Bagaimanakah Ketumpatan Arus Galvanik Antara Pemanas Titanium dan Dinding Tangki Keluli Karbon Berubah Apabila Lapisan Oksida Pemanas Rosak?

Bagi seorang jurutera proses yang perlu memasang pemanas rendaman titanium dalam tangki keluli karbon, ketumpatan arus galvanik antara kedua-dua logam akan sangat bergantung kepada integriti lapisan oksida pasif pada titanium. Apabila lapisan oksida utuh, titanium mempunyai potensi mulia (kira-kira +0.1 hingga +0.3 V vs. SCE) dalam kebanyakan elektrolit berudara, manakala keluli karbon mempunyai potensi yang lebih aktif (kira-kira -0.5 hingga -0.7 V vs. SCE). Arus galvanik mengalir dari keluli karbon (anod, menghakis) ke titanium (katod, dilindungi). Ketumpatan semasa biasanya 0.1-1.0 µA/cm 2 luas permukaan titanium. Apabila filem oksida dimusnahkan (dengan calar, lelasan, atau serangan kimia setempat) titanium kosong yang terdedah mempunyai potensi aktif sama atau lebih negatif daripada keluli karbon (kira-kira -0.6 hingga -0.8 V vs. SCE). Arus galvanik diterbalikkan: titanium menjadi anod dan cepat terhakis dengan ketumpatan arus mencapai 100–1,000 µA/cm²–peningkatan 100- hingga 1,000 kali ganda. Gandingan galvanik terbalik ini boleh mengunyah pemanas titanium dalam masa beberapa minggu.

Pembalikan Galvanik dan Mekanisme Kerosakan Lapisan Oksida
Salutan pasif TiO₂ pada titanium ialah semikonduktor jenis n-dan mengekalkan ketumpatan arus katodik yang tinggi untuk pengurangan oksigen, tetapi menyekat arus anodik daripada substrat titanium. Titanium, apabila filem utuh, adalah katod yang berkesan memacu kakisan keluli karbon terpaut. Apabila filem dimusnahkan, kawasan titanium terdedah yang terdedah (biasanya < 1% daripada jumlah permukaan) menjadi kawasan berpotensi bercampur. Kawasan pasif di sekeliling yang besar masih berfungsi sebagai katod tetapi kini bahagian titanium kosong yang kecil berfungsi sebagai anod. Arus galvanik yang dihasilkan adalah terhad kepada kecacatan, dan ia menghasilkan ketumpatan arus anodik 100–1,000 µA/cm2, yang mencukupi untuk mengekalkan pembubaran aktif dan mencegah pasif semula.

Nisbah kawasan yang rosak (A_damaged / A_passive) ialah parameter utama. Untuk contoh calar 1 cm2 pada pemanas 1000 cm2 (0.1% kawasan rosak), ketumpatan arus galvanik pada calar adalah (i_galvanic * A_pasif) / A_rosak. Jika ketumpatan arus galvanik antara titanium pasif dan keluli karbon ialah 0.5 µA/cm² maka ketumpatan arus pada calar ialah (0.5 × 1000) / 1=500 µA/cm²-cukup untuk melarutkan titanium pada kira-kira 0.5 mm/bulan.

Mengukur Ketumpatan Arus Galvanik pada Utuh berbanding Oksida Rosak
Keadaan Lapisan Oksida Keadaan Titanium Potensi (V lwn. SCE) Ketumpatan Arus Galvanik (µA/cm2 Ti) Arah Kadar Kakisan Titanium (mm/tahun)
Suntikan udara akuatik, dilekatkan pada keluli karbonIntact 0.2 0.3 Steel > Ti (kakisan) < 0.01 (Ti dilindungi)
Air laut berudara, 1 % permukaan tercalar Rosak (1 % kawasan) -0.4 (bercampur) 5 (keseluruhan)Ti (calar) → Keluli (tempatan) 0.5 (pada awal)
Air laut berudara 5% permukaan tercalar Rosak (5% kawasan) -0.5 (bercampur) 10 (keseluruhan) Ti (calar) → Keluli 1.0 (pada calar)
Air laut ternyah, sebarang keadaan permukaan Filem pasif tidak stabil -0.6 hingga -0.8 50–200 Ti → Keluli (Ti menghakis) 2–10 (seragam)
Intact film, acid chloride (pH 3)Intact, but less stable 0.0 to +0.1 1-5 Steel ->Ti (kakisan keluli) < 0.05
Acid chloride (pH 3), scratched Damaged -0.4 to -0.6 50-500 Ti (scratch) ->Keluli 2-20 (disetempatkan)
Pendekatan Berasaskan-Senario untuk Kawalan Gandingan Galvanik dengan Keluli Karbon
Pemanas Bahan Tangki Elektrolit Keadaan Oksida Disyorkan: Pengurangan Risiko Galvanik
Keluli karbon Air laut berudara tidak bersalutRendah (karat keluli, dilindungi Ti) Boleh diterima. Perlindungan kakisan diperlukan untuk tangki keluli.
Keluli karbon Tercalar (kerosakan mekanikal) Air laut berudara Tinggi (Ti menghakis pada calar) Pengasingan elektrik Ti daripada keluli. Gunakan mesin basuh getah atau nilon.
Keluli karbon Mana-mana De-berudara (bebas oksigen)Sangat tinggi (Ti aktif Penebat elektrik. O2 tidak diperlukan untuk Ti untuk menghakis seragam.
Keluli karbon utuh Asid cair (pH 4-6)Sederhana (keluli akan cepat berkarat) Pengasingan elektrik. Keluli akan pecah. Gunakan bekas plastik.
Keluli karbon Rosak (serangan kimia) Asid cair Sangat tinggi (Ti terdedah kepada kakisan di tapak kerosakan) Pengasingan diperlukan segera. menggantikan pemanas yang rosak
Keluli tahan karat (katodik kepada Ti dalam keadaan pasif) Mana-mana Mana-mana Rendah hingga sederhana (Ti agak anodik) Secara umumnya OK. Gandingan songsang yang kurang teruk.
Tebatan Kejuruteraan kepada Pembalikan Galvanik
Jika pemanas titanium mengalami kerosakan permukaan dan hendak digunakan dalam tangki keluli karbon, ia mesti diasingkan secara elektrik. Pada bebibir pelekap, litar galvanik dipecahkan oleh sesendal nilon atau PTFE, gasket getah dan penyatuan paip bukan{1}}konduktif. Arus galvanik mestilah kurang daripada 1 µA, yang bermaksud rintangan pengasingan mestilah lebih daripada 1 MΩ. Pengurangan kedua ialah memasang anod korban (zink atau aluminium) pada pemanas titanium, yang mengekalkan titanium pada potensi katodik walaupun oksida rosak. Titanium tidak larut. Anod korban larut . Pengurangan ketiga ialah pasif anodik berkala. Dengan menggunakan potensi anodik pendek (+0.5 V lwn. SCE selama 10 min sekali seminggu) lapisan oksida yang rosak dibaiki dengan menumbuhkan TiO₂ baharu pada tempat yang tercalar, memulihkan potensi mulia dan membalikkan pasangan galvanik kembali kepada mod anod keluli-.

Kesimpulan: Kerosakan oksida membalikkan arus galvanik dan meningkatkan kakisan Ti 100-1000 kali ganda.
Sambungan galvanik pemanas titanium ke keluli karbon, manakala filem oksida masih utuh, menghasilkan ketumpatan semasa 0.1 hingga 1.0 µA/cm², keluli terhakis sebagai anod. Jika oksida rosak akibat calar, lelasan atau serangan kimia, arus galvanik terbalik dan tertumpu pada kawasan yang rosak dengan ketumpatan arus 100 hingga 1,000 µA/cm². Pasangan galvanik terbalik menghakis titanium secara setempat pada 0.5-2 mm/thn di lokasi kerosakan menyebabkan penembusan pemanas dinding 1.5 mm dalam masa beberapa minggu hingga bulan . Dalam sebarang aplikasi di mana kerosakan pada permukaan pemanas berkemungkinan besar, pemisahan elektrik titanium dan keluli karbon adalah wajib. Apabila memasang pemanas titanium dalam tangki keluli karbon, perkakasan pemasangan bukan konduktif dan pemeriksaan rintangan penebat berkala diperlukan untuk mengelakkan kegagalan pemanas pramatang akibat pembalikan galvanik.