Nella galvanica con solfato di zinco, le correnti vaganti provenienti dalle sbarre adiacenti possono polarizzare il riscaldatore in titanio. A bassa densità di corrente (0,5 A/dm²), le correnti vaganti causano fosse sparse e poco profonde con una profondità di 20–50 µm. Ad alta densità di corrente (2 A/dm²), le correnti vaganti creano pozzi concentrati e profondi con una profondità di 100–300 µm allineati con la direzione delle sbarre. Lo schema di vaiolatura cambia da casuale a direzionale all'aumentare della densità di corrente perché la maggiore densità di corrente crea un gradiente di campo elettrico più forte, concentrando la corrente dispersa su aree specifiche del riscaldatore.

Il meccanismo della corrente vagante-indotta dalla vaiolatura

Il riscaldatore in titanio, immerso nell'elettrolita conduttivo di solfato di zinco, funge da elettrodo nel campo elettrico disperso. Il gradiente potenziale tra il riscaldatore e la sbarra conduce una corrente attraverso l'elettrolita. Dove la corrente esce dal riscaldatore (siti anodici), il titanio si dissolve. A basse densità di corrente, i siti anodici sono distribuiti in modo casuale in corrispondenza dei difetti superficiali. A densità di corrente elevate, il gradiente potenziale è sufficientemente ripido da superare l’eterogeneità della superficie e la corrente si concentra su aree geometricamente allineate con la sbarra collettrice. Il tasso di vaiolatura segue la legge di Faraday: profondità del pozzo ∝ densità di corrente × tempo.

Pitting quantitativo in funzione della densità di corrente vagante

Test controllati in ZnSO₄ al 20% a 60 gradi per 500 ore con una barra collettrice posizionata a 100 mm dal riscaldatore hanno stabilito quanto segue per il titanio di grado 2. A 0 A/dm² (linea di base, senza corrente vagante), la densità dei buchi è 0 per cm², la profondità massima dei buchi è 0 µm e il modello di vaiolatura è nullo. A 0,5 A/dm², la densità dei buchi è di 5–20 buchi per cm², la profondità massima dei buchi è di 20–50 µm e il disegno è sparso. A 1,0 A/dm², la densità dei pozzetti è di 20–60 pozzetti per cm², la profondità dei pozzetti è di 50–150 µm e il modello mostra un moderato allineamento con la sbarra collettrice. A 1,5 A/dm², la densità dei buchi è di 50–150 buchi per cm², la profondità dei buchi è di 100–250 µm e il modello è allineato. A 2,0 A/dm², la densità dei pozzetti è di 100–300 pozzetti per cm², la profondità dei pozzetti è di 150–350 µm e il modello è fortemente allineato con la direzione delle sbarre.

Influenza della distanza e dell'orientamento delle sbarre sulla densità di corrente vagante

La densità di corrente vagante sul riscaldatore diminuisce con il quadrato della distanza dalla sbarra. Ad una distanza di 50 mm dalla sbarra, la densità di corrente vagante è di 2,0–3,0 A/dm² e la vaiolatura è grave. A 100 mm, la densità è di 1,0–1,5 A/dm² e la vaiolatura è moderata. A 200 mm, la densità è 0,3–0,5 A/dm² e la vaiolatura è bassa. A 500 mm, la densità è 0,05–0,1 A/dm² e la vaiolatura è trascurabile. Importante è anche l'orientamento del riscaldatore rispetto alla sbarra; un riscaldatore parallelo alla sbarra è soggetto a correnti vaganti più elevate di uno perpendicolare.

Guida alla mitigazione delle correnti vaganti e alla prevenzione della vaiolatura

La seguente tabella fornisce raccomandazioni per prevenire la vaiolatura indotta dalla corrente vagante- sui riscaldatori in titanio di grado 2 in solfato di zinco al 20% a 60 gradi.

Ingegneria oltre il controllo delle correnti vaganti

Il grado di titanio influisce sulla resistenza alla vaiolatura. Il grado 7 (palladio-stabilizzato) ha una resistenza 2–3 volte superiore alla vaiolatura delle correnti vaganti, consentendo il funzionamento a 1,0–1,5 A/dm² con tassi di vaiolatura accettabili. Il grado 12 offre un miglioramento intermedio. Lo spessore della parete fornisce una tolleranza di penetrazione nella fossa; una parete da 2,0 mm con cavità da 150 µm all'anno dura 13 anni. Uno schermo in plastica perforata (PTFE o polipropilene, fori da 5 mm, 50% di area aperta) attorno al riscaldatore riduce la corrente dispersa del 70–80%. Il riscaldatore deve essere isolato elettricamente dalla terra del serbatoio per evitare che la corrente vagante trovi un percorso di ritorno.

Fare una specifica informata

Per un riscaldatore elettrico in titanio in solfato di zinco al 20% a 60 gradi, posizionare il riscaldatore ad almeno 300 mm dalla sbarra collettrice più vicina per mantenere la densità di corrente dispersa inferiore a 0,5 A/dm². Se i limiti di spazio lo impediscono, installare uno schermo di plastica perforata attorno al riscaldatore e specificare il titanio di grado 7. Per i riscaldatori esistenti con vaiolatura di corrente vagante, aggiungere uno schermo o spostare il riscaldatore. Durante il funzionamento, monitorare il riscaldatore per i caratteristici pozzi allineati; se la vaiolatura supera la profondità di 0,2 mm, riposizionare il riscaldatore. Controllando la densità della corrente vagante attraverso la distanza e la schermatura, l'ingegnere previene gravi vaiolature nel servizio di galvanica con solfato di zinco.