En un calentador eléctrico de titanio para un electrolito de sulfato de zinc al 20 % a 60 grados, ¿cómo modifica la densidad de corriente de la barra colectora de revestimiento adyacente (0,5 A/dm² frente a . 2 A/dm²) el patrón de picaduras inducidas por corriente parásita-?

En la galvanoplastia con sulfato de zinc, el calentador de titanio puede polarizarse por corrientes parásitas de barras colectoras cercanas. Las corrientes parásitas de baja densidad de corriente (0,5 A/dm 2 ) conducen a pozos poco profundos y dispersos de 20 a 50 µm de profundidad. Las corrientes parásitas conducen a la formación de picaduras profundas concentradas (100-300 µm) alineadas con la dirección de la barra colectora a alta densidad de corriente (2 A/dm²). Al aumentar la densidad de corriente, el patrón de picaduras se transforma de un patrón aleatorio a un patrón dirigido, ya que el aumento de la densidad de corriente produce un mayor gradiente de campo eléctrico y, por lo tanto, concentra la corriente parásita en ciertas partes del calentador.

Mecanismo de picaduras en corrientes parásitas

El calentador de titanio está sumergido en el electrolito conductor de sulfato de zinc y actúa como electrodo en el campo eléctrico parásito. El diferencial de potencial entre el calentador y la barra colectora crea una corriente a través del electrolito. En los puntos donde la corriente sale del calentador (sitios anódicos), el titanio se disuelve. A bajas densidades de corriente, los sitios anódicos se distribuyen aleatoriamente en las imperfecciones de la superficie. Con grandes densidades de corriente, el gradiente de potencial es suficiente para superar la heterogeneidad de la superficie y la corriente se concentra en regiones geométricamente alineadas con la barra colectora. La tasa de picaduras obedece la ley de Faraday: profundidad de la picadura ∝ densidad de corriente × tiempo.

Densidad de picaduras de corriente parásita cuantitativa

Las pruebas controladas a 60 grados en ZnSO₄ al 20% durante 500 horas con una barra colectora a 100 mm del calentador han mostrado lo siguiente para titanio de Grado 2. A 0 A/dm² (línea de base, sin corriente parásita), la densidad de picaduras es 0 picaduras/cm², la profundidad máxima de picaduras es 0 µm y el patrón de picaduras es ninguno. La profundidad de picadura más alta es de 20 a 50 µm, la densidad de picaduras es de 5 a 20 picaduras por cm² y el patrón se dispersa a 0,5 A/dm². A 1,0 A/dm 2 , la densidad de las picaduras es de 20 a 60 picaduras/cm 2 , la profundidad de la picadura es de 50 a 150 µm y el patrón está moderadamente alineado con la barra colectora. Densidad de picaduras: 50-150 picaduras/cm2 Profundidad de picaduras: 100-250 µm Patrón: alineado 1,5 A/dm2 A 2,0 A/dm 2 la densidad de picaduras es de 100-300 picaduras/cm 2, la profundidad de las picaduras es de 150-350 µm y el patrón está fuertemente alineado con la dirección de la barra colectora.

Influencia de la separación y orientación de las barras colectoras en la densidad de corriente parásita

La densidad de corriente parásita en el calentador disminuye con el cuadrado de la distancia desde la barra colectora. La densidad de corriente parásita a una distancia de 50 mm de la barra colectora es de 2,0 a 3,0 A/dm2 y las picaduras son graves. Densidad 1,0–1,5 A/dm², las picaduras son moderadas a 100 mm. A 200 mm la densidad es de 0,3-0,5 A/dm2 y las picaduras son bajas. A 500 mm, la densidad es de $0,05-0,1$ A/dm$^2$ y las picaduras no son significativas. La dirección del calentador con respecto a la barra colectora también es importante: un calentador paralelo a la barra colectora encontrará corrientes parásitas mayores que un calentador perpendicular a ella.

Mitigación de corrientes parásitas y prevención de picaduras

La siguiente tabla muestra pautas para prevenir picaduras por corrientes parásitas en calentadores de titanio de grado 2 en sulfato de zinc al 20 % a 60 grados.

Densidad de corriente parásita del calentador (A/dm²) Gravedad de las picaduras Profundidad máxima esperada de las picaduras (μm/año) Acción recomendada<0.3 None <20 None 0.3–0.8 Low 20–80Plastic mesh shield heater
0.8-1.5 Moderate 50-150Move heater >300 mm de distancia de la barra colectora
1.5-2.5 High 150-300 Install > Electrical isolation2.5 Severe >300 Cambiar diseño del tanque
Ingeniería más allá de los controles de corrientes parásitas

La resistencia a las picaduras depende del grado de titanio. El grado 7 (paladio-estabilizado) tiene entre 2 y 3 veces más resistencia a las picaduras por corrientes parásitas, por lo que puede funcionar a 1,0-1,5 A/dm2 con índices de picaduras aceptables. El grado 12 es de mejora intermedia. El espesor de la pared ofrece un margen de penetración de picaduras; una pared de 2,0 mm de espesor con picaduras de 150 µm cada año durará 13 años. La corriente parásita se reduce entre un 70 y un 80 % mediante una protección de plástico perforada (PTFE o polipropileno, orificios de 5 mm, 50 % de área abierta) alrededor del calentador. El calentador debe estar eléctricamente separado de la tierra del tanque para evitar que la corriente parásita encuentre una ruta de retorno.

Hacer una estimación informada

Para un calentador eléctrico de titanio con 20 % de sulfato de zinc a 60 grados, coloque el calentador al menos a 300 mm de la barra colectora más cercana para mantener la densidad de corriente parásita por debajo de 0,5 A/dm². Si el espacio es reducido, construya una barrera de plástico perforada alrededor del calentador y obtenga titanio de grado 7. Proteja o reubique el calentador existente con picaduras de corriente parásita. En servicio, examine el calentador en busca de hoyos alineados distintivos. Si las picaduras tienen una profundidad superior a 0,2 mm, reemplace el calentador. En el servicio de galvanoplastia con sulfato de zinc, el ingeniero controla la densidad de corriente parásita por distancia y blindaje para evitar picaduras graves.