สำหรับอ่างชุบสังกะสีที่เป็นกรด (pH 3.5) ที่อุณหภูมิ 55 องศา การปรากฏของไอออนฟลูออไรด์ที่สูงกว่า 50 ppm จำเป็นต้องเปลี่ยนจากไทเทเนียมเป็น Hastelloy อย่างไร

ในกรณีส่วนใหญ่ ไทเทเนียมเกรด 2 จะจัดการสารละลายการชุบสังกะสีที่เป็นกรด - โดยทั่วไปสูตรที่มีคลอไรด์หรือซัลเฟตคลอไรด์ ซึ่งทำงานที่ pH 3.5 และ 55 องศา - ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างรุนแรง อย่างไรก็ตาม การดำเนินการชุบสังกะสีด้วยความเร็วสูงสมัยใหม่จำนวนมากจะเพิ่มฟลูออไรด์หรือฟลูออโรบอเรตไอออนเพื่อปรับปรุงการนำไฟฟ้า เพิ่มพลังการขว้าง หรือกระตุ้นพื้นผิวที่เพลตยาก ที่ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ไอออนที่มากกว่า 50 ppm พฤติกรรมการกัดกร่อนของไทเทเนียมจะเปลี่ยนไปโดยพื้นฐาน ซึ่งนำไปสู่การสลายตัวอย่างรวดเร็วของชั้นพาสซีฟและการโจมตีที่สม่ำเสมอซึ่งสามารถเจาะท่อฮีตเตอร์เกจมาตรฐานได้ภายในไม่กี่สัปดาห์ บทความนี้จะให้ข้อมูลปริมาณของความเข้มข้นของฟลูออไรด์ตามเกณฑ์ที่ไทเทเนียมไม่สามารถใช้ได้ และกำหนดพารามิเตอร์ที่ Hastelloy C-276 หรือ C-22 เป็นวัสดุเปลือกทำความร้อนที่จำเป็น

กลไกการโจมตีของไทเทเนียมด้วยฟลูออไรด์
ไทเทเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมเนื่องจากมีฟิล์ม TiO 2 ที่เสถียรและยึดเกาะ ฟิล์มนี้ถูกโจมตีโดยฟลูออไรด์ไอออนในปฏิกิริยาการละลายทางเคมี TiO 2 + 6F − + 4H + → TiF 6 2 − + 2H 2 O สารประกอบเฮกซาฟลูออโรไททาเนตสามารถละลายได้ ดังนั้นการเคลือบแบบพาสซีฟจึงถูกกำจัดทางเคมี และไม่ใช่แค่ทะลุทะลวงเท่านั้น เมื่อชั้นละลาย โลหะไทเทเนียมที่อยู่ด้านล่างจะถูกสัมผัสกับอ่างกรดและกัดกร่อนได้ง่าย การโจมตีด้วยฟลูออไรด์นั้นแพร่หลายและเป็นเนื้อเดียวกัน แตกต่างจากการเจาะบ่อด้วยคลอไรด์ตรงที่การเคลือบแบบพาสซีฟระหว่างหลุมยังคงสภาพเดิม

อัตราการละลายฟิล์มพาสซีฟถูกควบคุมโดยปัจจัยสามประการ ได้แก่ ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ pH และอุณหภูมิ ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ที่สำคัญสำหรับไทเทเนียมเกรด 2 อยู่ที่ประมาณ 30 ppm ที่ pH 3.5 และ 55 องศา เมื่อค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า 30 ppm ฟิล์มพาสซีฟจะละลายอย่างช้าๆ และความหนาในสถานะที่คงที่-จะถูกรักษาไว้โดยการส่งฟิล์มกลับคืน ในช่วง 30-50 ppm การละลายของฟิล์มเกินค่าการส่งผ่านซ้ำและอัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.1-0.3 มม. ต่อปี เกินกว่า 50 ppm ฟิล์มไม่สามารถต่ออายุได้ และไทเทเนียมจะเกิดการกัดกร่อนในอัตรา 1-5 มม. ต่อปี ขึ้นอยู่กับสภาวะที่แน่นอน ไทเทเนียมเกรด 2 จะสึกกร่อนที่ประมาณ 3 มม. ต่อปีในฟลูออไรด์ 100 ppm - เพียงพอที่จะเจาะรูในท่อผนังขนาด 1.65 มม. ในเวลาหกถึงแปดเดือน

การทำงานร่วมกันของอุณหภูมิและ pH
อุณหภูมิสูงจะเร่งการโจมตีของฟลูออไรด์แบบทวีคูณ ที่อุณหภูมิ 55 องศา และฟลูออไรด์ 50 ppm เกรด 2 มีอัตราการกัดกร่อนประมาณ 0.4 มิลลิเมตรต่อปี ที่ 65 องศา อัตราจะเพิ่มขึ้นเป็น 1.2 มม. ต่อปีที่ปริมาณฟลูออไรด์เท่าเดิม อ่างชุบสังกะสีที่ทำงานที่ 55 องศานั้นใกล้ถึงขีดจำกัดแล้วในแง่ของความไวต่ออุณหภูมิ และการเบี่ยงเบนไปที่ 60-65 องศาก็สามารถเพิ่มอัตราการโจมตีได้อย่างรวดเร็ว

เนื่องจากมีการใช้ไอออนไฮโดรเจนในเหตุการณ์การละลาย การโจมตีของฟลูออไรด์จึงแย่ลงที่ pH ต่ำ ปฏิกิริยาจะปานกลางที่ pH 3.5 สำหรับ pH 2.5 อัตราจะเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่าสำหรับความเข้มข้นของฟลูออไรด์เท่าเดิม โดยปกติอ่างชุบสังกะสีจะทำงานที่ pH 3.5-4.0 แต่ค่า pH ที่ลดลงเฉพาะตำแหน่งสามารถสังเกตได้ใกล้กับขั้วบวกหรือในโซนนิ่ง

และอื่นๆ เกรด 7 โลหะผสมไททาเนียม
ไทเทเนียมเกรด 7 (Ti-0.15Pd) มีความต้านทานต่อกรดรีดิวซ์ได้ดีกว่า แต่ไม่สามารถต้านทานการโจมตีของฟลูออไรด์ได้ การมีอยู่ของแพลเลเดียมจะเพิ่มจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาแคโทดิกและส่งเสริมการสร้างฟิล์มในกรดโดยที่ฟิล์มเฉื่อยถูกเก็บรักษาไว้ แต่ไม่สามารถป้องกันการละลายทางเคมีของ TiO2 ด้วยฟลูออไรด์ไอออนได้ การทดสอบระบุว่าเกรด 7 จะสึกกร่อนที่ประมาณ 70% ของอัตราของเกรด 2 ในฟลูออไรด์-ที่มีสารละลายเป็นการปรับปรุง แต่ไม่เพียงพอที่จะให้อายุการใช้งานที่ยอมรับได้สูงกว่า 50 ppm ฟลูออไรด์ ตัวอย่างเช่น เกรด 2 จะสึกกร่อนที่ 0.8 มม. ต่อปีที่ 55 องศา และ 75 ppm ฟลูออไรด์ และเกรด 7 จะกัดกร่อนที่ 0.5-0.6 มม. ต่อปี ทั้งสองสูงเกินไปสำหรับท่อติดผนังขนาด 1.65 มม.

Hastelloy เป็นทางเลือก
โลหะผสม Hastelloy ที่มีนิกเกิล- (C-276 และ C-22) ต้านทานการโจมตีของฟลูออไรด์ด้วยกลไกที่แตกต่างกัน ฟิล์มพาสซีฟบน Hastelloy C-276 มีนิกเกิลและโครเมียมออกไซด์ที่ละลายในกรดได้น้อยกว่า TiO2 อัตราการกัดกร่อนน้อยกว่า 0.05 มิลลิเมตรต่อปีสำหรับ Hastelloy C-276 ในฟลูออไรด์ 50-200 ppm ที่ pH 3.5 และ 55 องศา สำหรับฟลูออไรด์ที่ 100 ppm อัตราจะน้อยกว่า 0.10 มม./ปี โลหะผสมยังแสดงความต้านทานต่อการเกิดรูพรุนโดยคลอไรด์ในอ่างชุบสังกะสี

เมทริกซ์แอปพลิเคชันการชุบสังกะสีของฮีตเตอร์
สภาพการอาบน้ำ ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ (ppm) วัสดุเปลือกทำความร้อนที่แนะนำ อัตราการกัดกร่อนที่คาดหวัง อายุการใช้งานโดยประมาณ (ผนัง 1.65 มม.)
ซิงค์คลอไรด์มาตรฐาน (ไม่มีฟลูออไรด์)<10 ppmGrade 2 titanium < 0.02 mm/year > 10 years
แพ็คเกจเสริมฟลูออไรด์ต่ำ- 10-30 ppm ไทเทเนียมเกรด 2, การตรวจสอบรายสัปดาห์ 0.03-0.08 มม./ปี 5-10 ปี
ฟลูออไรด์ปานกลาง (ฟลูออโรบอเรตมาตรฐาน) 30-50 ppm ไทเทเนียมเกรด 7 หรือแฮสเตลลอย 0.10-0.25 มม./ปี 3-6 ปี
ฟลูออไรด์สูง- (อ่างความเร็วสูง) 50-100 ppm Hastelloy C-276 0.05-0.10 8-12 ปี มิลลิเมตร/ปี
Very high fluoride (>100 ppm) 100 ถึง 500 ppmHastelloy c-22 หรือแทนทาลัม 0.10-0.20 มม./ปี 5-8 ปี
สรุปข้อมูลจำเพาะเครื่องทำความร้อนชุบสังกะสี
การเปลี่ยนวัสดุเปลือกทำความร้อนแบบจุ่มจากไทเทเนียมเป็น Hastelloy จำเป็นสำหรับฟลูออไรด์ไอออนที่เกิน 50 ppm ในอ่างชุบสังกะสีที่เป็นกรดที่ pH 3.5 และ 55 องศา ไทเทเนียมเกรด 2 มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนมากที่สุดที่มีฟลูออไรด์สูงกว่า 30 ppm ไทเทเนียมเกรด 7 สามารถให้อายุการใช้งานที่เพียงพอในช่วง 30 ถึง 50 ppm หากได้รับการตรวจสอบอย่างระมัดระวัง แต่วิศวกรหลายคนชอบ Hastelloy ในเรื่องความน่าเชื่อถือ ไทเทเนียมในทุกเกรดจะใช้งานไม่ได้ตั้งแต่เดือนถึง 2 ปี หากปริมาณคลอไรด์เกิน 50 ppm ใช้ Hastelloy C-276 หรือ C-22 เมื่อสั่งซื้อเครื่องทำความร้อนสำหรับสายการชุบสังกะสี ให้ขอการวิเคราะห์ทางเคมีของอ่างอาบอย่างละเอียด รวมถึงความเข้มข้นของฟลูออไรด์ และเลือกวัสดุเปลือกตามระดับฟลูออไรด์ที่คาดหวังสูงสุด ไม่ใช่ตัวเลขที่ระบุ เทคนิคเชิงรุกนี้หลีกเลี่ยงความล้มเหลวในการให้ความร้อนอย่างกะทันหัน ซึ่งทำให้หยุดการผลิตและทำให้อ่างชุบสกปรก