Kako prisustvo nitrata (za razliku od hlorida) u toploj kadi s pocinkovanom kiselinom (pH 4,0, 55 stepeni) mijenja način kvara titanijumskog omotača sa tankim-stinama od pitinga do ravnomjerne korozije?

Fundamentalni kompromis-u dizajnu titanijumskog grijača za rješenja koja sadrže nitrate{1}}
Pocinkovane kupke općenito sadrže kloride ili sulfate kao provodljivi elektrolit. Neke formule koriste nitrate (NO3-) ​​kao oksidatore ili izbjeljivače. Prisustvo anjona na pH 4,0 i 55 stepeni dramatično modifikuje koroziono ponašanje titanijuma. Pitting korozija je lokalizirani napad koji brzo prodire kroz male površine, a hloridi ga potiču. Nitrati su oksidirajući anioni iu njihovom prisustvu pasivacija je jednolična, a ako i postoji napad to je ravnomjerno stanjivanje a ne rupice. Ova razlika je važna za plašt od titanijuma sa tankim zidovima (0,8–1,0 mm): udubljenje može da perforira mesecima, ali dosledno stanjivanje vodi do predvidljivog veka trajanja na osnovu debljine zida. Ovo istraživanje pokazuje zašto je titan manje osjetljiv u kupkama koje sadrže nitrate nego u kupkama koje sadrže hlorid i kako se mehanizam kvara mijenja od katastrofalnog pitinga do ujednačene korozije koja se može upravljati.

Utjecaj mehanizama pitting i uniformne korozije na mehanički integritet
U kupkama za pocinčavanje sa hloridom (npr. . 10% NH4Cl) pasivni TiO2 premaz na titanijumu se lokalno razgrađuje na mjestima adsorpcije hloridnih jona. Jednom kada se jama pokrene, lokalna hemija je agresivna (pH pada na 1-2, hloridni koncentrati) i jama se širi brzinom od 0,5-2,0 mm/god. Perforacija udubljenja za 6-24 mjeseca za zid od 1,0 mm. Neuspjeh je nepredvidiv i apokaliptičan.

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-zapravo kiseonik je nešto veći, ali nitrati su i dalje jaki). Na pH 4,0 pasivni film je stabilan na napon otvorenog kruga. Ako se potencijal pokreće anodno (npr. lutajućim strujama ili galvanskom spregom) tada će doći do uniformnog rastvaranja, a ne pitinga. Titanijum 2 stepena u 10% NaNO3 pri pH 4,0, 55 stepeni Ujednačena brzina korozije 0,02-0,05 mm/god. Ova stopa je predvidljiva i može se koristiti za izračunavanje životnog veka: zid od 1,0 mm daje 20 - 50 godina rada. Neuspjeh nastaje progresivnim stanjivanjem, a ne iznenadnom perforacijom.

Uticaj na termičke performanse: Nema direktnog uticaja
Na termičke performanse ne utiče direktno vrsta anjona. Ujednačena brzina korozije može imati manji temperaturni uticaj. Međutim, elektrohemijska razlika u ponašanju klorida i nitrata nije termička.

Poređenje načina kvara: Trade{0}}od sinteze
Vrsta aniona (10% koncentracija) Mehanizam korozije Tipična brzina (mm/god) Vrijeme do perforacije (1,0 mm zid) Predvidljivost načina kvara
Hlorid (Cl⁻) Localized Pitting 0,5-2,0 mm/yr6-24 mjeseci Iznenadni (katastrofalni kvar) Niski (stohastički)
Sulfat (SO4 2-) Mješoviti (pitting + uniform) 0,1 – 0,3 mm/god. 3 – 10 godina Umjereno Umjereno
Nitrat (NO₃⁻) Ujednačen (pasivan) 0,02 – 0,05 mm/godišnje 20 – 50 godina Visok (predvidivo) Postepeno proređivanje
Fosfat (PO4 3-) Ujednačen (izuzetno pasivan) 0,005 – 0,01 mm/god 100+ godina Nema Visok
Među uobičajenim elektrolitima za kupanje, nitrati su najmanje neprijateljski anion prema titanijumu.

Inženjering mimo aniona: pH i temperaturni efekti
Pozitivni efekat nitrata zavisi od pH-. Nitrati se smanjuju (proizvode NO i N2O) ispod pH 2,0. Nitrati mogu pospješiti kvarenje, a ne pasivizaciju. pH kupke za pocinčavanje je obično 4,0-5,0, tako da nitrati još uvijek oksidiraju. Ujednačena brzina korozije u nitratima na temperaturama preko 70 stepeni raste na 0,10-0,15 mm/godišnje, što je podnošljivo. Hloridi u tragovima (nečistoće u nitratnim solima) mogu ponovo uneti rupe. Ako se kontaminacija hloridima u nitratnoj kupki približi 100 ppm, način kvara je pitting i prednosti se gube. Koristite visokokvalitetne nitratne soli.

Zaključak: Nitratne kupke omogućavaju tanke zidove sa predvidljivim životom.
Nitrati (umjesto hloridi) pomjeraju način kvara titanijumskog omotača-sa tankim stijenkama (0,8-1,0 mm) koji radi u toploj kiseloj otopini za pocinčavanje (pH 4,0, 55 stepeni) sa brze, nepredvidive rupice na sporu, predvidljivu ujednačenu koroziju. U hloridnom mediju, zid od 1,0 mm će biti perforiran za 6-24 mjeseca pittingom pri 0,5-2,0 mm/godišnje. U nitratnim kupkama konstantna korozija od 0,02 do 0,05 mm godišnje nudi 20 do 50 godina rada, više nego dovoljno za vijek trajanja opreme. Za kupke za pocinčavanje na bazi nitrata preporučuje se titanijumski omotač stepena 2 sa debljinom zida od 0,8-1,0 mm. Ne morate podebljavati zidove. Međutim, kontaminacija hloridima (čak i pri 100 ppm) ponovo uvodi mogućnost pojave rupa. Navedite nitratne soli visoke čistoće (<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.