হাইড্রোফ্লুরিক এবং নাইট্রিক অ্যাসিডযুক্ত রাসায়নিক এচিং বাথের মধ্যে, 48 ঘন্টার বেশি বেঁচে থাকার জন্য কোন টাইটানিয়াম গ্রেড (বা বিকল্প ধাতু) গ্রেড 2 প্রতিস্থাপন করা উচিত?
একটি বার্তা রেখে যান
টাইটানিয়াম এবং স্টেইনলেস স্টিলের রাসায়নিক এচিং স্নানে সাধারণত হাইড্রোফ্লুরিক অ্যাসিড (HF) এবং নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO₃) এর মিশ্রণ থাকে। HF বেস ধাতুগুলির আক্রমনাত্মক দ্রবীভূতকরণ প্রদান করে, যখন HNO₃ প্রতিক্রিয়া হার নিয়ন্ত্রণ করতে এবং পৃষ্ঠের ফিনিস উন্নত করতে একটি অক্সিডাইজিং এজেন্ট হিসাবে কাজ করে। একটি সাধারণ সূত্র হল জলে 10% HF + 20% HNO₃, 25-40 ডিগ্রিতে কাজ করে। গ্রেড 2 টাইটানিয়াম, অনেক পরিবেশে এর চমৎকার জারা প্রতিরোধের সত্ত্বেও, HF-বিয়ারিং দ্রবণে দ্রুত দ্রবীভূত হয়। ফ্লোরাইড আয়ন টাইটানিয়াম আয়নগুলির সাথে কমপ্লেক্স করে এবং প্যাসিভ ফিল্ম গঠনে বাধা দেয়। একটি সাধারণ এচিং স্নানে, গ্রেড 2 টাইটানিয়াম প্রতি ঘন্টায় 0.5-1.0 মিমি প্রাচীরের পুরুত্ব হারায়, যা 2-3 ঘন্টার মধ্যে একটি আদর্শ 1.2 মিমি টিউবের সম্পূর্ণ ছিদ্রের দিকে পরিচালিত করে। 48 ঘন্টার ক্রমবর্ধমান এক্সপোজারের পরে বেঁচে থাকার জন্য, একটি ভিন্ন উপাদান-হয় একটি বিশেষ টাইটানিয়াম খাদ বা একটি বিকল্প ধাতু- নির্বাচন করতে হবে।
HF/HNO₃ মিশ্রণে দ্রুত গ্রেড 2 টাইটানিয়াম আক্রমণের প্রক্রিয়া
HF-সলিউশন ধারণকারী, প্যাসিভ TiO₂ ফিল্ম অবিলম্বে দ্রবীভূত হয়: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O৷ কোন প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম ছাড়া, অন্তর্নিহিত টাইটানিয়াম ধাতু সক্রিয়ভাবে corrodes. মিশ্রণে থাকা নাইট্রিক অ্যাসিড টাইটানিয়ামকে রিপাসিভেট করে না কারণ ফ্লোরাইড আয়ন ক্রমাগত যে কোনো অক্সাইড তৈরি করে তা সরিয়ে দেয়। ক্ষয় প্রতিক্রিয়া অভিন্ন এবং দ্রুত: Ti + 6HF → TiF₆²⁻ + 2H⁺ + 2H₂। হাইড্রোজেন বিবর্তন বিক্রিয়াও HF দ্বারা ত্বরান্বিত হয়। ফলাফল হল একটি রৈখিক উপাদান ক্ষতির হার যেখানে কোন ইনকিউবেশন পিরিয়ড নেই। গ্রেড 2, গ্রেড 7, এবং গ্রেড 12 টাইটানিয়াম সবকটিতেই বেস মেটাল হিসাবে টাইটানিয়াম থাকে, তাই HF/HNO₃ মিশ্রণে একই রকম আক্রমণের হার ভোগ করে।
HF/HNO₃ এ বিকল্প টাইটানিয়াম গ্রেডের কর্মক্ষমতা
10% HF + 20% HNO₃ 30 ডিগ্রিতে নিয়ন্ত্রিত নিমজ্জন পরীক্ষা নিম্নলিখিত ক্ষয় হার স্থাপন করেছে:
গ্রেড 2 (বাণিজ্যিকভাবে খাঁটি): 0.8 মিমি প্রতি ঘন্টার ক্ষয় হার{1}} মিমি টিউব 1.5 ঘন্টার মধ্যে ছিদ্র। একক-ব্যবহারযোগ্য হিটারের বাইরে উপযুক্ত নয়।
গ্রেড 7 (Ti-0.15Pd): প্রতি ঘন্টায় 0.7 মিমি জারা হার। প্যালাডিয়াম কোন সুবিধা প্রদান করে না কারণ নোবেল মেটাল ক্যাটালাইসিসের জন্য একটি অক্ষত প্যাসিভ ফিল্ম প্রয়োজন, যা অনুপস্থিত। গ্রেড 2 এর অনুরূপ।
গ্রেড 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni): প্রতি ঘন্টায় 0.6 মিমি জারা হার। মলিবডেনাম এবং নিকেল সংযোজন প্রান্তিক উন্নতির প্রস্তাব দেয় কিন্তু 48 ঘন্টা বেঁচে থাকার জন্য অপর্যাপ্ত।
গ্রেড 5 (Ti-6Al-4V): প্রতি ঘন্টায় 0.5 মিমি জারা হার। আলফা-বিটা মাইক্রোস্ট্রাকচার বিটা ফেজ সীমানায় অগ্রাধিকারমূলকভাবে দ্রবীভূত হয়, যার ফলে আন্তঃগ্রানুলার আক্রমণ হয়। সুপারিশ করা হয় না.
HF/HNO₃ পরিষেবার জন্য বিকল্প ধাতু নির্বাচন
নিম্নলিখিত টেবিলটি বিকল্প ধাতুগুলির একটি তুলনা প্রদান করে যেগুলি HF/HNO₃ এচিং বাথগুলিতে 48 ঘন্টা বা তার বেশি সময় বেঁচে থাকতে পারে:
| ধাতু বা খাদ | ক্ষয়ের হার 10% HF+20% HNO₃ 30 ডিগ্রিতে (মিমি/বছর) | 1.5 মিমি ওয়াল ভেদ করার সময় | সর্বাধিক নিরাপদ অপারেটিং HF% | খরচ সূচক (গ্রেড 2=1.0) |
|---|---|---|---|---|
| ট্যানটালাম (অনালোয়ড) | 0.05 মিমি/বছর | 30,000+ ঘণ্টা (3.4+ বছর) | 60% HF পর্যন্ত | 15–20 |
| জিরকোনিয়াম (R60702) | 0.08 মিমি/বছর | 18,750 ঘন্টা (2.1 বছর) | 50% HF পর্যন্ত | 8–10 |
| Hastelloy C-276 | 1.2 মিমি/বছর | 1.25 ঘন্টা (75 মিনিট) | সুপারিশ করা হয় না | 3–4 |
| উচ্চ-সিলিকন ঢালাই আয়রন (ডুরিরন) | 0.3 মিমি/বছর | 5,000 ঘন্টা (7 মাস) | 15% HF পর্যন্ত | 2–3 |
| PTFE (পলিমার, ধাতু নয়) | 0.00 মিমি/বছর (রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয়) | সীমাহীন (যান্ত্রিক শক্তি সীমা) | যে কোন | 1.5-2 (ধাতু সমর্থন সহ) |
| ট্যানটালাম-পরিহিত টাইটানিয়াম | ট্যানটালামের মতো (0.05 মিমি/বছর) | ৩০,000+ ঘণ্টা | 60% HF পর্যন্ত | 10–12 |
48-ঘন্টা বেঁচে থাকার প্রয়োজনীয়তার জন্য ব্যবহারিক নির্বাচন গাইড
একটি হিটারের জন্য যেটি একটি HF/HNO₃ এচিং বাথের মধ্যে 48 ক্রমিক ঘন্টা নিমজ্জিত থাকতে হবে, উপাদানটির অবশ্যই প্রতি ঘন্টায় প্রায় 0.03 মিমি (0.03 মিমি/ঘন্টা × 48 ঘন্টা=1.44 মিমি অনুপ্রবেশ) এর ক্ষয় হার হতে হবে। শুধুমাত্র tantalum, zirconium, এবং PTFE এই প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে:
ট্যানটালাম: সেরা সামগ্রিক জারা প্রতিরোধের. একটি স্থিতিশীল Ta₂O₅ ফিল্ম গঠন করে যা 50 ডিগ্রির নিচে 60% ঘনত্ব পর্যন্ত HF প্রতিরোধ করে। সর্বোচ্চ অপারেটিং তাপমাত্রা 150 ডিগ্রি। উচ্চ খরচ কিন্তু কয়েক দশকের পরিষেবা প্রদান করে। ওয়েল্ডেবল এবং ফেব্রিকেবল।
জিরকোনিয়াম: কম খরচে চমৎকার বিকল্প. একটি ZrO₂ ফিল্ম তৈরি করে HF প্রতিরোধ করে যা ফ্লোরাইড মিডিয়াতে TiO₂ এর চেয়ে বেশি স্থিতিশীল। 30 ডিগ্রিতে সর্বাধিক 50% HF ঘনত্ব। নাইট্রিক অ্যাসিডের ঘনত্ব 10% এর নিচে নেমে গেলে পিট করার জন্য সংবেদনশীল।
PTFE (পলিটেট্রাফ্লুরোইথিলিন): HF/HNO₃ মিশ্রণে রাসায়নিকভাবে জড়। একটি ধাতব স্তরের উপর একটি লাইনার হিসাবে ব্যবহৃত হয় (সাধারণত কার্বন ইস্পাত বা কাঠামোগত সমর্থনের জন্য টাইটানিয়াম)। সর্বাধিক অপারেটিং তাপমাত্রা 200 ডিগ্রি। তাপ পরিবাহিতা খুবই কম (টাইটানিয়ামের জন্য 0.25 W/m·K বনাম. 21 W/m·K), তাই হিটারের অনেক বড় পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল প্রয়োজন।
একটি অবহিত স্পেসিফিকেশন তৈরি করা
HF/HNO₃ এচিং স্নানের জন্য একটি হিটার নির্দিষ্ট করার সময় 48 ঘন্টার বেশি বেঁচে থাকা প্রয়োজন, কোনো টাইটানিয়াম গ্রেড নির্বাচন করবেন না। গ্রেড 2, গ্রেড 7 এবং গ্রেড 12 সবই কয়েক ঘন্টার মধ্যে ব্যর্থ হয়। অ্যাপ্লিকেশনের জন্য যেখানে খরচ গৌণ এবং নির্ভরযোগ্যতা সর্বাপেক্ষা গুরুত্বপূর্ণ, একটি কঠিন ট্যানটালাম নিমজ্জন হিটার নির্দিষ্ট করুন। আরও খরচ-সংবেদনশীল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, ন্যূনতম 2.0 মিমি প্রাচীর পুরুত্ব সহ একটি জিরকোনিয়াম হিটার নির্দিষ্ট করুন৷ সর্বনিম্ন খরচের বিকল্পের জন্য যা এখনও 48-ঘন্টা বেঁচে থাকার জন্য, একটি PTFE-জ্যাকেটযুক্ত টাইটানিয়াম হিটার নির্দিষ্ট করুন যেখানে PTFE রাসায়নিক প্রতিরোধ (0.5-1.0 মিমি পুরুত্ব) এবং টাইটানিয়াম কাঠামোগত সহায়তা প্রদান করে৷ নির্দিষ্ট HF/HNO₃ অনুপাত এবং উদ্দিষ্ট স্নানের তাপমাত্রায় সরবরাহকারীর ক্ষয় পরীক্ষার শংসাপত্রের অনুরোধ। অপারেশন চলাকালীন, প্রতিদিন HF ঘনত্ব নিরীক্ষণ; 15% HF-এর উপরে বৃদ্ধি জিরকোনিয়ামের ক্ষয় হার 10 এর ফ্যাক্টর দ্বারা বৃদ্ধি করে। টাইটানিয়াম গ্রেড পরিবর্তন করার চেষ্টা করার পরিবর্তে একটি বিকল্প ধাতু নির্বাচন করে, ইঞ্জিনিয়ার কয়েকটি পরিবেশের মধ্যে একটিতে নির্ভরযোগ্য হিটার কার্যকারিতা নিশ্চিত করে যেখানে টাইটানিয়াম মৌলিকভাবে অনুপযুক্ত।
