چگونه هم زدن اولتراسونیک در مخازن آبکاری سرعت خوردگی هیترهای غوطه وری تیتانیوم درجه 12 را تسریع یا کاهش می دهد؟

هم زدن اولتراسونیک معمولاً در مخازن آبکاری و تکمیل فلز برای بهبود حمل و نقل جرم، افزایش قدرت پرتاب و ترویج رسوب یکنواخت استفاده می شود. فرکانس ها معمولا در محدوده 20-80 کیلوهرتز هستند. چگالی توان 1-5 W/L است. این مخازن اغلب از بخاری های غوطه وری ساخته شده از تیتانیوم درجه 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) به دلیل انعطاف پذیری آنها در برابر مواد شیمیایی سخت آبکاری استفاده می کنند. اما استفاده از انرژی اولتراسونیک رفتار خوردگی تیتانیوم را به طور اساسی تغییر می دهد. عواقب آن دو دسته است: اولتراسونیک می‌تواند با حذف پوشش‌های غیرفعال و ایجاد آسیب حفره‌ای، خوردگی را در برخی تنظیمات تسریع کند. در برخی دیگر ممکن است با گاز زدایی سطح یا شکستن لایه های مرزی تهاجمی از خوردگی جلوگیری کنند. این مقاله اثر خالص هم زدن اولتراسونیک را بر روی تیتانیوم درجه 12 در محلول‌های آبکاری معمولی، از جمله سولفات مس اسیدی، سولفامات نیکل، و حمام‌های قلیایی سیانید ارزیابی می‌کند و تعیین می‌کند که آیا اولتراسونیک خطر یا سود خالصی برای عمر بخاری دارد یا خیر.

مکانیسم‌های اثر اولتراسونیک بر خوردگی
تأثیر اصلی امواج اولتراسونیک مورد علاقه برای خوردگی تیتانیوم در محیط مایع سه است. کاویتاسیون تولید و فروپاشی ناگهانی حباب های کوچک گاز در مجاورت سطح تیتانیوم است. فروپاشی حباب منجر به فشارهای موضعی هزاران اتمسفر و ریز{2}}جت‌هایی می‌شود که می‌توانند به صورت مکانیکی فیلم غیرفعال را تخریب کنند. حرکت سیال با سرعت بالا (1-10 متر بر ثانیه) در سطح تیتانیوم ناشی از جریان صوتی است که انتقال جرم گونه ها را به و از سطح مشترک افزایش می دهد. گاززدایی گازهای محلول را از لایه مرزی (از جمله اکسیژن) حذف می کند و می تواند محیط الکتروشیمیایی را تغییر دهد.

کاویتاسیون اثر اصلی برای تیتانیوم درجه 12 است که بر روی فیلم غیرفعال TiO2 پایدار برای مقاومت در برابر خوردگی متکی است. ریزش مکرر حباب می تواند به طور فیزیکی لایه غیرفعال را حذف کند و تیتانیوم خالی را در معرض محلول آبکاری قرار دهد. نرخ repassivation درجه 12 نسبتا سریع است (میلی ثانیه)، اما اگر شدت کاویتاسیون از نرخ repassivation بیشتر شود، از دست دادن فلز خالص رخ می دهد. جریان صوتی می تواند خوردگی را افزایش دهد (با ارائه گونه های تهاجمی تازه به سطح) یا خوردگی را کاهش دهد (با حذف لایه های راکد و اسیدی محلی که باعث ایجاد حفره می شوند).

اندازه گیری نرخ خوردگی با امواج فراصوت
نتایج کمی از طریق آزمایش کنترل‌شده با استفاده از کوپن‌های تیتانیوم درجه 12 (ضخامت 1.65 میلی‌متر، سطح صیقلی) در سه حمام آبکاری استاندارد در دمای 55 درجه سانتی‌گراد، با و بدون هم زدن اولتراسونیک (40 کیلوهرتز، 2 وات بر لیتر) به دست آمد. مدت قرار گرفتن در معرض 500 ساعت بود و کاهش وزن هر 100 ساعت اندازه گیری شد.

درجه 12 بدون اولتراسونیک 0.01- 0.03 میلی‌متر در سال - ناچیز در حمام اسیدی سولفات مس (50 گرم در لیتر CuSO 4 5H 2 O، 50 گرم / LH 2 SO 4، pH0.5) میزان با اولتراسونیک به 0.08-0.08 میلی‌متر در سال افزایش می‌یابد. نرخ بیشتر به حذف کاویتاسیون فیلم غیرفعال در محیط خصمانه با pH پایین نسبت داده می شود. سطحی که به مدت 500 ساعت در معرض اولتراسونیک قرار می گیرد در مقایسه با سطح غیرفعال درخشان کنترل، مات و حکاکی شده است. هیچ حفره ای تشخیص داده نمی شود، حمله یکنواخت است.

خوردگی درجه 12 بدون اولتراسونیک در حمام سولفامات نیکل (Ni(SO 3 NH 2 ) 2 , 400 g/L, H 3 BO 3 , 30 g/L, pH 4.0) 0.02-0.04 میلی متر در سال است. با اولتراسونیک کمی به 0.05-0.09 میلی متر در سال افزایش می یابد. در pH پایین تر، آسیب کاویتاسیون کمتر است زیرا فیلم غیرفعال در محلول های خنثی سریعتر دوباره ایجاد می شود.

درجه 12 بدون اولتراسونیک کمتر از 0.01 میلی متر در سال خورده می شود - خوب در حمام مس سیانید قلیایی (40 گرم در لیتر CuCN، 30 گرم در لیتر NaCN، 15 گرم در لیتر NaOH، pH 12) با امواج فراصوت نرخ خوردگی به 0.02-0.05 میلی متر در سال افزایش می یابد. جالب توجه است که اولتراسونیک همچنین مانع از تولید رسوب مس سیاه می شود که گاهی اوقات روی تیتانیوم در حمام های سیانید رخ می دهد. کاویتاسیون پوشش‌های چسبنده شل را از بین می‌برد.

نرخ خوردگی با اولتراسونیک در هر سه حمام کمتر از 0.15 میلی متر در سال بود که به معنی عمر بیش از 10 سال برای دیوار 1.65 میلی متر است. شتاب قابل اندازه گیری است اما به اندازه کافی قابل توجه نیست که باعث شکست زودرس در اکثر کاربردهای آبکاری شود.

تأثیر بر سایر گریدهای تیتانیوم - مقایسه ای
نوع درجه حمام نرخ خوردگی تیتانیوم (میلی متر در سال) بدون امواج فراصوت نرخ خوردگی التراسونیک (40 کیلوهرتز؛ 2 وات بر لیتر) نرخ شتاب
مس اسیدی درجه 2 0.05-0.10 0.25-0.45 4-5x گرید 2 نیکل سولفامات 0.03-0.06 0.12-0.20 3-4x درجه 7 مس اسیدی 0.01-0.02 0.06-0.10 4-6x درجه 12 مس اسیدی 0.01-0.03 0.08-0.15 3-5x
نیکل سولفامات درجه 12 0.02-0.04 0.05-0.09 2-3x سیانید قلیایی درجه 12<0.01 0.02-0.05 3-5x
درجه 12 ضریب شتاب کمتری نسبت به درجه 2 در همه حمام ها دارد، زیرا آلیاژ مولیبدن-نیکل آن یک لایه غیرفعال قوی تری را تشکیل می دهد که می تواند در برابر کاویتاسیون بهتر مقاومت کند. درجه 7 دارای شتابی مشابه با درجه 12 بود، اگرچه با نرخ مطلق کمتر.

وقتی اولتراسوند خوردگی را کاهش می دهد
اولتراسونیک می تواند خوردگی تیتانیوم را در برخی محیط ها کند کند. در محلول‌های راکد یا کم جریان{1} که حفره‌کردن با اسیدی شدن موضعی یا غلظت کلرید تسهیل می‌شود، جریان صوتی لایه مرزی را مختل می‌کند و از تجمع گونه‌های تهاجمی جلوگیری می‌کند. آزمایش در 10٪ FeCl3 در 50 درجه، یک محیط حفره ای قوی، نشان داد که درجه 12 بدون اولتراسونیک در عرض 100-200 ساعت حفره می کند. با اولتراسونیک (40 کیلوهرتز، 2 W/L) حفره‌کردن به 500+ ساعت موکول می‌شود و نرخ خوردگی ثابت است. مکانیسم حذف یون های کلرید متمرکز در محل های شروع گودال است.

فراصوت همچنین می‌تواند خوردگی را در شرایط{0}}کلرید،{{1} کم اکسیژن (مثلاً شکاف‌های عمیق) با گاززدایی و اکسیژن‌زدایی سطح تیتانیوم، که باعث غیرفعال شدن می‌شود، به حداقل برساند. این ضربه برای بخاری های غوطه وری نسبت به قطعات استاتیک اهمیت کمتری دارد.

جدول 1. ماتریس کاربرد حمام آبکاری اولتراسونیک
آبکاری دمای pH حمام توصیه شده اثر درجه تیتانیوم اولتراسونیک بر نرخ خوردگی خوب برای عمر بخاری ({0}} سال با ضخامت دیواره 1.65 میلی متر)
سولفات مس اسیدی 0.5-1.0 50-60 درجه C درجه 12 یا درجه 7 3-5x شتاب، اما نرخ نهایی<0.15 mm/yearYes, 12th grade
نیکل سولفامات 3.5-4.5 50-60 درجه درجه 12 2-3x شتاب،<0.10 mm/year Yes
سیانید مس قلیایی 11-13 50-70 درجه درجه 12 یا درجه 2 3-5x سرعت،<0.05 mm/year Yes
کلرید روی اسیدی 40-50 درجه 4.0-5.5 درجه 12 2-4 برابر سریعتر، سرعت<0.12 mm/year Yes
آندایزینگ اسید کرومیک<1.0 40-50°C Grade 7 only High acceleration probable; test recommended Grade 7 with monitoring
حکاکی کلرید آهن 0.5-1.0 45-55 درجه درجه 12 4-6x شتاب، بالای 0.3 میلی‌متر/سال حاشیه; کاهش قدرت اولتراسونیک را در نظر بگیرید
راهنمای عملی مشخصات بخاری
هم زدن اولتراسونیک (40 کیلوهرتز، معمولی 2 وات بر لیتر) در مخازن رسوب الکترود می‌تواند استفاده از عناصر گرمکن غوطه‌وری تیتانیوم درجه 12 را برای اکثر شیمی‌های حمام، که در آن نرخ خوردگی با ضریب 2 تا 5 تسریع می‌یابد، اما در حمام‌های معمولی کمتر از 0.15 میلی‌متر در سال باقی می‌ماند، اجازه دهد. یک لوله دیواری 1.65 میلی‌متری 10+ سال @ 0.15 میلی‌متر در سال استفاده می‌کند (1.65 میلی‌متر / .15 میلی‌متر در سال=11 سال). تمرین های زیر زندگی را به حداکثر می رساند:

درجه 12 نسبت به درجه 2 برای هر مخزن حاوی اولتراسونیک، زیرا درجه 12 دارای ضریب شتاب کمتری است.

ترشی یا پولیش الکتریکی سطوح برای کاهش محل‌های هسته‌زایی کاویتاسیون (Ra<0.4 µm). Rough surfaces accelerate the attack.

بخاری ها را دور از دید مستقیم مبدل اولتراسونیک و در مناطق با شدت پایین مخزن قرار دهید.

در صورت امکان چگالی توان اولتراسونیک را کاهش دهید - بسیاری از عملیات آبکاری می‌توانند با 1 W/L به جای 2-3 W/L بدون کاهش قابل‌توجه در کارایی کار کنند.

برای حمام های تهاجمی (مس اسیدی با امواج فراصوت) با افزایش ضخامت دیواره به 2.0 میلی متر، حاشیه اضافه کنید.

هم زدن اولتراسونیک در مخازن آبکاری، نرخ خوردگی هیترهای تیتانیوم درجه 12 را 2 تا 5 برابر شرایط ثابت افزایش می دهد، در حالی که نرخ مطلق هنوز در اکثر حمام های معمولی کمتر از 0.15 میلی متر در سال است. این به معنای طول عمر لوله 10+ سال با ضخامت دیواره معمولی 1.65 میلی متر است. درجه 12 به دلیل کاهش ضریب شتاب و فیلم غیرفعال قوی تر بر درجه 2 ترجیح داده شد. قبل از مشخصات نهایی، آزمایش با شیمی حمام خاص و شرایط اولتراسونیک برای حمام های تهاجمی مانند کلرید آهن یا اسید کرومیک با دمای بالا توصیه می شود. در هر شرایطی با قرار دادن بخاری ها در مناطق با شدت کمتر و با استفاده از سطوح صیقلی، عمر بیشتر می شود. هنگام سفارش، نشان دهید که بخاری در یک مخزن همزن اولتراسونیک استفاده خواهد شد و درجه 12 را با روکش ترشی یا الکترو پولیش شده مشخص کنید. با این اقدامات، هم زدن اولتراسونیک به طور قابل توجهی عمر مفید هیتر تیتانیوم در کاربردهای آبکاری را مختل نمی کند.