדס שולט בריכוז הנחושת מתחת לסף הקריטי כדי למנוע ציפוי נחושת וקורוזיה גלוונית.
