60 度の 20% 硫酸亜鉛電解液用のチタン電気ヒーターでは、隣接するメッキバスバーからの電流密度 (0.5 A/dm² 対 . 2 A/dm²) は漂遊電流 - によって引き起こされるピッチング パターンをどのように変化させますか?

硫酸亜鉛電気めっきでは、近くのバスバーからの迷走電流によってチタン ヒーターが分極する可能性があります。低い電流密度 (0.5 A/dm 2 ) の迷走電流により、深さ 20 ～ 50 µm の浅いピットが散在します。迷走電流は、高電流密度 (2 A/dm²) でバスバーの方向に沿って集中した深いピット (100 ～ 300 µm) の形成を引き起こします。電流密度が増加すると、より大きな電界勾配が生成され、迷走電流がヒータの特定の部分に集中するため、ピッチング パターンはランダム パターンから方向性パターンに変化します。

迷流における孔食のメカニズム

チタンヒーターは導電性硫酸亜鉛電解質に浸漬されており、漂遊電界の電極として機能します。ヒーターとバスバーの間の電位差により、電解液に電流が発生します。電流がヒーターから出る地点 (陽極サイト) で、チタンは溶液に入ります。低い電流密度では、陽極サイトは表面の欠陥上にランダムに分布します。大きな電流密度では、電位勾配は表面の不均一性を克服するのに十分であり、電流はバスバーに幾何学的に整列した領域に集中します。孔食率はファラデーの法則、つまり孔の深さ ∝ 電流密度 × 時間に従います。

漂遊電流ピッチング密度の定量的測定

ヒーターから 100 mm 離れたバスバーを使用して、20% ZnSO4 中で 60 度で 500 時間の制御されたテストにより、グレード 2 チタンについて次のことが示されました。 0 A/dm² (ベースライン、迷走電流なし) では、ピット密度は 0 ピット/cm²、最大ピット深さは 0 μm、ピッチング パターンはありません。ピットの最大深さは 20 ～ 50 μm、ピット密度は 1 cm2 あたり 5 ～ 20 個のピットで、パターンは 0.5 A/dm2 で散在します。 1.0 A/dm 2 では、ピット密度は 20 ～ 60 ピット/cm 2 、ピット深さは 50 ～ 150 μm で、パターンはバスバーと適度に位置合わせされています。ピット密度: 50-150 ピット/cm2 ピット深さ: 100-250 µm パターン: 1.5 A/dm2 に整列 2.0 A/dm2 では、ピット密度は 100-300 ピット/cm 2 、ピット深さは 150-350 µm で、パターンはバスバー方向と強く整列しています。

バスバーの分離と方向が漂遊電流密度に及ぼす影響

ヒーターでの迷走電流密度は、バスバーからの距離の 2 乗に応じて減少します。バスバーから 50 mm の距離での迷走電流密度は 2.0 ～ 3.0 A/dm2 であり、ピッチングが激しくなります。密度 1.0 ～ 1.5 A/dm²、ピッチングは 100 mm で中程度です。 200 mm での密度は 0.3 ～ 0.5 A/dm2 で、ピッチングは低くなっています。 500mmでは、密度は$0.05-0.1$ A/dm$^2$であり、孔食は顕著ではありません。バスバーに対するヒーターの方向も重要です。バスバーに平行なヒーターは、バスバーに垂直なヒーターよりも大きな迷走電流に遭遇します。

迷走電流の軽減とピッチングの防止

以下の表は、60 度、20% 硫酸亜鉛中でのグレード 2 チタン ヒーターの迷走電流によるピッチングを防止するためのガイドラインを示しています。

ヒーター漂遊電流密度 (A/dm²) 孔食の程度 予想される最大孔食深さ (µm/年) 推奨処置<0.3 None <20 None 0.3–0.8 Low 20–80Plastic mesh shield heater
0.8-1.5 Moderate 50-150Move heater >バスバーから 300 mm 離れた位置
1.5-2.5 High 150-300 Install > Electrical isolation2.5 Severe >300 タンクレイアウトの変更
迷走電流制御を超えたエンジニアリング

耐孔食性はチタンのグレードによって異なります。グレード 7 (パラジウム-安定化) は、迷走電流の孔食に対する耐性が 2 ～ 3 倍あるため、許容可能な孔食率で 1.0 ～ 1.5 A/dm2 で動作できます。グレード 12 は中程度の改善です。壁の厚さにより、ピットの貫通許容量が得られます。厚さ 2.0 mm で毎年 150 μm の穴ができる壁は 13 年間持続します。迷走電流は、ヒーター周囲の穴あきプラスチック シールド (PTFE またはポリプロピレン、5 mm の穴、50% の開口部) によって 70 ～ 80% 減少します。迷走電流が戻り経路を見つけるのを防ぐために、ヒーターはタンクのアースから電気的に分離する必要があります。

知識に基づいた見積もりの​​作成

20% 硫酸亜鉛、60 度のチタン電気ヒーターの場合、迷走電流密度を 0.5 A/dm² 未満に保つために、ヒーターを最も近いバスバーから少なくとも 300 mm 離して配置します。スペースが狭い場合は、ヒーターの周囲に穴の開いたプラスチックのバリアを構築し、グレード 7 のチタンを使用してください。迷走電流によるピッチングのある既存のヒーターのヒーターをシールドするか、再配置します。使用中に、ヒーターに特徴的な整列したピットがないかどうかを調べます。ピッチングが0.2mmより深い場合はヒーターを交換してください。硫酸亜鉛電気めっきサービスでは、エンジニアは距離とシールドによって迷走電流密度を制御し、深刻な孔食を回避します。