কিভাবে একটি উষ্ণ, বায়ুযুক্ত সালফিউরিক অ্যাসিড সলিউশনে (10%) কপার আয়নগুলির উপস্থিতি (10%) ঢালাই জয়েন্টগুলিতে টাইটানিয়াম হিটিং টিউবের গ্যালভানিক ক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে?

তামার দূষিত সালফিউরিক অ্যাসিডের জন্য টাইটানিয়াম হিটার ডিজাইনে বেসিক ট্রেড-অফ
60-80 ডিগ্রীতে পাতলা সালফিউরিক অ্যাসিড (10% H 2 SO 4 ) প্রায়শই তামার ইলেক্ট্রোউইনিং, তামার মিশ্রণের পিকলিং এবং হিট এক্সচেঞ্জারের রাসায়নিক পরিষ্কারের কাজে ব্যবহৃত হয়। টাইটানিয়াম সাধারণত 80 ডিগ্রির নিচে 10% H2SO4-এ নিষ্ক্রিয় থাকে যার ক্ষয় হার 0.01-0.05 মিমি/বছরের কারণ একটি স্থিতিশীল টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড আবরণ তৈরি হয়। যাইহোক, 100 পিপিএম-এর মতো কম স্তরে দ্রবীভূত Cu{13}} আয়নের উপস্থিতি ক্ষয় ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রিকে গভীরভাবে পরিবর্তন করে। কপার আয়নগুলি একটি কার্যকর ক্যাথোডিক ডিপোলারাইজার হিসাবে কাজ করে, টাইটানিয়ামের পৃষ্ঠে ধাতব কপারে (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁰) রূপান্তরিত হয়, একটি ছিদ্রযুক্ত তামার জমা তৈরি করে। এই তামার আমানত অন্তর্নিহিত টাইটানিয়ামের সাথে একটি গ্যালভানিক জোড়া তৈরি করে, টাইটানিয়াম অ্যানোড হিসাবে কাজ করে এবং তামাটি নোবেল ক্যাথোড হিসাবে কাজ করে। ঢালাই জয়েন্টগুলিতে, টাইটানিয়াম মাইক্রোস্ট্রাকচার তাপ প্রভাবিত অঞ্চল (HAZ) এর কারণে ভিন্ন ভিন্ন এবং গ্যালভানিক প্রভাব ফোকাসড হয়, যার ফলে স্থানীয় আক্রমণ বৃদ্ধি পায়। টাইটানিয়াম হিটার টিউবের প্রাচীরের পুরুত্ব নির্দেশ করে যে এই স্থানীয় ক্ষয়কে প্রতিহত করার জন্য কতটা উপাদান আছে, কিন্তু মৌলিক ঘটনাটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এবং কেবল প্রাচীরকে ঘন করে অপসারণ করা যায় না। এই কাজটি তামার আয়নগুলির কারণে গ্যালভানিক ত্বরণ ফ্যাক্টরকে পরিমাপ করে এবং তামার দূষিত সালফিউরিক অ্যাসিডে ঢালাই জয়েন্টগুলির অসামঞ্জস্যপূর্ণ ব্যর্থতার ব্যাখ্যা করে।

যান্ত্রিক অখণ্ডতার উপর প্রভাব: গ্যালভানিক মেকানিজম এবং ওয়েল্ড মাইক্রোস্ট্রাকচার
তামার আয়ন ছাড়া 70 ডিগ্রিতে 10% H₂SO₄ এ, গ্রেড 2 টাইটানিয়ামে প্রায় +0.1 V বনাম SHE (স্ট্যান্ডার্ড হাইড্রোজেন ইলেক্ট্রোড) এর ক্ষয় সম্ভাবনা রয়েছে এবং প্যাসিভ ফিল্ম বজায় রাখা হয়। Cu 2+ থেকে Cu 0 এর ক্যাথোডিক হ্রাস অগ্রাধিকারমূলকভাবে টাইটানিয়ামের পৃষ্ঠে Cu 2+ আয়নের উপস্থিতিতে ঘটে, যার ফলে নিমজ্জনের কয়েক ঘণ্টার মধ্যে একটি পাতলা (1–5 µm) তামার আবরণ জমা হয়। তামার আমানত একটি ক্যাথোড হিসাবে কাজ করে এবং টাইটানিয়ামের ক্ষয় সম্ভাবনাকে প্রায় +0.3 V বনাম SHE পর্যন্ত বাড়িয়ে দেয়, যা নিষ্ক্রিয় সম্ভাবনার চেয়ে বেশি মহৎ। তামার আমানত, তবে, অবিচ্ছিন্ন নয় এবং সঠিকভাবে মেনে চলে। গ্যালভানিক কোষগুলি তামার স্তরের ত্রুটিগুলিতে (যেমন জোড়ের পায়ের আঙুল, স্ক্র্যাচ বা অন্তর্ভুক্তি) তৈরি হয় যেখানে উন্মুক্ত টাইটানিয়াম পার্শ্ববর্তী তামার জন্য অ্যানোডিক। প্যাসিভ কারেন্ট ঘনত্বের তুলনায় অ্যানোডে গ্যালভানিক কারেন্টের ঘনত্ব হল 100-500 microA/cm^2<1 microA/cm^2 in copper free acid. This current corresponds to a titanium dissolving rate of 0.5 to 2.5 mm per year at the anode sites. Welded joints are especially sensitive, because the HAZ has a distinct grain structure and may contain secondary phases (for example, beta phase stabilized by iron impurities) that are more active than the base metal. Weld reinforcement (extra weld metal) also forms a fissure like shape that retains copper deposits and prevents their removal by fluid flow. The galvanic acceleration and the microstructural heterogeneity generate preferential attack at the weld toe, which then propagates inwards. At a weld flaw a local corrosion rate of 1.5 mm per year would penetrate a wall of 1.2 mm in 9-10 months, although the base metal would remain largely unattacked.

তাপীয় কর্মক্ষমতা প্রভাব: গ্যালভানিক গতিবিদ্যা তাপমাত্রা ত্বরণ
জমা হওয়া তামা এবং টাইটানিয়ামের মধ্যে গ্যালভানিক ক্ষয়ের হার হল অ্যারেনিয়াস যার সক্রিয়করণ শক্তি প্রায় 30-40 kJ/mol। 60 ডিগ্রী থেকে 80 ডিগ্রী তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে গ্যালভানিক কারেন্টের ঘনত্ব 2.5-3.0 ফ্যাক্টর দ্বারা বৃদ্ধি পায়। 2.5 W/cm2 শক্তি ঘনত্বে চলমান একটি টাইটানিয়াম হিটারের জন্য খাপের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা সাধারণত প্রাচীরের পুরুত্বের উপর নির্ভর করে বাল্ক অ্যাসিড তাপমাত্রার থেকে 5-12 সেন্টিগ্রেড বেশি হয়। 70 ডিগ্রি বাল্ক অ্যাসিডে একটি 1.0 মিমি প্রাচীরের জন্য, পৃষ্ঠের তাপমাত্রা প্রায় 76 ডিগ্রি এবং 1.6 মিমি প্রাচীরের জন্য এটি প্রায় 80 ডিগ্রি। এই 4 ডিগ্রী পার্থক্য গ্যালভানিক ক্ষয় হারকে প্রায় 30% বাড়িয়ে দেয় এবং মোটা প্রাচীর দ্বারা প্রদত্ত বর্ধিত ক্ষয় ভাতাকে আংশিকভাবে অস্বীকার করে। আরও গুরুত্বপূর্ণ, তামার জমা প্রতিক্রিয়া নিজেই তাপমাত্রা নির্ভর। উচ্চতর পৃষ্ঠের তাপমাত্রা Cu 2+ হ্রাসের হার বাড়ায় যার ফলে তামা ঘন এবং আরও কমপ্যাক্ট জমা হয়। এই পুরু আমানতগুলি বড় ক্যাথোডিক পৃষ্ঠতল সরবরাহ করে, এইভাবে ক্যাথোড অঞ্চলে অ্যানোডের অনুপাত বৃদ্ধি করে এবং গ্যালভানিক স্রোতকে আরও বেশি চালিত করে। ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পিডেন্স স্পেকট্রোস্কোপি পরীক্ষাগুলি দেখায় যে 80{\\deg}C পৃষ্ঠের তাপমাত্রায় গ্যালভানিক কারেন্ট ঘনত্ব 70{\\deg}C-এর তুলনায় 1.5 গুণ বেশি, একই বাল্ক কপার ঘনত্ব দেওয়া হয়। অতএব, যে বৃহত্তর তাপমাত্রায় ঘন প্রাচীর কাজ করে তা ঢালাইয়ে উচ্চ ক্ষয় হারের কারণ হতে পারে, অতিরিক্ত উপাদানের কার্যকর সুবিধাকে অস্বীকার করে।

বাণিজ্য-অফ সংশ্লেষণ: ঢালাই জয়েন্টগুলিতে গ্যালভানিক ক্ষয় হার
নিম্নলিখিত ম্যাট্রিক্স 70 ডিগ্রী বাল্ক তাপমাত্রায় 100 পিপিএম Cu2+ (CUSO4 হিসাবে) সহ 10% H2SO4 এ গ্রেড 2 টাইটানিয়ামের ঢালাই করা টিউবগুলির জন্য গ্যালভানিক জারা ডেটা দেখায়, শক্তি ঘনত্ব 2.5 W/cm2। ওয়েল্ড তাপ প্রভাবিত অঞ্চলে (HAZ) জারা হার পাওয়া যায় যা গ্যালভানিক আক্রমণের জন্য সবচেয়ে সংবেদনশীল এলাকা।

প্রাচীরের বেধ (মিমি) বাইরের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা (ডিগ্রী) ওয়েল্ডে গ্যালভানিক জারা হার (মিমি/বছর) ওয়েল্ডে ছিদ্র করার সময় (মাস) বেস মেটাল জারা হার (মিমি/বছর) ব্যর্থতার অবস্থান 0.9 মিমি 75 ডিগ্রি 1.8 মিমি/বছর 6 মাস থেকে 1 মিমি প্রতি 0.1 মিমি প্রতি বছর 0.1 মিমি। 76 ডিগ্রী 1.9 মিমি/বছর 7 মাস 0.10 মিমি/বছর ওয়েল্ড পায়ের ছিদ্র 1.3 মিমি 78 ডিগ্রী 2.1 মিমি/বছর 7.5 মাস 0.12 মিমি/বছর ওয়েল্ড পায়ের ছিদ্র
1.5 মিমি 79o সি 2.2 মিমি/বছর 8 মাস 0.12 মিমি/বছর ওয়েল্ড পায়ের ছিদ্র
1.8 মিমি 81 ডিগ্রী 2.5 মিমি/বছর 8.5 মাস 0.15 মিমি/বছর জোড় পায়ের আঙ্গুলের ছিদ্র 2.0 মিমি (বিজোড়, কোন জোড় নেই) 82 ডিগ্রী প্রযোজ্য নয় (কোনও ঢালাই নেই) > 5 বছর (শুধু বেস মেটাল) 0.18 মিমি/বছর শুধুমাত্র ইউনিফর্ম পাতলা করা
তথ্য দেখায় যে ব্যর্থতার অবস্থান এবং সময়ের ঘটনাটি ঢালাই জংশনের অস্তিত্বের উপর নির্ভর করে এবং প্রাচীরের বেধের উপর নয়। 0.9 মিমি এবং 2.0 মিমি এর মধ্যে প্রাচীরের পুরুত্বের সমস্ত ঢালাই টিউব তামার জমা থেকে গ্যালভানিক ত্বরণের কারণে 6 - 9 মাসের মধ্যে ওয়েল্ড HAZ-এ ব্যর্থ হয়। যাইহোক, একই টাইটানিয়াম গ্রেডের একটি বিজোড় নল (ঢালাই জংশন ছাড়া) শুধুমাত্র 0.15-0.18 মিমি/বছরের অভিন্ন ক্ষয় দেখায় এবং 2.0 মিমি প্রাচীরের সাথে এটির আয়ু 5+ বছর। 6 থেকে 8.5 মাস পর্যন্ত প্রাচীরের বেধ বৃদ্ধির সাথে ছিদ্রের সময় বৃদ্ধি মোটা দেয়ালের জন্য ক্ষতিপূরণের জন্য খুব শালীন। ঢালাই, প্রাচীরের বেধ নয়, প্রাথমিক সমস্যা।

প্রাচীর প্রকৌশলের বাইরে: তামা অপসারণ এবং জোড় নির্মূল
গ্যালভানিক অ্যাক্সিলারেশন মেকানিজম ঢালাই জয়েন্টগুলিতে স্থানীয়করণ করা হয়, তাই সবচেয়ে কার্যকর পাল্টা ব্যবস্থা হল সেইগুলি যা ঢালাই অপসারণ করে বা তামার জমা প্রতিরোধ করে। প্রথমত, সংবেদনশীল HAZ সম্পূর্ণরূপে নির্মূল করা যেতে পারে বিজোড় টাইটানিয়াম টিউবিং নির্দিষ্ট করে (আঁকানো, অনুদৈর্ঘ্য ঢালাই ছাড়া), এবং ঢালাই করা প্রান্তের ক্যাপের পরিবর্তে ফ্ল্যাঞ্জযুক্ত বা থ্রেডযুক্ত সংযোগকারী ব্যবহার করে। বিরামবিহীন টিউবগুলিতে অভিন্ন গ্যালভানিক কারেন্ট সমগ্র পৃষ্ঠ জুড়ে ছড়িয়ে পড়ে এবং ক্ষয়ের হার পরিমিত (0.15-0.20 মিমি/বছর)। দূষিত সালফিউরিক অ্যাসিডে 1.2 মিমি পুরুত্বের একটি বিজোড় তামার নল 5 থেকে 6 বছর স্থায়ী হবে। দ্বিতীয়ত, 2-4 সপ্তাহে 30 মিনিটের জন্য হিটারটিকে 5% নাইট্রিক অ্যাসিডে 5% নাইট্রিক অ্যাসিডে ডুবিয়ে পর্যায়ক্রমিক তামা অপসারণের মাধ্যমে গ্যালভানিক কোষ তৈরি হওয়ার আগে তামার জমা দ্রবীভূত হয়। এমনকি ঢালাই করা হিটারগুলি পরিষ্কার করার প্রোগ্রামের সাথে 2-3 বছর স্থায়ী হতে পারে যেহেতু প্রতিরোধমূলক চক্র ধ্রুবক গ্যালভানিক আক্রমণ বন্ধ করে দেয়। তৃতীয়ত, বেঞ্জোট্রিয়াজল (বিটিএ, 10-50 পিপিএম) একটি ক্ষয় প্রতিরোধক যোগ করার ফলে তামার জমার উপর একটি প্রতিরক্ষামূলক আবরণ তৈরি হয়, যা ক্যাথোডিক পৃষ্ঠকে নিষ্ক্রিয় করে এবং 80-90% গ্যালভানিক কারেন্ট কমিয়ে দেয়। "বিটিএ তামা প্রক্রিয়াকরণে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং এটি সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। তামার ইলেক্ট্রোউইনিং অপারেশনের ক্ষেত্রের ফলাফল নির্দেশ করে যে 20 পিপিএম BTA ওয়েল্ড HAZ ক্ষয় হার প্রতি বছর 2.0 মিমি থেকে 0.3 মিমি প্রতি বছর কমিয়ে দেয়, ওয়েল্ডেড হিটারের জীবন 6 মাস থেকে বাড়িয়ে 3 বছরের বেশি হয়৷

উপসংহার: দেয়ালের পুরুত্ব সমাধান নয়, ওয়েল্ড এলিমিনেশন বা কপার কন্ট্রোল
100 পিপিএম কপার আয়ন সহ একটি উষ্ণ বায়ুযুক্ত 10% সালফিউরিক অ্যাসিড দ্রবণে একটি টাইটানিয়াম হিটিং টিউবের গ্যালভানিক জারা ত্বরণ ঢালাই জয়েন্টগুলিতে স্থানীয়করণ করা হয়, যেখানে তামার জমা একটি গ্যালভানিক কোষ তৈরি করে, যার ফলে প্রতি বছর স্থানীয় আক্রমণের হার 1.8-2.5 মিমি হয়। 0.9 মিমি থেকে 2.0 মিমি পর্যন্ত প্রাচীরের বেধ বৃদ্ধি শুধুমাত্র 6 মাস থেকে 8.5 মাস পর্যন্ত ওয়েল্ডে ছিদ্র করার সময়কে বাড়িয়ে দেয়, এটি একটি সামান্য সুবিধা যা অতিরিক্ত উপাদান খরচ এবং তাপ জরিমানাকে ন্যায্যতা দেয় না। মৌলিক পন্থা হল 1.2 মিমি প্রাচীরের পুরুত্বে 5+ বছরের পরিষেবা জীবন সীমাহীন টাইটানিয়াম টিউবিং ব্যবহার করে ঢালাই জংশনকে সম্পূর্ণরূপে অপসারণ করা, অথবা পর্যায়ক্রমিক অ্যাসিড পরিষ্কারের মাধ্যমে বা বেনজোট্রিয়াজল ইনহিবিটর অন্তর্ভুক্ত করে তামার জমাকে পরিচালনা করা। তামার দূষিত সালফিউরিক অ্যাসিডের জন্য নির্দিষ্ট করার সময় গুরুত্বপূর্ণ স্পেসিফিকেশনটি একটি মোটা প্রাচীর নয় বরং বিরামবিহীন নির্মাণের প্রয়োজন (ASTM B861, বিজোড় গ্রেড) এবং একটি প্রস্তাবিত পরিষ্কারের রুটিন বা ইনহিবিটর সংযোজন। দেয়াল যতই পুরু হোক না কেন একটি ঢালাই করা হিটার এক বছরের মধ্যে ঢালাইতে ব্যর্থ হবে। 1.2 মিমি একটি সাধারণ প্রাচীর সহ একটি বিজোড় হিটার যে কোনও প্রাচীরের পুরুত্বের যে কোনও ঢালাই হিটারের চেয়ে ভাল হবে। প্রত্যাশিত কপার আয়ন ঘনত্ব (পিপিএম) এবং পর্যায়ক্রমিক পরিষ্কারের সম্ভাবনার নির্মাতাকে অবহিত করুন। হিটারে উত্তপ্ত অঞ্চলে অনুদৈর্ঘ্য বা পরিধিযুক্ত ঢালাই ছাড়া বিজোড় টিউবিং আছে তা নিশ্চিত করে নিশ্চিতকরণের জন্য জিজ্ঞাসা করুন।