A katódos védelem (CP) két típusát összehasonlítva a katódos védelem (SACP) a védendő szerkezetnél kevésbé közömbös anyagból készült feláldozó anódot használ, és fokozatosan kimerül, míg az impressed current katódos védelem (ICCP) olyan külső anyagot használ, amely jellemzően nagyon alacsony vagy Áramforrás a nem fogyasztható anódokhoz. Az ICCP rendszerekben sokféle anyagot használtak, de az új anyagkombinációk sok alkalmazásban ígéretesek.
#1: A platina és a titán kombinációja a kiváló korrózióvédelem érdekében
Platina bevonatú titán anódokötvözi a platina (Pt) előnyös elektrokémiai tulajdonságait a titán korrózióállóságával és egyéb tulajdonságaival. Ezek anódok, amelyeket általában nagyon vékony fémplatina vagy platina-oxid réteg elektrokémiai úton történő felvitelével készítenek titán hordozóra. Ezek az anódok inert anódként nagy tartóssággal rendelkeznek, és előnyösek, mivel nem oldódnak a közönséges elektrolitokban.
Platinaegy nemesfém, amely egyedülálló előnyös tulajdonságairól ismert, többek között:
Magas korrózióállóság
Antioxidáns
Magas vezetőképesség
Katalizátorként való működés képessége
Magas kémiai stabilitás
Kiváló felületi hatásokat képes produkálni
A magas elektromos vezetőképességgel támogatott alacsony fogyasztási arány miatt a platina az előnyben részesített anódanyag. De magasabb költsége miatt a különböző korrózióálló anyagokat, mint például a tantál (Ta), a nióbium (Nb) vagy a titán (Ti) általában egyszerűen bevonják vékony platinaréteggel, hogy kihasználják ezeket a kedvező tulajdonságokat.
Platina fém titánra történő galvanizálásával kompozit fémbevonatok is előállíthatók az alapfelületen. (További információ erről a folyamatról a Hogyan védik meg a fémbevonatokat a fémeket a korróziótól című részben.) Ez a kompozit fém titánból, platinából, titán-oxidból, valamint titán és platina fémvegyületeiből áll. A kompozit bevonatok hőkezelése megváltoztatja a kémiai összetételt és a morfológiát, ezáltal javítja az elektrokémiai teljesítményüket.
A platina bevonatú és platina bevonatú anódok bevezetése a lenyűgöző áramkatódos védelmi (ICCP) rendszerek tervezői számára további újszerű lehetőségeket és választási lehetőségeket kínál, mivel a platina-titán kompozitokból és platina-tantál kompozitokból készült anódok további előnyöket kínálnak. Játékváltó. korrózióvédelmi iparban, ami annak széles körű elterjedéséhez vezetett.
Az anódokhoz általánosan használt galvanikus cellás anyagok, mint például a magnézium és a cink, nem előnyben részesített anyagok, mivel terjedelmesek, karbantartásuk költséges, és gyakran cserélni kell.
#2: A platina és a titán kémiai viselkedése
A platina a választott anyag az anód külső felületére, mert nagyon ellenáll a korróziónak, és biztosítja, hogy az áram a legtöbb elektrolit közegben folyjon anélkül, hogy önmagától szigetelő réteget képezne. Mivel nem korrodál, nem keletkeznek korróziós termékek, és a fogyasztási arány nagyon alacsony.
A platina olvadt sókban és savakban inert, de vízben oldódik. Nem áll fenn a hidrogén ridegedés veszélye. (A hidrogénes ridegségről a "Bevezetés a hidrogén ridegségbe" című cikkből tájékozódhat.) Egyike azon kevés ritka fémeknek, amelyek tökéletesen ellenállnak a tengervíz-kloridnak.
A titán meglehetősen jól ellenáll a tengeri környezetnek (különösen a tengervíznek). Nem lép reakcióba tömény (80%) fém-klorid oldattal. Azonban érzékeny a nagyobb koncentrációjú hidrogén-fluorid (HF) és forró sósav (HCl) általi támadására. Még a hidrogén-peroxid és a forró salétromsav is korrodálhatja a titánt. Az oxidálószerek általában nem támadják meg a titánt, mert könnyen védő oxid bevonatot képez. Azonban a nem oxidáló anyagok, például a kénsav (5% feletti koncentrációban) és a foszforsav (30% feletti koncentrációban) megtámadják a titánt. A hidrogén ridegség szempontjából a titán jobb anódanyag, mint a tantál.
#3: A platina bevonatú titán anódok előnyei
A platina előnye az elektrokémiai tehetetlenség, a mechanikai szilárdság, a feldolgozhatóság és a jó elektromos vezetőképesség. Ez azonban nagyon drága. A titán alapú platina és a tantál alapú platina (bevonat és burkolat) anyagok kifejlesztése lehetővé tette ezen anyagok anódanyagként való felhasználását fémmegmunkálási és katódos védelmi rendszerekben a kritikus alkalmazásokban.
Amikor anódként használják vizes közegben, például tengervízben, a titán stabil szigetelő oxidfilmet képez a felületen, amely bizonyos áttörési feszültség alatt stabil, ezáltal megakadályozza az áram áramlását a vizes közeg és az anód között. Tengeri környezetben a titánon képződő oxid 12 voltos feszültséget képes elviselni, ami felett a szigetelés felbomlik, és az elektromos áram hatására beindul a korróziós folyamat. Például az amerikai Seawolf tengeralattjáró platinabevonatú anódokon alapuló automatikus korrózióvédelmi rendszerrel rendelkezik. A titán alapú platina (vagy tantál alapú platina) anódok használata lehetővé teszi, hogy katódos védelmi rendszerek elfogadható áramsűrűséggel és alacsony költséggel védjék meg az atommeghajtású tengeralattjárókat a hosszú távú leromlástól.
A titán anódok kereskedelmi méretekben történő előállításának új módszerei, valamint a titán anódokon platina vékonyrétegek kialakítása gőzleválasztással, hengerléssel és galvanizálással biztosítják a kiváló minőségű és tartós anódok előállítását ésszerű költségek mellett.
Ezek az anódok mérsékelt áramsűrűséget tesznek lehetővé anélkül, hogy befolyásolnák az alapfémet. A platinarétegnek nem kell hézagmentesnek lennie a hatékony teljesítmény érdekében. Az elektróda és a vizes közeg (például tengervíz) között fenntartott alacsony ellenállás biztosítja a tartós oxidfilm kialakulását a titánon, mindaddig, amíg a feszültség a biztonságos tartományon belül marad. Ezek az anódok könnyűek, kényelmes méretűek és alakúak, és az alacsony amperóránkénti platinafogyasztás miatt biztosítják az üzemi feszültség stabilitását.
A kemény krómozási alkalmazásokban a titán anódokon lévő platina környezetbarát, mivel ólommentes. Közel három évig megőrzik geometriájukat, így rövidebb állásidőt biztosítanak, és csökkentik az alkalmazottak egészségügyi kockázatait, mivel nincs kezelhető ólom-kromát. A platina-titán anódok energiavesztesége kisebb, mint az ólom anódok.
Míg az ólom anódoknak rúd és lemez formájúnak kell lenniük, a titán anódokon lévő platina T vagy U alakban, hengerben vagy lemezben készülhet a bevonandó alkatrész geometriájától függően.
A platina fogyasztási aránya a platinizált titán anódokon nagyon alacsony és arányos az áramerősséggel. Mélykútágyas alkalmazásoknál (szárazföldi olaj- és gázkutak) a platina bevonatú titán anódok kezelhető, nem törékeny alternatívát jelentenek a magnetit vagy grafit anódokkal szemben, mivel kis átmérőjű lyukakkal rendelkeznek, és ezáltal megnövekedett használatot takarítanak meg. mély kutakról. Fúrási költségek.
A platina bevonatú titán anód használatának általános előnyeia következőket tartalmazza:
Az alacsony fogyasztás értékes platinát takarít meg
jó méretstabilitás
A korrózióállóság biztosítja a tartósságot és az egyszerű karbantartást
Könnyű súly és jó árameloszlás a bevonat során
#4: A platina bevonatú titán anódok hátrányai
A platina bevonatú anódok alapanyagaként a titán hátránya, hogy alacsonyabb az elektromos vezetőképessége a nióbiummal vagy a rézzel összehasonlítva. Az alacsony áttörési feszültség szintén fontos korlátozást jelent a kloridos közegeket érintő alkalmazásokban. Az alacsonyabb, 8 voltos üzemi feszültség csökkenti az áramsűrűséget. A titán mátrix anódokon lévő platinát olyan alkalmazásokban használják, ahol az alacsonyabb vezetőképesség és a letörési potenciál nem jelent gondot. A jobb vezetőképesség érdekében néha rézmagos, platina bevonatú titán anódokat használnak.
A platina bevonatú titán anódok alkalmazása azokra az elektrolitokra korlátozódik, amelyek nem lépnek reakcióba a titánnal. Fluoridtartalmú krómfürdőben nem használhatók.
#5: Platina film tartósság
A platina bevonatú titán anódok gyártása az elmúlt két évtizedben tovább fejlődött és javult. Bár a platina bevonására szolgáló elektrodepozíciós technikák továbbra is népszerűek, a titán tapadását a titán felületének előérdesítésével és a maratott hordozóra egy nagyon vékony vezetőképes alapozófilm bevonásával sikerült elérni. Bevonási nehézségek.
Egyes tanulmányok szerint a platina bevonat vastagsága jellemzően 1-5 mikron, és speciális katódos védelem esetén elérheti a 20 mikront. A szárazföldi hídfedélzet katódos védelmére rézmagos titánötvözetet fejlesztettek ki 2,5 mikronos platina köpennyel. A tanulmány továbbá arra a következtetésre jutott, hogy a tömény nátrium-klorid oldatokban a platinafogyasztás kevesebb, mint 0,1 ug/amperóra, míg a tengervízben (tíz százalékos telítettség) a platinafogyasztás akár 1 ug/amperóra is lehet.
A folyóvíz és tengervíz keverékét használó erőművi kondenzátorok katódos védelmi rendszereinél a platinafogyasztás az oxigén és a klór egyidejű kiválása miatt meredeken megemelkedik, míg a brakkvízben a platinafogyasztás az oldott szilárd anyagok jelenléte miatt meredeken emelkedik. . A platina amperóránként több tíz mikrogrammra emelkedik.
Nikkelezés esetén a fehérítőszerek jelenléte befolyásolhatja a platinafogyasztás mértékét, amit az acéledényben betáplált sóoldat cukortartalma súlyosbíthat. (Itt találhat egy bevezetést a galvanizáláshoz.)
#6: Platina bevonatú titán anódok alkalmazásai
A platina bevonatú titán anódok fő felhasználási területei a fémfelületek kezelése és a talajba temetett szerkezetekben használt vasfémek katódos védelme, valamint a tengeri környezetnek kitett acélok, például olaj- és gázkitermelő platformok, hajók, olajkút burkolatok és móló. Ezen alkalmazások némelyikében a platina-titán anódok sikeresen versenyeznek az olcsóbb grafit- és ólomelektródákkal.
A platinabevonatú titánt használó feldolgozó üzemek közé tartoznak az elektroklórozó üzemek, a sörfőzdék, a papírgyárak és a vegyi anyagok, például a reagensek, perklorátok és klorátok gyártói.
A platina bevonatú titán anódokat széles körben használják az elektrolízis folyamatokban. Sikeresen helyettesítették az ólom anódokat a galvanizáló alkalmazásokban, mivel alacsonyabb fogyasztásuk, méretpontosságuk, pontos lerakódási vastagságuk a szükséges geometriákon, kiszámítható bevonatkémia és egyszerű karbantartásuk miatt. Ezek az anódok a bevonandó alkatrésztől függően különböző geometriákra tervezhetők és alakíthatók. A titán anódokon lévő platina nagyon előnyös anód a réz, króm, platina, nikkel, palládium és arany elektromos leválasztására.
Tengervíz alkalmazása
A platinabevonatú titánt főként anódanyagként használják tengeri hajók katódos védelmére, különösen a hajótest és alkatrészeinek korrózióvédelmére, ideértve a kormányokat, szivattyúrendszereket, forgó alkatrészeket, légcsavarokat, csővezetékeket, víz alatti alkatrészeket és szerkezeteket, ballaszttartályokat, és dokkolórendszerek. szerkezet és raktér.
földalatti alkalmazások
A platinabevonatú titán anódokat katódos védelmi rendszerekben használják föld alatti tárolótartályokhoz, csövekhez, tartályfenékhez, kábelköpenyekhez és korrozív talajok alá temetett szerkezetekhez. (További információ a talajkorrózió hatásairól a Bevezetés a talajkorrózióba című részben.)
Olaj- és gázalkalmazások
A platinabevonatú titán anódokat és tantál anódokat katódos védelmi rendszerekben használják a csövek, burkolatok, szívórudak és föld feletti tárolótartályok korrózió elleni védelmére.
Csatornarendszerek, vízellátó rendszerek és vasbeton szerkezetek
A titán anódokon lévő platinát katódos védelmi rendszerekben használják szennyvíztisztítókban, vízellátási infrastruktúrában és acélszerkezetekben.
Következtetésképpen
A platinabevonatú titán anódok sikeresen helyettesítették az ólomanódokat a kemény krómozásban, köszönhetően az alacsonyabb karbantartási költségeknek, a jobb leválasztási minőségnek, valamint a nagyobb termelékenységnek és konzisztenciának. A korróziós mérnökök első számú választásaként domináns pozíciót értek el a tengeri környezetnek kitett acélok lenyűgözött jelenlegi katódos védelmében. Új alkalmazásokat fejlesztenek ki a platinabevonatú titán kiváló tulajdonságainak kihasználására.