การปรากฏตัวของไนเตรต (ตรงข้ามกับคลอไรด์) ในอ่างชุบสังกะสีที่เป็นกรดอุ่น (pH 4.0, 55 องศา) เปลี่ยนโหมดความล้มเหลวของปลอกไทเทเนียมที่มีผนังบาง-จากรูพรุนเป็นการกัดกร่อนสม่ำเสมอได้อย่างไร

การแลกเปลี่ยนขั้นพื้นฐาน-ในการออกแบบเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับไนเตรต-ที่ประกอบด้วยโซลูชันการชุบ
อ่างชุบสังกะสีโดยทั่วไปจะมีคลอไรด์หรือซัลเฟตเป็นอิเล็กโทรไลต์นำไฟฟ้า บางสูตรใช้ไนเตรต (NO3-) ​​เป็นตัวออกซิไดเซอร์หรือสารเพิ่มความสดใส การมีอยู่ของไอออนที่ pH 4.0 และ 55 องศาจะปรับเปลี่ยนพฤติกรรมการกัดกร่อนของไทเทเนียมได้อย่างมาก การกัดกร่อนแบบรูพรุนเป็นการโจมตีเฉพาะที่ซึ่งแทรกซึมอย่างรวดเร็วผ่านพื้นที่ขนาดเล็กและมีคลอไรด์เข้าไปกระตุ้น ไนเตรตกำลังออกซิไดซ์ประจุลบและจะมีการสร้างฟิล์มสม่ำเสมอ และหากมีการโจมตีใดๆ จะทำให้บางลงสม่ำเสมอและไม่เกิดเป็นรูพรุน ความแตกต่างนี้มีความสำคัญสำหรับปลอกไทเทเนียมผนังบาง (0.8–1.0 มม.): รูพรุนอาจเจาะรูได้ภายในเวลาหลายเดือน แต่การทำให้ผอมบางอย่างสม่ำเสมอนำไปสู่อายุการใช้งานที่คาดเดาได้โดยพิจารณาจากความหนาของผนัง การวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดไทเทเนียมจึงไวต่ออ่างที่มีไนเตรตน้อยกว่าในอ่างที่มีคลอไรด์ และกลไกความล้มเหลวเปลี่ยนแปลงจากการเกิดหลุมที่เป็นหายนะไปเป็นการกัดกร่อนสม่ำเสมอที่จัดการได้อย่างไร

ผลของกลไกการกัดกร่อนแบบรูพรุนและสม่ำเสมอต่อความสมบูรณ์ทางกล
ในอ่างชุบสังกะสี-ที่มีคลอไรด์ (เช่น. 10% NH4Cl) การเคลือบ TiO2 แบบพาสซีฟบนไททาเนียมจะถูกแยกย่อยเฉพาะบริเวณที่ดูดซับไอออนคลอไรด์ เมื่อหลุมเริ่มต้น เคมีในท้องถิ่นจะรุนแรง (pH ลดลงเหลือ 1–2 โดยมีคลอไรด์เข้มข้น) และหลุมจะแพร่กระจายที่ 0.5–2.0 มม./ปี การเจาะหลุมใน 6-24 เดือน สำหรับผนัง 1.0 มม. ความล้มเหลวเป็นสิ่งที่คาดเดาไม่ได้และสันทราย

In baths containing nitrates (e.g. 10% NaNO₃), the nitrate ions (NO₃⁻) are oxidizing agents and actually stimulate the creation of a thicker and more stable passive layer. The typical reduction potential of NO3- to NO2- is +0.94 V versus SHE, nitrates are stronger oxidizers than oxygen (O2 + 4H+ + 4e- ->2H2O, +1.23 V-จริงๆ แล้วออกซิเจนค่อนข้างสูงกว่า แต่ไนเตรตยังคงแรงอยู่) ที่ pH 4.0 ฟิล์มพาสซีฟจะเสถียรที่แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด ถ้าศักย์ไฟฟ้าถูกขับเคลื่อนขั้วบวก (เช่น โดยกระแสหลงทางหรือคัปปลิ้งกัลวานิก) การละลายที่สม่ำเสมอจะเกิดขึ้นแทนที่จะเกิดเป็นหลุม ไทเทเนียมเกรด 2 ใน NaNO3 10% ที่ pH 4.0, 55 องศา อัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมอ 0.02-0.05 มม./ปี อัตรานี้สามารถคาดเดาได้และสามารถนำมาใช้ในการคำนวณอายุการใช้งานได้ ผนัง 1.0 มม. ใช้งานได้ 20 - 50 ปี ความล้มเหลวเกิดจากการทำให้ผอมบางลงเรื่อยๆ และไม่ใช่การเจาะอย่างกะทันหัน

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพความร้อน: ไม่มีผลกระทบโดยตรง
ประสิทธิภาพการระบายความร้อนไม่ได้รับผลกระทบโดยตรงจากประเภทของประจุลบ อัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมออาจส่งผลต่ออุณหภูมิเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างทางเคมีไฟฟ้าในพฤติกรรมของคลอไรด์และไนเตรตไม่ใช่ความร้อน

การเปรียบเทียบโหมดความล้มเหลว: แลก-การสังเคราะห์
ประเภทของประจุลบ (ความเข้มข้น 10%) กลไกการกัดกร่อน อัตราทั่วไป (มม./ปี) เวลาในการเจาะ (ผนัง 1.0 มม.) ความสามารถในการคาดการณ์ของโหมดความล้มเหลว
คลอไรด์ (Cl⁻) การเกิดรูพรุน เฉพาะจุด 0.5-2.0 มม./ปี6-24 เดือนกะทันหัน (ความล้มเหลวร้ายแรง) ต่ำ (สุ่ม)
ซัลเฟต (SO4 2-) ผสม (เป็นหลุม + สม่ำเสมอ) 0.1 – 0.3 มม./ปี 3 – 10 ปี ปานกลาง ปานกลาง
ไนเตรต (NO₃⁻) สม่ำเสมอ (แฝง) 0.02 – 0.05 มม./ปี 20 – 50 ปี สูง (คาดเดาได้) การทำให้ผอมบางอย่างค่อยเป็นค่อยไป
ฟอสเฟต (PO4 3-) สม่ำเสมอ (เฉื่อยมาก) 0.005 – 0.01 มม./ปี 100+ ปีไม่มี สูง
ในบรรดาอิเล็กโทรไลต์สำหรับอาบชุบทั่วไป ไนเตรตเป็นประจุลบที่ไม่เป็นมิตรต่อไทเทเนียมน้อยที่สุด

วิศวกรรมที่ผ่านมาเกี่ยวกับประจุลบ: ผลกระทบของค่า pH และอุณหภูมิ
ผลเชิงบวกของไนเตรตขึ้นอยู่กับ pH- ไนเตรตกำลังลดลง (สร้าง NO และ N2O) ต่ำกว่า pH 2.0 ไนเตรตสามารถส่งเสริมการเกิดหลุมมากกว่าการสร้างทู่ ค่า pH ของอ่างชุบสังกะสีมักจะอยู่ที่ 4.0–5.0 ดังนั้นไนเตรตจึงยังคงออกซิไดซ์อยู่ อัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมอในไนเตรตที่อุณหภูมิมากกว่า 70 องศาจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.10-0.15 มม./ปี ซึ่งถือว่ายอมรับได้ คลอไรด์ปริมาณเล็กน้อย (สิ่งเจือปนในเกลือไนเตรต) อาจทำให้เกิดรูพรุนอีกครั้ง หากการปนเปื้อนของคลอไรด์ในอ่างไนเตรตเข้าใกล้ 100 ppm โหมดความล้มเหลวจะเกิดขึ้นและข้อดีจะหมดไป ใช้เกลือไนเตรตคุณภาพสูง

สรุป: อ่างไนเตรตช่วยให้ผนังบางและมีอายุการใช้งานที่คาดเดาได้
ไนเตรต (แทนที่จะเป็นคลอไรด์) จะเปลี่ยนโหมดความล้มเหลวของปลอกไทเทเนียมที่มีผนังบาง- (0.8-1.0 มม.) ที่ทำงานอยู่ในสารละลายชุบสังกะสีที่เป็นกรดอุ่น (pH 4.0, 55 องศา) จากการเกิดรูพรุนอย่างรวดเร็วและคาดเดาไม่ได้ ไปเป็นการกัดกร่อนที่สม่ำเสมอและคาดการณ์ได้ช้า ในสื่อคลอไรด์ ผนัง 1.0 มม. จะถูกเจาะรูใน 6-24 เดือนโดยการเจาะหลุมที่ 0.5-2.0 มม./ปี ในอ่างไนเตรต การกัดกร่อนสม่ำเสมอที่ 0.02 ถึง 0.05 มม. ต่อปี ทำให้มีอายุการใช้งาน 20 ถึง 50 ปี ซึ่งมากเกินพอสำหรับอายุการใช้งานของอุปกรณ์ สำหรับอ่างชุบสังกะสีที่มีไนเตรต แนะนำให้ใช้ปลอกไทเทเนียมเกรด 2 ที่มีความหนาของผนัง 0.8–1.0 มม. คุณไม่จำเป็นต้องทำให้ผนังหนาขึ้น อย่างไรก็ตาม การปนเปื้อนของคลอไรด์ (แม้จะอยู่ที่ 100 ppm) ทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่จะเกิดการเป็นรูพรุนอีกครั้ง ระบุเกลือไนเตรตที่มีความบริสุทธิ์สูง (<50 ppm Cl−) for nitrate bath heaters and periodic bath analysis for chloride build-up. Give the manufacturer the predicted level of chloride contamination to find out if pitting protection (thicker wall or surface treatment) is needed. Thin walls are acceptable and even recommended for heat transfer and cost in pure nitrate service.