Fluoriid elektrolüüdis: miks kate ei saa titaani päästa?

Üks ostja saatis kord elektrooksüdatsioonipaagi joonise ja küsis "tavalist Ir-Ta anoodi, nagu viimane projekt". Viimane projekt oli vaskfoolium. See oli fluoriidi sisaldav söövitusaine taaskasutusvoog. Sama kuju, sama voolutihedus paberil, täiesti erinev rikketee.

Titaan ei korrodeeru kergesti. Sellepärast inimesed seda usaldavad. Kuid titaani passiivsel kilel on teadaolev nõrk koht: fluoriioon. Isegi madala kontsentratsiooni korral reageerib F⁻ TiO2-ga kiiremini, kui kile suudab reformida. Reaktsiooniks on TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → [TiF₆]²⁻ + 2H₂O. Heksafluorotitanaadi kompleks lahustub. Kate asub selle kile peal. Kui katte all olevat kilet rünnatakse, kaotab kate oma aluspinna – mitte sellepärast, et katalüsaator on vale, vaid seepärast, et alus lahustub.

See ei ole katteprobleem. Ru-Ir, Ir-Ta, plaatina, ükski neist ei paranda seda. Plaatinakiht talub fluoriidi paremini kui MMO, kuid plaatina titaanstruktuuri puhul on tõrkepunktiks ikkagi titaan servades, keevisõmblustes ja mikropragudes. Plaatina ei silita lahustuvat substraati. Kallis viga on sama anoodi tsiteerimine, mis eelmisel korral, sest joonis tundub tuttav. Anood ei muutunud. Vesi tegi.

Praktikas on hoiatusmärgid vaiksed. Pinge tõuseb nädalate jooksul. Keegi ei näe algul auku. Siis tekib keevisõmbluse, serva, poldiaugu lähedale väike pruun või hall laik. Potentsiaalse triivimise ajaks on titaan juba kohaliku paksuse kaotanud. Lõhedes lahustumine kontsentreerib fluoriidi veelgi, mis kiirendab rünnakut – isevõimendusahel, mis ei peatu voolu tõstmisel.

Kasutatav väljareegel: kui meediumil on mõõdetav F⁻, küsige enne tsiteerimist numbrit. Mitte "kas seal on fluori" – vaba fluoriid või üldsisaldus, ppm, kompleksis või mitte, pH, temperatuur ja see, kas anood on pinge all või leotub pärast seiskamist. Lävi ei ole üks rida. Happelises keskkonnas, mille pH on 2–4, hakkab vaba fluoriid, mille sisaldus on ligikaudu 5–10 ppm, ründama 2. astme titaani; neutraalse positsiooni lähedal nihkub see 20–30 ppm suunas; kõrge puhtusastmega elektromagnetimisel nagu vaskfooliumi puhul on praktiline eesmärk alla 1 ppm. Temperatuur loeb sama palju kui kontsentratsioon – sama ppm 80 kraadi juures võib olla suurusjärgu võrra halvem kui 25 kraadi juures.

Mis selle asemel tegelikult töötab:

Muutke substraadi loogikat: tantaaliga tugevdatud servad või mittetitaanist kandja, kus keskkond on agressiivselt happeline ja fluoritud. Õhuke tantaaloksiidi barjäär katte ja titaani vahel aeglustab rünnakut, kuid see ei ole püsiv lahendus kõrge fluoriidisisaldusega teenuses.

Muutke anoodi kuju: plaatinatud titaan talub fluoriidi paremini kui MMO, kui titaanist servad on varjestatud. Ti/PbO₂ võib oksüdeerivat hapet rohkem kuritarvitada, kuid fluoriid jõuab ikkagi defektide kaudu titaanaluseni ja tugev leelis lahustab PbO₂ – see pole blanketne vastus.

Muutke töörežiimi: madalam voolutihedus, pideva raske töö puudumine, polaarsuse muutmine, loputage pärast väljalülitamist, et fluoriid ei koonduks pragudesse.

Muutke spetsifikatsiooni keelt: "anood peab kestma keskmise analüüsi X" asemel "Ir-Ta, 8 g/m², 20 aastat".

Titaananood on ainult nii stabiilne kui katte ja elektrolüüdi vaheline kile. Kui see kile on fluoriidi rünnaku all, on väärismetallioksiidid lihtsalt hästi katalüüsitud kiht kaduval alusel.