Yüksek Klorür/Çinko Karışımlı Metal Kaplama Tankındaki Titanyum Kılıf Isıtıcı için Tüp Yüzeyindeki Katodik Akım Yoğunluğu Neden Önemli Bir Tasarım Kısıtlamasıdır?
Mesaj bırakın
ÇİNKO ELEKTRİK KAPLAMA, GALVANİZLEME VEYA ALAŞIM YERLEŞTİRME TANKLARI, METAL SONLANDIRMA İÇİN KULLANILIR VE KARMAŞIK ELEKTROLİT KARIŞIMLARI İÇERİR. Tipik formülasyonlar, iletken tuz olarak 50-100 g/L çinko klorür (ZnCl2), amonyum klorür (NH4Cl), potasyum klorür (KCl) ve birkaç organik parlatıcıdan oluşur. Banyo 30–50 derecede, pH 4,5–6,0'dır. Korozyon direnci genellikle titanyum kılıf ısıtıcıları aracılığıyla belirlenir. Ancak bu banyolar, titanyum tüpün çinko birikimi için katot görevi gördüğü istenmeyen bir elektrokimyasal durum yaratır. Solüsyondaki çinko iyonları, ısıtıcının elektrik sisteminin etkisiyle veya kaplama redresöründen gelen kaçak akımlarla titanyumun yüzeyi üzerine kaplanır. Çinko birikintisi ince ve tekdüze kalırsa tüp korunur, ancak kaba, nodüler yapılara genişlerse tüp aşırı ısınır ve zamanından önce arızalanır. Belirleyici faktör, çinko azalmasını sağlayan elektron transfer hızıdır, yani tüp yüzeyindeki katodik akım yoğunluğudur.
Titanyum Isıtıcılarda Katodik Çinko Biriktirme Mekanizması
The usual cathodic reaction happens on the work to be plated in a zinc plating bath. Any conductive surface that contacts the electrolyte, including the titanium heater sheath, can also operate as a cathode if an electrical channel exists. The wire of internal resistance of the heater is electrically insulated from the sheath. However, stray currents from the plating rectifier may pass through the bath, especially if the tank grounding is inadequate or if the heater mounting is in cathodic contact with the tank. When the titanium surface becomes cathodic, zinc ions are reduced to metallic zinc. Zn2+ + 2e- = Zn0. The rate of zinc deposition is proportional to cathodic current density (i_cathode). At low current densities (below 2 mA/cm²) zinc is deposited as a smooth adherent layer which actually shields the titanium. At moderate current densities (2–10 mA/cm2) the deposit becomes rough and porous, trapping electrolyte and leading to small hot spots. At high current densities (>10 mA/cm2), hızlı çinko gelişimi tankın diğer kısımlarına temas eden dendritik yapılar oluşturarak kısa devrelere ve yerel aşırı ısınmaya neden olur.
Isıtıcı Arıza Modu ve Akım Yoğunluğu: Nicel Bir Korelasyon
Simüle edilmiş bir çinko klorür banyosunda (80 g/L ZnCl2, 100 g/L KCl, 50 derece) yapılan kontrollü testlere dayanarak, 2. Sınıf titanyum ısıtıcılar için aşağıdaki arıza modelleri belirlenmiştir:
Katodik akım yoğunluğu 1 mA/cm²'den düşük: Çinko bırakma hızı 0,1-0,3 mm/ay. Tortuya yapışan, pürüzsüz ve ince taneli. Isıtıcı sıcaklığı sabittir. Asit sıyırma, ana metale zarar vermeden birikintiyi çıkarmak için kullanılabilir.
Katodik akım yoğunluğu 1–3 mA/cm2 Çinko biriktirme hızı 0,5–1,0 mm/ay. Tortu nodüler olup %20 ila %30 gözenekliliğe sahiptir. Tortu zirvelerindeki lokal aşırı ısınma, titanyum yüzey sıcaklığını ayar noktasının 10-15 derece üzerine çıkarır. Isıtıcı çok sık çalışıyor.
Katodik akım yoğunluğu 3-8 mA/cm2 Çinko birikme hızı ayda 1,5-3,0 mm 2-4 hafta içinde dendritik gelişimin uzunluğu 5-10 mm olur. Dendritler tank duvarlarına veya diğer ısıtıcılara çarparak kısa devre yapar. Isıtıcı arızası, temas noktalarında lokal erimeden kaynaklanır.
Katodik akım yoğunluğu > 10 mA/cm2: Çinko birikme hızı > 5 mm/ay. Kontrolsüz hızlı dendritik büyüme. Kalorifer genellikle 1-2 hafta içinde patlar. Çinko döküldüğünde titanyum ana metali aktif korozyona maruz kalabilir.
2.0 Metal Kaplama Tanklarında Akım Yoğunluğunu Kontrol Etmeye Yönelik Stratejiler
Aşağıdaki tablo, tank konfigürasyonuna ve elektriksel ortama bağlı olarak titanyum kılıflı ısıtıcılarda katodik akım yoğunluğunu yönetmek için bir karar ağacı vermektedir.
Tank Kurulumu ve Elektrik Durumu İzin Verilen Maksimum Katodik Akım Yoğunluğu için Tasarım Değişikliği ve Kontrol Stratejisi
Tank uygun şekilde topraklanmış, Isıtıcı tanktan elektriksel olarak yalıtılmış, Kaçak akım yok 2 mA/cm2 Normal çalışma için kabul edilebilir. Mevduat kalınlığının aylık izlenmesi. Isıtıcıyı 3-6 ayda bir temizleyin.
Tankla elektrik bağlantısı olan ısıtıcı flanşı (katodik, elektrik yolu mevcut) 0,5 mA/cm² Isıtıcı flanşı ile tank arasına yalıtım contası (PTFE, 3 mm) takın. "Akım yoğunluğunu %25'e düşürün."
Stray currents from rectifier (measured >Isıtıcı ve referans elektrodu arasında 0,5 V) 0,2 mA/cm2Topraklama çubuğunu ısıtıcıya takın. Elektrik direncinin yolunu iyileştirmek için delikli PTFE borulu koruyucu ısıtıcı
High zinc content (>120 g/L Zn2+), high temperature (>50 derece) 1 mA/cm2Daha düşük çinko içeriği veya daha düşük banyo sıcaklığı. Daha yüksek Zn 2+, benzer akım yoğunluğunda birikme oranını artırır.
3 mA/cm^2 akım dağıtımı için yardımcı katotlarla (hırsız katotları) tankta çalıştırılan ısıtıcı Hırsız katotları akımı ısıtıcıdan uzaklaştırır. Hırsızların haftalık olarak temizlenmesi tamam.
Katodik Akım Yoğunluğunun Kontrolünün Ötesinde Mühendislik
Titanyum tüpün yüzey kalitesi çinko yapışması üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Pürüzsüz elektro-cilalı yüzey (Ra<0.3 µm) permits the zinc deposit to be removed more readily than on an as-drawn surface (Ra 1.0 µm) where zinc keys into surface troughs. The wall thickness does not matter for the cathodic deposition. But the wall thickness matters for the time the heater can survive a localized overheating after the dendrites are formed. Thick wall (1.5 mm) may tolerate numerous short-circuit events before perforation, thin wall (0.8 mm) fails instantly. Deposition efficiency is also a function of pH. Hydrogen evolution competes with zinc deposition below pH 4, reducing the cathodic current density available for zinc, but with the potential for hydrogen embrittlement.
Bilgilendirilmiş Bir Spesifikasyon Yazmak
Örneğin, yüksek klorür/çinko kombinasyonlarına sahip bir metal kaplama tankı için titanyum kılıflı ısıtıcıya ihtiyacınız varsa, ısıtıcının PTFE contalar ve burçlar aracılığıyla tanktan elektriksel olarak izole edilmesini belirtin. Isıtıcı yüzey alanına ve tankta kaydedilen kaçak akımlara bağlı olarak izin verilen maksimum katodik akım yoğunluğunu 1mA/cm2 olarak ayarlayın. Tedarikçiden, çinko birikintilerinin kolayca çıkarılması için elektro-parlatılmış yüzey kaplamalı bir ısıtıcı sağlamasını isteyin. Mevcut kurulumlarda, kaplama işlemleri sırasında ısıtıcı kılıf ile bakır-bakır sülfat referans elektrodu arasındaki voltajı ölçün. Okunan değer 0,3 V'tan büyükse, bu çok fazla katodik polarizasyona işaret eder ve düzeltilmesi gerekir. Yeni başlayan çinko birikintilerini sorun nodüllerine dönüşmeden önce çözmek için her saat başı kısa bir anodik darbe (2 ila 3 mA/cm2 akım yoğunluğunda 1 ila 2 saniye) sağlayan, zamanlayıcı- kontrollü bir ters akım sistemi sağlanmıştır. Mühendis, elektrokaplama uygulamalarında kullanılan titanyum ısıtıcılarda dendritik çinko gelişiminin, aşırı ısınmanın ve kısa devrenin kademeli başarısızlığını önlemek için katodik akım yoğunluğunu önemli bir tasarım sınırlaması olarak sınırlandırıyor.
