Каква е максимално допустимата концентрация на медни йони (ppm) в 10% разтвор на сулфаминова киселина при 80 градуса, преди титаниева нагревателна тръба от степен 2 да започне да покрива мед и да претърпи галванична корозия?

Медните йони (Cu 2+ ) могат да бъдат нанесени върху титановата повърхност като метална мед в 10% сулфаминова киселина (H 2 NSO 3 H) при 80 градуса в съответствие с реакцията Cu 2+ + 2e - → Cu 0 . Наличието на медно покритие генерира галванична двойка с титан, което увеличава анодното разтваряне на метала на субстрата. За да се избегне покритието, съдържанието на мед трябва да бъде по-малко от 50 ppm. Над 50 ppm, медните пластини се разпадат бързо и възниква сериозна галванична корозия. Прагът се определя от редукционния потенциал на медта и свръхпотенциала за отделяне на водород върху титана.

Как работи медното покритие и галваничната корозия на титан

В сулфаминова киселина титанът е пасивен с корозионен потенциал от около -0,1 до +0.1 V спрямо Ag/AgCl. Медните йони имат редукционен потенциал от +0.34 V . Когато концентрацията на мед е по-висока от критичната концентрация, свръхпотенциалът на локалната концентрация се преодолява и медта се отлага върху титановата повърхност. Покритата мед е катод с открития титан, действащ като анод. Плътността на галваничния ток може да достигне 10–100 µA/cm2, което води до бързо разтваряне на титан със скорост от 0,2–2,0 mm на година.

Количествено медно покритие и галванична корозия срещу концентрация на 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 >100µA/cm2. Скоростта на корозия е 1,50-3,00 mm/година.

Ефект на концентрацията на сулфаминова киселина и температурата върху толерантността към мед

Максимално допустимата концентрация на мед намалява с увеличаване на концентрацията на киселина и температурата. В 5% сулфаминова киселина при 80 градуса критичното ниво на Cu 2+ е 100 ppm. При 10% и 80 градуса критичното ниво е 50 ppm. Критичното ниво е 30 ppm при 80 градуса и 15%. Критичният праг при 20% и 80 градуса е 20 ppm. Критично ниво 100 ppm при 10% и 60 градуса. Критично ниво 50 ppm при 10% и 80 градуса . 25 ppm е критичен праг при 100 градуса и 10% По-високите киселинни концентрации и температури повишават скоростта на отделяне на водород и влияят върху термодинамиката на покритието.

Ръководство за замърсяване с мед в нагреватели със сулфаминова киселина

Таблицата по-долу препоръчва максимално допустимата концентрация на медни йони и техники за смекчаване за титанови нагреватели от степен 2 в 10% сулфаминова киселина при 80 градуса.

Измерена концентрация на Cu2+ (ppm) Медно покритие Плътност на галваничен ток (µA/cm2) Скорост на корозия на титан (mm/година) Препоръчително действие<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 Незабавна смяна
Инженерство отвъд контрола на концентрацията на мед

Класът на титана влияе върху галваничната корозия след медно покритие. Клас 7 (стабилизиран с паладий) показва скорости на галванична корозия 2-3 пъти по-ниски от клас 2 със същото медно отлагане. Дебелината на стената дава възможност за корозия, стена от 2,0 mm с индуцирана от мед корозия при 0,2 mm на година издържа 10 години. Комплексообразуващите агенти, напр. . 100 до 200 ppm EDTA се комбинират с медни йони, предотвратявайки покритието. Йонообменните смоли могат да извличат мед от разтвори на сулфамова киселина. Покритието се инхибира чрез адсорбция върху титановата повърхност чрез добавяне на специфичен меден инхибитор като бензотриазол (10 ppm).

Информирана спецификация

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 усложнете медта, като добавите 200 ppm EDTA или сменете разтвора. Съществуващите нагреватели с медни отлагания могат да бъдат почистени с 20% азотна киселина при 50 градуса за 30 минути, за да се разтвори медта, без да се навреди на титана. При обслужване със сулфаминова киселина инженерът контролира концентрацията на мед под критичния праг, за да избегне помедняване и галванична корозия.