Pour les bains de zingage acide (pH 3,5) à 55 degrés, comment la présence d'ions fluorure au-dessus de 50 ppm nécessite-t-elle un passage du titane à l'hastelloy ?

Le titane de grade 2, dans la plupart des cas, gère une solution de zingage acide - généralement des formulations à base de chlorure ou de chlorure de sulfate fonctionnant à un pH de 3,5 et 55 degrés -, ce qui est un environnement quelque peu difficile. Cependant, de nombreuses opérations modernes de zingage à grande vitesse ajoutent des ions fluorure ou fluoroborate pour améliorer la conductivité, augmenter la puissance de projection ou activer des substrats difficiles à plaquer. À des concentrations d'ions fluorure supérieures à 50 ppm, le comportement à la corrosion du titane est fondamentalement modifié, conduisant à une désintégration rapide de la couche passive et à une attaque uniforme qui peut perforer un tube chauffant de calibre standard en quelques semaines. Cet article fournit une quantification de la concentration seuil de fluorure à laquelle le titane n'est pas utilisable et définit les paramètres sous lesquels l'Hastelloy C-276 ou C-22 est le matériau de gaine chauffant nécessaire.

Mécanisme d'attaque du titane par le fluorure
Le titane présente une excellente résistance à la corrosion grâce à son film passif stable et adhérent de TiO 2. Ce film est attaqué par les ions fluorure lors d'une réaction de dissolution chimique. TiO 2 + 6F − + 4H + → TiF 6 2 − + 2H 2 O Le composé hexafluorotitanate est soluble et le revêtement passif est donc éliminé chimiquement et pas seulement pénétré. Au fur et à mesure que la couche se dissout, le titane métallique sous-jacent est exposé au bain acide et se corrode facilement. L'assaut des fluorures est répandu et homogène, contrairement aux piqûres localisées par les chlorures, où le revêtement passif entre les piqûres reste intact.

La vitesse de dissolution du film passif est contrôlée par trois facteurs : la concentration en fluorure, le pH et la température. La concentration critique de fluorure pour le titane de grade 2 est d'environ 30 ppm à pH 3,5 et 55 degrés. Lorsque le potentiel est inférieur à 30 ppm, le film passif se dissout lentement et une épaisseur à l'état stable - est maintenue par repassivation. Dans la plage de 30-50 ppm, la dissolution du film dépasse la repassivation et le taux de corrosion augmente jusqu'à 0,1-0,3 mm par an. Au-dessus de 50 ppm, le film ne peut pas se renouveler et le titane se corrode activement à des taux de 1 à 5 mm par an selon les conditions exactes. Le titane de grade 2 se corrodera à raison d'environ 3 mm par an dans 100 ppm de fluorure - suffisamment pour percer un trou dans un tube à paroi de 1,65 mm en six à huit mois.

La synergie de la température et du pH
Une température élevée accélère de manière exponentielle l’attaque du fluorure. À 55 degrés et 50 ppm de fluorure, le grade 2 a un taux de corrosion d'environ 0,4 mm par an. À 65 degrés, le taux grimpe à 1,2 mm par an pour la même teneur en fluorure. Les bains de zingage fonctionnant à 55 degrés sont déjà proches de la limite en termes de sensibilité à la température, et toute excursion à 60-65 degrés peut rapidement augmenter le taux d'attaque.

Étant donné que les ions hydrogène sont consommés lors de la dissolution, l’attaque du fluorure est pire à faible pH. La réaction est modérée à pH 3,5. pour un pH de 2,5, le taux est environ doublé pour la même concentration de fluorure. Les bains de zingage fonctionnent normalement à un pH de 3,5 à 4,0, mais des baisses localisées du pH peuvent être observées près de l'anode ou dans les zones stagnantes.

Et autres, grade 7, alliages de titane
Le titane de grade 7 (Ti-0,15Pd) a une meilleure résistance aux acides réducteurs mais n'est pas résistant aux attaques du fluorure. La présence de palladium augmente la cinétique de la réaction cathodique et favorise la passivation dans les acides où le film passif est préservé, mais elle ne peut empêcher la dissolution chimique du TiO2 par les ions fluorure. Les tests indiquent que le grade 7 se corrode à environ 70 % du taux de corrosion du grade 2 dans les solutions contenant du fluorure- - une amélioration, mais pas suffisamment pour offrir une durée de vie acceptable au-dessus de 50 ppm de fluorure. Par exemple, le grade 2 se corrodera à raison de 0,8 mm par an à 55 degrés et 75 ppm de fluorure et le grade 7 se corrodera à raison de 0,5 à 0,6 mm par an. Les deux sont trop hauts pour un tube à paroi de 1,65 mm.

Hastelloy comme alternative
Les alliages Hastelloy à base de nickel-(C-276 et C-22) résistent à l'attaque du fluorure par un mécanisme différent. Le film passif de l'Hastelloy C-276 contient moins d'oxydes de nickel et de chrome solubles dans les acides que le TiO2. Des taux de corrosion inférieurs à 0,05 mm par an ont été observés pour l'Hastelloy C-276 dans 50 à 200 ppm de fluorure à un pH de 3,5 et à 55 degrés. Pour le fluorure à 100 ppm, le taux est inférieur à 0,10 mm/an. L'alliage présente également une résistance aux piqûres causées par les chlorures dans les bains de zingage.

Matrice d’application du zingage des appareils de chauffage
État du bain Concentration de fluorure (ppm) Matériau de gaine chauffant recommandé Taux de corrosion prévu Durée de vie estimée (paroi de 1,65 mm)
Étalon de chlorure de zinc (sans fluorure)<10 ppmGrade 2 titanium < 0.02 mm/year > 10 years
Ensemble d'additifs à faible-fluorure 10 à 30 ppm Titane de grade 2, surveillance hebdomadaire 0,03 à 0,08 mm/an 5 à 10 ans
Fluorure modéré (fluoroborate standard) 30-50 ppm Titane ou Hastelloy de grade 7 0,10-0,25 mm/an 3-6 ans
Haute-fluorure (bain à grande vitesse) 50-100 ppm Hastelloy C-276 0.05-0.10 8-12 ans mm/an
Very high fluoride (>100 ppm) 100 à 500 ppmHastelloy c-22 ou Tantale 0,10-0,20 mm/an 5-8 ans
Conclusion des spécifications du chauffage par placage de zinc
Le remplacement du matériau de la gaine du thermoplongeur du titane par l'Hastelloy est nécessaire pour les ions fluorure dépassant 50 ppm dans les bains de zingage acides à pH 3,5 et 55 degrés. Le titane de grade 2 est le plus rentable au-dessus de 30 ppm de fluorure. Le titane de grade 7 pourrait offrir une durée de vie suffisante dans la plage de 30 à 50 ppm s'il est surveillé avec vigilance, mais de nombreux ingénieurs préfèrent l'Hastelloy pour sa fiabilité. Le titane, dans toutes les qualités, échouera de quelques mois à deux ans si la teneur en chlorure dépasse 50 ppm. Utilisez du Hastelloy C-276 ou du C-22. Lorsque vous commandez des éléments chauffants pour les lignes de zingage, demandez une analyse chimique approfondie du bain, y compris la concentration de fluorure, et sélectionnez le matériau de la gaine en fonction du niveau de fluorure attendu le plus élevé, et non du chiffre nominal. Cette technique proactive évite les pannes brusques de chauffage qui arrêtent la production et polluent les bains de placage.