55도의 산성 아연 도금조(pH 3.5)의 경우 50ppm 이상의 불소 이온이 존재하면 티타늄에서 하스텔로이로 어떻게 전환해야 합니까?

대부분의 경우 티타늄 등급 2는 다소 가혹한 환경인 pH 3.5 및 55도 -에서 작동하는 산성 아연 도금 용액 - 일반적으로 염화물 기반 또는 황산염 염화물 제제를 관리합니다. 그러나 현대의 많은 고속 아연 도금 작업에서는 전도성을 개선하고 전착력을 높이거나 도금하기 어려운 기판을 활성화하기 위해 불화물 또는 붕불화붕산염 이온을 추가합니다. 50ppm을 초과하는 불소 이온 농도에서는 티타늄의 부식 거동이 근본적으로 변화하여 패시브 층이 빠르게 분해되고 균일한 공격으로 이어져 몇 주 내에 표준 게이지 히터 튜브를 천공할 수 있습니다. 이 기사에서는 티타늄을 사용할 수 없는 임계 불소 농도의 정량화를 제공하고 Hastelloy C-276 또는 C-22가 필요한 히터 피복 재료인 매개변수를 정의합니다.

불소에 의한 티타늄의 공격 메커니즘
티타늄은 TiO 2 의 안정적 접착 부동태 피막으로 인해 내식성이 뛰어납니다. 이 피막은 화학적 용해 반응에서 불화물 이온의 공격을 받습니다. TiO 2 + 6F − + 4H + → TiF 6 2 − + 2H 2 O 헥사플루오로티타네이트 화합물은 가용성이므로 패시브 코팅은 단순히 침투하는 것이 아니라 화학적으로 제거됩니다. 층이 용해됨에 따라 밑에 있는 티타늄 금속이 산성 용액에 노출되어 쉽게 부식됩니다. 불소 공격은 피트 사이의 수동 코팅이 그대로 유지되는 염화물에 의한 국부적인 구멍과 달리 광범위하고 균질합니다.

부동태막 용해 속도는 불소 농도, pH 및 온도의 세 가지 요소에 의해 제어됩니다. 2등급 티타늄의 임계 불소 농도는 pH 3.5 및 55도에서 약 30ppm입니다. 전위가 30ppm 미만이면 부동태 피막은 천천히 용해되고 재부동태화를 통해 정상 상태의- 두께가 유지됩니다. 30-50ppm 범위에서는 피막 용해가 재부동태화를 초과하고 부식 속도가 연간 0.1~0.3mm로 증가합니다. 50ppm 이상에서는 필름이 재생되지 않으며 티타늄은 정확한 조건에 따라 연간 1~5mm의 속도로 활발하게 부식됩니다. 2등급 티타늄은 100ppm의 불소에서 연간 약 3mm씩 부식됩니다. 이는 6~8개월 안에 1.65mm 벽 튜브에 구멍을 뚫기에 충분합니다.

온도와 pH의 시너지 효과
고온은 불소 공격을 기하급수적으로 가속화합니다. 55도, 불소 50ppm에서 2등급은 연간 약 0.4mm의 부식 속도를 보입니다. 65도에서는 동일한 불소 함량에서 비율이 연간 1.2mm로 올라갑니다. 55도에서 실행되는 아연 도금조는 이미 온도 민감도 측면에서 한계에 가까워졌으며 60~65도까지 올라가면 공격 속도가 급격히 높아질 수 있습니다.

용해 과정에서 수소 이온이 소모되기 때문에 불소의 공격은 낮은 pH에서 더욱 심해집니다. 반응은 pH 3.5에서 중간 정도입니다. pH 2.5의 경우 동일한 불소 농도에 대해 그 비율은 약 두 배입니다. 아연 도금조는 일반적으로 pH 3.5-4.0에서 작동하지만 양극 근처나 정체 구역에서 국지적인 pH 강하가 관찰될 수 있습니다.

기타, 7등급, 티타늄 합금
7등급 티타늄(Ti-0.15Pd)은 산 환원에 대한 저항력이 더 뛰어나지만 불소 공격에 대한 저항력은 없습니다. 팔라듐의 존재는 음극 반응의 동역학을 증가시키고 부동태 피막이 보존되는 산의 부동태화를 촉진하지만 불화물 이온에 의한 TiO2의 화학적 용해를 막을 수는 없습니다. 테스트에 따르면 7등급은 불소 함유 용액에서 2등급 부식 속도의 약 70%로 부식되는 것으로 나타났습니다.{9}}이는 개선되었으나 불소 50ppm 이상에서 허용 가능한 서비스 수명을 제공하기에는 충분하지 않습니다. 예를 들어 2등급은 55도 및 75ppm의 불소에서 연간 0.8mm로 부식되고 7등급은 연간 0.5-0.6mm로 부식됩니다. 둘 다 1.65mm 벽 튜브에 비해 너무 높습니다.

대안으로서의 하스텔로이
니켈{0}}기반 하스텔로이 합금(C-276 및 C-22)은 다른 메커니즘을 통해 불소 공격에 저항합니다. Hastelloy C-276의 패시브 필름에는 TiO2보다 산에 용해되는 니켈 및 크롬 산화물이 덜 포함되어 있습니다. pH 3.5 및 55도에서 50-200ppm 불화물에서 Hastelloy C-276의 경우 연간 0.05mm 미만의 부식률이 관찰되었습니다. 100ppm의 불소의 경우 그 비율은 0.10mm/yr 미만입니다. 이 합금은 또한 아연 도금욕의 염화물에 의한 공식에 대한 저항성을 나타냅니다.

히터 아연 도금 응용 매트릭스
수조 상태 불소 농도(ppm) 권장 히터 피복 재료 예상 부식률 예상 수명(벽 1.65mm)
염화아연 표준품(불화물 없음)<10 ppmGrade 2 titanium < 0.02 mm/year > 10 years
저-불소 첨가 패키지 10~30ppm 2등급 티타늄, 주간 모니터 0.03~0.08mm/년 5~10년
중불소(표준 불화붕산염) 30-50ppm 7등급 티타늄 또는 하스텔로이 0.10-0.25mm/연 3-6년
고-불소(고속 수조) 50-100ppm Hastelloy C-276 0.05-0.10 8-12년 mm/년
Very high fluoride (>100ppm) 100~500ppmHastelloy c-22 또는 탄탈륨 0.10~0.20mm/년 5~8년
아연 도금 히터 사양 결론
pH 3.5 및 55도의 산성 아연 도금조에서 50ppm을 초과하는 불소 이온의 경우 침지 히터 피복 재료를 티타늄에서 하스텔로이로 교체해야 합니다. 2등급 티타늄은 불소 30ppm 이상에서 가장 비용 효과적입니다. 7등급 티타늄은 주의 깊게 모니터링할 경우 30~50ppm 범위에서 충분한 서비스 수명을 제공할 수 있지만 많은 엔지니어는 신뢰성을 위해 Hastelloy를 선호합니다. 모든 등급의 티타늄은 염화물 함량이 50ppm을 초과하면 몇 달에서 2년까지 실패합니다. Hastelloy C-276 또는 C-22를 사용하십시오. 아연 도금 라인용 히터를 주문할 때 불소 농도를 포함한 철저한 수조 화학 분석을 요청하고 공칭 수치가 아닌 예상되는 가장 높은 불소 수준에 따라 피복재를 선택하십시오. 이 사전 예방적 기술은 생산을 중단하고 도금조를 오염시키는 갑작스러운 가열 고장을 방지합니다.