Kun verrataan kahta katodisuojaustyyppiä (CP), uhrautuva anodin katodinen suoja (SACP) käyttää suoja-anodia, joka on valmistettu materiaalista, joka on vähemmän inertti kuin suojattava rakenne ja kuluu vähitellen, kun taas impressed current katodinen suoja (ICCP) käyttää ulkoista materiaalia, joka on tyypillisesti erittäin alhainen tai Virtalähde ei-kuluville anodeille. ICCP-järjestelmissä on käytetty erilaisia materiaaleja, mutta uudet materiaaliyhdistelmät ovat lupaavia monissa sovelluksissa.
#1: Platinan ja titaanin yhdistäminen ylivoimaiseen korroosiosuojaukseen
Platinapinnoitetut titaanianodityhdistää platinan (Pt) hyödylliset sähkökemialliset ominaisuudet korroosionkestävyyteen ja muihin titaanin ominaisuuksiin. Ne ovat anodeja, jotka yleensä valmistetaan saostamalla sähkökemiallisesti erittäin ohut kerros platinametallia tai platinaoksidia titaanisubstraatille. Nämä anodit ovat kestäviä inertteinä anodeina, ja ne ovat edullisia, koska ne eivät liukene tavallisiin elektrolyytteihin.
Platinaon jalometalli, joka tunnetaan ainutlaatuisista hyödyllisistä ominaisuuksistaan, mukaan lukien:
Korkea korroosionkestävyys
Antioksidantti
Korkea johtavuus
Kyky toimia katalysaattorina
Korkea kemiallinen stabiilisuus
Pystyy tuottamaan erinomaisia pintaefektejä
Alhainen kulutus, jota tukee korkea sähkönjohtavuus, tekee platinasta suositellun anodimateriaalin. Mutta korkeampien kustannustensa vuoksi erilaiset korroosionkestävät materiaalit, kuten tantaali (Ta), niobium (Nb) tai titaani (Ti), päällystetään yleensä ohuella platinakerroksella näiden suotuisten ominaisuuksien hyödyntämiseksi.
Galvanoimalla platinametallia titaanille, alustalle voidaan valmistaa myös komposiittimetallipinnoitteita. (Lisätietoja tästä prosessista on artikkelissa Kuinka metallipinnoitteet suojaavat metalleja korroosiolta.) Tämä komposiitti koostuu titaanimetallista, platinasta, titaanioksidista ja titaanin ja platinan metalliyhdisteistä. Komposiittipinnoitteiden lämpökäsittely aiheuttaa muutoksia kemialliseen koostumukseen ja morfologiaan, mikä parantaa niiden sähkökemiallista suorituskykyä.
Platinapinnoitettujen ja platinapäällysteisten anodien käyttöönotto tarjoaa vaikuttavien nykyisten katodisuojausjärjestelmien (ICCP) suunnittelijoille uusia uusia vaihtoehtoja ja valintoja, koska platina-titaanikomposiiteista ja platina-tantaalikomposiiteista valmistetut anodit tarjoavat lisäetuja. Pelin vaihtaja. korroosiosuojateollisuudessa, mikä johti sen laajaan käyttöön.
Anodeissa yleisesti käytetyt galvaaniset kennomateriaalit, kuten magnesium ja sinkki, eivät ole edullisia materiaaleja, koska ne ovat tilaa vieviä, kalliita ylläpitää ja ne on vaihdettava usein.
#2: Platinan ja titaanin kemiallinen käyttäytyminen
Platina on valittu materiaali anodin ulkopinnalle, koska se kestää hyvin korroosiota ja varmistaa, että virta kulkee useimmissa elektrolyyttiväliaineissa ilman, että se muodostaa eristävän kerroksen. Koska se ei syöpy, korroosiotuotteita ei synny ja kulutus on erittäin alhainen.
Platina on inerttiä sulaissa suoloissa ja hapoissa, mutta liukenee aqua regiaan. Vetyhaurastumisen vaaraa ei ole. (Voit oppia vetyhaurastumisesta artikkelista "Johdatus vetyhaurastumiseen.") Se on yksi harvoista harvinaisista metalleista, joka kestää täydellisesti merivesikloridia.
Titaani kestää melko hyvin meriympäristöjä (erityisesti merivettä). Se ei reagoi metallikloridien väkevien liuosten (80 %) kanssa. Se on kuitenkin alttiina suuremmille fluorivetyhapon (HF) ja kuuman kloorivetyhapon (HCl) pitoisuuksille. Jopa vetyperoksidi ja kuuma typpihappo voivat syövyttää titaania. Hapettavat aineet eivät yleensä hyökkää titaania vastaan, koska se muodostaa helposti suojaavan oksidipinnoitteen. Kuitenkin ei-hapettavat aineet, kuten rikkihappo (pitoisuudet yli 5 %) ja fosforihappo (pitoisuudet yli 30 %), hyökkäävät titaania vastaan. Vetyhaurastumisen näkökulmasta titaani on parempi anodimateriaali kuin tantaali.
#3: Platinapinnoitettujen titaanianodien edut
Platinan etuna on sähkökemiallinen inerttiys, mekaaninen lujuus, prosessoitavuus ja hyvä sähkönjohtavuus. Se on kuitenkin erittäin kallista. Titaanipohjaisten platina- ja tantaalipohjaisten platinamateriaalien (pinnoitus ja päällystys) kehitys on avannut mahdollisuuden käyttää näitä materiaaleja anodimateriaaleina metallien viimeistelyyn ja katodisuojausjärjestelmiin kriittisissä sovelluksissa.
Kun titaania käytetään anodina vesipitoisessa väliaineessa, kuten merivedessä, titaani muodostaa pinnalle vakaan eristävän oksidikalvon, joka on stabiili tietyn läpilyöntijännitteen alapuolella, mikä estää virran kulkemisen vesipitoisen väliaineen ja anodin välillä. Titaaniin muodostuva oksidi pystyy meriympäristössä kestämään 12 voltin jännitteen, jonka yläpuolella eristys hajoaa ja sähkövirta aloittaa korroosioprosessin. Esimerkiksi Yhdysvaltain sukellusveneessä Seawolf on automaattinen korroosiosuojajärjestelmä, joka perustuu platinapinnoitettuihin anodeihin. Titaanipohjaisten platina- (tai tantaalipohjaisten platina-)anodien käyttö mahdollistaa katodisuojausjärjestelmien, joilla on kohtuullinen virrantiheys ja alhaiset kustannukset, suojaamaan ydinkäyttöisiä sukellusveneitä huonontumiselta pitkällä aikavälillä.
Uudet menetelmät titaanianodien valmistukseen kaupallisessa mittakaavassa ja platinaohutkalvojen muodostaminen titaanianodeille höyrypinnoituksen, valssauksen ja galvanoinnin avulla varmistavat korkealaatuisten ja kestävien anodien valmistuksen kohtuullisin kustannuksin.
Nämä anodit mahdollistavat kohtalaisen virrantiheyden vaikuttamatta perusmetalliin. Platinakerroksen ei tarvitse olla tyhjänä tehokkaan suorituskyvyn varmistamiseksi. Elektrodin ja vesipitoisen väliaineen (kuten meriveden) välillä ylläpidetty pieni vastus varmistaa kestävän oksidikalvon muodostumisen titaanille, kunhan jännite pysyy turvallisella alueella. Nämä anodit ovat kevyitä, sopivan kokoisia ja muotoiltuja, ja ne takaavat käyttöjännitteen vakauden alhaisen platinan kulutuksen ansiosta ampeerituntia kohden.
Kovakromipinnoitussovelluksissa titaanianodilla oleva platina on ympäristöystävällinen, koska se on lyijytön. Niiden geometria säilyy lähes kolmen vuoden ajan, mikä takaa lyhyemmät seisokit ja vähentää työntekijöiden terveysriskejä, koska lyijykromaattia ei tarvitse käsitellä. Platina-titaanianodeissa on pienemmät energiahäviöt kuin lyijyanodeilla.
Lyijyanodien on oltava tanko- ja levymuodossa, kun taas titaanianodeista valmistettu platina voidaan valmistaa T- tai U-muotoisina, sylintereinä tai levyinä pinnoitettavan osan geometriasta riippuen.
Platinan kulutusnopeus platinoiduilla titaanianodeilla on hyvin alhainen ja verrannollinen virtaan. Syvän kaivon pohjasovelluksissa (maalla sijaitsevat öljy- ja kaasukaivot) platinapäällysteiset titaanianodit ovat hallittavissa oleva, ei-hauras vaihtoehto magnetiitti- tai grafiittianodeille, koska niissä on halkaisijaltaan pienet reiät ja siksi ne säästävät myös lisääntynyttä käyttöä. syvistä kaivoista. Porauskustannukset.
Platinapäällysteisen titaanianodin käytön yleiset eduts sisältää:
Alhainen kulutus säästää arvokasta platinaa
hyvä mittapysyvyys
Korroosionkestävyys takaa kestävyyden ja helpon huollon
Kevyt paino ja hyvä virranjako pinnoituksen aikana
#4: Platinapinnoitettujen titaanianodien haitat
Platinapinnoitettujen anodien perusmateriaalina titaanilla on huonompi sähkönjohtavuus verrattuna niobiumiin tai kupariin. Matala läpilyöntijännite on myös tärkeä rajoitus sovelluksissa, joissa käytetään kloridiväliaineita. Alempi 8 voltin käyttöjännite pienentää virrantiheyttä. Titaanimatriisianodien platinaa käytetään sovelluksissa, joissa alhaisempi johtavuus ja hajoamispotentiaali eivät ole huolenaiheita. Paremman johtavuuden saavuttamiseksi käytetään joskus kupariydin platinapinnoitettuja titaanianodeja.
Platinapinnoitettujen titaanianodien sovellukset rajoittuvat elektrolyytteihin, jotka eivät reagoi titaanin kanssa. Niitä ei voida käyttää fluoria sisältävissä kromikylvyissä.
#5: Platinakalvon kestävyys
Platinapinnoitettujen titaanianodien valmistus on jatkanut kehitystä ja parantumista viimeisen kahden vuosikymmenen aikana. Vaikka platinan päällystämiseen käytettävät sähkösaostustekniikat ovat edelleen suosittuja, titaanin tartunta on voitu karhistamalla titaanipinta etukäteen ja esipinnoittamalla erittäin ohut johtava pohjustekalvo syövytetyn alustan päälle. Päällystysvaikeudet.
Joidenkin tutkimusten mukaan platinapinnoitteen paksuus on tyypillisesti 1-5 mikronia, ja se voi olla jopa 20 mikronia katodisuojauksen erikoissovelluksissa. Maasillan kannen katodisuojauksen saavuttamiseksi kehitettiin kupariytiminen titaaniseos, jossa on 2,5 mikronin platinavaippa. Tutkimuksessa pääteltiin lisäksi, että väkevöityjen natriumkloridiliuosten platinan kulutus voi olla alle 0,1 ug per ampeeritunti, kun taas merivedessä (kymmenprosenttinen kylläisyys) platinan kulutus voi olla jopa 1 ug per ampeeritunti.
Joki- ja meriveden seosta käyttävien voimalaitosten lauhduttimien katodisuojausjärjestelmissä platinan kulutus nousee jyrkästi hapen ja kloorin samanaikaisen saostumisen vuoksi, kun taas murtovedessä platinan kulutusnopeus nousee jyrkästi liuenneiden kiintoaineiden läsnäolon vuoksi. . Platina nousee kymmeniin mikrogrammoihin ampeeritunnissa.
Nikkelöinnin tapauksessa kirkasteiden läsnäolo voi vaikuttaa platinan kulutukseen, mitä voi pahentaa teräsastiassa syötettävän suolaliuoksen sokeripitoisuus. (Saat johdannon galvanoinnista täältä.)
#6: Platinapinnoitettujen titaanianodien sovellukset
Platinapinnoitettujen titaanianodien pääasialliset käyttökohteet ovat metallien pintakäsittelyssä ja rautametallien katodisuojauksessa, joita käytetään maaperään haudatuissa rakenteissa sekä meriympäristölle altistuvissa teräksissä, kuten öljyn- ja kaasuntuotantoaluksissa, laivoissa, öljylähteissä. kotelot ja laituri. Joissakin näistä sovelluksista platina-titaanianodit kilpailevat menestyksekkäästi halvempien grafiitti- ja lyijyelektrodien kanssa.
Platinapäällystettyä titaania käyttäviä jalostuslaitoksia ovat sähkökloorauslaitokset, panimot, paperitehtaat ja kemikaalien, kuten reagenssien, perkloraattien ja kloraattien, valmistajat.
Platinapinnoitettuja titaanianodeja käytetään laajalti elektrolyysiprosesseissa. Ne ovat menestyksekkäästi korvanneet lyijyanodit galvanoinnissa alhaisemman kulutuksen, mittatarkkuuden, kyvyn luoda tarkat kerrospaksuudet vaadituilla geometrioilla, ennustettavan pinnoituskemian ja helpon huollon ansiosta. Nämä anodit voidaan suunnitella ja muotoilla erilaisiksi geometrioiksi pinnoitettavasta osasta riippuen. Platina titaanianodilla on erittäin edullinen anodi kuparin, kromin, platinan, nikkelin, palladiumin ja kullan sähkösaostukseen.
Merivesisovellus
Platinapinnoitettua titaania käytetään pääasiassa anodimateriaalina laivojen katodisuojaukseen, erityisesti rungon ja sen komponenttien korroosionestoa varten, mukaan lukien peräsimet, pumppujärjestelmät, pyörivät osat, potkurit, putkistot, vedenalaiset komponentit ja rakenteet, painolastitankit, ja telakointijärjestelmät. rakenne ja tavaratila.
maanalaisia sovelluksia
Platinapinnoitettuja titaanianodeja käytetään katodisuojausjärjestelmissä maanalaisille varastosäiliöille, putkille, säiliöiden pohjalle, kaapelivaippoille ja syövyttävän maaperän alle haudatuille rakenteille. (Lue lisää maaperän korroosion vaikutuksista kohdasta Johdanto maaperän korroosioon.)
Öljy- ja kaasusovellukset
Platinapinnoitettuja titaanianodeja ja tantaalianodeja käytetään katodisuojausjärjestelmissä suojaamaan putkia, koteloa, imutankoja ja maanpäällisiä varastosäiliöitä korroosiolta.
Viemärijärjestelmät, vesihuoltojärjestelmät ja teräsbetonirakenteet
Titaanianodeissa olevaa platinaa käytetään katodisuojausjärjestelmissä jätevedenpuhdistamoissa, vesihuoltoinfrastruktuurissa ja teräsrakenteissa.
tiivistettynä
Platinapinnoitetut titaanianodit ovat menestyksekkäästi korvanneet lyijyanodit kovakromipinnoituksessa, koska niiden etuina ovat alhaisemmat ylläpitokustannukset, parempi pinnoituslaatu sekä suurempi tuottavuus ja konsistenssi. He ovat saavuttaneet hallitsevan aseman korroosioinsinöörien ensimmäisenä valintana meriympäristölle altistuvan teräksen vaikuttavan nykyisen katodisuojauksen saavuttamiseksi. Uusia sovelluksia kehitetään hyödyntämään platinapäällysteisen titaanin ylivoimaisia ominaisuuksia.