כשל הטיטניום בציאניד
תנורי טבילה טיטניום נמצאים בשימוש נרחב בציפוי אלקטרוני בגלל עמידותם הכללית בפני קורוזיה. באמבטיות ציפוי ציאניד אלקליין-המשמשות לציפוי אבץ, קדמיום, נחושת ופליז-מחממי טיטניום נכשלים בקצב מדאיג. חיי שירות של 6-12 חודשים הם שכיחים. מצב הכשל הוא שילוב של התקפה כללית על פני השטח, התפרקות מימן ובור מקומי.
המנגנון אינו ברור מיד. טיטניום עמיד היטב בפני אלקליות. תמיסות ציאניד הן אלקליות, פועלות בדרך כלל ב-pH 11-13. על פני השטח, זה צריך להיות זיווג תואם. הבעיה נעוצה בכימיה הייחודית של יון הציאניד והאינטראקציה שלו עם הסרט הפסיבי של טיטניום.
יון הציאניד (CN⁻) הוא חומר מורכב רב עוצמה. הוא יוצר קומפלקסים יציבים ומסיסים עם רוב מתכות המעבר, כולל טיטניום. הסרט הפסיבי של הטיטניום-TiO₂-מתמוסס באיטיות על ידי הפעולה המשולבת של התמיסה האלקלית ויוני הציאניד, המרכיבים את מיני הטיטניום המומסים ומונעים פסיבציה מחדש. ברגע שהסרט נפרץ, מתכת הטיטניום הבסיסית נחשפת לתמיסת הציאניד האלקליין, שם היא עוברת פירוק איטי אך מתמשך מלווה בספיגת מימן. המימן הנספג משבש את המתכת, מה שמוביל לכשל בטרם עת.
ל-PTFE אין סרט פסיבי למורכב. המבנה המולקולרי של הפלואור הפחמן- שלו חסין הן לסביבה האלקלית והן ליון הציאניד. אין מנגנון פירוק, אין ספיגת מימן ואין מצב של כשל קורוזיה.
מנגנון הפירוק-המורכב
ההתקפה על טיטניום עוברת בשלושה שלבים. ראשית, התמיסה הבסיסית חורטת לאט את הסרט הפסיבי TiO₂, ויוצרת מיני טיטנאט מסיסים. שנית, יוני ציאניד מרכיבים את הטיטניום המומס, ויוצרים קומפלקסים יציבים של hexacyanotitanate המשנים את שיווי המשקל של הפירוק, ומאיצים את הסרת הסרט. שלישית, ברגע שהסרט נפרץ באופן מקומי, מתכת הטיטניום החשופה מגיבה עם מים ליצירת טיטניום הידרוקסיד ומימן אטומי. המימן מתפזר לתוך סריג המתכת ויוצר שלבי טיטניום הידריד שבירים.
התהליך-מאיץ את עצמו. ככל שהסרט מתכלה, יותר משטח טיטניום נחשף. משטח חשוף יותר מייצר יותר מימן. יותר מימן משפר יותר את המתכת. המחמם נראה שלם חיצונית עד שמגיעים לרמה קריטית של שבירות, ובשלב זה הוא נסדק או מפתח דליפות חריר-לעיתים קרובות בצורה קטסטרופלית וללא אזהרה.
| פרמטר קורוזיה | טיטניום (כיתה 2) | PTFE |
|---|---|---|
| יציבות סרט פסיבי בציאניד אלקליין | גרוע (מומס על ידי מורכבות CN⁻) | לא רלוונטי (ללא סרט) |
| קצב פירוק באמבט NaCN ב-60 מעלות (מיקרומטר לשנה) | 5-20 | 0 |
| רגישות להתפרקות מימן | גָבוֹהַ | אַף לֹא אֶחָד |
| חיי שירות (פעולה רציפה) | 6-12 חודשים | 15+ שנים |
| חיזוי כישלון | נמוך (כשל פתאומי, שביר) | גבוה (דילול זחילה הדרגתי) |
תוצאת הזיהום
פירוק טיטניום משחרר יוני טיטניום לאמבט הציפוי. יונים אלו, אפילו בריכוזים נמוכים, מפריעים לאיכות המשקעים. בציפוי אבץ ציאניד, זיהום טיטניום גורם למשקעים עמומים ולא- אחידים. בציפוי נחושת ציאניד, זה מפחית את כוח הזריקה. הקלט הרציף של טיטניום מהמחמם המאכל מאלץ טיהור או החלפה של אמבטיה תכופים יותר.
PTFE אינו משחרר יוני מתכת. הוא אינו מכיל מתכת. כימיית האמבטיה של הציפוי נשארת נקייה מזיהום-שמקורו בחימום. חיי האמבט מתארכים. איכות הפיקדון מתייצבת.
אפקט הטמפרטורה
קצב התקפת הטיטניום בציאניד אלקליין עולה עם הטמפרטורה. ב-50-70 מעלות האופיינית לאמבטיות ציפוי ציאניד, השיעור משמעותי. ב-80-90 מעלות, בשימוש בחלק מהניסוחים המהירים, השיעור חמור. מחממי טיטניום באמבטיות ציאניד חמות עלולים להיכשל תוך שבועות.
ההתנגדות של PTFE אינה תלויה בטמפרטורה של עד 260 מעלות. מחליף חום PTFE פועל באופן זהה ב-50 מעלות, 70 מעלות או 90 מעלות. אין האצת טמפרטורה של קורוזיה. חיי השירות נקבעים על ידי זחילה מכנית, לא התקפה כימית.
תַקצִיר
אמבטיות ציפוי ציאניד אלקליין תוקפות מחממי טיטניום באמצעות קומפלקס ציאניד של הסרט הפסיבי, ולאחר מכן פירוק מתכת בסיסית והתפוררות מימן. מחליפי חום PTFE חסינים למנגנון זה-אין להם סרט פסיבי למורכב, אין מתכת להמס ואין רגישות למימן. חיי השירות של PTFE בסביבה זו עולים על 15 שנים, בהשוואה ל-6-12 חודשים עבור טיטניום. סילוק זיהום טיטניום משפר את יציבות האמבט ואת איכות הפיקדון.
תמיכה הנדסית עבור מפרט מחליף חום PTFE באמבטיות ציאניד ושאר אמבטיות ציפוי אגרסיביות זמינה עם הגשת כימיית האמבטיה, טמפרטורת ההפעלה, חיי השירות הנוכחיים של המחמם ומצבי כשל שנצפו.
