Hva er den maksimalt tillatte kobberionekonsentrasjonen (ppm) i en 10 % sulfaminsyreløsning ved 80 grader før et titanvarmerør av grad 2 begynner å belegge kobber og gjennomgå galvanisk korrosjon?

Kobberionene (Cu 2+ ) kan belegges på titanoverflaten som metallisk kobber i 10 % sulfaminsyre (H 2 NSO 3 H) ved 80 grader i henhold til reaksjonen Cu 2+ + 2 e - → Cu 0 . Kobberbelegg genererer et galvanisk par av substratet som øker oppløsningen av substratet. For å unngå plettering må kobberinnholdet være mindre enn 50 ppm. Over 50 ppm kommer kobberplater raskt ut og alvorlig galvanisk korrosjon oppstår. Terskelen er satt av reduksjonspotensialet til kobber- og hydrogenutviklingsoverpotensialet på titan.

Hvordan fungerer kobberbelegg og galvanisk korrosjon på titan

I sulfaminsyre er titan passivt med et korrosjonspotensial på rundt -0,1 til +0.1 V versus Ag/AgCl. Kobberioner har et reduksjonspotensial på +0.34 V . Når kobberkonsentrasjonen er høyere enn en kritisk konsentrasjon, overvinnes det lokale konsentrasjonsoverpotensialet og kobber avsettes på titanoverflaten. Det belagte kobberet er en katode med det eksponerte titanet som fungerer som en anode. Den galvaniske strømtettheten kan nå 10–100 µA/cm2, noe som resulterer i rask titanoppløsning med en hastighet på 0,2–2,0 mm per år.

Kvantitativ kobberbelegg og galvanisk korrosjon mot Cu²⁺-konsentrasjon

Grade 2 titanium has been proven in controlled testing in 10% sulfamic at 80°C for 500 hours as follows: At 0 ppm Cu 2+ no copper plating was observed. The galvanic current is 0 µA/cm 2 and the titanium corrosion rate is 0.01-0.03 mm year-1 . Trace plating is possible at 10 ppm, galvanic current is 0 to 1 µA/cm2, and corrosion rate is 0.02 to 0.05 mm per year. Light plating is noticed at 25 ppm, galvanic current 1-5 µA/cm2 and corrosion rate 0.03-0.08 mm/year. At 50 ppm, the moderate level of plating, the galvanic current is 5–15 µA/cm² and the corrosion rate is 0.08–0.20 mm per year, the critical threshold. At 100 ppm, substantial plating is observed, the galvanic current is 15–40 µA/cm2 and the corrosion rate is 0.20–0.50 mm per year. The galvanic current is 40-100 µA/cm 2 and the corrosion rate is 0.50-1.50 mm per year. The surface is completely plated at 250 ppm. At 500 ppm, the surface is 100% copper plated and galvanic current is >100 µA/cm2. Korrosjonshastigheten er 1,50-3,00 mm/år.

Effekt av sulfaminsyrekonsentrasjon og temperatur på kobbertoleranse

Maksimalt tillatt kobberkonsentrasjon faller med økende syrekonsentrasjon og temperatur. I 5 % sulfaminsyre ved 80 grader er det kritiske Cu 2+-nivået 100 ppm. Ved 10 % og 80 grader er det kritiske nivået 50 ppm. Det kritiske nivået er 30 ppm ved 80 grader og 15 %. Den kritiske terskelen ved 20 % og 80 grader er 20 ppm. Kritisk nivå 100 ppm ved 10 % og 60 grader . Kritisk nivå 50 ppm ved 10 % og 80 grader . 25 ppm er kritisk terskel ved 100 grader og 10 % Høyere syrekonsentrasjoner og temperaturer øker hastigheten på hydrogenutviklingen og påvirker termodynamikken til belegget.

Veiledning til kobberforurensning i sulfaminsyrevarmere

Tabellen nedenfor anbefaler den maksimalt tillatte konsentrasjonen av kobberioner og avbøtende teknikker for grad 2 titanvarmere i 10 % sulfaminsyre ved 80 grader.

Cu2+ Konsentrasjon målt (ppm) Kobberbelegg Galvanisk strømtetthet (µA/cm2) Titaniumkorrosjonshastighet (mm/år)Anbefalt handling<25 None 0-5 <0.08None 25–50 Light 5–15 0.05–0.12Monitor weekly 50-75 Moderate 15-30 0.12-0.25Add chelating agent .
75-100 Heavy 30-60 0.25-0.50 Replacement of solution >100 Severe >60 >0,50 Umiddelbar utskifting
Engineering Beyond Copper Concentration Control

Karakteren av titan påvirker galvanisk korrosjon etter kobberplettering. Grad 7 (palladiumstabilisert) viser galvaniske korrosjonshastigheter 2-3 ganger lavere enn grad 2 med samme kobberavsetning. Veggtykkelse gir et korrosjonstillegg, en 2,0 mm vegg med kobberindusert korrosjon på 0,2 mm per år varer 10 år. Kompleksdannende midler, f.eks.. 100 til 200 ppm EDTA, kombineres med kobberioner som forhindrer plettering. Ionebytterharpikser kan trekke ut kobber fra sulfaminsyreløsninger. Pletteringen hemmes ved adsorpsjon på titanoverflaten ved å tilsette en kobberspesifikk inhibitor som benzotriazol (10 ppm).

En informert spesifikasjon

For a Grade 2 titanium heater in 10% sulfamic acid at 80°C keep the copper ion concentration below 25 ppm to be below the plating threshold of 50 ppm for safety. Check copper levels weekly with atomic absorption spectroscopy or colorimetric test strips. If the concentration is >50 ppm kompliserer kobberet ved å tilsette 200 ppm EDTA eller endre løsningen. Eksisterende varmeovner med kobberavleiringer kan rengjøres med 20 % salpetersyre ved 50 grader i 30 minutter for å løse opp kobberet uten å skade titanet. Ved bruk av sulfaminsyre kontrollerer ingeniøren kobberkonsentrasjonen under den kritiske terskelen for å unngå kobberbelegg og galvanisk korrosjon.