ویکیوم-آرک-ریمیلٹڈ (VAR) 316L ہیٹر شیتھ نلیاں میں پرائمری TiN شمولیت کا حجم کس طرح آکسیجن والے ہائی-90 ڈگری پر پیوریٹی واٹر میں گڑھے کے آغاز کے وقت کو کنٹرول کرتا ہے

مضبوطی سے آکسائڈائزنگ حالات میں شمولیت کا استحکام

The pitting resistance of 316L stainless steel sheathed electric heating tubes used in oxygenated high-purity water systems like auxiliary cooling systems of nuclear power plants, pharmaceutical water-for-injection (WFI) heaters or semiconductor ultrapure water (UPW) heaters containing dissolved oxygen of 2-8 ppm is controlled by titanium nitride (TiN) inclusions rather than manganese sulphide (MnS) or aluminium oxide (Al2O3). Under very oxidising conditions, the MnS inclusions are quickly oxidised and dissolved at a high oxygen potential and are thus harmless. Al₂O₃ inclusions are inert. TiN inclusions are semi-conducting however and galvanically cathodic to the 316L matrix. The cathodic reaction (reduction of oxygen) is effective on the TiN surface in oxygenated water generating a galvanic couple that causes the anodic dissolution of the surrounding matrix and therefore the pitting initiation. Even in VAR grade 316L (vacuum arc remelted, very low inclusion content), TiN volume fractions as low as 0.0005-0.001% (5-10 ppm Ti) can lead to pits after 5,000-10,000 hours at 90°C. Pit initiation times are >50,000 گھنٹے نیچے 0.0002% (2 ppm Ti)۔ یہ مضمون TiN انکلوژن والیوم فریکشن (ٹائٹینیم کے ارتکاز کے ذریعے ریگولیٹ کیا جاتا ہے) اور 90oC پر آکسیجن والے اعلیٰ طہارت والے پانی میں شروع کرنے کے لیے وقت کے درمیان تعلق کی مقدار بتاتا ہے۔

آکسیجن والے پانی میں TiN-حوصلہ افزائی کا طریقہ کار

TiN is a highly electrically conductive material with high electrochemical potential. In oxygenated water, the cathodic reaction (O2 + 2H2O + 4e- -->4OH-) ترجیحی طور پر TiN سطحوں پر ہوتا ہے کیونکہ وہ 316L پر غیر فعال کوٹنگ کے مقابلے میں کم آکسیجن کی حد سے زیادہ کمی رکھتے ہیں۔ شمولیت پر مقامی تحلیل-میٹرکس انٹرفیس TiN کیتھوڈ اور پڑوسی 316L میٹرکس (انوڈ) کے درمیان گالوانک کرنٹ کی وجہ سے ہوتی ہے۔ اگر ایک چھوٹا سا گڑھا شروع ہوتا ہے، تو جارحانہ مقامی کیمسٹری اسے بڑھائے گی چاہے TiN ذرہ ٹوٹ جائے۔ گڑھے کے آغاز کا وقت TiN شمولیت کے سائز اور کثافت کے الٹا متناسب ہے۔ Ti-6Al-4V (VAR 316L) میں TiN کی شمولیت کے لیے، بنیادی شمولیت TiN ہے (بقیہ Ti سے جو ڈی آکسیڈائزر یا Ti پر مشتمل سکریپ کے طور پر استعمال ہوتا ہے) جس کا سائز عام طور پر 1-5 μm ہوتا ہے۔

TiN حجم کے کسر اور گڑھے کے آغاز کے اوقات کے درمیان تعلق کو درست کرنا

مندرجہ ذیل گڑھے کے آغاز کے اوقات آکسیجن والے (5 پی ​​پی ایم O2) اعلی-پانے والے پانی (1 uS/سینٹی میٹر) میں مختلف بقایا ٹائٹینیم لیولز (اور اس وجہ سے TiN والیوم فریکشن) کے ساتھ VAR 316L ٹیوبنگ کے طویل مدتی وسرجن ٹیسٹنگ کے ذریعے قائم کیے گئے ہیں۔<1 ppb Cl-, 90 C) for up to 50 000 hours.

Residual Titanium (ppm) TiN Volume Fraction (%)TiN Inclusion Density (per mm2, >1 µm) TiN سائز کی حد (µm) گڑھے کے آغاز کا وقت 90 ڈگری پر (گھنٹے، 5 ppm O2) 10,000h (µm) کے بعد زیادہ سے زیادہ گڑھے کی گہرائی 90 ڈگری آکسیجن والی ہائی-پیوریٹی سروس کے لیے تجویز کردہ<2 (Ti-free) <0.0002 <0.1 N/A >50,000 (کوئی پٹنگ نہیں)<5 Best 2-5 0.0002-0.0005 0.1-0.5 1-2 30,000-50,000 5-15 Excellent 5-10 0.0005-0.001 0.5-2 1-3 15,000-30,000 15-30 Yes 10-20 0.001-0.002 2-5 2-4 8,000-15,000 30-50 Acceptable 20-30 0.002-0.003 5-10 2-5 5,000-8,000 50-80 Marginal 30-50 0.003-0.005 10-20 2-6 3,000-5,000 80-120 Not recommended 50-80 0.005-0.008 20-40 3-8 1,500-3,000 120-200 No >80 >0.008 >40 >5 <1,500 >200 نمبر
TiN-حوصلہ افزائی پٹنگ پر تحلیل شدہ آکسیجن کا اثر

زیادہ تحلیل شدہ آکسیجن TiN پر کیتھوڈک عمل کو تیز کرتی ہے، گڑھے کے آغاز کی مدت کو کم کرتی ہے۔

Dissolved Oxygen (ppm) Pit Initiation Time at 10 ppm Ti (hrs)Pit Initiation Time (hours) at 30 ppm TiMaximum Ti for 10,000h Life at Given O_2 Level (ppm) 0.5 >50,000 15,000-25,000 50 1 35,000-50,000 10,000-15,000 40 2 25,000-35,000 8,000-12,{11}}, 000-20،000 5,000-8،000 20 8 10,000-15،000 4,000-6،000 15 10 8,000-12،000 3,000-5،000 10 اعلی پیوریٹی واٹر ہیٹر کے لیے عملی سفارشات

90 ڈگری پر آکسیجن والے اعلیٰ معیار کے پانی میں 316L بند ہیٹر کے لیے تجویز کردہ ٹائٹینیم کی حدیں ہیں:

سروس کی قسم تحلیل شدہ آکسیجن (ppm) Ti، ppm 10,000h پٹ کے لیے-مفت لائف اسٹیل بنانے کی مشق کی تصدیق کا طریقہ
فارماسیوٹیکل WFI (کم O2)<1 40 VAR (standard) ICP-MS for Ti Pharmaceutical WFI (high O2) 5-8 15 VAR (low Ti) ICP-MS for Ti Semiconductor UPW (high O2) 8-10 10 VAR (ultra-low Ti) GDMS analysis
نیوکلیئر معاون کولنگ 2-5 25 VAR یا ESR سپلائر سرٹیفیکیشن
عمومی اعلی پیوریٹی انڈسٹریل 2-5 30 AOD + لو ٹی مل سرٹیفکیٹ
TiN شمولیت اور Ti مواد کی تصدیق

درست TiN حدود کے خواہشمند خریداروں کے پاس تصدیق کے دو ذرائع ہیں۔ سب سے پہلے ٹائٹینیم کے مواد کا کیمیکل معائنہ ہے جس میں انڈکٹو کپلڈ پلازما ماس اسپیکٹومیٹری (ICP-MS) یا گلو ڈسچارج ماس اسپیکٹومیٹری (GDMS) قبولیت: Ti <10-15 ppm اعلی طہارت کی خدمت کے لیے۔ دوسرا دھاتی تحقیقات ہے جس میں الیکٹران مائیکروسکوپی (SEM) کو 1,000-5,000× پر پالش کراس- سیکشن پر اسکین کیا جاتا ہے، TiN انکلوژن کی گنتی کی جاتی ہے (بیک سکیٹرڈ الیکٹران موڈ میں مورفولوجی-اینگولر، کیوبک، گولڈ پیلے سے پہچانا جاتا ہے)۔ قبولیت:<1-5 inclusions TiN per mm2 greater than 2 µm.

نتیجہ: آکسیجن والے ہائی پیوریٹی واٹر ہیٹر کے لیے الٹرا لو ٹی اسپیک

نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 316L سٹینلیس سٹیل کے بند ہیٹر میں آکسیجن والے (5 ppm O2) اعلی-پاکیزگی والے پانی میں 90 ڈگری پر پٹنگ ہوتی ہے جب TiN کی شمولیت 0.0005-0.001% (5-10 ppm Ti) تک کم ہوتی ہے۔ 2-3 پی پی ایم سے نیچے کے Ti مواد کے لیے، گڑھے کے آغاز کے اوقات 50,000 گھنٹے سے زیادہ ہوتے ہیں۔ فارماسیوٹیکل WFI، سیمی کنڈکٹر UPW یا نیوکلیئر معاون ہیٹنگ کے لیے 316L شیتھ استعمال کرنے والے انجینئرز کو ICP-MS یا GDMS کے ذریعے تصدیق شدہ زیادہ سے زیادہ 10-15 ppm ٹائٹینیم ارتکاز کے ساتھ ویکیوم آرک ریمیلٹنگ (VAR) کی وضاحت کرنی چاہیے۔ (Ti کنٹرول نہیں کیا گیا، عام طور پر 20-50 ppm) عام 316L کے لیے 2-5 سال میں 90 ڈگری پر آکسیجن والے ہائی پیوریٹی پانی میں ڈالے گا جس کی وجہ سے اعلی طہارت کے نظام کو آلودہ کیا جائے گا۔ یہاں دیا گیا طریقہ کار، TiN کے حجم کے فیصد (بقیہ Ti سے) کو آکسیجن والے پانی میں گڑھے کے آغاز کے ادوار سے جوڑتا ہے، صارفین کو انتہائی کم ٹائٹینیم 316L کی وضاحت کرنے کے قابل بناتا ہے جو سب سے زیادہ مطالبہ کرنے والی اعلی پاکیزگی، اعلی آکسیجن کی ترتیبات میں شمولیت کی حوصلہ افزائی کے خلاف مزاحم ہے۔