Ar gyfer Adweithyddion Catalytig Gwresogi Asid Asetig gydag Asid Ffurfig Trace, Pa Driniaeth Arwyneb (Ocsidiad Thermol vs Gorchudd Metel Noble) sy'n Diogelu Gwresogyddion Titaniwm Orau?

Mae symiau hybrin o asid fformig, asid organig sy'n lleihau sy'n ymosod yn ymosodol ar ffilmiau goddefol titaniwm, yn halogion cyffredin mewn gwasanaeth asid asetig mewn adweithyddion catalytig. Mae'r cyfuniad o asid asetig (80{6}}99%) gyda 0.1- 0.1- 2% asid fformig ar dymheredd o 100-150 gradd yn darparu amgylchedd lle mae titaniwm masnachol pur Gradd 2 wedi cyrydu ar gyfraddau o 0.2-0.8 mm y flwyddyn, sy'n annerbyniol o uchel ar gyfer gwasanaeth gwresogydd hirdymor. Gall triniaethau wyneb helpu. Mae ocsidiad thermol yn adeiladu haen TiO 2 (rutile) drwchus, grisialaidd. Mae haenau metel nobl (palladiwm neu blatinwm) yn hyrwyddo cadwraeth ffilm oddefol. Mae'r erthygl hon yn cymharu'r ddau ddull trin wyneb hyn â meintioli eu perfformiad amddiffyn rhag cyrydiad mewn asid asetig wedi'i halogi ag asid fformig.

Mecanwaith cyrydiad titaniwm mewn cymysgeddau asid asetig ffurfig
Ymhlith asidau organig, mae asid fformig (HCOOH) yn unigryw yn ei allu i leihau titaniwm deuocsid yn gemegol. Yr adwaith yw TiO2 + 2HCOOH → Ti(HCOO)4 + 2H2O. Mae'r cymhlyg formate titaniwm yn hydawdd, felly beth sy'n digwydd yw bod y ffilm goddefol yn hydoddi, nid yn torri i lawr yn unig. Mewn 100 % asid asetig pur ar 120 gradd mae'r ymosodiad ar ditaniwm gan yr asid yn ddibwys -cyfraddau cyrydu yw < 0.01 mm y flwyddyn. Fodd bynnag, bydd presenoldeb dim ond 0.1% o asid fformig yn cynyddu'r gyfradd cyrydu i 0.05-0.10 mm y flwyddyn. Ar gyfradd o 1% o asid fformig yw 0.3-0.5 mm y flwyddyn. ar gyfraddau asid fformig o 2% yn fwy na 1.0 mm y flwyddyn yn drilio trwy diwb wal 1.65 mm mewn 1-2 flynedd.

Mae'r ymosodiad yn eang ac yn homogenaidd, nid tyllu ynysig. Mae hyn yn gosod cyrydiad asid ffurfig ar wahân i'r cyrydiad a achosir gan glorid a gallai triniaethau arwyneb sy'n darparu haen rwystr neu ail-ddefnydd catalytig fod yn ddefnyddiol.

Triniaeth trwy ocsidiad thermol
Mae titaniwm yn cael ei ocsidio'n thermol trwy wresogi'r gwresogydd gorffenedig mewn aer neu ocsigen ar dymheredd o 500 i 700 gradd am 2 i 10 awr. Mae'r driniaeth hon yn arwain at drawsnewid y ffilm TiO2 amorffaidd frodorol (5-10 nm fel arfer) yn haen ruthrol grisialaidd o drwch 0.5-5.0 µm. Mae'r haen rutile yn ddwysach, yn llymach ac yn fwy gwrthsefyll cemegol na'r ffilm oddefol naturiol. Mewn asid asetig sy'n cynnwys asid fformig, mae'r ocsid mwy trwchus yn ffurfio rhwystr y mae'n rhaid ei fwyta cyn y gall ymosodiad ar y titaniwm gwaelodol ddigwydd.

Mae ocsidiad thermol titaniwm Gradd 2 ar 600 gradd am 4 awr i gynhyrchu haen rutile drwchus 2-3 µm yn arwain at gyfradd cyrydu mewn asid asetig 99% + 1% asid fformig ar 120 gradd o 0.06-0.10 mm y flwyddyn, o'i gymharu â 0.4-0.5 mm y flwyddyn o ostyngiad (gostyngiad 5-plyg y flwyddyn ar gyfer deunydd heb ei drin). Mae'r budd yn parhau nes bod yr ocsid thermol wedi'i dorri. Os yw'r haen ocsid yn 2 µm o drwch ac mae'n hydoddi ar gyfradd o ~0.08 mm y flwyddyn, yna bydd yr effaith amddiffynnol yn para am 2-3 blynedd, ac yna bydd y titaniwm gwaelodol yn cyrydu ar y gyfradd heb ei drin.

Anfantais yr ocsidiad thermol yw mai dim ond i drwch penodol y gellir tyfu'r ocsid. Unwaith y bydd wedi dod drwodd, mae'r amddiffyniad wedi diflannu. Mae angen tymereddau trin uwch (700–800 gradd ) ar ocsidau mwy trwchus (5–10 µm), a all ddiraddio rhinweddau mecanyddol y swbstrad titaniwm a dadffurfio-diwbiau â waliau tenau.

Gorchudd Metel Nobl (Paladium)
Darperir mecanwaith amddiffyn arall gan araen palladium a adneuwyd trwy electroplatio, dyddodiad electroless neu ddyddodiad anwedd corfforol (trwch arferol 0.5-2.0 µm). Mae Palladium yn fonheddig ac yn rhoi safle cathodig ardderchog ar gyfer lleihau unrhyw rywogaeth ocsideiddio a all fod yn bresennol neu ar gyfer lleihau ïon hydrogen yn absenoldeb ocsidyddion. Mae'r hydoddiant yn lleihau mewn asid fformig gan gynnwys asid asetig ac mae palladium yn hwyluso gostyngiad H + i H 2 . Mae hyn yn symud potensial cyrydiad y swbstrad titaniwm i'r ardal oddefol. Mae'r effaith yn debyg i effaith palladium aloi ledled y titaniwm Gradd 7, ond wedi'i ganolbwyntio ar yr wyneb.

Mae profion cyrydiad o baladiwm-wedi'i orchuddio â Gradd 2 (1 µm Pd, wedi'i electroplatio) mewn asid asetig 99% + 1% asid fformig ar 120 gradd yn dangos cyfradd cyrydiad o<0.01 mm per year-essentially total protection. Even with 2% formic acid the pace is still less than .02 mm/yr. The coating does not have to be complete across the entire surface; isolated palladium islands (even as little as 0.5% surface coverage) can cathodically shield the surrounding titanium by galvanic coupling.

Mae cotio Palladium yn agored i niwed mecanyddol. Mae unrhyw grafiad neu sgraffiniad yn dileu'r metel bonheddig, ac efallai na fydd y titaniwm sy'n cael ei amlygu gan y crafiad yn cael ei amddiffyn os yw'r ardal difrod yn helaeth o'i gymharu â'r palladiwm sy'n weddill. Mewn adweithyddion catalytig gall y cotio gael ei niweidio ar gyfer gwresogyddion os yw'n bosibl sgrafellu'n fecanyddol o ronynnau catalydd neu gynhyrfwyr.

Crynodeb o Berfformiad mewn Cymhariaeth
Dull Amddiffyn Cyfradd Cyrydiad Trwch mewn 1% Asid Ffurfig ar 120 gradd Mecanwaith Diogelu Bregusrwydd
Gradd 2 heb ei drin Amh. 0.4-0.5 mm/blwyddyn Haen ocsid brodorol Dim (cynhenid)
Ocsidiad thermol (600 gradd, 4 h) 2-3 µm ocsid 0.06-0.10 mm bob blwyddyn Haen rhwystr Mae trwch ocsid cyfyngedig cyfyngedig yn lleihau oes i 2-3 blynedd
Ocsidiad thermol (750 gradd , 8h) 5-8 µm ocsid 0.03-0.05 mm/blwyddyn Haen rhwystr Risg o embrittlement, dadffurfiad swbstrad
Gorchudd palladiwm (electroplatiedig) 1 µm<0.01 mm/year Cathodic modification Mechanical damage to coating
Gorchudd palladiwm (trwchus, 5 µm)<0.01 mm/year 5 µmCathodic modification Higher cost, probable adhesion problems
Matrics Cais ar gyfer Dewis Triniaeth Arwyneb ar gyfer Gwresogyddion
Cyflwr adweithydd Crynodiad Asid Ffurfig Triniaeth Arwyneb a Argymhellir Tymheredd Gweithredu Oes Disgwyliedig y Gwresogydd (wal 1.65 mm)
Asid fformig, pur<0.05% 100-120°C None (Grade 2 standard) >10 mlynedd
Lefel hybrin o halogiad ffurfig 0.05-0.2% 100-120 gradd Dim neu ocsidiad thermol ysgafn 5-8 mlynedd
Gweithrediad parhaus gyda ffurf isel 0.2-0.5% 100-130 gradd Ocsidiad thermol (2-3 micron) 3-5 mlynedd
Gwasanaeth ffurfiol, glân cymedrol 0.5-1.0% 120-140 gradd Platio Palladium (1-2 μm) 8-10 mlynedd
1.0-2.0% 120-150 gradd Gorchudd palladiwm (trwchus, 5 µm) 5-7 mlynedd Gwasanaeth sgraffiniol ffurfig uchel (catalydd yn bresennol)
Unrhyw ffurfig gyda sgraffiniad mecanyddol Unrhyw unrhyw blatio Palladium + archwiliad rheolaidd Amrywiol
Crynodeb o Fanylebau Gwresogydd ar gyfer yr Adweithydd Catalytig
Mae ocsidiad thermol adweithyddion catalytig ar gyfer gwresogi asid asetig sy'n cynnwys olion asid fformig yn llai amddiffynnol na gorchudd palladiwm o wresogyddion titaniwm. Ar 1% o asid fformig a 120 gradd, mae Gradd 2 wedi'i orchuddio â phaladiwm yn lleihau'r gyfradd cyrydu o 0.4-0.5 mm y flwyddyn (heb ei drin) i lai na 0.01 mm y flwyddyn, gan ymestyn oes gwresogydd o 1-2 flynedd i 8-10 mlynedd. Mae ocsidiad thermol yn cynyddu perfformiad 5-8 gwaith ond dim ond yn darparu amddiffyniad 2-4 blynedd cyn i'r haen ocsid gael ei fwyta. Mae cotio Palladium yn addasiad cathodig a bydd yn amddiffyn yr wyneb titaniwm cyfan hyd yn oed os nad yw'r cotio yn barhaus. Mae ocsidiad thermol yn haen rwystr gyfyngedig a bydd yn methu yn y pen draw. Ar gyfer ceisiadau lle nad oes fawr ddim traul mecanyddol, argymhellir gorchudd palladium 1-2 µm ar Radd 2. Dylid nodi gorchudd mwy trwchus (5 µm) neu ditaniwm solet Gradd 7 (sy'n cynnwys palladiwm swmp) lle gall gronynnau catalydd neu gynhyrfwyr grafu'r wyneb. Wrth archebu, gofynnwch am ddogfennaeth ar drwch cotio, canlyniadau profion adlyniad (prawf tâp yn ôl ASTM D3359) a data ar brofion cyrydiad yn y cymysgedd asid penodol.