उच्च क्लोराइड/जस्ता मिश्रण वाले धातु फिनिशिंग टैंक में टाइटेनियम शीथ हीटर के लिए, ट्यूब की सतह पर कैथोडिक वर्तमान घनत्व एक प्रमुख डिजाइन बाधा क्यों है?

जिंक इलेक्ट्रोप्लेटिंग, गैल्वनाइजिंग या मिश्र धातु जमाव टैंक का उपयोग धातु परिष्करण के लिए किया जाता है और इसमें इलेक्ट्रोलाइट्स के जटिल मिश्रण होते हैं। विशिष्ट फॉर्मूलेशन 50-100 ग्राम / एल जिंक क्लोराइड (ZnCl2), अमोनियम क्लोराइड (NH4Cl) के संचालन नमक, पोटेशियम क्लोराइड (KCl), और कई कार्बनिक ब्राइटनर से बने होते हैं। स्नान 4.5-6.0 पीएच के साथ 30-50 डिग्री पर है। संक्षारण प्रतिरोध अक्सर टाइटेनियम शीथ हीटर के माध्यम से निर्दिष्ट किया जाता है। हालाँकि, ये स्नान एक अनजाने विद्युत रासायनिक स्थिति उत्पन्न करते हैं जहाँ टाइटेनियम ट्यूब जस्ता जमाव के लिए कैथोड के रूप में कार्य करता है। घोल में जिंक आयनों को हीटर की विद्युत प्रणाली की क्रिया द्वारा या प्लेटिंग रेक्टिफायर से भटकी धाराओं द्वारा टाइटेनियम की सतह पर चढ़ाया जाता है। यदि जस्ता जमा पतला और एक समान रहता है, तो ट्यूब सुरक्षित रहती है, लेकिन यदि यह खुरदरी, गांठदार संरचनाओं तक फैल जाती है, तो ट्यूब ज़्यादा गरम हो जाती है और समय से पहले विफल हो जाती है। निर्धारण कारक जिंक की कमी को प्रेरित करने वाले इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण की दर है, यानी, ट्यूब की सतह पर कैथोडिक वर्तमान घनत्व।

टाइटेनियम हीटर पर कैथोडिक जिंक जमाव का तंत्र

The usual cathodic reaction happens on the work to be plated in a zinc plating bath. Any conductive surface that contacts the electrolyte, including the titanium heater sheath, can also operate as a cathode if an electrical channel exists. The wire of internal resistance of the heater is electrically insulated from the sheath. However, stray currents from the plating rectifier may pass through the bath, especially if the tank grounding is inadequate or if the heater mounting is in cathodic contact with the tank. When the titanium surface becomes cathodic, zinc ions are reduced to metallic zinc. Zn2+ + 2e- = Zn0. The rate of zinc deposition is proportional to cathodic current density (i_cathode). At low current densities (below 2 mA/cm²) zinc is deposited as a smooth adherent layer which actually shields the titanium. At moderate current densities (2–10 mA/cm2) the deposit becomes rough and porous, trapping electrolyte and leading to small hot spots. At high current densities (>10 एमए/सेमी2), तेजी से जिंक विकास से डेंड्राइटिक संरचनाएं बनती हैं जो टैंक के अन्य हिस्सों से संपर्क करती हैं, जिससे शॉर्ट सर्किट और स्थानीय ओवरहीटिंग होती है।

हीटर विफलता मोड बनाम वर्तमान घनत्व: एक मात्रात्मक सहसंबंध

सिम्युलेटेड जिंक क्लोराइड बाथ (80 ग्राम/एल ZnCl2, 100 ग्राम/लीटर KCl, 50 डिग्री) में नियंत्रित परीक्षण के आधार पर ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटर के लिए निम्नलिखित विफलता पैटर्न की पहचान की गई है:

कैथोडिक वर्तमान घनत्व 1 एमए/सेमी² से कम: जिंक जमा गति 0.1-0.3 मिमी/माह। जमा अनुवर्ती, चिकना और महीन दाने वाला। हीटर का तापमान स्थिर है. बेस मेटल को नुकसान पहुंचाए बिना जमा को हटाने के लिए एसिड स्ट्रिपिंग का उपयोग किया जा सकता है।

कैथोडिक धारा घनत्व 1-3 एमए/सेमी2 जिंक जमाव दर 0.5-1.0 मिमी/माह। जमाव 20 से 30% की सरंध्रता के साथ गांठदार होता है। जमा शिखर पर स्थानीयकृत ओवरहीटिंग से टाइटेनियम की सतह का तापमान निर्धारित बिंदु से 10-15 डिग्री ऊपर बढ़ जाता है। हीटर भी बार-बार चल रहा है।

कैथोडिक वर्तमान घनत्व 3-8 एमए/सेमी2 जिंक जमाव दर 1.5-3.0 मिमी प्रति माह 2-4 सप्ताह के भीतर, डेंड्राइटिक विकास 5-10 मिमी लंबाई का होता है। डेंड्राइट्स टैंक की दीवारों या अन्य हीटरों तक फैल जाते हैं, जिससे शॉर्ट सर्किट हो जाता है। संपर्क स्थानों पर स्थानीयकृत पिघलने के कारण हीटर की विफलता होती है।

कैथोडिक धारा घनत्व > 10 एमए/सेमी2: जिंक जमाव दर > 5 मिमी/माह। अनियंत्रित तीव्र डेंड्राइटिक वृद्धि। हीटर आमतौर पर 1-2 सप्ताह में बुझ जाता है। जब जस्ता खत्म हो जाता है, तो टाइटेनियम आधार धातु सक्रिय संक्षारण के अधीन हो सकती है।

2.0 धातु फिनिशिंग टैंक में वर्तमान घनत्व को नियंत्रित करने के लिए रणनीतियाँ

निम्नलिखित तालिका टैंक कॉन्फ़िगरेशन और विद्युत वातावरण के आधार पर टाइटेनियम शीथ हीटर पर कैथोडिक वर्तमान घनत्व को प्रबंधित करने के लिए एक निर्णय वृक्ष देती है।

अधिकतम स्वीकार्य कैथोडिक वर्तमान घनत्व के लिए टैंक सेटअप और विद्युत स्थिति डिजाइन संशोधन और नियंत्रण रणनीति
टैंक को उचित रूप से ग्राउंड किया गया, हीटर को टैंक से विद्युत रूप से पृथक किया गया, कोई भटकाव धारा नहीं 2 mA/cm2 नियमित संचालन के लिए स्वीकार्य। जमा मोटाई की मासिक निगरानी। हीटर को हर 3-6 महीने में साफ करें।
टैंक के साथ विद्युत संपर्क में हीटर फ्लैंज (कैथोडिक, विद्युत पथ विद्यमान) 0.5 एमए/सेमी² हीटर फ्लैंज और टैंक के बीच इंसुलेटिंग गैसकेट (पीटीएफई, 3 मिमी) डालें। "वर्तमान घनत्व को 25% तक कम करें।"
Stray currents from rectifier (measured >हीटर और संदर्भ इलेक्ट्रोड के बीच 0.5 वी) 0.2 एमए/सेमी2 हीटर द्वारा ग्राउंड रॉड स्थापित करें। विद्युत प्रतिरोध के मार्ग में सुधार के लिए छिद्रित पीटीएफई ट्यूबिंग के साथ शील्ड हीटर
High zinc content (>120 g/L Zn2+), high temperature (>50 डिग्री) 1 एमए/सेमी2 कम जिंक सामग्री या कम स्नान तापमान। उच्च Zn 2+ समान वर्तमान घनत्व पर जमाव की दर को बढ़ाता है।
3 एमए/सेमी^2 करंट वितरण के लिए सहायक कैथोड (चोर कैथोड) के साथ टैंक में संचालित हीटर, चोर कैथोड करंट को हीटर से दूर मोड़ देते हैं। चोरों के लिए साप्ताहिक सफ़ाई करना ठीक है।
कैथोडिक धारा घनत्व के नियंत्रण से परे इंजीनियरिंग

टाइटेनियम ट्यूब की सतह की फिनिश का जिंक आसंजन पर गहरा प्रभाव पड़ता है। चिकनी इलेक्ट्रोपॉलिश सतह (रा<0.3 µm) permits the zinc deposit to be removed more readily than on an as-drawn surface (Ra 1.0 µm) where zinc keys into surface troughs. The wall thickness does not matter for the cathodic deposition. But the wall thickness matters for the time the heater can survive a localized overheating after the dendrites are formed. Thick wall (1.5 mm) may tolerate numerous short-circuit events before perforation, thin wall (0.8 mm) fails instantly. Deposition efficiency is also a function of pH. Hydrogen evolution competes with zinc deposition below pH 4, reducing the cathodic current density available for zinc, but with the potential for hydrogen embrittlement.

एक सूचित विशिष्टता लिखना

उदाहरण के लिए, यदि आपको उच्च क्लोराइड/जस्ता संयोजन वाले धातु फिनिशिंग टैंक के लिए टाइटेनियम शीथ हीटर की आवश्यकता है, तो निर्दिष्ट करें कि हीटर को पीटीएफई गास्केट और बुशिंग के माध्यम से टैंक से विद्युत रूप से अलग किया जाना चाहिए। हीटर सतह क्षेत्र और टैंक में दर्ज आवारा धाराओं के आधार पर अधिकतम अनुमत कैथोडिक वर्तमान घनत्व 1mA/cm2 निर्धारित करें। जस्ता जमा को आसानी से हटाने के लिए प्रदाता से इलेक्ट्रोपॉलिश सतह फिनिश वाला हीटर उपलब्ध कराने के लिए कहें। मौजूदा इंस्टॉलेशन के लिए, चढ़ाना प्रक्रियाओं के दौरान हीटर शीथ और कॉपर {{5}कॉपर सल्फेट संदर्भ इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज को मापें। यदि रीडिंग 0.3 V से अधिक है तो यह बहुत अधिक कैथोडिक ध्रुवीकरण को इंगित करता है और इसमें सुधार की आवश्यकता है। एक टाइमर नियंत्रित रिवर्स करंट प्रणाली प्रदान की जाती है जो प्रत्येक घंटे एक छोटी एनोडिक पल्स (2 से 3 एमए/सेमी 2 के वर्तमान घनत्व पर 1 से 2 सेकंड) प्रदान करती है ताकि प्रारंभिक जस्ता जमा को इश्यू नोड्यूल में विकसित होने से पहले भंग कर दिया जा सके। इलेक्ट्रोप्लेटिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम हीटरों में डेंड्राइटिक जिंक विकास, ओवरहीटिंग और शॉर्ट सर्किटिंग की कैस्केडिंग विफलता से बचने के लिए इंजीनियर कैथोडिक वर्तमान घनत्व को एक महत्वपूर्ण डिजाइन सीमा के रूप में सीमित करता है।