В титановом электронагревателе для электролита с 20% содержанием сульфата цинка при температуре 60 градусов, как плотность тока от соседней обшивочной шины (0,5 А/дм² против . 2 А/дм²) изменяет блуждающий ток-, вызванный точечной коррозией?

При гальванике сульфатом цинка титановый нагреватель может быть поляризован блуждающими токами от близлежащих шин. Блуждающие токи низкой плотности тока (0,5 А/дм 2 ) приводят к образованию разбросанных неглубоких ямок глубиной 20–50 мкм. Блуждающие токи приводят к образованию концентрированных глубоких ям (100–300 мкм), ориентированных по направлению шины при высокой плотности тока (2 А/дм²). С увеличением плотности тока рисунок питтинга трансформируется из случайного в направленный, поскольку повышенная плотность тока создает больший градиент электрического поля и, таким образом, концентрирует блуждающий ток в определенных частях нагревателя.

Механизм питтинговой коррозии в блуждающих токах

Титановый нагреватель погружен в проводящий электролит сульфата цинка и действует как электрод в рассеянном электрическом поле. Разность потенциалов между нагревателем и шиной создает ток через электролит. В местах выхода тока из нагревателя (анодных площадках) титан переходит в раствор. При малых плотностях тока анодные участки хаотично распределены на дефектах поверхности. При больших плотностях тока градиента потенциала достаточно, чтобы преодолеть неоднородность поверхности, и ток фокусируется на областях, геометрически ориентированных на шину. Скорость питтинга подчиняется закону Фарадея: глубина питтинга ∝ плотность тока × время.

Плотность питтинговой коррозии паразитного тока Количественная

Контролируемые испытания при температуре 60 градусов в 20% ZnSO₄ в течение 500 часов с шиной на расстоянии 100 мм от нагревателя показали следующее для титана Grade 2. При 0 А/дм² (базовый уровень, отсутствие паразитного тока) плотность питтингов составляет 0 питтингов/см², максимальная глубина питтингов составляет 0 мкм, а рисунок питтингов отсутствует. Наибольшая глубина ямок составляет 20–50 мкм, плотность ямок – 5–20 ямок на см², рассеяние рисунка – 0,5 А/дм². При токе 1,0 А/дм 2 плотность ямок составляет 20-60 ямок/см 2 , глубина ямок 50-150 мкм, рисунок умеренно совмещен с шиной. Плотность ямок: 50–150 ямок/см2. Глубина ямок: 100–250 мкм. Рисунок: выровненный 1,5 А/дм2. При 2,0 А/дм2 плотность ямок составляет 100–300 ямок/см2, глубина ямок 150–350 мкм, рисунок строго ориентирован по направлению шины.

Влияние разделения и ориентации шин на плотность паразитного тока

Плотность паразитного тока на нагревателе уменьшается пропорционально квадрату расстояния от шины. Плотность блуждающего тока на расстоянии 50 мм от шины составляет 2,0–3,0 А/дм2, питтинговая коррозия сильная. Плотность 1,0–1,5 А/дм², питтинг умеренный на глубине 100 мм. На глубине 200 мм плотность 0,3-0,5 А/дм2, питтинг незначителен. На глубине 500 мм плотность составляет $0,05-0,1$А/дм$^2$ и питтинг незначителен. Направление нагревателя относительно шины также важно: нагреватель, параллельный шине, будет испытывать большие блуждающие токи, чем нагреватель, перпендикулярный ему.

Уменьшение блуждающих токов и предотвращение точечной коррозии

В таблице ниже приведены рекомендации по предотвращению точечной коррозии по паразитному току на титановых нагревателях класса 2 с 20% сульфатом цинка при температуре 60 градусов.

Плотность паразитного тока нагревателя (А/дм²) Серьезность точечной коррозии Ожидаемая максимальная глубина точечной коррозии (мкм/год) Рекомендуемые действия<0.3 None <20 None 0.3–0.8 Low 20–80Plastic mesh shield heater
0.8-1.5 Moderate 50-150Move heater >300 мм от шины
1.5-2.5 High 150-300 Install > Electrical isolation2.5 Severe >300 Изменение компоновки резервуара
Инженерные решения, выходящие за рамки контроля паразитных токов

Стойкость к питтинговой коррозии зависит от марки титана. Класс 7 (стабилизированный палладием-) имеет в 2–3 раза большую устойчивость к питтинговой коррозии, поэтому может работать при токе 1,0–1,5 А/дм2 с приемлемой скоростью питтинговой коррозии. 12 класс – среднее улучшение. Толщина стены обеспечивает допуск на проникновение в яму; стенка толщиной 2,0 мм с ямками размером 150 мкм каждый год прослужит 13 лет. Паразитный ток снижается на 70-80% за счет перфорированного пластикового экрана (ПТФЭ или полипропилен, отверстия диаметром 5 мм, 50% открытой площади) вокруг нагревателя. Нагреватель должен быть электрически отделен от заземления резервуара, чтобы предотвратить попадание паразитного тока в обратный путь.

Делаем грамотную оценку

Для титанового электронагревателя с 20%-ным содержанием сульфата цинка при температуре 60 градусов расположите нагреватель на расстоянии не менее 300 мм от ближайшей шины, чтобы плотность паразитного тока была ниже 0,5 А/дм². Если места мало, постройте вокруг нагревателя перфорированный пластиковый барьер и возьмите титан 7-го класса. Защитите или переместите нагреватель для существующих нагревателей с точечной коррозией паразитного тока. В процессе эксплуатации осмотрите обогреватель на наличие характерных совмещенных ямок. Если точечная коррозия глубже 0,2 мм, замените нагреватель. При гальванике сульфатом цинка инженер контролирует плотность паразитного тока с помощью расстояния и экранирования, чтобы избежать серьезного точечного поражения.