Quelle est la concentration maximale autorisée en ions cuivre (ppm) dans une solution d'acide sulfamique à 10 % à 80 degrés avant qu'un tube chauffant en titane de grade 2 ne commence à plaquer du cuivre et à subir une corrosion galvanique ?
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Les ions de cuivre (Cu 2+ ) peuvent être plaqués sur la surface du titane sous forme de cuivre métallique dans 10 % d'acide sulfamique (H 2 NSO 3 H) à 80 degrés selon la réaction Cu 2+ + 2e - → Cu 0 . La présence d'un revêtement de cuivre génère une paire galvanique avec le titane, ce qui augmente la dissolution anodique du métal du substrat. Pour éviter le placage, la teneur en cuivre doit être inférieure à 50 ppm. Au-dessus de 50 ppm, les plaques de cuivre se détachent rapidement et une grave corrosion galvanique se produit. Le seuil est fixé par le potentiel de réduction du surpotentiel de dégagement de cuivre et d'hydrogène sur le titane.
Comment fonctionne le cuivrage et la corrosion galvanique sur le titane
Dans l'acide sulfamique, le titane est passif avec un potentiel de corrosion d'environ -0,1 à +0.1 V par rapport à Ag/AgCl. Les ions cuivre ont un potentiel de réduction de +0.34 V . Lorsque la concentration en cuivre est supérieure à une concentration critique, le surpotentiel de concentration local est surmonté et du cuivre se dépose sur la surface du titane. Le cuivre revêtu est une cathode, le titane exposé agissant comme une anode. La densité de courant galvanique peut atteindre 10 à 100 µA/cm2, entraînant une dissolution rapide du titane à un taux de 0,2 à 2,0 mm par an.
Placage quantitatif de cuivre et corrosion galvanique contre la concentration de Cu²⁺
Grade 2 titanium has been proven in controlled testing in 10% sulfamic at 80°C for 500 hours as follows: At 0 ppm Cu 2+ no copper plating was observed. The galvanic current is 0 µA/cm 2 and the titanium corrosion rate is 0.01-0.03 mm year-1 . Trace plating is possible at 10 ppm, galvanic current is 0 to 1 µA/cm2, and corrosion rate is 0.02 to 0.05 mm per year. Light plating is noticed at 25 ppm, galvanic current 1-5 µA/cm2 and corrosion rate 0.03-0.08 mm/year. At 50 ppm, the moderate level of plating, the galvanic current is 5–15 µA/cm² and the corrosion rate is 0.08–0.20 mm per year, the critical threshold. At 100 ppm, substantial plating is observed, the galvanic current is 15–40 µA/cm2 and the corrosion rate is 0.20–0.50 mm per year. The galvanic current is 40-100 µA/cm 2 and the corrosion rate is 0.50-1.50 mm per year. The surface is completely plated at 250 ppm. At 500 ppm, the surface is 100% copper plated and galvanic current is >100μA/cm2. Le taux de corrosion est de 1,50 à 3,00 mm/an.
Effet de la concentration et de la température de l'acide sulfamique sur la tolérance au cuivre
La concentration maximale admissible en cuivre diminue avec l'augmentation de la concentration d'acide et de la température. Dans 5 % d'acide sulfamique à 80 degrés, le niveau critique de Cu 2+ est de 100 ppm. À 10 % et 80 degrés, le niveau critique est de 50 ppm. Le niveau critique est de 30 ppm à 80 degrés et 15 %. Le seuil critique à 20 % et 80 degrés est de 20 ppm. Niveau critique 100 ppm à 10% et 60 degrés. Le niveau critique de 50 ppm à 10 % et 80 degrés . 25 ppm est le seuil critique à 100 degrés et 10 %. Des concentrations d'acide et des températures plus élevées augmentent le taux de dégagement d'hydrogène et influencent la thermodynamique du placage.
Guide sur la contamination par le cuivre dans les appareils de chauffage à l'acide sulfamique
Le tableau ci-dessous recommande la concentration maximale admissible d'ions cuivre et les techniques d'atténuation pour les radiateurs en titane de grade 2 dans 10 % d'acide sulfamique à 80 degrés.
Cu2+ Concentration mesurée (ppm) Placage de cuivre Densité de courant galvanique (µA/cm2) Taux de corrosion du titane (mm/an)Action recommandée<25 None 0-5 <0.08None 25–50 Light 5–15 0.05–0.12Monitor weekly 50-75 Moderate 15-30 0.12-0.25Add chelating agent .
75-100 Heavy 30-60 0.25-0.50 Replacement of solution >100 Severe >60 >0,50 Remplacement immédiat
Ingénierie au-delà du contrôle de la concentration en cuivre
La qualité du titane affecte la corrosion galvanique après le cuivrage. Le grade 7 (stabilisé au palladium) présente des taux de corrosion galvanique 2 à 3 fois inférieurs au grade 2 avec le même dépôt de cuivre. L'épaisseur de la paroi donne une marge de corrosion, un mur de 2,0 mm avec une corrosion induite par le cuivre à raison de 0,2 mm par an dure 10 ans. Les agents complexants, par exemple . 100 jusqu'à 200 ppm d'EDTA, se combinent avec des ions de cuivre empêchant le placage. Les résines échangeuses d'ions peuvent extraire le cuivre des solutions d'acide sulfamique. Le placage est inhibé par adsorption sur la surface du titane en ajoutant un inhibiteur spécifique du cuivre tel que le benzotriazole (10 ppm).
Une spécification éclairée
For a Grade 2 titanium heater in 10% sulfamic acid at 80°C keep the copper ion concentration below 25 ppm to be below the plating threshold of 50 ppm for safety. Check copper levels weekly with atomic absorption spectroscopy or colorimetric test strips. If the concentration is >50 ppm compliquent le cuivre en ajoutant 200 ppm d'EDTA ou changez la solution. Les radiateurs existants présentant des dépôts de cuivre peuvent être nettoyés avec de l'acide nitrique à 20 % à 50 degrés pendant 30 minutes pour dissoudre le cuivre sans endommager le titane. Dans le service d'acide sulfamique, l'ingénieur contrôle la concentration de cuivre en dessous du seuil critique pour éviter le cuivrage et la corrosion galvanique.
