পিরানহা দ্রবণ-ঘনিত সালফিউরিক অ্যাসিড (H₂SO₄) এবং হাইড্রোজেন পারক্সাইড (H₂O₂) এর মিশ্রণ-অর্ধপরিবাহী এবং বিশ্লেষণাত্মক পরিষ্কারের জন্য ব্যবহৃত সবচেয়ে আক্রমনাত্মক অক্সিডাইজিং এজেন্টগুলির মধ্যে একটি। সাধারণ ফর্মুলেশনগুলি 3:1 থেকে 7:1 পর্যন্ত H₂SO₄:H₂O₂ ভলিউম অনুসারে, 100-130 ডিগ্রি তাপমাত্রায় পৌঁছায়। টাইটানিয়াম সাধারণত দ্রুত আক্রমণের কারণে পিরানহা পরিষেবার জন্য সুপারিশ করা হয় না। যাইহোক, পাতলা পিরানহা-মিশ্রণের মতো (যেমন, 20% H₂SO₄ + 10% H₂O₂) কিছু রাসায়নিক প্রক্রিয়ার সম্মুখীন হয়। এই সমাধানগুলিতে, টাইটানিয়াম প্যাসিভ ফিল্ম বেধ অক্সিজেন বিবর্তন নিয়ন্ত্রণকারী একটি গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার হয়ে ওঠে। হাইড্রোজেন পারক্সাইড অনুঘটক পৃষ্ঠে বহিরাগতভাবে পচে যায়, অক্সিজেন গ্যাস উৎপন্ন করে। একটি মোটা, সুগঠিত প্যাসিভ ফিল্ম অনুঘটক কার্যকলাপ হ্রাস করে, অক্সিজেনের বিবর্তনকে ধীর করে এবং সংশ্লিষ্ট তাপমাত্রা বৃদ্ধি যা ক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে।

H₂O₂ পচনের প্যাসিভ ফিল্ম কন্ট্রোলের প্রক্রিয়া

টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (TiO₂) হাইড্রোজেন পারক্সাইডের পচনকে অনুঘটক করে: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂। প্রতিক্রিয়া হার পৃষ্ঠের বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। একটি পাতলা, ত্রুটিপূর্ণ প্যাসিভ ফিল্ম (2-5 nm) এর আরও সক্রিয় সাইট (অক্সিজেন শূন্যস্থান, Ti³⁺ কেন্দ্র) রয়েছে যা পচনকে উৎসাহিত করে। একটি মোটা, স্টোইচিওমেট্রিক ফিল্মের (8-15 এনএম) কম সক্রিয় সাইট থাকে এবং 10-100 ফ্যাক্টর দ্বারা পচনের হার হ্রাস করে। পচন অক্সিজেন গ্যাস বুদবুদ তৈরি করে যা পৃষ্ঠের সাথে লেগে থাকে। স্থানীয়কৃত অক্সিজেন সঞ্চয় ডিফারেনশিয়াল এয়ারেশন সেল তৈরি করে, যার ফলে পিটিং হয়। তদ্ব্যতীত, এক্সোথার্মিক পচন স্থানীয় পৃষ্ঠের তাপমাত্রা বাড়ায়, আরও H₂O₂ ভাঙ্গন এবং টাইটানিয়াম ক্ষয় উভয়কেই ত্বরান্বিত করে। প্যাসিভ ফিল্ম বেধ নিয়ন্ত্রণ তাই এই ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপ পরিচালনার জন্য অপরিহার্য।

ফিল্ম পুরুত্ব এবং কর্মক্ষমতা মধ্যে পরিমাণগত সম্পর্ক

80 ডিগ্রিতে 20% H₂SO₄ + 10% H₂O₂ এ নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষা গ্রেড 2 টাইটানিয়ামের জন্য নিম্নলিখিত সম্পর্ক স্থাপন করেছে:

প্যাসিভ ফিল্ম বেধ 2-3 nm (-আঁকানো পৃষ্ঠ হিসাবে): অক্সিজেন বিবর্তনের হার 5-10 mL/cm²·ঘন্টা। দ্রুত বুদ্বুদ গঠন। পৃষ্ঠের তাপমাত্রা স্নানের উপরে 15-20 ডিগ্রি বেড়ে যায়। পিটিং 10-20 ঘন্টার মধ্যে শুরু হয়। ফিল্ম ব্রেকডাউন 50 ঘন্টার মধ্যে ঘটে।

প্যাসিভ ফিল্ম বেধ 4-6 এনএম (বায়ু-বয়স্ক বা প্যাসিভেটেড): অক্সিজেন বিবর্তনের হার 2-4 mL/cm²·ঘন্টা। মাঝারি বুদবুদ. পৃষ্ঠের তাপমাত্রা 5-10 ডিগ্রি বৃদ্ধি। পিটিং 50-100 ঘন্টা পরে শুরু হয়। ফিল্ম 200-300 ঘন্টার জন্য স্থিতিশীল।

8-12 এনএম প্যাসিভ ফিল্ম বেধ (অ্যানোডিক্যালি বড়, 10-20V): অক্সিজেন বিবর্তনের হার 0.5-1 mL/cm²·ঘন্টা। ন্যূনতম দৃশ্যমান বুদবুদ। ভূপৃষ্ঠের তাপমাত্রা ৩ ডিগ্রির নিচে বৃদ্ধি পেয়েছে। 500 ঘন্টা পরে কোন পিটিং নেই. সীমিত পরিষেবার জন্য গ্রহণযোগ্য।

প্যাসিভ ফিল্ম বেধ 15-20 এনএম (অ্যানোডিক্যালি বড়, 30-50V): অক্সিজেন বিবর্তনের হার 0.1 mL/cm²·ঘন্টার নিচে। কোন দৃশ্যমান গ্যাস বিবর্তন. পৃষ্ঠের তাপমাত্রা স্থিতিশীল। প্রতি বছর 0.02 মিমি নীচে জারা হার। পিরানহা-এর মতো মিশ্রণের জন্য সর্বোত্তম।

ফিল্মের পুরুত্ব 20 এনএমের উপরে (উচ্চ-ভোল্টেজ অ্যানোডাইজিং): অক্সিজেন বিবর্তনের হার শূন্যের কাছাকাছি। যাইহোক, পুরু ফিল্মগুলি ভঙ্গুর হয়ে যায় এবং তাজা টাইটানিয়াম উন্মুক্ত করে তাপ সাইক্লিংয়ের নীচে ছড়িয়ে পড়তে পারে।

H₂SO₄+H₂O₂ পরিষেবার জন্য প্যাসিভ ফিল্ম পুরুত্ব নির্বাচন নির্দেশিকা

নিম্নলিখিত টেবিলটি হাইড্রোজেন পারক্সাইড ঘনত্ব এবং অপারেটিং তাপমাত্রার উপর ভিত্তি করে টাইটানিয়াম প্যাসিভ ফিল্ম বেধ নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি সিদ্ধান্ত কাঠামো প্রদান করে:

প্যাসিভ ফিল্ম পুরুত্বের বাইরে ইঞ্জিনিয়ারিং

টাইটানিয়াম খাদ গ্রেড উল্লেখযোগ্যভাবে H₂O₂ পচনকে প্রভাবিত করে। গ্রেড 7 (প্যালাডিয়াম-স্থিতিশীল) এইচ₂O₂ পচনের জন্য উচ্চতর অনুঘটক কার্যকলাপ রয়েছে, গ্রেড 2 এর মতো একই অক্সিজেন বিবর্তন দমন করতে আরও ঘন প্যাসিভ ফিল্ম (5-10 এনএম যোগ করুন) প্রয়োজন। গ্রেড 12 (মলিবডেনাম) ইন্টারনিকেল কার্যকলাপ দেখায়। প্রাচীর বেধ একটি নিরাপত্তা মার্জিন প্রদান করে; একটি 1.5 মিমি প্রাচীর সাবঅপ্টিম্যাল ফিল্ম বেধ সহ একটি 1.0 মিমি প্রাচীরের চেয়েও বেশি সময় ধরে পিটিং করতে পারে। দ্রবণের সালফেট-থেকে-পেরক্সাইডের অনুপাত গুরুত্বপূর্ণ; H₂O₂-এর তুলনায় উচ্চতর H₂SO₄ প্যাসিভ ফিল্মকে স্থিতিশীল করে, পাতলা ফিল্মকে অনুমতি দেয়। বিপরীতভাবে, যখন H₂O₂ ঘনত্ব H₂SO₄ ছাড়িয়ে যায়, তখন অ্যানোডাইজিং নির্বিশেষে ফিল্মের স্থিতিশীলতা দ্রুত হ্রাস পায়। অপারেটিং তাপমাত্রা গুরুত্বপূর্ণ; 90 ডিগ্রির উপরে, এমনকি একটি 20 এনএম ফিল্ম তাপীয় অক্সিডেশন প্রভাবের কারণে 100-200 ঘন্টার মধ্যে হ্রাস পায়।

একটি অবহিত স্পেসিফিকেশন তৈরি করা

সালফিউরিক অ্যাসিড এবং হাইড্রোজেন পারক্সাইড মিশ্রণের জন্য একটি টাইটানিয়াম হিটার নির্দিষ্ট করার সময় (পিরানহা-এর মতো), উপবৃত্তাকার বা ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পিডেন্স স্পেকট্রোস্কোপি দ্বারা পরিমাপকৃত নথিভুক্ত প্যাসিভ ফিল্ম বেধ সহ একটি অ্যানোডাইজড পৃষ্ঠের প্রয়োজন। 60 ডিগ্রির উপরে তাপমাত্রায় 5% এর উপরে যে কোনও H₂O₂ ঘনত্বের জন্য 12 nm ফিল্ম বেধের সর্বনিম্ন নির্দিষ্ট করুন৷ ইউনিফর্ম ফিল্ম কভারেজ নিশ্চিত করার জন্য সমস্ত বানোয়াট (ঢালাই, নমন) পরে অ্যানোডাইজিং সঞ্চালিত হওয়ার অনুরোধ করুন। কমিশনিংয়ের সময়, সম্পূর্ণ শক্তি প্রয়োগ করার আগে ফিল্ম স্থিতিশীল করার অনুমতি দেওয়ার জন্য মিশ্রণে 24 ঘন্টার জন্য 50% শক্তিতে হিটারটি পরিচালনা করুন। একটি দৃষ্টি কাচের মাধ্যমে অক্সিজেন বুদবুদের বিবর্তন দৃশ্যত পর্যবেক্ষণ করুন; যদি জোরালো বুদবুদ 24 ঘন্টা পরে চলতে থাকে, তাহলে প্যাসিভ ফিল্ম অপর্যাপ্ত হয় এবং পুনরায় অ্যানোডাইজ করার জন্য হিটারটি অপসারণ করা উচিত। একটি নকশা পরামিতি হিসাবে প্যাসিভ ফিল্ম বেধ নিয়ন্ত্রণ করে, প্রকৌশলী হাইড্রোজেন পারক্সাইডের অনুঘটক পচন পরিচালনা করে এবং এই আক্রমনাত্মক অক্সিডাইজিং পরিবেশে সংশ্লিষ্ট অতিরিক্ত গরম, পিটিং এবং দ্রুত ব্যর্থতা প্রতিরোধ করে।