Kui suur on 90-kraadise (pH 4,5) elektrivaba nikeldamise vannide maksimaalne fosforisisaldus vannis, peab 2. klassi titaan vastu pidama ilma vesiniku murenemiseta?

Elektroonilise nikliga (EN) plaadistusvannid töötavad temperatuuril 85–95 kraadi, pH 4,0–5,5 ja sisaldavad metalliallikana nikkelsulfaati või nikkelhüpofosfiti, redutseeriva ainena naatriumhüpofosfiti ja mitmesuguseid kompleksimoodustajaid (tsitraate, atsetate või glükolaate). Vanni keemia on kergelt happeline ja koosneb nii oksüdeerivatest kui redutseerivatest ainetest. Titanium Grade 2 kasutatakse selle laia korrosioonikindluse tõttu sageli EN-vannide sukelsoojendite jaoks. Siiski on rikkerežiim, vesinikhaprus, mille korral hüpofosfiiti redutseeriv aine laguneb fosforiks ja vesinikuks. Titaanpinnale sadestatakse fosfor koos nikliga ja elektrivaba protsessi käigus tekkiv vesinik võib imenduda titaanvõre. Kõrgematel vannitemperatuuridel põhjustab neeldunud vesiniku interaktsioon fosfori pinnakihtidega hüdriidi tootmist ja pragunemist. Artiklis määratletakse hüpofosfiidi lagunemisel eralduva fosfori maksimaalne lubatud kontsentratsioon, mida 2. klassi titaan võib taluda ilma vesiniku rabestumiseta EN vannides temperatuuril 90 kraadi ja pH 4,5.

Vesiniku eraldumine elektrivaba niklivannides
Elektroonilise nikeldamise reaktsioon on autokatalüütiline: Ni2+ + 2H2PO2- + 2H2O → Ni0 + 2H2PO3- + H2 + 2H+. Iga nikeldatud mooli kohta tekib reaktsiooni käigus üks mool gaasilist vesinikku. Osa sellest vesinikust on loomise ajal aatomvesinik (H) ja osa sellest vesinikust võib imenduda mis tahes vanni sukeldatud metallpinda,{11}}sealhulgas titaanist küttekehadesse. Neeldumiskiirus sõltub titaani pinnaseisundist, katalüütiliste metallide (sealhulgas nikli enda) olemasolust ja temperatuurist.

Imendumisel difundeerub aatom vesinik titaanvõres. Kui vesiniku kohalik kontsentratsioon jõuab lahustuvuse piirini (ca . 150 ppm 90 kraadi juures), sadestub habras titaanhüdriid (TiH2). Hüdriidi tootmine põhjustab mahu suurenemist (15%) ja sisepingeid, mis võivad põhjustada pragunemist, eriti jääktõmbepingega kohtades, nagu keevisliited või toru kõverad.

Fosfori roll vesiniku omastamisel
Hüpofosfiidi lagunemine mängib fosforis keerulist rolli. Aktiivsetel metallpindadel redutseeritakse hüpofosfit elementaarseks fosforiks: 2H₂PO₂⁻ + 2H⁺ → 2P + 4H₂O. See fosfor ladestub õhukese kilena titaanpinnale, eriti piirkondades, kus passiivne kile on õhuke või kahjustatud. See fosforikiht katalüüsib hüpofosfiidi täiendavat lagunemist ja vesiniku eraldumist, mis viib kohaliku vesiniku voo suurenemiseni titaani.

Veelgi olulisem on see, et fosforkate takistab aatomi vesiniku rekombinatsiooni molekulaarseks vesinikuks (2H· → H2). Fosforipindadel on rekombinatsioonireaktsioon aeglane, nii et suurem osa toodetud vesinikust jääb aatomi kujule ja on saadaval titaaniks imendumiseks. Olulise fosforisadestuseta EN vannide puhul on toodetud vesiniku neeldumine umbes 1-5%. Fosforpinnakatte korral võib neeldumisfraktsioon olla 15-30%.

Maksimaalne fosforisisaldus II klassi jaoks
Fosforisisaldus EN vannis (hüpofosfiidi lagunemisest ja hüpofosfitioonide lagunemisest) on tavaliselt esitatud ortofosfiidi (H 2 PO 3 - ) kontsentratsioonina või elementaarse fosfori ekvivalentidena. Tüüpilises EN vannis, mis töötab temperatuuril 90 kraadi ja pH 4,5, langeb ortofosfiidi tase vanni tühjendamise ajal 0 g/l-lt vanni - kuni 100-200 g/L-ni vanni kasutusea jooksul.

Kontrollitud 2. klassi titaanmembraanide kontrollitud vesiniku läbilaskvuse testimine, mis on allutatud kontrollitud ortofosfiiditasemega EN-vannidele, annab järgmised vesiniku neeldumisvood (mõõdetuna elektrokeemiliselt):

Kui ortofosfiidi kontsentratsioon on alla 20 g/l (ligikaudu 5 g/l elementaarset fosforit vähendatud olekus), on vesiniku neeldumine 0,02–0,05 ppm tunnis -, mis on küttekeha 10-aastase kasutusea jaoks ebaoluline.

Ortofosfiidiga 20-50 g/l (5-12 g/LP ekvivalendid) omastamine suureneb 0,10-0,30 ppm/h. Selle kiirusega saavutatakse vesiniku kontsentratsiooni läviväärtus 150 ppm 500-1500 tunniga (3-9 nädalat pidevat töötamist). Selle vannikemikaali küttekehad purunevad tavaliselt 3–6 kuu pärast.

For orthophosphite, absorption is more than 0.5 ppm/hr at concentrations above 50 g/L (>12 g/LP ekvivalenti), kui kriitiline kontsentratsioon saavutatakse vähem kui 300 tunniga. 1-2 kuu jooksul rabeneb ja praguneb.

2. klassi titaani ortofosfiidi maksimaalne ohutu kontsentratsioon EN vannides 90 kraadi juures ja pH 4,5 juures on 15 g/l. Sellest tasemest kõrgemal ületab vesiniku rabestumise oht 6-kuulise tööperioodi jooksul vastuvõetava taseme.

Leevendusstrateegiad
Mitmed töövõtted võivad pikendada 2. klassi titaani eluiga EN-vannides:

Vanni ringlus: Vahetage või uuendage EN vann, kui ortofosfiidi kontsentratsioon on vahemikus 15-20 g/l. See vastab tavaliselt 6-10 metallipöördele.

Titaani pinnatöötlus: elektropoleeritud või anodeeritud titaanpindadel on fosfori sadestamiseks vähem katalüütilisi kohti ja nende vesiniku neeldumiskiirus on 30-50% madalam kui marineeritud või tõmmatud pindadel.

Perioodiline happepuhastus: Kastmine 20% lämmastikhappesse 50 kraadi juures 30 minutiks iga 1-2 nädala järel kõrvaldab fosforiladestused, täiendab titaanist passiivset kilet ja eemaldab katalüütilised fosforikihid.

Katoodkaitse: ühendades titaansoojendi väärismetalliga (nt plaatina või kullaga), nihkub pinnapotentsiaal ja väheneb hüpofosfiidi lagunemine. EN-vannides on see vaevalt praktiline.

Titaanküttekeha rakendusmaatriks EN-vannidele
ET Vanni seisukord Titaani klass Soovitatavad toimingud Ortofosfiidi kontsentratsioon Soojendi eeldatav eluiga (1,65 mm sein)
Uus vann, kerge laadimine<10 g/LGrade 2 Normal operation >5 aastat
Kesk-vann, mõõdukas koormus 10–15 g/l, 2. klass Iganädalane happepuhastus, soovitatav 2–4 aastat
Vananenud vann, kõrge koormusega 15–25 g/l 2. klass Vahetage vann või kasutage klassi 7 6-12 kuud
Vananenud vann, kõrge koormusega 15–25 g/l, 7. klass vastuvõetav, 7. klass on rabestumise suhtes parem 2–3 aastat
Bath stressed >25 g/L Mis tahes titaan Üle eluiga Vahetage vann koheselt < 3 kuud
High phosporus bath (deposit contains 10 to 12 % P)Variable, normally >20 g/LHastelloy C-276 Titaan ei ole soovitatav Kasutage Hastelloyt
Alternatiivne klass 7
ET vannid. 7. klassi titaan (Ti-0,15Pd) neelab vesinikku ligikaudu 1/3 võrra 2. klassi kiirusest. Pallaadiumi olemasolu suurendab vesiniku rekombinatsiooni pinnal, alandades seega aatomi vesiniku voogu metalli. 7. klass vannides, mis sisaldavad ortofosfiti 15–25 g/l, neelduvad kiirusega 0,05–0,10 ppm/h. See tähendab, et kriitilise kontsentratsiooni saavutamiseks on vaja 1500–3000 tundi (3–6 kuud). 7. klass peab vastu 2–3 aastat vannides, mis hävitavad 2. klassi vanni 6 kuu jooksul, kui neid puhastatakse kord nädalas happega, et eemaldada fosforiladestused.

Temperatuuril 90 kraadi ja pH väärtusel 4,5 võib 2. klassi titaan taluda elektrivaba nikeldatud vannides kuni 15 g/l ortofosfiidi kontsentratsiooni ilma vastuvõetamatu vesiniku rabeduseta. Kui rabestumine tõuseb väga kiiresti üle 15 g/l, lähevad kütteseadmed mõne kuuga üles. Insenerid peaksid ortofosfiiti regulaarselt jälgima ja planeerima, et vanni käive oleks enne 20 g/l. 7. klassi titaan elektropoleeritud pinnaviimistlusega vannidele, mis vajavad suuremas koguses ortofosfiti. Varustage iganädalane happepuhastusrežiim. Ortofosfiidi puhul üle 25 g/l titaan ei ühildu ja soovitatakse kasutada Hastelloy C-276 või kvartskuumutisi. EN-teeninduse jaoks titaanküttekehade ostmisel küsige pinnaviimistluse dokumentatsiooni ja kaaluge kriitiliste vannide jaoks vesinikumonitori (õhukese traadiga vesiniksondi) lisamist.