Как наличието на нитрати (за разлика от хлориди) в топла вана с киселинно цинково покритие (рН 4,0, 55 градуса) променя режима на повреда на тънко-стенната титаниева обвивка от питинг до равномерна корозия?

Фундаменталният компромис-в дизайна на титанов нагревател за-съдържащи нитрати покрития
Баните за поцинковане обикновено съдържат хлориди или сулфати като проводящ електролит. Някои формули използват нитрати (NO3-) ​​като окислители или избелители. Наличието на аниона при pH 4,0 и 55 градуса променя драстично корозионното поведение на титана. Точковата корозия е локализирана атака, която прониква бързо през малки зони и хлоридите я насърчават. Нитратите са окислителни аниони и в тяхно присъствие пасивацията е равномерна и ако има някаква атака е равномерно изтъняване, а не питинг. Това разграничение е важно за тънкостенна титанова обвивка (0,8–1,0 mm): питингът може да се перфорира след месеци, но постоянното изтъняване води до предвидим живот въз основа на дебелината на стената. Това изследване показва защо титанът е по-малко податлив във вани, съдържащи нитрати, отколкото във вани, съдържащи хлорид, и как механизмът на повреда се променя от катастрофална хлътване към управляема равномерна корозия.

Влияние на механизмите на питинг и еднаква корозия върху механичната цялост
Във ваните за поцинковане-с хлорид (напр. . 10% NH4Cl) пасивното TiO2 покритие върху титан се разрушава локално в местата на адсорбция на хлоридни йони. След като се появи яма, местната химия е агресивна (рН пада до 1–2, хлоридни концентрати) и ямата се разпространява с 0,5–2,0 mm/година. Точкова перфорация за 6-24 месеца за 1,0 mm стена. Провалът е непредвидим и апокалиптичен.

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-всъщност кислородът е малко по-висок, но нитратите са все още силни). При pH 4,0 пасивният филм е стабилен при напрежение на отворена верига. Ако потенциалът се задвижва анодно (напр. от блуждаещи токове или галванично свързване), тогава ще настъпи равномерно разтваряне, а не питинг. Титан от клас 2 в 10% NaNO3 при pH 4,0, 55 градуса Равномерна скорост на корозия 0,02-0,05 mm/година. Тази скорост е предсказуема и може да се използва за изчисляване на живота: стена от 1,0 mm дава 20 - 50 години експлоатационен живот. Неуспехът се дължи на прогресивно изтъняване, а не на внезапна перфорация.

Въздействие върху топлинната ефективност: Няма пряк ефект
Термичните характеристики не се влияят пряко от вида на аниона. Равномерната скорост на корозия може да има малък температурен ефект. Въпреки това, електрохимичната разлика в поведението на хлорида и нитрата не е термична.

Сравнение на режимите на повреда: Компромис{0}}синтез
Тип анион (10% концентрация) Механизъм на корозия Типична скорост (mm/год) Време до перфорация (1,0 mm стена) Предсказуемост на режима на отказ
Хлорид (Cl⁻) Точкова локализация 0,5-2,0 mm/година 6-24 месеца Внезапна (катастрофална повреда) Ниска (стохастична)
Сулфат (SO4 2-) Смесен (питинг + равномерен) 0,1 – 0,3 mm/година 3 – 10 години Умерен Умерен
Нитрат (NO₃⁻) Равномерно (пасивно) 0,02 – 0,05 mm/година 20 – 50 години Високо (предвидимо) Постепенно изтъняване на
Фосфат (PO4 3-) Равномерно (изключително пасивен) 0,005 – 0,01 mm/година 100+ години Няма Висока
Сред обичайните електролити за баня за покритие, нитратите са най-малко враждебният анион към титана.

Инженерство след аниона: рН и температурни ефекти
Положителният ефект на нитратите зависи от pH-. Нитратите намаляват (произвеждайки NO и N2O) под рН 2,0. Нитратите могат да насърчат по-скоро питинг, отколкото пасивация. pH на баните с поцинковане обикновено е 4,0–5,0, поради което нитратите все още се окисляват. Равномерната скорост на корозия в нитратите при температури над 70 градуса се увеличава до 0,10-0,15 mm/година, което е допустимо. Следи от хлориди (примеси в нитратни соли) могат отново да доведат до образуване на ямки. Ако замърсяването с хлорид в нитратна баня се доближи до 100 ppm, режимът на повреда е питинг и предимствата се губят. Използвайте висококачествени нитратни соли.

Заключение: Нитратните бани позволяват тънки стени с предвидим живот.
Нитратите (вместо хлоридите) изместват режима на повреда на тънко-стенна титаниева обвивка (0,8-1,0 mm), работеща в топъл киселинен разтвор на цинково покритие (рН 4,0, 55 градуса) от бърза, непредвидима питинг към бавна, предвидима равномерна корозия. В хлоридна среда стена от 1,0 mm ще бъде перфорирана за 6-24 месеца чрез питинг при 0,5-2,0 mm/година. В нитратните вани постоянната корозия от 0,02 до 0,05 mm на година предлага 20 до 50 години експлоатация, повече от достатъчно за живота на оборудването. За вани с поцинковане на основата на нитрати се препоръчва титаниева обвивка степен 2 с дебелина на стената 0,8–1,0 mm. Не е необходимо да удебелявате стените. Въпреки това замърсяването с хлорид (дори при 100 ppm) отново въвежда възможността за питинг. Посочете нитратни соли с висока чистота (<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.