La falla del titanio en el cianuro
Los calentadores de inmersión de titanio se utilizan ampliamente en galvanoplastia debido a su resistencia general a la corrosión. En los baños de revestimiento de cianuro alcalino-utilizados para el revestimiento de zinc, cadmio, cobre y latón-los calentadores de titanio fallan a un ritmo alarmante. Es común tener una vida útil de 6 a 12 meses. El modo de falla es una combinación de ataque general a la superficie, fragilización por hidrógeno y picaduras localizadas.
El mecanismo no es inmediatamente obvio. El titanio resiste bien los álcalis. Las soluciones de cianuro son alcalinas y normalmente funcionan a un pH de 11 a 13. A primera vista, esta debería ser una pareja compatible. El problema radica en la química única del ion cianuro y su interacción con la película pasiva de titanio.
El ion cianuro (CN⁻) es un potente agente complejante. Forma complejos estables y solubles con la mayoría de los metales de transición, incluido el titanio. La película pasiva de titanio-TiO₂- se disuelve lentamente mediante la acción combinada de la solución alcalina y los iones de cianuro, que forman complejos con las especies de titanio disueltas y evitan la repasivación. Una vez que se rompe la película, el metal de titanio subyacente se expone a la solución alcalina de cianuro, donde sufre una disolución lenta pero continua acompañada de absorción de hidrógeno. El hidrógeno absorbido fragiliza el metal, provocando fallos prematuros.
El PTFE no tiene ninguna película pasiva que pueda complejarse. Su estructura molecular de carbono-flúor es inmune tanto al ambiente alcalino como al ion cianuro. No existe ningún mecanismo de disolución, ni absorción de hidrógeno, ni modo de falla por corrosión.
El mecanismo de disolución impulsado por la complejación-
El ataque al titanio pasa por tres etapas. Primero, la solución alcalina graba lentamente la película pasiva de TiO₂, formando especies de titanato solubles. En segundo lugar, los iones cianuro forman complejos con el titanio disuelto, formando complejos estables de hexacianotitanato que cambian el equilibrio de disolución y aceleran la eliminación de la película. En tercer lugar, una vez que la película se rompe localmente, el metal de titanio expuesto reacciona con agua para formar hidróxido de titanio e hidrógeno atómico. El hidrógeno se difunde en la red metálica, formando fases frágiles de hidruro de titanio.
El proceso se auto-acelera. A medida que la película se degrada, queda expuesta más superficie de titanio. Una superficie más expuesta produce más hidrógeno. Más hidrógeno fragiliza más metal. El calentador parece intacto externamente hasta que se alcanza un nivel crítico de fragilidad, momento en el cual se agrieta o desarrolla fugas por orificios-a menudo de manera catastrófica y sin previo aviso.
| Parámetro de corrosión | Titanio (Grado 2) | PTFE |
|---|---|---|
| Estabilidad de la película pasiva en cianuro alcalino. | Pobre (disuelto por complejación CN⁻) | N/A (sin película) |
| Tasa de disolución en baño de NaCN a 60 grados (μm/año) | 5-20 | 0 |
| Susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno | Alto | Ninguno |
| Vida útil (funcionamiento continuo) | 6-12 meses | 15+ años |
| Previsibilidad de fallas | Bajo (fallo repentino y frágil) | Alto (adelgazamiento gradual por fluencia) |
La consecuencia de la contaminación
La disolución del titanio libera iones de titanio en el baño de revestimiento. Estos iones, incluso en concentraciones bajas, interfieren con la calidad del depósito. En el revestimiento de zinc con cianuro, la contaminación con titanio provoca depósitos opacos y no-uniformes. En el revestimiento de cobre con cianuro, reduce el poder de lanzamiento. La entrada continua de titanio desde el calentador corroído obliga a una purificación o sustitución del baño más frecuente.
El PTFE no libera iones metálicos. No contiene metal. La química del baño de revestimiento permanece libre de contaminación derivada del calentador-. La vida del baño se prolonga. La calidad del depósito se estabiliza.
El efecto de la temperatura
La tasa de ataque del titanio en el cianuro alcalino aumenta con la temperatura. A los 50-70 grados típicos de los baños de cianuro, la velocidad es significativa. A 80-90 grados, utilizado en algunas formulaciones de alta velocidad, la velocidad es severa. Los calentadores de titanio en baños de cianuro calientes pueden fallar en unas semanas.
La resistencia del PTFE es independiente de la temperatura hasta 260 grados. Un intercambiador de calor de PTFE funciona de manera idéntica a 50 grados, 70 grados o 90 grados. No hay aceleración de la corrosión por temperatura. La vida útil está determinada por la fluencia mecánica, no por el ataque químico.
Resumen
Los baños de revestimiento de cianuro alcalino atacan los calentadores de titanio mediante la complejación de la película pasiva con cianuro, seguida de la disolución del metal base y la fragilización por hidrógeno. Los intercambiadores de calor de PTFE son inmunes a este mecanismo-no tienen una película pasiva que pueda formar complejos, ni metal que disolver, ni susceptibilidad al hidrógeno. La vida útil del PTFE en este entorno supera los 15 años, en comparación con los 6-12 meses del titanio. La eliminación de la contaminación por titanio mejora la estabilidad del baño y la calidad del depósito.
El soporte de ingeniería para la especificación del intercambiador de calor de PTFE en cianuro y otros baños de revestimiento agresivos está disponible previa presentación de la química del baño, la temperatura de funcionamiento, la vida útil actual del calentador y los modos de falla observados.
