Untuk Pemanas Sarung Titanium dalam Tangki Kemasan Logam dengan Campuran Klorida/Zink Tinggi, Mengapakah Ketumpatan Arus Katodik pada Permukaan Tiub Menjadi Kekangan Reka Bentuk Utama?

TANGKI PENEMPATAN ELEKTRIK ZINC, PENGGALIAN ATAU ALOI DIGUNAKAN UNTUK KEMASAN LOGAM DAN MENGANDUNGI CAMPURAN KOMPLEKS ELEKTROLIT Formulasi tipikal terdiri daripada 50-100 g/L zink klorida (ZnCl2), ammonium klorida (KCl2), ammonium klorida (KCl4Cl) sebagai konduktor. beberapa pencerah organik. Mandian adalah pada 30–50 darjah dengan pH 4.5–6.0. Rintangan kakisan sering ditentukan melalui pemanas sarung titanium. Mandian ini, bagaimanapun, menjana keadaan elektrokimia yang tidak disengajakan di mana tiub titanium bertindak sebagai katod untuk pemendapan zink. Ion zink dalam larutan disalut pada permukaan titanium oleh tindakan sistem elektrik pemanas itu sendiri atau oleh arus sesat dari penerus penyaduran. Jika mendapan zink kekal nipis dan seragam, tiub dilindungi, tetapi jika ia mengembang kepada struktur bernod yang kasar, tiub menjadi terlalu panas dan gagal sebelum waktunya. Faktor penentu ialah kadar pemindahan elektron yang memacu pengurangan zink, iaitu, ketumpatan arus katodik pada permukaan tiub.

Mekanisme Pemendapan Zink Katodik pada Pemanas Titanium

The usual cathodic reaction happens on the work to be plated in a zinc plating bath. Any conductive surface that contacts the electrolyte, including the titanium heater sheath, can also operate as a cathode if an electrical channel exists. The wire of internal resistance of the heater is electrically insulated from the sheath. However, stray currents from the plating rectifier may pass through the bath, especially if the tank grounding is inadequate or if the heater mounting is in cathodic contact with the tank. When the titanium surface becomes cathodic, zinc ions are reduced to metallic zinc. Zn2+ + 2e- = Zn0. The rate of zinc deposition is proportional to cathodic current density (i_cathode). At low current densities (below 2 mA/cm²) zinc is deposited as a smooth adherent layer which actually shields the titanium. At moderate current densities (2–10 mA/cm2) the deposit becomes rough and porous, trapping electrolyte and leading to small hot spots. At high current densities (>10 mA/cm2), pembangunan zink yang pesat mencipta struktur dendritik yang menghubungi bahagian tangki yang lain, yang membawa kepada litar pintas dan terlalu panas setempat.

Mod Kegagalan Pemanas lwn. Ketumpatan Semasa: Korelasi Kuantitatif

Berdasarkan ujian terkawal dalam mandian zink klorida simulasi (80 g/L ZnCl2, 100 g/L KCl, 50 darjah ) corak kegagalan berikut telah dikenal pasti untuk pemanas titanium Gred 2:

Ketumpatan arus katodik lebih rendah daripada 1 mA/cm²: Kelajuan deposit zink 0.1-0.3 mm/bulan. Deposit melekat, halus dan berbutir halus. Suhu pemanas adalah malar. Pelucutan asid boleh digunakan untuk membuang deposit tanpa merosakkan logam asas.

Ketumpatan arus katodik 1–3 mA/cm2 Kadar pemendapan zink 0.5–1.0 mm/bulan. Deposit adalah nodular dengan keliangan 20 hingga 30%. Terlalu panas setempat pada puncak deposit meningkatkan suhu permukaan titanium 10–15 darjah di atas titik set. Pemanas terlalu kerap berjalan.

Ketumpatan arus katodik 3-8 mA/cm2 Kadar pemendapan zink 1.5-3.0 mm sebulan Dalam tempoh 2–4 minggu, perkembangan dendritik adalah 5–10 mm panjang. Dendrit merentangi dinding tangki atau pemanas lain, litar pintas. Kegagalan pemanas berpunca daripada lebur setempat di lokasi sentuhan.

Ketumpatan arus katodik > 10 mA/cm2: Kadar pemendapan zink > 5 mm/bulan. Pertumbuhan dendritik yang cepat tidak terkawal. Pemanas biasanya bertiup dalam 1-2 minggu. Apabila zink terpercik, logam asas titanium mungkin mengalami hakisan aktif.

2.0 Strategi untuk Mengawal Ketumpatan Arus dalam Tangki Kemasan Logam

Jadual berikut memberikan pokok keputusan untuk mengurus ketumpatan arus katodik pada pemanas sarung titanium berdasarkan konfigurasi tangki dan persekitaran elektrik.

Persediaan Tangki & Status Elektrik Pengubahsuaian Reka Bentuk dan Strategi Kawalan untuk Ketumpatan Arus Katodik Maksimum Yang Dibenarkan
Tangki dibumikan dengan betul, Pemanas berpenebat elektrik daripada tangki, Tiada arus sesat 2 mA/cm2 Boleh diterima untuk operasi biasa. Pemantauan bulanan ketebalan deposit. Bersihkan pemanas setiap 3-6 bulan.
Bebibir pemanas dalam sentuhan elektrik dengan tangki (katodik, laluan elektrik wujud) 0.5 mA/cm²Masukkan gasket penebat (PTFE, 3 mm) antara bebibir pemanas dan tangki. "Turunkan ketumpatan arus kepada 25%."
Stray currents from rectifier (measured >0.5 V antara pemanas dan elektrod rujukan) 0.2 mA/cm2Pasang rod tanah dengan pemanas. Pemanas perisai, dengan tiub PTFE berlubang untuk memperbaiki laluan rintangan elektrik
High zinc content (>120 g/L Zn2+), high temperature (>50 darjah ) 1 mA/cm2Kandungan zink yang lebih rendah atau suhu mandi yang lebih rendah. Zn yang lebih tinggi 2+ meningkatkan kadar pemendapan pada ketumpatan arus yang sama.
Pemanas dikendalikan dalam tangki dengan katod tambahan (katod pencuri) untuk pengagihan arus 3 mA/cm^2 Katod pencuri mengalihkan arus daripada pemanas. Okay untuk pencuri dibersihkan setiap minggu.
Kejuruteraan Di Luar Kawalan Ketumpatan Arus Katodik

Kemasan permukaan tiub titanium mempunyai pengaruh yang kuat pada lekatan zink. Permukaan licin yang digilap (Ra<0.3 µm) permits the zinc deposit to be removed more readily than on an as-drawn surface (Ra 1.0 µm) where zinc keys into surface troughs. The wall thickness does not matter for the cathodic deposition. But the wall thickness matters for the time the heater can survive a localized overheating after the dendrites are formed. Thick wall (1.5 mm) may tolerate numerous short-circuit events before perforation, thin wall (0.8 mm) fails instantly. Deposition efficiency is also a function of pH. Hydrogen evolution competes with zinc deposition below pH 4, reducing the cathodic current density available for zinc, but with the potential for hydrogen embrittlement.

Menulis Spesifikasi Termaklum

Contohnya, jika anda memerlukan pemanas sarung titanium untuk tangki kemasan logam dengan kombinasi klorida/zink tinggi, nyatakan bahawa pemanas diasingkan secara elektrik daripada tangki melalui gasket dan sesendal PTFE. Tetapkan ketumpatan arus katodik maksimum yang dibenarkan 1mA/cm2 berdasarkan luas permukaan pemanas dan arus sesat yang direkodkan dalam tangki. Minta pembekal menyediakan pemanas dengan kemasan permukaan yang digilap untuk memudahkan penyingkiran mendapan zink. Untuk pemasangan sedia ada, ukur voltan antara sarung pemanas dan kuprum-elektrod rujukan kuprum sulfat semasa proses penyaduran . Jika bacaan lebih besar daripada 0.3 V ia menunjukkan terlalu banyak polarisasi katodik dan memerlukan pembetulan. Sistem arus balik terkawal pemasa-diberikan yang menyediakan denyut anodik pendek (1 hingga 2 saat pada ketumpatan arus 2 hingga 3 mA/cm 2 ) setiap jam untuk melarutkan mendapan zink permulaan sebelum ia berkembang menjadi nodul terbitan. Jurutera mengehadkan ketumpatan arus katodik sebagai had reka bentuk yang penting untuk mengelakkan kegagalan melata pembangunan zink dendritik, terlalu panas dan litar pintas-dalam pemanas titanium yang digunakan dalam aplikasi penyaduran elektrik.