Dalam Pemanas Listrik Titanium untuk Elektrolit Seng Sulfat 20% pada suhu 60 derajat, Bagaimana Kerapatan Arus dari Busbar Pelapisan yang Berdekatan (0,5 A/dm² vs. 2 A/dm²) Mengubah Pola Lubang Terinduksi-Arus Liar?

Dalam pelapisan listrik seng sulfat, pemanas titanium dapat terpolarisasi oleh arus menyimpang dari busbar terdekat. Kepadatan arus yang rendah (0,5 A/dm 2 ) arus menyimpang menyebabkan tersebarnya lubang-lubang dangkal dengan kedalaman 20–50 µm. Arus menyimpang menyebabkan pembentukan lubang dalam yang terkonsentrasi (100-300 µm) sejajar dengan arah busbar pada kepadatan arus tinggi (2 A/dm²). Dengan meningkatnya rapat arus, pola lubang berubah dari pola acak menjadi pola terarah, karena peningkatan rapat arus menghasilkan gradien medan listrik yang lebih besar, dan dengan demikian memusatkan arus menyimpang ke bagian tertentu dari pemanas.

Mekanisme Pitting pada Arus Liar

Pemanas titanium direndam dalam elektrolit seng sulfat penghantar dan bertindak sebagai elektroda dalam medan listrik liar. Perbedaan potensial antara pemanas dan busbar menciptakan arus melalui elektrolit. Pada titik di mana arus meninggalkan pemanas (situs anodik), titanium masuk ke dalam larutan. Pada kepadatan arus yang rendah, situs anodik terdistribusi secara acak pada ketidaksempurnaan permukaan. Pada kepadatan arus yang besar, gradien potensial cukup untuk mengatasi heterogenitas permukaan dan arus difokuskan pada daerah yang sejajar secara geometris dengan busbar. Laju pitting mematuhi hukum Faraday: kedalaman pit ∝ rapat arus × waktu.

Kuantitatif Kepadatan Lubang Arus Liar

Pengujian terkontrol pada 60 derajat dalam 20% ZnSO₄ selama 500 jam dengan busbar 100 mm dari pemanas menunjukkan hal berikut untuk titanium Kelas 2. Pada 0 A/dm² (garis dasar, tidak ada arus nyasar) kepadatan lubang adalah 0 lubang/cm², kedalaman lubang maksimum adalah 0 µm dan tidak ada pola lubang. Kedalaman pit tertinggi 20-50 µm, kepadatan pit 5-20 pit per cm² dan pola tersebar sebesar 0,5 A/dm². Pada 1,0 A/dm 2 , kepadatan lubang adalah 20-60 lubang/cm 2 , kedalaman lubang adalah 50-150 µm, dan polanya cukup sejajar dengan busbar. Kepadatan lubang: 50-150 lubang/cm2 Kedalaman lubang: 100-250 µm Pola: sejajar 1,5 A/dm2 Pada 2,0 A/dm 2 kepadatan lubang adalah 100-300 lubang/cm 2, kedalaman lubang adalah 150-350 µm dan polanya sangat selaras dengan arah busbar.

Pengaruh Pemisahan dan Orientasi Busbar terhadap Kepadatan Arus Liar

Kerapatan arus nyasar pada pemanas berkurang seiring kuadrat jarak dari busbar. Kerapatan arus nyasar pada jarak 50 mm dari busbar adalah 2,0–3,0 A/dm2, dan lubangnya parah. Kepadatan 1,0–1,5 A/dm², lubang sedang pada 100 mm. Pada 200 mm, kepadatannya adalah 0,3-0,5 A/dm2 dan pittingnya rendah. Pada 500mm, kepadatannya adalah $0,05-0,1$ A/dm$^2$ dan pitting tidak signifikan. Arah pemanas terhadap busbar juga penting: pemanas yang sejajar dengan busbar akan menghadapi arus nyasar yang lebih besar daripada pemanas yang tegak lurus terhadapnya.

Mitigasi Arus Liar dan Pencegahan Pitting

Tabel di bawah menunjukkan pedoman untuk mencegah lubang arus nyasar pada pemanas titanium Kelas 2 dalam seng sulfat 20% pada suhu 60 derajat.

Kepadatan Arus Liar Pemanas (A/dm²) Keparahan Lubang Kedalaman Lubang Maksimum yang Diharapkan (µm/tahun) Tindakan yang Direkomendasikan<0.3 None <20 None 0.3–0.8 Low 20–80Plastic mesh shield heater
0.8-1.5 Moderate 50-150Move heater >300 mm dari busbar
1.5-2.5 High 150-300 Install > Electrical isolation2.5 Severe >300 Ubah tata letak tangki
Rekayasa Melampaui Kontrol Arus Liar

Ketahanan pitting tergantung pada grade titanium. Kelas 7 (paladium-distabilkan) memiliki ketahanan 2-3 kali lipat terhadap lubang arus menyimpang, sehingga dapat dioperasikan pada 1,0-1,5 A/dm2 dengan laju lubang yang dapat diterima. Kelas 12 adalah peningkatan menengah. Ketebalan dinding memberikan kelonggaran penetrasi lubang; dinding setebal 2,0 mm dengan lubang berukuran 150 µm setiap tahun akan bertahan selama 13 tahun. Arus nyasar dikurangi 70-80% dengan pelindung plastik berlubang (PTFE atau polipropilena, lubang 5 mm, area terbuka 50%) di sekitar pemanas. Pemanas harus dipisahkan secara elektrik dari tanah tangki untuk mencegah arus menyimpang menemukan jalur kembali.

Membuat perkiraan yang luas

Untuk pemanas listrik titanium dalam 20% seng sulfat pada suhu 60 derajat, tempatkan pemanas setidaknya 300 mm dari busbar terdekat untuk menjaga kerapatan arus menyimpang di bawah 0,5 A/dm². Jika ruang sempit, buat penghalang plastik berlubang di sekitar pemanas dan dapatkan titanium Kelas 7. Lindungi atau pindahkan pemanas untuk pemanas yang ada dengan lubang arus menyimpang. Dalam servis, periksa pemanas untuk mengetahui lubang-lubang yang sejajar. Jika lubang lebih dalam dari 0,2 mm, ganti pemanas. Dalam layanan pelapisan seng sulfat, teknisi mengontrol kerapatan arus menyimpang berdasarkan jarak dan pelindung untuk menghindari lubang yang parah.