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?
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硫酸亜鉛電気めっきでは、隣接する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/dm²) では、迷走電流によって深さ 20 ～ 50 µm の浅いピットが散在して発生します。高電流密度 (2 A/dm²) では、迷走電流によりバスバーの方向に沿って深さ 100 ～ 300 µm の集中した深いピットが形成されます。電流密度が増加すると、ピッチング パターンがランダムから方向性へと変化します。これは、電流密度が高くなるとより強い電界勾配が生じ、迷走電流がヒーターの特定の領域に集中するためです。
迷走電流-誘発孔食のメカニズム
導電性硫酸亜鉛電解液に浸されたチタンヒーターは、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勾配により、電解液に電流が流れます。電流がヒーターから出る場所 (陽極サイト) では、チタンが溶解します。低い電流密度では、陽極サイトは表面欠陥にランダムに分布します。高電流密度では、表面の不均一性を克服できるほど電位勾配が急になり、バスバーと幾何学的に整列した領域に電流が集中します。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。
漂遊電流密度の関数としての定量的ピッチング
ヒーターから 100 mm 離れたバスバーを使用して、60 度の 20% ZnSO4 中で 500 時間にわたる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確立されました。 0 A/dm² (ベースライン、迷走電流なし) では、ピット密度は 1 cm あたり 0 ピット、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。 0.5 A/dm2 では、ピット密度は 1cm2 あたり 5 ～ 20 個のピット、最大ピット深さは 20 ～ 50 μm で、パターンは分散しています。 1.0 A/dm2 では、ピット密度は 1cm2 あたり 20 ～ 60 個のピット、ピットの深さは 50 ～ 150 μm で、パターンはバスバーと適度に整列しています。 1.5 A/dm2 では、ピット密度は 1cm2 あたり 50 ～ 150 個のピット、ピットの深さは 100 ～ 250 μm で、パターンは整列しています。 2.0 A/dm² では、ピット密度は cm² あたり 100 ～ 300 ピット、ピット深さは 150 ～ 350 µm で、パターンはバスバーの方向と強く一致しています。
バスバーの距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 の距離では、迷走電流密度は 2.0 ～ 3.0 A/dm² であり、孔食が激しくなります。 100 mm での密度は 1.0 ～ 1.5 A/dm² で、ピッチングは中程度です。 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。 500 mm での密度は 0.05 ～ 0.1 A/dm² で、ピッチングは無視できます。バスバーに対するヒーターの向きも重要です。バスバーに平行なヒーターでは、垂直なヒーターよりも高い迷走電流が発生します。
迷走電流の軽減と孔食の防止ガイド
次の表は、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孔食を防ぐための推奨事項を示しています。{0}
| ヒーターの漂遊電流密度 (A/dm²) | 予想される孔食の深刻度 | 最大ピット深さ (μm/年) | 推奨されるアクション |
|---|---|---|---|
| <0.3 | なし | <20 | なし |
| 0.3–0.8 | 低い | 20–80 | プラスチックメッシュ付きシールドヒーター |
| 0.8–1.5 | 適度 | 50–150 | Move heater >バスバーから 300 mm |
| 1.5–2.5 | 高い | 150–300 | 電気絶縁を設置する |
| >2.5 | 厳しい | >300 | タンクレイアウトの再設計 |
迷走電流制御を超えたエンジニアリング
チタンのグレードは耐孔食性に影響します。グレード 7 (パラジウム-安定化) は、迷走電流孔食に対する耐性が 2 ～ 3 倍高く、許容可能な孔食率で 1.0 ～ 1.5 A/dm² での動作が可能です。グレード 12 では中程度の改善が見られます。壁の厚さによってピットの貫通許容量が得られます。年間 150 µm のピットを含む 2.0 mm の壁は 13 年間持続します。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% の開口面積) により、迷走電流が 70 ～ 80% 削減されます。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絶縁する必要があります。
情報に基づいた仕様の作成
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。スペースの制約によりこれができない場合は、ヒーターの周囲に穴あきプラスチック シールドを取り付け、グレード 7 チタンを指定してください。迷走電流によるピッチングのある既存のヒーターの場合は、シールドを追加するか、ヒーターを移動します。動作中、ヒーターに特徴的な整列したピットがないか監視します。ピッチングの深さが 0.2 mm を超える場合は、ヒーターの位置を変更します。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することで、硫酸亜鉛電気めっきサービスにおける深刻な孔食を防ぎます。
