Untuk Rendaman Pelapisan Seng Asam (pH 3,5) pada 55 derajat, Bagaimana Kehadiran Ion Fluorida Di Atas 50 ppm Memerlukan Pergeseran dari Titanium ke Hastelloy?

Titanium Kelas 2, dalam banyak kasus, mengelola larutan pelapisan seng yang bersifat asam - umumnya formulasi berbasis klorida atau sulfat klorida yang bekerja pada pH 3,5 dan 55 derajat - yang merupakan lingkungan yang agak keras. Namun, banyak operasi pelapisan seng kecepatan tinggi modern menambahkan ion fluorida atau fluoroborat untuk meningkatkan konduktivitas, meningkatkan daya lempar, atau mengaktifkan substrat yang sulit dilapis. Pada konsentrasi ion fluorida melebihi 50 ppm, perilaku korosi titanium berubah secara mendasar, menyebabkan disintegrasi yang cepat pada lapisan pasif dan serangan seragam yang dapat melubangi tabung pemanas pengukur standar dalam beberapa minggu. Artikel ini memberikan kuantifikasi ambang batas konsentrasi fluorida di mana titanium tidak dapat digunakan dan menentukan parameter yang menjadikan Hastelloy C-276 atau C-22 sebagai bahan selubung pemanas yang dibutuhkan.

Mekanisme serangan titanium oleh fluorida
Titanium memiliki ketahanan korosi yang sangat baik karena lapisan pasif TiO 2 yang stabil dan melekat. Lapisan ini diserang oleh ion fluorida dalam reaksi pelarutan kimia. TiO 2 + 6F − + 4H + → TiF 6 2 − + 2H 2 O Senyawa heksafluorotitanat dapat larut sehingga lapisan pasif dihilangkan secara kimia dan tidak hanya ditembus. Saat lapisan tersebut larut, logam titanium di bawahnya terkena rendaman asam dan mudah terkorosi. Serangan fluorida tersebar luas dan homogen, tidak seperti lubang lokal yang disebabkan oleh klorida, dimana lapisan pasif antar lubang tetap utuh.

Laju pembubaran film pasif dikendalikan oleh tiga faktor: konsentrasi fluorida, pH dan suhu. Konsentrasi fluorida kritis untuk titanium Kelas 2 adalah sekitar 30 ppm pada pH 3,5 dan 55 derajat. Ketika potensial berada di bawah 30 ppm, film pasif akan larut secara perlahan dan ketebalan-keadaan tetap dipertahankan melalui repassivasi. Pada kisaran 30-50 ppm, pelarutan film melebihi repassivasi dan laju korosi meningkat menjadi 0,1-0,3 mm per tahun. Di atas 50 ppm film tidak dapat diperbarui dan titanium aktif terkorosi dengan kecepatan 1-5 mm per tahun tergantung pada kondisi sebenarnya. Titanium kelas 2 akan terkorosi sekitar 3 mm per tahun dalam 100 ppm fluorida - cukup untuk membuat lubang pada tabung dinding 1,65 mm dalam enam hingga delapan bulan.

Sinergi Suhu dan pH
Suhu tinggi secara eksponensial mempercepat serangan fluorida. Pada suhu 55 derajat, dan 50 ppm fluorida, Grade 2 memiliki laju korosi sekitar 0,4 mm per tahun. Pada suhu 65 derajat, angkanya meningkat menjadi 1,2 mm per tahun dengan kandungan fluorida yang sama. Pemandian pelapis seng yang dijalankan pada suhu 55 derajat sudah mendekati batas dalam hal sensitivitas suhu, dan setiap perubahan hingga 60-65 derajat dapat dengan cepat meningkatkan laju serangan.

Karena ion hidrogen dikonsumsi dalam peristiwa pelarutan, serangan fluorida lebih buruk pada pH rendah. Reaksinya sedang pada pH 3,5. untuk pH 2,5 lajunya menjadi dua kali lipat untuk konsentrasi fluorida yang sama. Pemandian pelapisan seng biasanya dioperasikan pada pH 3,5-4,0, namun penurunan pH lokal dapat diamati di dekat anoda atau di zona stagnan.

Dan Lainnya, Kelas 7, Paduan Titanium
Titanium kelas 7 (Ti-0,15Pd) memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap asam pereduksi namun tidak tahan terhadap serangan fluorida. Kehadiran paladium meningkatkan kinetika reaksi katodik dan mendorong pasivasi dalam asam di mana lapisan pasif dipertahankan, namun tidak dapat mencegah pelarutan kimia TiO2 oleh ion fluorida. Pengujian menunjukkan bahwa Tingkat 7 akan menimbulkan korosi sekitar 70% dari tingkat tingkat 2 pada fluorida-yang mengandung larutan - suatu peningkatan, namun tidak cukup untuk menawarkan masa pakai yang dapat diterima di atas 50 ppm fluorida. Misalnya Kelas 2 akan terkorosi pada 0,8 mm per tahun pada suhu 55 derajat dan 75 ppm fluorida dan Kelas 7 akan terkorosi pada 0,5-0,6 mm per tahun. Keduanya terlalu tinggi untuk tabung dinding 1,65 mm.

Hastelloy sebagai Alternatif
Paduan Hastelloy berbahan dasar nikel (C-276 dan C-22) menahan serangan fluorida melalui mekanisme yang berbeda. Film pasif pada Hastelloy C-276 mengandung lebih sedikit oksida nikel dan kromium yang larut dalam asam dibandingkan TiO2. Tingkat korosi kurang dari 0,05 mm per tahun diamati untuk Hastelloy C-276 dalam 50-200 ppm fluorida pada pH 3,5 dan 55 derajat. Untuk fluorida pada 100 ppm, lajunya kurang dari 0,10 mm/tahun. Paduan ini juga menunjukkan ketahanan terhadap lubang oleh klorida dalam rendaman pelapisan seng.

Matriks Aplikasi Pelapisan Seng Pemanas
Kondisi Bak Mandi Konsentrasi Fluorida (ppm) Bahan Selubung Pemanas yang Direkomendasikan Laju Korosi Perkiraan Masa Pakai (dinding 1,65 mm)
Standar seng klorida (tanpa fluorida)<10 ppmGrade 2 titanium < 0.02 mm/year > 10 years
Paket aditif-fluorida rendah 10-30 ppm Titanium kelas 2, monitor mingguan 0,03-0,08 mm/tahun 5-10 tahun
Fluorida sedang (fluoroborat standar) 30-50 ppm Titanium kelas 7 atau Hastelloy 0,10-0,25 mm/tahun 3-6 tahun
Tinggi-fluorida (penangas kecepatan tinggi) 50-100 ppm Hastelloy C-276 0.05-0.10 8-12 tahun mm/tahun
Very high fluoride (>100 ppm) 100 to 500 ppmHastelloy c-22 or Tantalum 0.10-0.20 mm/yr 5-8 years
Kesimpulan Spesifikasi Pemanas Pelapisan Seng
Penggantian bahan selubung pemanas perendaman dari titanium ke Hastelloy diperlukan untuk ion fluorida melebihi 50 ppm dalam rendaman pelapisan seng asam pada pH 3,5 dan 55 derajat. Titanium kelas 2 adalah yang paling hemat biaya di atas 30 ppm fluorida. Titanium kelas 7 dapat memberikan masa pakai yang cukup dalam kisaran 30 hingga 50 ppm jika dipantau dengan cermat, namun banyak insinyur lebih memilih Hastelloy karena keandalannya. Titanium, di semua tingkatan, akan rusak dalam waktu beberapa bulan hingga 2 tahun jika kandungan klorida melebihi 50 ppm. Gunakan Hastelloy C-276 atau C-22. Saat memesan pemanas untuk jalur pelapisan seng, mintalah analisis kimia rendaman secara menyeluruh termasuk konsentrasi fluorida, dan pilih bahan selubung sesuai dengan tingkat fluorida tertinggi yang diharapkan, bukan angka nominal. Teknik proaktif ini menghindari kegagalan pemanasan mendadak yang menghentikan produksi dan mencemari bak pelapisan.