Per als banys de zincat àcid (pH 3,5) a 55 graus, com la presència d'ions fluorur per sobre de 50 ppm necessita un canvi de titani a Hastelloy?

El titani de grau 2, en la majoria dels casos, gestiona una solució àcida de zincat - generalment formulacions a base de clorur o sulfat que funcionen a pH 3,5 i 55 graus -, que és un entorn una mica dur. No obstant això, moltes operacions modernes de galvanització d'alta velocitat afegeixen ions fluor o fluoroborat per millorar la conductivitat, augmentar la potència de llançament o activar substrats difícils de xapar. A concentracions d'ions fluor superiors a 50 ppm, el comportament a la corrosió del titani es modifica fonamentalment, provocant una ràpida desintegració de la capa passiva i un atac uniforme que pot perforar un tub d'escalfador de calibre estàndard en setmanes. Aquest article proporciona una quantificació de la concentració llindar de fluorur a la qual el titani no es pot utilitzar i defineix els paràmetres sota els quals Hastelloy C-276 o C-22 és el material de la funda de l'escalfador necessari.

Mecanisme d'atac del titani per fluorur
El titani té una excel·lent resistència a la corrosió a causa de la seva pel·lícula passiva estable i adherida de TiO 2. Aquesta pel·lícula és atacada pels ions fluorur en una reacció de dissolució química. TiO 2 + 6F − + 4H + → TiF 6 2 − + 2H 2 O El compost d'hexafluorotitanat és soluble i, per tant, el recobriment passiu s'elimina químicament i no només es penetra. A mesura que la capa es dissol, el metall de titani subjacent s'exposa al bany àcid i es corroeix fàcilment. L'assalt del fluor és generalitzat i homogeni, a diferència de la perforació localitzada per clorurs, on el recobriment passiu entre les fosses roman intacte.

La velocitat de dissolució de la pel·lícula passiva està controlada per tres factors: concentració de fluor, pH i temperatura. La concentració crítica de fluorur per al titani de grau 2 és d'unes 30 ppm a pH 3,5 i 55 graus. Quan el potencial és inferior a 30 ppm, la pel·lícula passiva es dissol lentament i es manté un gruix en estat estacionari mitjançant la repassivació. En el rang de 30-50 ppm, la dissolució de la pel·lícula supera la repassivació i la velocitat de corrosió augmenta fins a 0,1-0,3 mm per any. Per sobre de 50 ppm, la pel·lícula no es pot renovar i el titani es corroeix activament a velocitats d'1-5 mm per any, depenent de les condicions exactes. El titani de grau 2 es corroirà a uns 3 mm per any en fluorur de 100 ppm, suficient per fer un forat en un tub de paret d'1,65 mm en sis a vuit mesos.

La sinèrgia de la temperatura i el pH
L'alta temperatura accelera exponencialment l'atac del fluor. A 55 graus i 50 ppm de fluor, el grau 2 té una taxa de corrosió d'uns 0,4 mm per any. A 65 graus, la taxa puja a 1,2 mm per any amb el mateix contingut de fluor. Els banys de zincat que funcionen a 55 graus ja estan a prop del límit en termes de sensibilitat a la temperatura, i qualsevol excursió a 60-65 graus pot augmentar ràpidament la taxa d'atac.

Com que els ions d'hidrogen es consumeixen en l'esdeveniment de dissolució, l'atac del fluor és pitjor a pH baix. La reacció és moderada a pH 3,5. per a pH 2,5, la taxa es duplica aproximadament per a la mateixa concentració de fluorur. Els banys de zincat funcionen normalment a pH 3,5-4,0, però es poden observar caigudes de pH localitzades prop de l'ànode o en zones estancades.

I altres, grau 7, aliatges de titani
El titani de grau 7 (Ti-0,15Pd) té una millor resistència als àcids reductors, però no és resistent a l'atac del fluor. La presència de pal·ladi augmenta la cinètica de la reacció catòdica i afavoreix la passivació en àcids on es conserva la pel·lícula passiva, però no pot evitar la dissolució química del TiO2 per ions fluorur. Les proves indiquen que el grau 7 es corroirà al voltant del 70% de la taxa del grau 2 en solucions que contenen fluor--una millora, però no suficient per oferir una vida útil acceptable per sobre de 50 ppm de fluorur. Per exemple, el grau 2 es corroeix a 0,8 mm per any a 55 graus i 75 ppm de fluor i el grau 7 es corroeix a 0,5-0,6 mm per any. Tots dos són massa alts per a un tub de paret d'1,65 mm.

Hastelloy com a alternativa
Els aliatges Hastelloy basats en níquel-(C-276 i C-22) resisteixen l'atac del fluor per un mecanisme diferent. La pel·lícula passiva de Hastelloy C-276 conté menys òxids de níquel i crom solubles en àcids que TiO2. Es van observar taxes de corrosió inferiors a 0,05 mm per any per Hastelloy C-276 en fluorur de 50-200 ppm a pH 3,5 i 55 graus. Per a fluorur a 100 ppm, la velocitat és inferior a 0,10 mm/any. L'aliatge també presenta resistència a la picada dels clorurs en els banys de zincat.

Matriu d'aplicació de galvanització de l'escalfador
Condició del bany Concentració de fluor (ppm) Material recomanat de la funda de l'escalfador Taxa de corrosió prevista Vida estimada (paret d'1,65 mm)
Clorur de zinc estàndard (sense fluor)<10 ppmGrade 2 titanium < 0.02 mm/year > 10 years
Paquet d'additius de fluor -baix 10-30 ppm de titani de grau 2, monitor setmanal 0,03-0,08 mm/any 5-10 anys
Fluorur moderat (fluoroborat estàndard) 30-50 ppm Titani grau 7 o Hastelloy 0,10-0,25 mm/any 3-6 anys
Alt-fluorur (bany d'alta velocitat) 50-100 ppm Hastelloy C-276 0.05-0.10 8-12 anys mm/any
Very high fluoride (>100 ppm) 100 a 500 ppmHastelloy c-22 o tàntal 0,10-0,20 mm/any 5-8 anys
Conclusió de les especificacions de l'escalfador de zincat
La substitució del material de la funda de l'escalfador d'immersió de titani a Hastelloy és necessària per als ions de fluor que superin les 50 ppm en banys de zincat àcid a pH 3,5 i 55 graus. El titani de grau 2 és el més rendible per sobre de 30 ppm de fluorur. El titani de grau 7 podria proporcionar una vida útil suficient en el rang de 30 a 50 ppm si es controla amb atenció, però molts enginyers prefereixen Hastelloy per a la fiabilitat. El titani, en tots els graus, fallarà de mesos a 2 anys si el contingut de clorur supera les 50 ppm. Utilitzeu Hastelloy C-276 o C-22. Quan demaneu escalfadors per a línies de zincat, demaneu una anàlisi química exhaustiva del bany inclosa la concentració de fluorur i seleccioneu el material de la funda segons el nivell de fluorur esperat més alt, no la xifra nominal. Aquesta tècnica proactiva evita fallades brusques d'escalfament que frenen la producció i contaminen els banys de xapat.