Fluorida dalam Elektrolit: Mengapa Lapisan Tidak Dapat Menyelamatkan Titanium

Seorang pembeli pernah mengirimkan gambar tangki elektro-oksidasi dan meminta "anoda Ir-Ta biasa, seperti proyek terakhir". Proyek terakhir adalah kertas tembaga. Yang ini adalah aliran pemulihan etsa yang mengandung fluorida. Bentuknya sama, rapat arusnya sama di atas kertas, jalur kegagalannya sangat berbeda.

Titanium tidak mudah terkorosi. Itu sebabnya orang mempercayainya. Namun film pasif titanium memiliki titik lemah: ion fluorida. Bahkan pada konsentrasi rendah, F⁻ bereaksi dengan TiO₂ lebih cepat dibandingkan kemampuan pembentukan film. Reaksinya adalah TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → [TiF₆]²⁻ + 2H₂O. Kompleks heksafluorotitanat larut. Lapisan tersebut berada di atas film itu. Ketika film di bawah lapisan diserang, lapisan tersebut kehilangan substratnya - bukan karena katalisnya salah, tetapi karena basanya larut.

Ini bukan masalah pelapisan. Ru-Ir, Ir-Ta, platinum, tidak ada satupun yang memperbaikinya. Lapisan platinum lebih tahan terhadap fluorida dibandingkan MMO, namun dalam struktur titanium-platinium, titik kegagalannya masih berupa titanium pada bagian tepi, las, dan retakan mikro. Platinum tidak menjembatani substrat yang larut. Kesalahan yang mahal adalah mengutip anoda yang sama seperti terakhir kali karena gambarnya terlihat familier. Anoda tidak berubah. Air melakukannya.

Dalam praktiknya, tanda-tanda peringatannya tidak terlalu jelas. Tegangan merayap naik selama berminggu-minggu. Tidak ada yang melihat pitting pada awalnya. Kemudian muncul bintik kecil berwarna coklat atau abu-abu di dekat lasan, tepi, lubang baut. Pada saat potensi penyimpangan terjadi, titanium telah kehilangan ketebalan lokalnya. Pelarutan pada celah-celah akan memusatkan fluorida lebih lanjut, yang mempercepat serangan - sebuah lingkaran yang menguatkan diri yang tidak berhenti ketika Anda menaikkan arus.

Aturan lapangan yang kami gunakan: jika media memiliki F⁻ terukur, tanyakan nomornya sebelum mengutip apa pun. Bukan "apakah ada fluorida" - fluorida bebas atau total, ppm, kompleks atau tidak, pH, suhu, dan apakah anoda berada dalam keadaan berenergi atau basah setelah dimatikan. Ambang batasnya bukanlah satu baris pun. Dalam suasana asam sekitar pH 2–4, fluorida bebas di atas sekitar 5–10 ppm mulai menyerang titanium Kelas 2; mendekati netral, ia bergeser menuju 20–30 ppm; dalam elektrowinning dengan kemurnian tinggi seperti foil tembaga, target praktisnya adalah di bawah 1 ppm. Suhu sama pentingnya dengan konsentrasi - ppm yang sama pada suhu 80 derajat bisa lebih buruk dibandingkan pada suhu 25 derajat.

Apa yang sebenarnya berhasil:

Ubah logika substrat: tepi yang diperkuat tantalum, atau pembawa non-titanium dengan media yang sangat asam dan mengandung fluor. Penghalang oksida tantalum tipis antara lapisan dan titanium memperlambat serangan tersebut, namun hal ini tidak dapat diperbaiki secara permanen dalam penggunaan fluorida tinggi secara berkelanjutan.

Ubah bentuk anoda: titanium berlapis menangani fluorida lebih baik daripada MMO ketika tepi titanium terlindung. Ti/PbO₂ dapat disalahgunakan dalam mengoksidasi asam, namun fluorida masih mencapai basa titanium melalui cacat dan alkali kuat melarutkan PbO₂ - bukan jawaban yang menyeluruh.

Ubah tugas: rapat arus lebih rendah, tidak ada kerja keras terus menerus, tidak ada pembalikan polaritas, bilas setelah dimatikan sehingga fluorida tidak terkonsentrasi di celah-celah.

Ubah bahasa spesifikasi: "anoda harus bertahan dalam analisis medium X" bukan "Ir-Ta, 8 g/m², 20 tahun."

Anoda titanium hanya stabil jika lapisan film antara lapisan dan elektrolit. Ketika lapisan film tersebut terkena serangan fluorida, oksida logam mulia hanya berupa lapisan yang terkatalisis dengan baik dan menghilang.