Провалът на титана в цианида
Титаниевите потопяеми нагреватели се използват широко в галванопластиката поради тяхната обща устойчивост на корозия. Във ваните с алкално цианидно покритие-използвани за цинково, кадмиево, медно и месингово покритие-титаниевите нагреватели се повреждат с тревожна скорост. Обикновени са експлоатационни срокове от 6-12 месеца. Режимът на повреда е комбинация от обща повърхностна атака, водородна крехкост и локализирана питинг.
Механизмът не е очевиден веднага. Титанът издържа добре на алкали. Цианидните разтвори са алкални, обикновено действащи при pH 11-13. На пръв поглед това трябва да е съвместимо сдвояване. Проблемът се крие в уникалната химия на цианидния йон и неговото взаимодействие с титановия пасивен филм.
Цианидният йон (CN⁻) е мощен комплексообразуващ агент. Той образува стабилни, разтворими комплекси с повечето преходни метали, включително титан. Титановият пасивен филм-TiO₂-се разтваря бавно от комбинираното действие на алкалния разтвор и цианидните йони, които комплексират разтворените титанови видове и предотвратяват повторното пасивиране. След като филмът се счупи, титановият метал е изложен на въздействието на алкалния цианиден разтвор, където претърпява бавно, но непрекъснато разтваряне, придружено от абсорбция на водород. Абсорбираният водород прави метала крехък, което води до преждевременна повреда.
PTFE няма пасивен филм, който да бъде комплексиран. Неговата въглерод-флуорна молекулярна структура е устойчива както на алкалната среда, така и на цианидния йон. Няма механизъм на разтваряне, няма абсорбция на водород и няма режим на отказ от корозия.
Механизмът-задвижван от комплексообразуването на разтваряне
Атаката срещу титана протича на три етапа. Първо, алкалният разтвор бавно ецва TiO₂ пасивния филм, образувайки разтворими титанатни видове. Второ, цианидните йони комплексират разтворения титан, образувайки стабилни хексацианотитанатни комплекси, които изместват равновесието на разтваряне, ускорявайки отстраняването на филма. Трето, след като филмът е локално нарушен, откритият титанов метал реагира с вода, за да образува титанов хидроксид и атомен водород. Водородът дифундира в металната решетка, образувайки крехки фази на титанов хидрид.
Процесът се самоускорява-. Тъй като филмът се разгражда, повече титанова повърхност се разкрива. По-изложената повърхност произвежда повече водород. Повече водород крехка повече от метала. Нагревателят изглежда непокътнат външно, докато не се достигне критично ниво на крехкост, в който момент той се напуква или развива течове-често катастрофално и без предупреждение.
| Корозионен параметър | Титан (клас 2) | PTFE |
|---|---|---|
| Стабилност на пасивен филм в алкален цианид | Лош (разтворен от CN⁻ комплексообразуване) | N/A (без филм) |
| Скорост на разтваряне в баня с NaCN при 60 градуса (μm/година) | 5-20 | 0 |
| Чувствителност към водородна крехкост | високо | Няма |
| Срок на експлоатация (непрекъсната работа) | 6-12 месеца | 15+ години |
| Предсказуемост на повредата | Ниска (внезапна, чуплива повреда) | Високо (постепенно изтъняване при пълзене) |
Последиците от замърсяване
Разтварянето на титана освобождава титанови йони във ваната за покритие. Тези йони, дори при ниски концентрации, пречат на качеството на отлаганията. При цианидното цинково покритие замърсяването с титан причинява матови, не-еднородни отлагания. При цианидно медно покритие намалява мощността на хвърляне. Непрекъснатото подаване на титан от корозиращия нагревател налага по-често пречистване или подмяна на ваната.
PTFE не отделя метални йони. Не съдържа метал. Химическият състав на ваната за покритие остава свободен от замърсяване,-произлизащо от нагревателя. Животът на банята се удължава. Качеството на депозита се стабилизира.
Температурният ефект
Скоростта на атака на титан в алкалния цианид се увеличава с температурата. При 50-70 градуса, типични за ваните с цианидно покритие, скоростта е значителна. При 80-90 градуса, използвани в някои високоскоростни състави, скоростта е тежка. Титаниеви нагреватели в горещи цианидни вани може да се повредят в рамките на седмици.
Устойчивостта на PTFE не зависи от температурата до 260 градуса. PTFE топлообменник работи по същия начин при 50 градуса, 70 градуса или 90 градуса. Няма температурно ускоряване на корозията. Срокът на експлоатация се определя от механично пълзене, а не от химическа атака.
Резюме
Баните с алкално цианидно покритие атакуват титаниеви нагреватели чрез цианидно комплексообразуване на пасивния филм, последвано от разтваряне на неблагородни метали и водородна крехкост. PTFE топлообменниците са имунизирани срещу този механизъм-те нямат пасивен филм за комплексиране, нямат метал за разтваряне и нямат чувствителност към водород. Срокът на експлоатация на PTFE в тази среда надхвърля 15 години, в сравнение с 6-12 месеца за титан. Елиминирането на замърсяването с титан подобрява стабилността на ваната и качеството на депозита.
Инженерна поддръжка за спецификации на PTFE топлообменник в цианидни и други агресивни вани за покритие е достъпна при подаване на химия на ваната, работна температура, текущия експлоатационен живот на нагревателя и наблюдавани режими на повреда.
