इलेक्ट्रोप्लेटिंग टैंकों में अल्ट्रासोनिक उत्तेजना टाइटेनियम ग्रेड 12 विसर्जन हीटरों की संक्षारण दर को कैसे तेज या कम करती है?

बड़े पैमाने पर परिवहन में सुधार, फेंकने की शक्ति बढ़ाने और समान जमाव को बढ़ावा देने के लिए आमतौर पर इलेक्ट्रोप्लेटिंग और धातु परिष्करण टैंक में अल्ट्रासोनिक आंदोलन का उपयोग किया जाता है। आवृत्तियाँ आमतौर पर 20-80 kHz की सीमा में होती हैं। पावर घनत्व 1-5 W/L है। कठोर चढ़ाना रसायन विज्ञान के प्रति लचीलेपन के कारण ये टैंक अक्सर टाइटेनियम ग्रेड 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) से बने विसर्जन हीटर का उपयोग करते हैं। लेकिन अल्ट्रासोनिक ऊर्जा के अनुप्रयोग से टाइटेनियम का संक्षारण व्यवहार मौलिक रूप से बदल जाता है। परिणाम दोतरफा हैं: अल्ट्रासोनिक्स निष्क्रिय कोटिंग्स को खत्म करके और गुहिकायन क्षति को प्रेरित करके कुछ सेटिंग्स में जंग को तेज कर सकता है; दूसरों में वे सतह को ख़राब करके या आक्रामक सीमा परतों को तोड़कर क्षरण को रोक सकते हैं। यह लेख अम्लीय कॉपर सल्फेट, निकल सल्फामेट और क्षारीय साइनाइड स्नान सहित विशिष्ट इलेक्ट्रोप्लेटिंग समाधानों में ग्रेड 12 टाइटेनियम पर अल्ट्रासोनिक आंदोलन के शुद्ध प्रभाव का मूल्यांकन करता है, और यह निर्धारित करता है कि क्या अल्ट्रासोनिक्स हीटर जीवन के लिए शुद्ध जोखिम या लाभ पेश करता है।

संक्षारण पर अल्ट्रासोनिक क्रिया के तंत्र
तरल मीडिया में टाइटेनियम संक्षारण के लिए रुचि की अल्ट्रासोनिक तरंगों के मुख्य प्रभाव तीन हैं। पोकेशन टाइटेनियम सतह के आसपास छोटे गैस बुलबुले का उत्पादन और अचानक पतन है। बुलबुले के ढहने से हजारों वायुमंडलों और सूक्ष्म जेटों का स्थानीय दबाव उत्पन्न होता है जो यंत्रवत् निष्क्रिय फिल्म को नष्ट कर सकते हैं। टाइटेनियम सतह पर उच्च वेग द्रव गति (1-10 मीटर/सेकेंड) ध्वनिक स्ट्रीमिंग के कारण होती है जो इंटरफ़ेस से प्रजातियों के बड़े पैमाने पर परिवहन को बढ़ाती है। डीगैसिंग सीमा परत (ऑक्सीजन सहित) से घुली हुई गैसों को हटा देता है और विद्युत रासायनिक वातावरण को बदल सकता है।

ग्रेड 12 टाइटेनियम के लिए कैविटेशन प्रमुख प्रभाव है, जो संक्षारण प्रतिरोध के लिए स्थिर TiO₂ निष्क्रिय फिल्म पर निर्भर करता है। बार-बार बुलबुला ढहने से निष्क्रिय फिल्म भौतिक रूप से हट सकती है और नंगे टाइटेनियम को चढ़ाना समाधान में उजागर किया जा सकता है। ग्रेड 12 की पुनर्निष्क्रिय दर अपेक्षाकृत तेज़ (मिलीसेकंड) है, हालाँकि यदि गुहिकायन की तीव्रता पुनर्निष्क्रिय दर से अधिक हो जाती है, तो शुद्ध धातु हानि होती है। ध्वनिक स्ट्रीमिंग या तो संक्षारण को बढ़ा सकती है (सतह पर ताजा आक्रामक प्रजातियां प्रदान करके) या क्षरण को कम कर सकती है (स्थिर, स्थानीय रूप से अम्लीय परतों को हटाकर जो गड्ढों को बढ़ावा देती हैं)।

संक्षारण दर का अल्ट्रासोनिक मापन
अल्ट्रासोनिक हलचल (40 kHz, 2 W/L) के साथ और उसके बिना, 55 C पर तीन मानक इलेक्ट्रोप्लेटिंग स्नान में ग्रेड 12 टाइटेनियम कूपन (1.65 मिमी मोटी, पॉलिश सतह) का उपयोग करके नियंत्रित परीक्षण के माध्यम से मात्रात्मक परिणाम प्राप्त किए गए थे। एक्सपोज़र की अवधि 500 ​​घंटे थी, और वजन घटाने को हर 100 घंटे में मापा गया था।

अल्ट्रासोनिक्स के बिना ग्रेड 12 0.01{2}}0.03 मिमी प्रति वर्ष-नगण्य अम्लीय कॉपर सल्फेट स्नान में (50 ग्राम/एल CuSO 4 5H 2 O, 50 ग्राम/LH 2 SO 4, pH0.5) अल्ट्रासोनिक्स के साथ दर 0.08-0.15 मिमी/वर्ष तक बढ़ जाती है। अधिक दर को प्रतिकूल कम पीएच वातावरण में निष्क्रिय फिल्म के गुहिकायन हटाने के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है। नियंत्रण की चमकती निष्क्रिय सतह की तुलना में 500 घंटों तक अल्ट्रासोनिक रूप से उजागर सतह मैट और नक्काशीदार होती है। कोई पिटाई का पता नहीं चला, हमला एकसमान है।

निकेल सल्फामेट स्नान (Ni(SO 3 NH 2 ) 2 , 400 g/L, H 3 BO 3 , 30 g/L, pH 4.0) में अल्ट्रासोनिक्स के बिना ग्रेड 12 का क्षरण 0.02-0.04 मिमी/वर्ष है। अल्ट्रासोनिक्स के साथ यह थोड़ा बढ़कर 0.05-0.09 मिमी/वर्ष हो जाता है। कम पीएच पर, गुहिकायन क्षति कम होती है क्योंकि निष्क्रिय फिल्म तटस्थ समाधानों में अधिक तेज़ी से पुनः स्थापित हो जाती है।

अल्ट्रासोनिक्स के बिना ग्रेड 12 0.01 मिमी/वर्ष से कम संक्षारण करता है - अच्छा क्षारीय साइनाइड कॉपर स्नान में (40 ग्राम/एल CuCN, 30 ग्राम/लीटर NaCN, 15 ग्राम/लीटर NaOH, पीएच 12) अल्ट्रासोनिक्स के साथ संक्षारण दर प्रति वर्ष 0.02-0.05 मिमी तक बढ़ जाती है - फिर भी स्वीकार्य है। दिलचस्प बात यह है कि अल्ट्रासोनिक्स काले तांबे के जमाव के उत्पादन को भी रोकता है, जो कभी-कभी साइनाइड स्नान में टाइटेनियम पर होता है। गुहिकायन ढीले चिपकने वाले कोटिंग्स को समाप्त कर देता है।

तीनों स्नानघरों में अल्ट्रासोनिक्स के साथ संक्षारण दर प्रति वर्ष 0.15 मिमी से कम थी, जो 1.65 मिमी दीवार के लिए 10 वर्ष से अधिक के जीवन में तब्दील हो जाती है। त्वरण मापने योग्य है लेकिन इतना महत्वपूर्ण नहीं है कि अधिकांश इलेक्ट्रोप्लेटिंग अनुप्रयोगों में समय से पहले विफलता उत्पन्न हो सके।

अन्य टाइटेनियम ग्रेड पर प्रभाव - तुलनात्मक
स्नान का प्रकार टाइटेनियम का ग्रेड संक्षारण दर (मिमी/वर्ष) अल्ट्रासोनिक्स के बिना अल्ट्रासोनिक संक्षारण दर (40 kHz; 2 W/L) त्वरण की दर
ग्रेड 2 अम्लीय तांबा {{1}
ग्रेड 12 निकेल सल्फामेट 0.02-0.04 0.05-0.09 2-3x ग्रेड 12 क्षारीय साइनाइड<0.01 0.02-0.05 3-5x
ग्रेड 12 में सभी स्नानों में ग्रेड 2 की तुलना में कम त्वरण कारक होता है, क्योंकि इसकी मोलिब्डेनम -निकल मिश्र धातु एक मजबूत निष्क्रिय फिल्म बनाती है जो गुहिकायन का बेहतर प्रतिरोध कर सकती है। ग्रेड 7 में ग्रेड 12 के समान त्वरण था, हालाँकि कम निरपेक्ष दर पर।

जब अल्ट्रासाउंड जंग को कम करता है
अल्ट्रासोनिक्स कुछ वातावरणों में टाइटेनियम के क्षरण को धीमा कर सकता है। स्थिर या कम प्रवाह वाले समाधानों में जहां स्थानीय अम्लीकरण या क्लोराइड एकाग्रता द्वारा गड्ढे की सुविधा होती है, ध्वनिक स्ट्रीमिंग सीमा परत को बाधित करती है और आक्रामक प्रजातियों के संचय से बचती है। 50 डिग्री पर 10% FeCl₃ में परीक्षण, एक मजबूत गड्ढे वाले वातावरण से पता चला कि अल्ट्रासोनिक्स के बिना ग्रेड 12 100-200 घंटों के भीतर गड्ढा हो जाएगा। अल्ट्रासोनिक्स (40 किलोहर्ट्ज़, 2 डब्ल्यू/एल) के साथ पिटिंग को 500+ घंटे तक स्थगित कर दिया जाता है और संक्षारण दर सुसंगत रहती है। तंत्र गड्ढे के आरंभ स्थलों पर केंद्रित क्लोराइड आयनों को हटाना है।

अल्ट्रासोनिक्स टाइटेनियम सतह के डीगैसिंग और ऑक्सीजनेशन द्वारा उच्च {{0}क्लोराइड, कम -ऑक्सीजन स्थितियों (जैसे गहरी दरारें) में संक्षारण को भी कम कर सकता है, जो निष्क्रियता को बढ़ावा देता है। यह प्रभाव स्थिर भागों की तुलना में विसर्जन हीटरों के लिए कम महत्वपूर्ण है।

तालिका 1. अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोप्लेटिंग स्नान का अनुप्रयोग मैट्रिक्स
प्लेटिंग बाथ पीएच तापमान अनुशंसित टाइटेनियम ग्रेड संक्षारण दर पर अल्ट्रासोनिक्स का प्रभाव हीटर जीवन के लिए अच्छा है (1.65 मिमी दीवार मोटाई के साथ 5+ वर्ष)
अम्लीय कॉपर सल्फेट 0.5-1.0 50-60 सी ग्रेड 12 या ग्रेड 7 3-5x त्वरण, लेकिन अंतिम दर<0.15 mm/yearYes, 12th grade
निकेल सल्फामेट 3.5-4.5 50-60 डिग्री ग्रेड 12 2-3x त्वरण,<0.10 mm/year Yes
क्षारीय कॉपर साइनाइड 11-13 50-70 डिग्री ग्रेड 12 या ग्रेड 2 3-5x गति,<0.05 mm/year Yes
अम्लीय जिंक क्लोराइड 40-50 डिग्री 4.0-5.5 ग्रेड 12 2-4 गुना तेज, गति<0.12 mm/year Yes
क्रोमिक एसिड एनोडाइजिंग<1.0 40-50°C Grade 7 only High acceleration probable; test recommended Grade 7 with monitoring
फेरिक क्लोराइड नक़्क़ाशी 0.5-1.0 45-55 डिग्री ग्रेड 12 4-6x त्वरण, 0.3 मिमी/वर्ष से ऊपर सीमांत; अल्ट्रासोनिक शक्ति कम करने पर विचार करें
हीटर विशिष्टताओं के लिए व्यावहारिक मार्गदर्शिका
इलेक्ट्रोडेपोज़िशन टैंकों में अल्ट्रासोनिक आंदोलन (40 किलोहर्ट्ज़, विशिष्ट 2 डब्ल्यू/एल) अधिकांश स्नान रसायन विज्ञान के लिए ग्रेड 12 टाइटेनियम विसर्जन हीटर तत्वों के उपयोग की अनुमति दे सकता है, जहां संक्षारण दर 2-5 के कारक से तेज हो जाती है लेकिन सामान्य स्नान में प्रति वर्ष 0.15 मिमी से नीचे रहती है। एक 1.65 मिमी दीवार ट्यूब .15 मिमी प्रति वर्ष (1.65 मिमी/.15 मिमी प्रति वर्ष {{11%) वर्ष) की दर से 10+ वर्षों तक चलेगी। निम्नलिखित अभ्यास जीवन को अधिकतम बनाते हैं:

अल्ट्रासोनिक्स वाले किसी भी टैंक के लिए ग्रेड 12 ग्रेड 2 से अधिक है क्योंकि ग्रेड 12 में कम त्वरण कारक होता है।

पोकेशन न्यूक्लिएशन साइटों को कम करने के लिए सतहों को अचार बनाना या इलेक्ट्रोपॉलिश करना (रा)।<0.4 µm). Rough surfaces accelerate the attack.

हीटरों को अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर की सीधी दृष्टि से दूर और टैंक के कम तीव्रता वाले क्षेत्रों में रखें।

जहां संभव हो अल्ट्रासोनिक पावर घनत्व को कम करें - कई इलेक्ट्रोप्लेटिंग ऑपरेशन 2-3 डब्लू/एल के बजाय 1 डब्लू/एल पर काम कर सकते हैं और प्रभावशीलता में कोई महत्वपूर्ण हानि नहीं होती है।

आक्रामक स्नान (अल्ट्रासोनिक्स के साथ एसिड कॉपर) के लिए दीवार की मोटाई 2.0 मिमी तक बढ़ाकर मार्जिन जोड़ें।

इलेक्ट्रोप्लेटिंग टैंकों में अल्ट्रासोनिक हलचल से ग्रेड 12 टाइटेनियम हीटरों की संक्षारण दर शांत स्थितियों की तुलना में 2-5 गुना बढ़ जाती है, जबकि अधिकांश सामान्य स्नान में पूर्ण दर अभी भी 0.15 मिमी प्रति वर्ष से कम है। इसका तात्पर्य 1.65 मिमी की सामान्य दीवार मोटाई के साथ ट्यूब का जीवनकाल 10+ वर्ष है। कम त्वरण कारक और मजबूत निष्क्रिय फिल्म के कारण ग्रेड 12 को ग्रेड 2 से अधिक पसंद किया गया। अंतिम विनिर्देश से पहले, फेरिक क्लोराइड या उच्च तापमान क्रोमिक एसिड जैसे आक्रामक स्नान के लिए विशिष्ट स्नान रसायन विज्ञान और अल्ट्रासोनिक स्थितियों के साथ परीक्षण की सिफारिश की जाती है। प्रत्येक स्थिति में हीटरों को कम तीव्रता वाले क्षेत्रों में रखकर और पॉलिश की गई सतहों का उपयोग करके जीवन को और बढ़ाया जाता है। ऑर्डर करते समय, इंगित करें कि हीटर का उपयोग अल्ट्रासोनिक रूप से उत्तेजित टैंक में किया जाएगा और अचार या इलेक्ट्रोपॉलिश फिनिश के साथ ग्रेड 12 निर्दिष्ट करें। इन उपायों के साथ, अल्ट्रासोनिक हलचल इलेक्ट्रोप्लेटिंग अनुप्रयोगों में टाइटेनियम हीटर सेवा जीवन को महत्वपूर्ण रूप से ख़राब नहीं करती है।