比较两种类型的阴极保护(CP),牺牲阳极阴极保护(SACP)使用牺牲阳极由更少的材料制成高贵的比受保护的结构逐渐消耗,而不是外加电流阴极保护(ICCP)使用通常非常低或非消耗性阳极的外部电流源。ICCP系统使用了各种材料,但新的材料组合在许多应用中显示出前景。
#1:结合铂和钛卓越的腐蚀预防
镀铂钛阳极协同结合铂(Pt)的良好电化学特性耐蚀性和其他的特征钛.他们是阳极通常由此产生电化学沉积一层非常薄的铂金属或铂的氧化物在钛基板上。这些阳极的作用是惰性阳极具有高耐久性,因其不易溶解而受到青睐电解质.
铂金是一种贵金属,以其独特的有利属性而闻名,包括:
通过高电导率支撑的低消耗速率使铂成为优选的阳极物质。但由于其成本高,通常只有一层薄薄的铂金镀对不同的耐腐蚀材料如钽(Ta),铌(Nb)或钛(Ti),以利用这些有利特征。
通过电镀钛铂金属,复合材料金属涂层也可以在基板上生产(在中了解有关此过程的更多信息金属镀层如何保护金属免受腐蚀)。这种复合材料由钛金属,铂,钛的氧化物以及钛和铂的金属化合物。的过程热处理复合涂层可产生化学成分和形态的变化,以改善其电化学性能.
采用镀铂和铂金包层阳极为外加电流阴极保护(ICCP)系统的设计者提供了额外的选择和选择,因为由铂对钛和铂对钽的复合材料制成的阳极所提供的额外好处是腐蚀保护行业的游戏规则的改变者,从而使其得到广泛采用。
原材料一般用于阳极,如镁和锌,不是优选的材料,因为它们的笨重,保持昂贵,必须经常更换.
#2:铂和钛的化学行为
铂是阳极外表面的首选,因为它具有高度的抗腐蚀能力,并能确保电流在大多数电解质介质中流动,而不会导致其自身形成绝缘层。因为它不会腐蚀,不会产生腐蚀产品因此,消费率非常低。
铂在熔融的盐和酸中是惰性的,而它在王水中是溶解的。没有……的风险氢脆.(你可以在文章中了解氢脆氢脆性介绍)它是为数不多的能完全抵抗腐蚀的稀有金属之一氯化物海水。
钛表现出对海洋环境(特别是海水)的合理性抗性。它不会与金属氯化物的浓缩(80%)溶液反应。但是,它易受攻击的影响氢氟酸(HF)和热盐酸(HCl)浓度较高的。甚至过氧化氢和热硝酸也会腐蚀钛。氧化剂通常不攻击钛,因为它很容易形成一个保护性的氧化层。然而,非氧化物质如硫酸(浓度高于5%)及磷酸(高于30%)可以攻击钛。来自氢气脆化从这个角度来看,钛作为阳极材料比钽要好.
#3:镀铂钛阳极的优点
铂金具有电化学惰性,机械强度,可加工性和电导率良好的优点。但是,它非常昂贵。在钽(镀层和包覆)材料上的钛和铂的铂和铂的开发开辟了在关键应用中使用这些用于金属精加工和阴极保护系统的阳极材料的可行性。
当用于水介质(如海水)中的阳极时,钛形成稳定的绝缘层氧化膜在低于某个击穿电压的表面上,防止了电流在水性介质和阳极之间。在海洋环境中,在钛上形成的氧化物能够承受12伏,超出其绝缘屏障破裂,电流开始腐蚀过程。举个例子,美国潜艇Seawolf是否有基于镀铂阳极的自动防腐系统. 钛阳极上使用铂(或钽阳极上使用铂)使阴极保护系统具有合理的性能电流密度和低成本,这在长期基础上保护核动力潜水艇免于恶化。
介绍了钛阳极商业化生产的新方法和钛阳极上铂薄膜的制备方法蒸汽沉积轧制和电镀以合理的成本确保了优质耐用的阳极。
这些阳极允许中等电流密度,而不影响基底金属。铂层不需要无孔,以确保有效性能。只要电压保持在安全范围内,电极和水介质(如海水)之间的低电阻可确保在钛上形成耐用的氧化膜。这些阳极重量轻,尺寸和形状方便,由于每安培小时铂消耗率低,因此确保工作电压的稳定性。
在硬铬电镀应用中,钛阳极上的铂是环保的,因为它们是无铅的。它们的几何形状保持了近三年,确保了较低的停机时间,并降低了员工健康风险因为没有铬酸铅需要处理。与铅阳极相比,铂钛阳极的能量损失更低。
铅阳极必须是棒状和片状的,钛阳极上的铂可以根据要镀部件的几何形状制成T或U形、圆柱形或板形。
铂化钛阳极对铂的消耗率低,且与电流成正比。在…的情况下深井地床在陆地油气井的应用中,铂化钛阳极是一种易于管理的、非脆性的替代品磁铁矿或石墨阳极,由于其孔径小,因此也节省了深钻费用。
使用镀铂钛阳极的总体益处包括:
- 低消耗率,可保存珍贵的铂
- 良好的尺寸稳定性
- 耐腐蚀性确保耐久性,易于维护
- 重量轻,电流分布均匀
#4:铂化钛阳极的缺点
作为镀铂阳极的基材,与铌或铜相比,钛具有较低的导电性较低的缺点。低击穿电压也是涉及氯化物介质的应用的重要限制。较低的8伏的工作电压降低了电流密度。钛衬底阳极上的铂用于较低导电性和击穿潜力的应用中不是一个问题。为了更好的导电性,有时会使用铜芯镀铂钛阳极。
铂化钛阳极的应用仅限于不与钛发生反应的电解质。它们不能用于含有氟化物的铬浴中。
#5:铂金膜的耐久性
在过去的二十年中,铂化钛阳极的制造得到了发展和改进。尽管电沉积镀铂技术继续流行,但通过对钛表面进行预粗化和在蚀刻的基材上预先涂上导电底漆的非常薄的膜,已经克服了在钛上实现粘附涂层的困难。
根据一些研究,铂层厚度一般在1 - 5微米之间,在特殊的阴极保护应用中,厚度可达20微米。为了对陆上桥面板进行阴极保护,我们开发了一种铜芯钛金属和2.5微米铂护套。研究进一步得出结论,在浓缩NaCl溶液中,铂的消耗量可小于0.1微克/安培小时,而在海水(10%的饱和度)中,铂的消耗量可高达1微克/安培小时。
对于使用河流和海水混合物的电站冷凝器的阴极保护系统,铂的消耗率由于氧和氯同时演化,以及由于盐水的存在而急剧上升溶解固体铂的消耗量上升到每安培小时数十微克。
在…的情况下镍电镀,增白剂的存在会影响铂的消耗率,而钢容器卤水原料中的糖含量则会提高铂的消耗率。(得到一个电镀简介在这里。)
#6:铂钛阳极的应用
镀钛阳极的主要用途是在金属表面处理和阴极保护领域黑色金属用于埋在土壤中的结构和暴露在海洋环境中的钢,如石油和天然气生产平台、船舶、油井套管和码头。在某些应用中,铂钛阳极成功地与便宜的石墨和铅电极竞争。
使用铂化钛的加工厂包括电氯化厂、啤酒厂、造纸厂以及试剂、高氯酸盐和氯酸盐等化学品的生产商。
铂钛阳极广泛应用于电解过程。由于其较低的消耗、尺寸精度、能够在所需的几何形状上形成精确的沉积厚度、可预测的电镀化学性质和易于维护,它们已经成功地取代了铅阳极在电镀应用中的地位。这些阳极可以根据要电镀的零件设计和形成各种几何形状。铂在钛阳极上是电沉积铜、铬、铂、镍、钯和金的首选阳极。
海水应用
镀铂钛主要用作海船阴极保护的阳极材料,尤其用于船体及其部件的防腐,包括舵、泵送系统、旋转部件、螺旋桨、管道、水下部件和结构、压载舱、船坞系统结构和货舱。
地下的应用程序
铂钛阳极用于阴极保护系统地下储罐、管道、罐底、电缆护套及埋在腐蚀性土壤下的构筑物。(了解更多关于土壤的腐蚀作用土壤腐蚀简介)。
石油和天然气应用
铂钛阳极和钽阳极被用于阴极保护系统,以保护管道、套管、抽油杆等地上储罐防止腐蚀。
污水系统,供水系统和钢筋混凝土结构
铂钛阳极用于阴极保护系统污水处理厂、供水基础设施和钢筋结构。
结论
铂钛阳极因其维护成本低、镀层质量好、生产效率高、镀层一致性好等优点,已成功地取代了铅阳极在硬铬电镀中的应用。作为腐蚀工程师对暴露在海洋环境中的钢的外加电流型阴极保护的首选,它们已经占据了主导地位。新的应用正在开发利用铂化钛的优越属性。