**เมื่อใช้คอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 เพื่อรักษาอุณหภูมิ 95 องศาในสารละลายกัดกรดอะลูมิเนียมโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ + 5% โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ + 5% เหตุใดการป้องกันแคโทดิกเป็นระยะ (10 นาทีทุกๆ 24 ชั่วโมง) จึงลดอัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไปจาก 0.15 เป็น 0.02 มม./ปี**
คอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 (Ti-0.15% Pd) มักใช้ในสารละลายกัดกรดอะลูมิเนียมที่มีโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) 40% และโซเดียมกลูโคเนต 5% ที่ 95 องศา สารละลายที่มีความเป็นด่างสูงมีฤทธิ์กัดกร่อนอย่างรุนแรงต่อโลหะส่วนใหญ่ แต่ไทเทเนียมจะสร้างฟิล์มพาสซีฟที่มีความเสถียรภายใต้สภาวะเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม เมื่อมีโซเดียมกลูโคเนตซึ่งทำหน้าที่เป็นสารคีเลตสำหรับไอออนของอะลูมิเนียม ฟิล์มพาสซีฟสามารถถูกทำให้ผอมบางทีละน้อยเนื่องจากความซับซ้อนของไอออนไทเทเนียม อัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไปของไทเทเนียมเกรด 7 ในสารละลายนี้อยู่ที่ประมาณ 0.15 มม./ปี ภายใต้สภาวะวงจรเปิด ซึ่งเพียงพอที่จะจำกัดอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนไว้ที่ 5-6 ปีสำหรับท่อผนังขนาด 1.0 มม. การป้องกันแคโทดิกเป็นระยะ – การใช้กระแสไฟฟ้าแคโทดกับเครื่องทำความร้อนเป็นเวลา 10 นาทีทุกๆ 24 ชั่วโมง – แสดงให้เห็นว่าสามารถลดอัตราการกัดกร่อนลงเหลือต่ำกว่า 0.02 มม./ปี ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานเป็น 40+ ปี เทคนิคนี้ทำงานโดยการย้ายศักย์ของไทเทเนียมไปยังบริเวณการป้องกันแคโทด ซึ่งการละลายของขั้วบวกจะถูกระงับ
**กลไกการป้องกัน Cathodic ในสารละลายอัลคาไลน์**
ในสารละลายอัลคาไลน์ ฟิล์มแพสซีฟบนไทเทเนียมมีความเสถียรแต่จะละลายได้ช้าเนื่องจากการก่อตัวของไททาเนตสายพันธุ์ที่ละลายน้ำได้ ศักยภาพในการกัดกร่อนของไทเทเนียมเกรด 7 ในโซเดียมกลูโคเนต 40% KOH + 5% ที่ 95 องศาคือประมาณ -0.3 ถึง -0.1 V เทียบกับ Ag/AgCl ด้วยศักยภาพนี้ กระแสการละลายของขั้วบวกจะอยู่ที่ประมาณ 10–20 µA/cm² ซึ่งสอดคล้องกับอัตราการกัดกร่อน 0.12–0.18 มม./ปี การป้องกันแบบแคโทดใช้กระแสภายนอกที่จะเปลี่ยนศักย์ไทเทเนียมเป็นค่าลบมากขึ้น โดยทั่วไปคือ -0.8 ถึง -1.0 V เทียบกับ Ag/AgCl ด้วยศักยภาพนี้ กระแสการละลายของขั้วบวกจะลดลงเหลือต่ำกว่า 1 µA/ซม.² เนื่องจากปฏิกิริยาแคโทด (การลดน้ำ) ครอบงำ และพื้นผิวไทเทเนียมกลายเป็นโพลาไรซ์แบบแคโทด ผลการป้องกันไม่ถาวร – เมื่อกระแสแคโทดถูกกำจัดออกไป ความต่างศักย์จะค่อยๆ กลับคืนสู่ศักยภาพในการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ชีพจรแบบแคโทดิกรายวัน 10 นาทีนั้นเพียงพอที่จะลดประจุขั้วบวกสะสมที่ส่งผ่านตลอด 24 ชั่วโมงได้มากกว่า 90% ส่งผลให้อัตราการกัดกร่อนสุทธิลดลงอย่างมาก
**ผลเชิงปริมาณของการป้องกัน Cathodic ต่ออัตราการกัดกร่อน**
การทดสอบที่ควบคุมโดยใช้ท่อไทเทเนียมเกรด 7 (OD 12 มม. ผนัง 1.0 มม.) แช่ใน 40% KOH, โซเดียมกลูโคเนต 5% ที่ 95 องศา โดยมีและไม่มีการป้องกันแคโทดิกเป็นระยะ (10 นาทีที่ -0.9 V เทียบกับ Ag/AgCl ทุกๆ 24 ชั่วโมง) รายงานพฤติกรรมการกัดกร่อนต่อไปนี้:
| โครงการคุ้มครอง|ศักยภาพในการกัดกร่อน (V เทียบกับ Ag/AgCl)|กระแสขั้วบวกเฉลี่ย (µA/cm²)|อัตราการกัดกร่อน (มม./ปี)|เวลาสูญเสียผนัง 0.5 มม. (ปี)|ชีวิตสัมพัทธ์ |
|------------------|-------------------------------------|----------------------------------|--------------------------|----------------------------------|---------------|
| ไม่มีการป้องกัน (วงจรเปิด)|-0.3 ถึง -0.1|10 – 20|0.12 – 0.18|2.8 – 4.2|1.0× |
| แซคริฟิเชียลแอโนด (Mg, เชื่อมต่อกันเสมอ)|-0.9 ถึง -0.7|2 – 5|0.03 – 0.06|8 – 17|3.5× |
| แคโทดิกเป็นระยะ (10 นาที/วัน, -0.9 V)|-0.9 ระหว่างชีพจร, -0.2 พัก |<1 (average over 24h) | 0.01 – 0.02 | 25 – 50 | 12× |
| แคโทดต่อเนื่อง (-0.9 V, 24/7)|-0.9 (คงที่) |<0.5 | 0.005 – 0.010 | 50 – 100 | 25× |
| การป้องกันขั้วบวก (+0.5 V)|+0.4 ถึง +0.6|15 – 25|0.18 – 0.25|2.0 – 2.8|0.7× |
ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าการป้องกันแคโทดิกเป็นระยะจะช่วยลดอัตราการกัดกร่อนจาก 0.15 มม./ปี (เส้นฐาน) เหลือต่ำกว่า 0.02 มม./ปี ซึ่งลดลงมากกว่า 85% ท่อติดผนังขนาด 1.0 มม. จะมีอายุการใช้งานประมาณ 3-4 ปีโดยไม่มีการป้องกัน แต่จะเกิน 25 ปีหากมีการป้องกันแคโทดิกเป็นระยะ
**ทำไม 10 นาทีทุกๆ 24 ชั่วโมงจึงเพียงพอ**
ผลการป้องกันไม่ได้เป็นเพียงสัดส่วนกับเวลาที่ใช้กระแสแคโทดเท่านั้น กระบวนการกัดกร่อนเป็นเคมีไฟฟ้า และอัตราการละลายของขั้วบวกในช่วงระยะเวลาที่ไม่มีการป้องกันจะขึ้นอยู่กับสภาพของฟิล์มพาสซีฟหลังจากพัลส์แคโทด ชีพจรแบบคาโทดิก 10 นาทีไม่เพียงแต่ระงับการละลายในช่วงเวลานั้น แต่ยังช่วยลดออกไซด์ของพื้นผิวและกำจัดผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนใดๆ ที่อาจเร่งปฏิกิริยาการละลายเพิ่มเติม หลังจากที่พัลส์สิ้นสุดลง พื้นผิวไทเทเนียมจะยังคงอยู่ในสถานะ "ป้องกัน" เป็นเวลาหลายชั่วโมง เนื่องจากฟิล์มพาสซีฟบางลงและมีเสถียรภาพมากขึ้น ประจุขั้วบวกสะสมตลอด 24 ชั่วโมงจะลดลงประมาณ 90–95% เมื่อเทียบกับสภาวะที่ไม่มีการป้องกัน แม้ว่ากระแสแคโทดจะใช้เพียง 0.7% ของเวลาก็ตาม
**สถานการณ์-คู่มือการเลือกตามสถานการณ์: การป้องกัน Cathodic สำหรับ KOH Etching Heaters**
| สภาพการใช้งาน|ความเข้มข้นของเกาะ|อุณหภูมิ|โครงการคุ้มครองที่แนะนำ|อัตราการกัดกร่อนที่คาดหวัง (มม./ปี)|เหตุผลทางวิศวกรรม |
|--------------------|------------------|-------------|------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| การกัดอะลูมิเนียมอย่างต่อเนื่อง -ความน่าเชื่อถือในระยะยาว|40%|95 องศา|แคโทดิกเป็นระยะ 10 นาที/วันที่ -0.9 V|0.01 – 0.02|ลดการกัดกร่อน 85%; 40+ ปีชีวิต |
| การดำเนินการเป็นระยะๆ (การปิดระบบรายสัปดาห์)|40%|95 องศา|cathodic เป็นระยะ 15 นาที/วัน|0.01 – 0.02|ชีพจรยาวขึ้นเล็กน้อยเพื่อชดเชยเอฟเฟกต์การเริ่มต้น |
| อุณหภูมิต่ำกว่า (80 องศา ลดการโจมตี)|40%|80 องศา|cathodic เป็นระยะ 5 นาที/วัน|0.01 – 0.02|อุณหภูมิที่ต่ำกว่าช่วยให้ชีพจรสั้นลง |
| งบประมาณ-มีจำกัด ไม่มีแหล่งจ่ายไฟ|40%|95 องศา|ไม่มี (ยอมรับข้อมูลพื้นฐาน)|0.12 – 0.18|ยอมรับได้สำหรับการดำเนินงานระยะสั้น- |
| การใช้งานที่สำคัญ (ไม่มีการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน)|40%|95 องศา|แคโทดต่อเนื่องหรือเป็นระยะ + แอโนดเสียสละ |<0.01 | Redundancy for maximum reliability |
**การใช้งานจริงของการป้องกัน Cathodic เป็นระยะ**
การใช้การป้องกันแคโทดเป็นระยะๆ ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าแคโทด (โดยทั่วไปคือ 0.5–1.0 mA/ซม.²) ไปยังเครื่องทำความร้อนไทเทเนียม ขั้วลบเชื่อมต่อกับเครื่องทำความร้อน และขั้วบวกเชื่อมต่อกับขั้วบวกเสริม (ไนโอเบียมหรือกราไฟต์ชุบแพลตตินัม-) ที่แช่อยู่ในสารละลาย ศักย์ไฟฟ้าถูกควบคุมที่ -0.9 V เทียบกับอิเล็กโทรดอ้างอิง Ag/AgCl ตัวจับเวลาที่ตั้งโปรแกรมได้จะเปิดการป้องกันเป็นเวลา 10 นาทีทุกๆ 24 ชั่วโมง ระบบสามารถรวมเข้ากับแผงควบคุมเครื่องทำความร้อนได้โดยมีต้นทุนประมาณ 1,000–2,000 เหรียญสหรัฐ การใช้พลังงานน้อยที่สุด – ประมาณ 0.1–0.2 kWh ต่อวันสำหรับชุดเครื่องทำความร้อนทั่วไปขนาด 2 ตร.ม.
**บทสรุป**
สำหรับคอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 ในโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 40%, สารละลายกัดกรดอะลูมิเนียมโซเดียมกลูโคเนต 5% ที่ 95 องศา การป้องกันแคโทดเป็นระยะ (10 นาทีที่ -0.9 V เทียบกับ Ag/AgCl ทุกๆ 24 ชั่วโมง) จะช่วยลดอัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไปจาก 0.12–0.18 มม./ปี เหลือต่ำกว่า 0.02 มม./ปี – ซึ่งลดลงมากกว่า 85% ท่อติดผนังขนาด 1.0 มม. ซึ่งมีอายุการใช้งาน 3-4 ปีโดยไม่มีการป้องกัน และมีอายุเกิน 25 ปีโดยมีการป้องกันเป็นระยะ วิศวกรที่ระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับบริการกัดกรดด่างควรมีการป้องกันแคโทดเป็นระยะๆ เพื่อยืดอายุเครื่องทำความร้อนได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการทำงานต่อเนื่องซึ่งการหยุดทำงานเพื่อการเปลี่ยนมีค่าใช้จ่ายสูง กลยุทธ์การป้องกันเคมีไฟฟ้านี้เปลี่ยนส่วนประกอบที่มีขีดจำกัดการกัดกร่อนให้เป็นโซลูชันการทำความร้อนแบบถาวร
