Mikä on suurin sallittu kupari-ionipitoisuus (ppm) 10-prosenttisessa sulfamiinihappoliuoksessa 80 asteessa, ennen kuin luokan 2 titaanilämmitinputki alkaa pinnoittaa kuparia ja joutuu galvaaniseen korroosioon?

10-prosenttisessa sulfamiinihapossa (H2NSO3H) 80 asteessa kupari-ionit (Cu2+) voivat laskeutua metallisena kuparina titaanin pinnalle seuraavan reaktion mukaisesti: Cu2++2e-→Cu0. Pinnoitettu kupari muodostaa galvaanisen parin titaanin kanssa, mikä aiheuttaa alla olevan metallin nopeutetun anodisen liukenemisen. Kuparitason ei tulisi ylittää 50 ppm pinnoituksen estämiseksi. Yli 50 ppm kuparilevyt alkavat nopeasti ja vakavasti galvaaninen korroosio. Kynnys asetetaan kuparin pelkistyspotentiaalin ja titaanin vedyn kehittymisen ylipotentiaalin mukaan.

Kuinka galvaaninen korroosio ja kuparipinnoitus toimivat titaanissa

Titaani on passiivinen sulfamiinihapossa, jonka korroosiopotentiaali on noin -0,1 - +0.1 V vs. Ag/AgCl. Kupari-ionien pelkistyspotentiaali on + 0.34 V. Jos kuparipitoisuus on kriittistä arvoa suurempi, paikallinen pitoisuusylipotentiaali ohitetaan ja kuparia kertyy titaanin pinnalle. Pinnoitettu kupari on katodi ja paljastettu titaani on anodi. Galvaanisen virran tiheys voi olla 10–100 µA/cm2, mikä johtaa titaanin nopeaan liukenemiseen 0,2–2,0 mm vuodessa.

Kvantitatiivinen kuparipinnoitus ja galvaaninen korroosio Cu2+-pitoisuuden funktiona.

Grade 2 titaanille on saatu seuraavat tulokset kontrolloidusta testauksesta 10-prosenttisessa sulfamiinihapossa 80 °C:ssa 500 tunnin ajan. Arvolla 0 ppm Cu 2+ ei tapahdu kuparipinnoitusta, galvaaninen virta on 0 µA/cm 2 ja titaanin korroosionopeus on 0,01-0,03 mm vuodessa. Jäljitys voi tapahtua 10 ppm:ssä. Galvaaninen virta on 0-1 µA/cm2. Korroosionopeus on 0,02-0,05 mm vuodessa. Näkyvissä on kevyt pinnoitus 25 ppm galvaanisella virralla 1-5 mikroA/cm2 ja korroosionopeudella 0,03-0,08 mm/vuosi. 50 ppm, kriittisen kynnyksen kohdalla tapahtuu kohtalainen pinnoitus, galvaaninen virta on 5–15 µA/cm2 ja korroosionopeus 0,08–0,20 mm vuodessa. Raskas pinnoitus 100 ppm:ssä. Galvaaninen virta on 15–40 µA/cm². Korroosionopeus on 0,20-0,50 mm vuodessa. Pinnan jatkuva pinnoitus 250 ppm. Galvaaninen virta on 40-100 μA/cm2 Korroosionopeus on 0,50-1,50 mm/vuosi. 500 ppm:llä pinta on kokonaan kuparipinnoitettu, galvaaninen virta > 100 µA/cm2 ja korroosionopeus 1,50–3,00 mm/vuosi.

Sulfamiinihappopitoisuuden ja lämpötilan vaikutus kuparin sietokykyyn

Suurin sallittu kuparin pitoisuus laskee hapon pitoisuuden ja lämpötilan noustessa. Kriittinen Cu2+-taso on 100 ppm 5-prosenttisessa sulfamiinihapossa ja 80 asteessa. Kriittinen taso 10 %:ssa ja 80 asteessa on 50 ppm. Kriittinen taso on 30 ppm 15 %:ssa ja 80 asteessa. Kriittinen taso on 20 ppm 20 %:ssa ja 80 asteessa. Kriittinen taso on 100 ppm 10 %:ssa ja 60 asteessa. 10 %:ssa ja 80 asteessa kriittinen taso on 50 ppm. 10 % ja 100 asteessa kriittinen taso on 25 ppm. Vedyn kehittymisnopeuteen vaikuttaa pinnoitusprosessin termodynamiikka, ja se kasvaa happopitoisuuden ja lämpötilan myötä.

Sulfamiinihappolämmittimen kuparikontaminaation hallintaopas

Alla olevassa taulukossa on yhteenveto suosituksista kupari-ionien suurimmalle sallitulle pitoisuudelle ja lievennysmenetelmille luokan 2 titaanilämmittimille 10 % sulfamiinihapossa 80 asteessa.

Mitattu Cu²⁺-pitoisuus (ppm) Kuparipinnoitus havaittu Galvaanisen virran tiheys (µA/cm²) Titaanin korroosionopeus (mm/vuosi) Suositeltu toimenpide Ei mitään 0-5<0.08 <25None 25-50 Light 5-15 0.05-0.12Weekly monitor 15–30 Moderate 50–75 0.12–0.25Add chelating agent (
75–100 Heavy 30–60 0.25–0.50 Replace solution >100 Severe >60 >0,50 Vaihda liuos välittömästi
Kuparipitoisuuden hallinta-ilmainen suunnittelu

Kuparilevyjen galvaaninen korroosio. Titaanin laadulla on väliä. Grade 7 (palladiumstabiloitu) osoitti 2-3 kertaa alhaisemmat galvaaniset korroosionopeudet verrattuna Grade 2:een samalla kuparikerroksella. Seinämän paksuus sallii korroosion. Jos seinämän paksuus on 2,0 mm ja kuparin aiheuttama korroosio 0,2 mm vuodessa, käyttöikä olisi 10 vuotta. Kelatoivat kemikaalit, kuten EDTA 100-200 ppm:n kupari-ionien yhdistelmissä pinnoituksen välttämiseksi. Kuparin poisto sulfamiinihappoliuoksista ioninvaihtohartseilla Titaanin pintaan adsorboidaan kuparispesifinen inhibiittori, kuten bentsotriatsoli (10 ppm), joka estää pinnoitusta.

Asiantunteva spesifikaatio

Kun käytät luokan 2 titaanilämmitintä 10-prosenttisessa sulfamiinihapossa 80 asteessa, pidä kupari-ionipitoisuus alle 25 ppm:n turvamarginaalin varmistamiseksi 50 ppm:n pinnoitusrajan alapuolella. Mittaa kuparipitoisuus viikoittain joko atomiabsorptiospektroskopialla tai kolorimetrisillä testiliuskoilla. Jos pitoisuus on > 50 ppm, lisää 200 ppm EDTA:ta kuparin kompleksoimiseksi tai liuoksen vaihtamiseksi. Lämmittimet, joissa on kuparikertymiä, tulee puhdistaa 20 % typpihapolla 50 asteessa 30 minuutin ajan. Tämä liuottaa kuparia vahingoittamatta titaania. Insinööri valvoo kuparipitoisuutta kriittisen rajan alapuolelle sulfamiinihappohuollossa, mikä estää kuparipinnoituksen ja galvaanisen korroosion.