การกวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในถังชุบด้วยไฟฟ้าเร่งหรือลดอัตราการกัดกร่อนของเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมเกรด 12 อย่างไร

การกวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกมักใช้ในการชุบด้วยไฟฟ้าและถังตกแต่งโลหะเพื่อปรับปรุงการขนส่งมวลชน เพิ่มพลังการขว้าง และส่งเสริมการสะสมที่สม่ำเสมอ ความถี่มักจะอยู่ในช่วง 20-80 kHz ความหนาแน่นของพลังงานคือ 1-5 W/L ถังเหล่านี้มักใช้เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มที่ทำจากไทเทเนียมเกรด 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) เนื่องจากมีความยืดหยุ่นต่อเคมีการชุบที่รุนแรง แต่การใช้พลังงานอัลตราโซนิกจะเปลี่ยนพฤติกรรมการกัดกร่อนของไทเทเนียมโดยพื้นฐาน ผลที่ตามมาคือสองเท่า: อัลตราโซนิกสามารถเร่งการกัดกร่อนในบางการตั้งค่าโดยการกำจัดการเคลือบแบบพาสซีฟและทำให้เกิดความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศ ในกรณีอื่นๆ อาจป้องกันการกัดกร่อนโดยการสลายก๊าซที่พื้นผิวหรือทำลายชั้นขอบเขตที่รุนแรง บทความนี้ประเมินผลสุทธิของการกวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกบนไทเทเนียมเกรด 12 ในสารละลายการชุบด้วยไฟฟ้าทั่วไป รวมถึงคอปเปอร์ซัลเฟตที่เป็นกรด นิกเกิลซัลเฟต และอ่างอัลคาไลน์ไซยาไนด์ และพิจารณาว่าอัลตราโซนิกนำเสนอความเสี่ยงสุทธิหรือประโยชน์ต่ออายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนหรือไม่

กลไกของการกระทำด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงต่อการกัดกร่อน
ผลกระทบหลักของคลื่นอัลตราโซนิกที่น่าสนใจสำหรับการกัดกร่อนของไทเทเนียมในตัวกลางของเหลวมีสามประการ โพรงอากาศคือการผลิตและการยุบตัวของฟองก๊าซขนาดเล็กอย่างกะทันหันในบริเวณใกล้กับพื้นผิวไทเทเนียม การพังทลายของฟองสบู่ส่งผลให้เกิดแรงกดดันเฉพาะจุดของชั้นบรรยากาศหลายพันแห่งและไอพ่นขนาดเล็ก-ที่สามารถทำลายฟิล์มเฉื่อยได้โดยอัตโนมัติ การเคลื่อนที่ของของไหลความเร็วสูง (1-10 ม./วินาที) ที่พื้นผิวไทเทเนียมเกิดจากการสตรีมเสียงที่ช่วยเพิ่มการเคลื่อนย้ายมวลของสายพันธุ์เข้าและออกจากส่วนต่อประสาน การไล่แก๊สจะกำจัดก๊าซที่ละลายออกจากชั้นขอบเขต (รวมถึงออกซิเจน) และสามารถเปลี่ยนสภาพแวดล้อมทางเคมีไฟฟ้าได้

การเกิดโพรงอากาศเป็นผลกระทบหลักสำหรับไทเทเนียมเกรด 12 โดยอาศัยฟิล์มพาสซีฟ TiO₂ ที่มีความเสถียรในการต้านทานการกัดกร่อน การยุบตัวของฟองอากาศซ้ำหลายครั้งสามารถดึงฟิล์มแพสซีฟออกได้ทางกายภาพ และปล่อยให้ไททาเนียมเปลือยสัมผัสกับสารละลายการชุบ อัตราการส่งผ่านของเกรด 12 ค่อนข้างรวดเร็ว (มิลลิวินาที) อย่างไรก็ตาม หากความเข้มของโพรงอากาศเกินอัตราการส่งผ่านกลับ จะเกิดการสูญเสียโลหะสุทธิ การสตรีมเสียงสามารถเพิ่มการกัดกร่อน (โดยการให้สายพันธุ์ที่ก้าวร้าวใหม่กับพื้นผิว) หรือลดการกัดกร่อน (โดยการกำจัดชั้นที่เป็นกรดเฉพาะที่ที่นิ่งซึ่งส่งเสริมการเกิดรูพรุน)

การวัดอัตราการกัดกร่อนด้วยอัลตราโซนิก
ผลลัพธ์เชิงปริมาณได้รับผ่านการทดสอบแบบควบคุมโดยใช้คูปองไทเทเนียมเกรด 12 (พื้นผิวขัดเงาหนา 1.65 มม.) ในอ่างชุบด้วยไฟฟ้ามาตรฐานสามอ่างที่อุณหภูมิ 55 C โดยมีและไม่มีการกวนด้วยอัลตราโซนิก (40 kHz, 2 W/L) ระยะเวลาในการเปิดรับแสงคือ 500 ชั่วโมง และน้ำหนักที่ลดลงทุกๆ 100 ชั่วโมง

เกรด 12 ที่ไม่มีอัลตราโซนิก 0.01-0.03 มม. ต่อปี ไม่มีนัยสำคัญ ในอ่างคอปเปอร์ซัลเฟตที่เป็นกรด (50 กรัม/ลิตร CuSO 4 5H 2 O, 50 กรัม/LH 2 SO 4 , pH0.5) อัตราด้วยอัลตราโซนิกจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.08-0.15 มม./ปี อัตราที่สูงกว่านั้นเกิดจากการกำจัดคาวิเทชันของฟิล์มพาสซีฟในสภาพแวดล้อมที่มีค่า pH ต่ำที่ไม่เป็นมิตร พื้นผิวที่ถูกสัมผัสด้วยอัลตราโซนิกเป็นเวลา 500 ชั่วโมงจะเป็นพื้นผิวด้านและสลักไว้เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวแบบพาสซีฟที่ส่องแสงของชุดควบคุม ตรวจไม่พบหลุม การจู่โจมเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ

การกัดกร่อนของเกรด 12 โดยไม่ใช้อัลตราโซนิกในอ่างนิกเกิลซัลเฟต (Ni(SO 3 NH 2 ) 2 , 400 กรัม/ลิตร, H 3 BO 3 , 30 กรัม/ลิตร, pH 4.0) คือ 0.02-0.04 มม./ปี ด้วยอัลตราโซนิกจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเป็น 0.05-0.09 มม./ปี ที่ค่า pH ต่ำกว่า ความเสียหายของคาวิเทชันจะลดลงเนื่องจากฟิล์มพาสซีฟจะถูกสร้างขึ้นใหม่ได้เร็วกว่าในสารละลายที่เป็นกลาง

เกรด 12 ที่ไม่มีอัลตราโซนิกกัดกร่อนน้อยกว่า 0.01 มม./ปี - ดี ในอ่างทองแดงอัลคาไลน์ไซยาไนด์ (40 กรัม/ลิตร CuCN, 30 กรัม/ลิตร NaCN, 15 กรัม/ลิตร NaOH, pH 12) เมื่อใช้อัลตราโซนิก อัตราการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นเป็น 0.02-0.05 มม. ต่อปี – ยังคงยอมรับได้ สิ่งที่น่าสนใจคืออัลตราโซนิกยังยับยั้งการผลิตคราบทองแดงสีดำ ซึ่งบางครั้งเกิดขึ้นกับไทเทเนียมในอ่างไซยาไนด์ การเกิดโพรงอากาศช่วยขจัดสารเคลือบที่เกาะติดแน่น

อัตราการกัดกร่อนด้วยอัลตราโซนิกในอ่างทั้งสามอ่างมีค่าน้อยกว่า 0.15 มม. ต่อปี ซึ่งแปลเป็นอายุการใช้งานมากกว่า 10 ปีสำหรับผนัง 1.65 มม. ความเร่งสามารถวัดได้แต่ไม่สำคัญพอที่จะทำให้เกิดความล้มเหลวก่อนเวลาอันควรในงานชุบด้วยไฟฟ้าส่วนใหญ่

ผลต่อเกรดไทเทเนียมอื่น ๆ – เปรียบเทียบ
ประเภทอ่าง เกรดของไทเทเนียม อัตราการกัดกร่อน (มม./ปี) ไม่มีอัลตราโซนิก อัตราการกัดกร่อนด้วยอัลตราโซนิก (40 kHz; 2 W/L)อัตราการเร่ง
ทองแดงที่เป็นกรดเกรด 2 0.05-0.10 0.25-0.45 4-5x ทองแดงที่เป็นกรดเกรด 2 0.03-0.06 0.12-0.20 3-4x ทองแดงที่เป็นกรดเกรด 7 0.01-0.02 0.06-0.10 4-6x ทองแดงที่เป็นกรดเกรด 12 0.01-0.03 0.08-0.15 3-5x
นิกเกิลซัลฟาเมตเกรด 12 0.02-0.04 0.05-0.09 2-3x อัลคาไลน์ไซยาไนด์เกรด 12<0.01 0.02-0.05 3-5x
เกรด 12 มีปัจจัยการเร่งความเร็วต่ำกว่าเกรด 2 ในอ่างทั้งหมด เนื่องจากโลหะผสมโมลิบดีนัม-ของนิกเกิลก่อให้เกิดฟิล์มเฉื่อยที่แข็งแกร่งขึ้น ซึ่งสามารถต้านทานการเกิดโพรงอากาศได้ดีกว่า ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 มีความเร่งใกล้เคียงกับชั้นประถมศึกษาปีที่ 12 แม้ว่าจะมีอัตราสัมบูรณ์ต่ำกว่าก็ตาม

เมื่ออัลตราซาวด์ลดการกัดกร่อน
อัลตราโซนิกสามารถชะลอการกัดกร่อนของไทเทเนียมในบางสภาพแวดล้อม ในสารละลายที่นิ่งหรือไหลต่ำ- ซึ่งการทำให้เป็นกรดหรือความเข้มข้นของคลอไรด์ในท้องถิ่นเอื้ออำนวย การสตรีมเสียงจะรบกวนชั้นขอบเขตและหลีกเลี่ยงการสะสมของสายพันธุ์ที่ก้าวร้าว การทดสอบใน FeCl₃ 10% ที่ 50 องศา ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่เป็นรูพรุนที่แข็งแกร่ง แสดงให้เห็นว่าเกรด 12 ที่ไม่มีอัลตราโซนิคจะเกิดหลุมได้ภายใน 100-200 ชั่วโมง เมื่อใช้อัลตราโซนิค (40 kHz, 2 W/L) การเจาะหลุมจะถูกเลื่อนออกไปเป็น 500+ ชั่วโมง และอัตราการกัดกร่อนจะสม่ำเสมอ กลไกนี้คือการกำจัดไอออนคลอไรด์ที่มีความเข้มข้นที่จุดเริ่มต้นของหลุม

อัลตราโซนิกยังสามารถลดการกัดกร่อนในสภาวะที่มี-คลอไรด์สูงและมีออกซิเจนต่ำ- (เช่น รอยแยกลึก) โดยการไล่ก๊าซและออกซิเจนของพื้นผิวไทเทเนียม ซึ่งส่งเสริมการสร้างฟิล์ม ผลกระทบนี้มีความสำคัญน้อยกว่าสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มมากกว่าชิ้นส่วนที่อยู่นิ่ง

ตารางที่ 1. เมทริกซ์การประยุกต์ใช้ของอ่างชุบด้วยไฟฟ้าอัลตราโซนิก
การชุบ อุณหภูมิ pH ของอ่างชุบ เกรดไทเทเนียมที่แนะนำ ผลกระทบของอัลตราโซนิคต่ออัตราการกัดกร่อน เหมาะสำหรับอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อน (5+ ปีที่มีความหนาของผนัง 1.65 มม.)
คอปเปอร์ซัลเฟตที่เป็นกรด 0.5-1.0 50-60 เกรด C 12 หรือเกรด 7 3-5 ความเร่ง แต่อัตราสุดท้าย<0.15 mm/yearYes, 12th grade
นิกเกิล ซัลฟาเมต 3.5-4.5 50-60 องศา เกรด 12 2-3x ความเร่ง<0.10 mm/year Yes
อัลคาไลน์คอปเปอร์ไซยาไนด์ 11-13 50-70 องศา เกรด 12 หรือเกรด 2 3-5x ความเร็ว<0.05 mm/year Yes
กรดซิงค์คลอไรด์ 40-50 องศา 4.0-5.5 เกรดเร็วขึ้น 12 2-4 เท่า ความเร็ว<0.12 mm/year Yes
อโนไดซ์กรดโครมิก<1.0 40-50°C Grade 7 only High acceleration probable; test recommended Grade 7 with monitoring
การกัดด้วยเฟอร์ริกคลอไรด์ 0.5-1.0 45-55 องศา เกรด 12 4-6x ความเร่ง มากกว่า 0.3 มม./ปีส่วนขอบ; พิจารณาลดพลังงานล้ำเสียง
คู่มือปฏิบัติเกี่ยวกับข้อมูลจำเพาะของเครื่องทำความร้อน
การกวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิก (40 kHz โดยทั่วไป 2 W/L) ในถังวางตำแหน่งด้วยไฟฟ้าทำให้สามารถใช้ส่วนประกอบเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมเกรด 12 สำหรับเคมีอาบน้ำส่วนใหญ่ โดยที่อัตราการกัดกร่อนจะถูกเร่งขึ้น 2-5 เท่า แต่ยังคงต่ำกว่า 0.15 มม. ต่อปีในอ่างน้ำทั่วไป ท่อติดผนัง 1.65 มม. จะมีอายุการใช้งาน 10+ ปี @ .15 มม. ต่อปีการใช้งาน (1.65 มม. /.15 มม. ต่อปี=11 ปี) แนวทางปฏิบัติต่อไปนี้ทำให้ชีวิตยืนยาวที่สุด:

เกรด 12 มากกว่าเกรด 2 สำหรับถังที่มีอัลตราโซนิก เนื่องจากเกรด 12 มีปัจจัยการเร่งความเร็วต่ำกว่า

พื้นผิวการดองหรือการขัดด้วยไฟฟ้าเพื่อลดการเกิดโพรงนิวคลีอิก (Ra<0.4 µm). Rough surfaces accelerate the attack.

เก็บเครื่องทำความร้อนให้พ้นจากแนวตรงของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกและในบริเวณที่มีความเข้มต่ำของถัง

ลดความหนาแน่นของพลังงานล้ำเสียงหากเป็นไปได้ - การดำเนินการชุบด้วยไฟฟ้าจำนวนมากสามารถทำงานได้ที่ 1 W/L แทนที่จะเป็น 2-3 W/L โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ

สำหรับการอาบน้ำที่รุนแรง (ทองแดงที่เป็นกรดพร้อมอัลตราโซนิก) ให้เพิ่มระยะขอบโดยเพิ่มความหนาของผนังเป็น 2.0 มม.

การกวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในถังชุบด้วยไฟฟ้าจะเพิ่มอัตราการกัดกร่อนของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 12 ขึ้น 2-5 เท่าของสภาวะนิ่ง ในขณะที่อัตราสัมบูรณ์ยังต่ำกว่า 0.15 มม. ต่อปีในอ่างน้ำธรรมดาส่วนใหญ่ ซึ่งแปลเป็นอายุการใช้งานของท่อ 10+ ปี โดยมีความหนาของผนังปกติ 1.65 มม. เกรด 12 ได้รับความนิยมมากกว่าเกรด 2 เนื่องจากปัจจัยการเร่งความเร็วลดลงและฟิล์มพาสซีฟที่แข็งแกร่งกว่า ก่อนข้อกำหนดขั้นสุดท้าย แนะนำให้ทำการทดสอบด้วยเคมีอาบน้ำที่เฉพาะเจาะจงและสภาวะอัลตราโซนิกสำหรับอ่างที่มีฤทธิ์รุนแรง เช่น เฟอร์ริกคลอไรด์หรือกรดโครมิกอุณหภูมิสูง ในทุกสถานการณ์ อายุการใช้งานจะยาวนานยิ่งขึ้นด้วยการวางเครื่องทำความร้อนในบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำลง และใช้พื้นผิวขัดเงา เมื่อสั่งซื้อ ระบุว่าจะใช้เครื่องทำความร้อนในถังปั่นด้วยคลื่นอัลตราโซนิก และระบุเกรด 12 ที่มีการดองหรือขัดเงาด้วยไฟฟ้า ด้วยมาตรการเหล่านี้ การกวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกไม่ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมลดลงอย่างมากในการใช้งานไฟฟ้า