بھاپ آکسائڈائزنگ پریٹریٹمنٹ (2 گھنٹے کے لئے 300 ڈگری پر) ٹائٹینیم ہیٹر کے بعد میں تیزابی سنکنرن مزاحمت کو کیسے بڑھاتا ہے؟

ایک پراسیس انجینئر کے لیے جو گرم سلفیورک یا ہائیڈروکلورک ایسڈ جیسے سنکنرن تیزاب ماحول میں ٹائٹینیم وسرجن ہیٹر کی سروس لائف کو بڑھانا چاہتا ہے، 300 ڈگری پر 2 گھنٹے کے لیے اسٹیم آکسیڈائزنگ پریٹریٹمنٹ کے نتیجے میں سنکنرن مزاحمت میں قابل پیمائش اضافہ ہوتا ہے۔ یہ تیاری ہیٹر کی سطح پر ایک ریگولیٹڈ، موٹی ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ (TiO2) فلم کو اگاتی ہے، عام طور پر 0.5 سے 2.0 مائکرون، 2 سے 7 نینو میٹر کی اصل غیر فعال فلم کے مقابلے میں۔ موٹی آکسائیڈ کی تہہ کیمیائی تحلیل کے لیے زیادہ مزاحم ہے، تیزاب کے حملے کے لیے ایک زیادہ یکساں رکاوٹ فراہم کرتی ہے اور اس میں غلطی کے کم دھبے ہوتے ہیں جہاں مقامی پٹنگ ہو سکتی ہے۔ مقداری جانچ سے پتہ چلتا ہے کہ بھاپ{10}}آکسیڈائزڈ ٹائٹینیم میں 80 ڈگری پر 20% H₂SO₄ میں غیر علاج شدہ ٹائٹینیم کے مقابلے میں 50-80% کم سنکنرن کی شرح ہوتی ہے، اور جارحانہ کم کرنے والے تیزابوں میں ہیٹر کی زندگی میں 2 سے 5 گنا اضافہ ہوتا ہے۔

بھاپ کے آکسیکرن کا طریقہ کار اور آکسائڈ کی ساخت پر اثر
The reaction Ti + 2H2O -->TiO2 + 2H2 کو ٹائٹینیم کو بھاپ (پانی کے بخارات) میں 300 ڈگری پر گرم کرکے ریگولیٹ کیا جا سکتا ہے۔ بھاپ کا ماحول rutile (کرسٹل لائن TiO₂) کی ایک گھنی، چپکنے والی کوٹنگ بناتا ہے۔ یہ خشک ہوا کے آکسیکرن کے برعکس ہے جو فریکچر اور اسپیلیشن کے ساتھ ایک غیر محفوظ آکسائیڈ پیدا کر سکتا ہے۔ بھاپ کے آکسیکرن کے نتیجے میں ایک زیادہ یکساں اور کم خراب آکسائیڈ کی تہہ بنتی ہے کیونکہ دھات-آکسائڈ انٹرفیس پر بننے والا ہائیڈروجن آکسائیڈ کے ذریعے باہر نکلنے کے قابل ہوتا ہے جس کی وجہ سے زیادہ دباؤ والی (حفاظتی) تناؤ پیدا ہوتا ہے۔

گریڈ 2 ٹائٹینیم کے لیے 300 ڈگری، 2 گھنٹے کا علاج بہترین ہے۔ کم درجہ حرارت (200 ڈگری) پر آکسائڈ بہت آہستہ آہستہ بڑھتا ہے (< 0.1 µm in 2 h). At higher temperatures (400°C) the oxide grows excessively fast (>5 µm) اور پھیلنے کا خطرہ ہے۔ اس کی 2-گھنٹے کی لمبائی کریکس اور ویلڈ زون سمیت سطح کو مکمل ڈھانپنے کی اجازت دیتی ہے، لیکن اضافی موٹائی کے بغیر جو تھرمل چالکتا کو محدود کر دے گی۔ بننے والی آکسائیڈ کی تہہ سنہری یا نیلے بھورے رنگ کی ہوتی ہے (مداخلت والے رنگ) تقریباً 0.5–2.0 µm کی موٹائی کے مطابق ہوتی ہے۔

بھاپ آکسیکرن حوصلہ افزائی سنکنرن مزاحمت کی بہتری کی مقدار
تیزابی ماحول (درجہ حرارت) گریڈ 2 ٹائی سنکنرن کی شرح (ملی میٹر/سال) غیر علاج شدہ سٹیم آکسائڈائزڈ (300 ڈگری، 2 گھنٹے) سنکنرن کی شرح (ملی میٹر/سال) کمی کا عنصر متوقع زندگی کی توسیع
20 % H₂SO₄، 60 ڈگری 0.15 0.04 3.8 × 4× 20 % H2SO4، 80 ڈگری 0.80 0.20 4.0 × 4 × 10% HCl، 50 ڈگری 0.25 0.08 3.1 × 3 × 10% HCl، 70 ڈگری 1.20 0.35 3.4 × 3 × 3 × 5% مائیک ایسڈ کے لیے 50% H3PO4، 100 ڈگری 0.10 0.04 2.5× 2.5×10% آکسالک ایسڈ، 60 ڈگری 0.60 0.20 3.0× 3×
سب سے بڑی تبدیلی تیزاب (H2SO4, HCl, formic, oxalic) کے ساتھ ہوتی ہے جب غیر علاج شدہ حالت میں غیر فعال فلم صرف قدرے مستحکم ہوتی ہے۔ آکسیڈائزنگ تیزاب (نائٹرک، کرومک) فطری طور پر مقامی غیر فعال فلم کو مستحکم کرتے ہیں اور بھاپ آکسیکرن تھوڑا سا اضافی فائدہ دیتا ہے (کمی کا عنصر <1.5×)۔ پریٹریٹمنٹ کیتھوڈک سیٹنگز میں ہائیڈروجن جذب کے خلاف مزاحمت کو بھی بہتر بناتا ہے کیونکہ موٹا آکسائیڈ ایٹم ہائیڈروجن کے لیے پھیلاؤ میں رکاوٹ کا کام کرتا ہے۔

ایک منظر نامہ
تیزاب کی خدمت اور شدت کی تجویز کردہ قبل از علاج|متوقع فائدہ|نفاذ کے تحفظات
پتلا H₂SO₄ (5 – 15%)، 50 – 70 ڈگری، مسلسل بھاپ آکسیڈیشن (300 ڈگری، 2 گھنٹے) 3-4× لائف ایکسٹینشن فیکٹر سب سے زیادہ تجویز کردہ۔ نئے ہیٹر کے لئے اقتصادی.
Concentrated H 2 SO 4 (>50%) کوئی بھی درجہ حرارت بھاپ آکسیکرن موثر نہیں ہے کم سے کم فائدہ۔ مرتکز تیزاب میں آکسائیڈ تیزی سے گھل جاتی ہے۔ ٹائٹینیم گریڈ 7 استعمال کریں۔
HCl سروس (5–15%) 40–60 ڈگری سٹیم آکسیڈیشن 3× لائف ایکسٹینشن موثر، لیکن ہائیڈرائڈنگ پر نظر رکھیں۔ بھاپ آکسائیڈ ہائیڈروجن جذب کو کم کرتا ہے۔
فارمک ایسڈ، آکسالک ایسڈ، کوئی بھی ارتکاز۔ بھاپ آکسیڈیشن 2–3× زندگی میں اضافہ معمولی ایپلی کیشنز کے لیے تجویز کیا جاتا ہے جہاں علاج نہ کیا گیا ٹائٹینیم 0.2-0.5 ملی میٹر/سال کو خراب کرتا ہے۔
سمندری پانی یا کلورائیڈز میں سروس (کوئی تیزاب نہیں)ضروری نہیں کوئی فائدہ نہیں کلورائیڈز میں غیر فعال فلم مستحکم ہے۔ بھاپ آکسیکرن کی ضرورت نہیں ہے۔
اعلی معیار کا پانی (کم سنکنرن) ضروری نہیں کوئی فائدہ نہیں سنکنرن کا کوئی مسئلہ ٹھیک کرنے کے لیے۔
پرانا ہیٹر (ریٹروفٹ) عملی نہیں N/A انسٹال کرنے سے پہلے بھاپ آکسائڈائز ہونا ضروری ہے۔ یہ آن سائٹ نہیں کیا جا سکتا.
بھاپ کے آکسیکرن کے علاج سے پہلے کے انجینئرنگ پہلو-
بھاپ آکسیڈیشن پریٹریٹمنٹ بھاپ کے انجیکشن کے ساتھ ایک کنٹرول شدہ ماحول کی بھٹی میں کی جانی چاہئے۔ علاج سے پہلے ہیٹر کو صاف ہونا چاہئے (کسی بھی آکسائیڈ یا آلودگی کو دور کرنے کے لیے تیزاب کا اچار کم کیا گیا ہو)۔ تھرمل تناؤ سے بچنے کے لیے درجہ حرارت کی شرح 5 ڈگری / منٹ سے کم ہونی چاہیے۔ 300 ڈگری پر 2 گھنٹے کے ہولڈ کے بعد ہیٹر کو احتیاط سے ٹھنڈا کیا جانا چاہئے (فرنس ٹھنڈا یا<= 3°C/min) to avoid oxide cracking. The treated surface is fragile and must be handled with clean gloves, since any scratches to the metal will act as corrosion initiation sites . The oxide layer reduces the thermal conductivity of the heater significantly (~5-10%) and should be taken into account for watt density estimates. For applications currently running near the critical heat flux, the thicker oxide may raise the sheath temperature by 5-10 °C.

نتیجہ: بھاپ آکسیکرن تیزاب کو کم کرنے میں زندگی کو 3-4X بڑھاتا ہے۔
2 گھنٹے کے لیے 300 ڈگری پر اسٹیم آکسیڈائزنگ پریٹریٹمنٹ گریڈ 2 ٹائٹینیم ہیٹر کی سطح پر 0.5–2.0 µm موٹائی کی ریگولیٹڈ، گھنی ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ پرت بناتی ہے۔ تیزاب کی سنکنرن مزاحمت تیزاب (سلفورک، ہائیڈروکلورک، فارمک، آکسالک) کو کم کرنے میں 3-4 گنا بہتر ہوتی ہے۔ یہ موٹا، زیادہ یکساں آکسائیڈ کیمیائی ٹوٹ پھوٹ کے لیے کم حساس ہے اور ہائیڈروجن جذب میں رکاوٹ کا کام کرتا ہے۔ نئے ٹائٹینیم ہیٹر کے اسٹیم آکسیڈیشن پریٹریٹمنٹ سے معتدل سے اعتدال پسند تیزاب میں استعمال ہونے سے ہیٹر کی لاگت میں تقریباً 10-15 فیصد اضافہ ہوتا ہے لیکن سروس کی زندگی میں 2-5 گنا اضافہ ہوتا ہے اور یہ بہت سستا ہے۔ پریٹریٹمنٹ آکسیڈائزنگ ایسڈز (نائٹرک، کرومک) یا کلورائیڈ کے غلبہ والے حالات کے لیے مفید نہیں ہے جہاں مقامی غیر فعال فلم پہلے سے ہی مستحکم ہو۔ ایسڈ سروس کو کم کرنے کے لئے ٹائٹینیم ہیٹر کا آرڈر دیتے وقت اسی نقطہ نظر کا استعمال کیا جاسکتا ہے۔ ریکارڈ شدہ عمل کے پیرامیٹرز (300 ڈگری، 2 گھنٹے، بھاپ کی فضا) کے ساتھ بھاپ کے آکسیڈیشن پریٹریٹمنٹ کی وضاحت اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ ہیٹر کو سروس میں رکھنے سے پہلے سنکنرن مزاحمت کو بڑھایا جائے۔