Jaká je maximální povolená koncentrace iontů mědi (ppm) v 10% roztoku kyseliny sulfamové při 80 stupních před tím, než titanová ohřívací trubice 2. stupně začne pokovovat měď a podstoupí galvanickou korozi?

Ionty mědi (Cu 2+ ) lze nanést na titanový povrch jako kovovou měď v 10% kyselině sulfamové (H 2 NSO 3 H) při 80 stupních podle reakce Cu 2+ + 2e - → Cu 0 . Přítomnost měděného povlaku vytváří galvanický pár s titanem, což zvyšuje anodické rozpouštění substrátu. Aby se zabránilo pokovování, musí být obsah mědi menší než 50 ppm. Nad 50 ppm se měděné plechy rychle vytrácejí a dochází k vážné galvanické korozi. Prahová hodnota je dána redukčním potenciálem nadměrného vývoje mědi a vodíku na titanu.

Jak funguje mědění a galvanická koroze na titanu

V kyselině sulfamové je titan pasivní s korozním potenciálem kolem -0,1 až +0.1 V oproti Ag/AgCl. Ionty mědi mají redukční potenciál +0.34 V. Když je koncentrace mědi vyšší než kritická koncentrace, je překonán lokální koncentrační nadpotenciál a měď se ukládá na povrchu titanu. Potažená měď je katoda s odhaleným titanem, který působí jako anoda. Hustota galvanického proudu může dosáhnout 10–100 µA/cm2, což vede k rychlému rozpouštění titanu rychlostí 0,2–2,0 mm za rok.

Kvantitativní pomědění a galvanická koroze proti koncentraci Cu²⁺

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 uA/cm2. Rychlost koroze je 1,50-3,00 mm/rok.

Vliv koncentrace kyseliny sulfamové a teploty na toleranci mědi

Maximální přípustná koncentrace mědi klesá s rostoucí koncentrací kyseliny a teplotou. V 5% kyselině sulfamové při 80 stupních je kritická hladina Cu 2+ 100 ppm. Při 10 % a 80 stupních je kritická hladina 50 ppm. Kritická úroveň je 30 ppm při 80 stupních a 15 %. Kritický práh při 20 % a 80 stupních je 20 ppm. Kritická úroveň 100 ppm při 10 % a 60 stupních. Kritická úroveň 50 ppm při 10 % a 80 stupních . 25 ppm je kritická prahová hodnota při 100 stupních a 10 % Vyšší koncentrace kyselin a teploty zvyšují rychlost vývoje vodíku a ovlivňují termodynamiku pokovování.

Průvodce kontaminací mědí v ohřívačích kyseliny sulfamové

Níže uvedená tabulka doporučuje maximální přípustnou koncentraci iontů mědi a zmírňující techniky pro titanové ohřívače stupně 2 v 10% kyselině sulfamové při 80 stupních.

Cu2+ Koncentrace naměřená (ppm) Pokovování mědí Galvanická proudová hustota (µA/cm2) Rychlost koroze titanu (mm/rok) Doporučený postup<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 Okamžitá výměna
Engineering Beyond Concentration Control

Stupeň titanu ovlivňuje galvanickou korozi po pomědění. Stupeň 7 (stabilizovaný paladiem) vykazuje rychlost galvanické koroze 2-3krát nižší než stupeň 2 se stejným nánosem mědi. Tloušťka stěny udává přídavek na korozi, stěna 2,0 mm s korozí způsobenou mědí při 0,2 mm za rok vydrží 10 let. Komplexotvorná činidla, např. . 100 až 200 ppm EDTA, se kombinují s ionty mědi a brání pokovování. Iontoměničové pryskyřice mohou extrahovat měď z roztoků kyseliny sulfamové. Pokovování je inhibováno adsorpcí na povrchu titanu přidáním mědi specifického inhibitoru, jako je benzotriazol (10 ppm).

Informovaná specifikace

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 komplikuje měď přidáním 200 ppm EDTA nebo změňte roztok. Stávající ohřívače s usazeninami mědi lze čistit 20% kyselinou dusičnou při 50 stupních po dobu 30 minut, aby se měď rozpustila bez poškození titanu. V provozu s kyselinou sulfamovou technik kontroluje koncentraci mědi pod kritickým prahem, aby se zabránilo poměďování a galvanické korozi.