120 ڈگری پر ٹریس کلورائڈز کے ساتھ ہائی پریشر CO₂ ماحول میں، کون سا سرفیس ٹریٹمنٹ (تھرمل آکسیڈیشن بمقابلہ انوڈائزنگ) ٹائٹینیم شیتھ کے لیے سب سے کم ہائیڈروجن اٹیک ریٹ فراہم کرتا ہے؟

کاربن کی گرفت اور ذخیرہ، تیل اور گیس کی پیداوار، اور سپر کریٹیکل CO2 پاور سائیکل کچھ ایسے فیلڈز ہیں جہاں ہائی پریشر کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2) ماحول میں ٹریس کلورائیڈ کثرت سے پائے جاتے ہیں۔ CO 2 120 ڈگری اور 50-200 بار پر پانی میں گھل کر کاربونک ایسڈ (H 2 CO 3 ) بناتا ہے، پی ایچ 3–4 تک گرتا ہے۔ ٹائٹینیم میانوں میں ہائیڈروجن جذب کو کم پی ایچ، کلورائڈز اور بلند درجہ حرارت سے فروغ دیا جاتا ہے۔ سطح کے علاج جو غیر فعال فلم کی موٹائی میں اضافہ کرتے ہیں اور ہائیڈروجن جذب کو کم کرتے ہیں۔ تھرمل آکسیڈیشن (400-600 ڈگری پر ہوا کو گرم کرنے سے) مائکرو کریکس کے ساتھ ایک موٹی (0.5-2 μm) کرسٹل لائن TiO2 پرت حاصل کرتی ہے۔ انوڈائزنگ (الیکٹرو کیمیکل آکسیڈیشن) ایک پتلی (0.05–0.2 ملی میٹر)، بے ساختہ، انتہائی گھنے آکسائیڈ پیدا کرتی ہے۔ بہترین فلمی کثافت اور یکسانیت کی وجہ سے ٹریس کلورائیڈ کے ساتھ ہائی پریشر CO2 میں انوڈائزنگ ہائیڈروجن کے اخراج کی سب سے کم شرح دیتا ہے۔

سطحی آکسائیڈ کے ذریعے ہائیڈروجن کے اخراج میں کمی کا طریقہ کار

سنکنرن کے عمل سے پیدا ہونے والے ہائیڈروجن ایٹم (2H₂CO₃ + 2e⁻ → H₂ + 2HCO₃⁻) کو آکسائیڈ پرت کے ذریعے ٹائٹینیم دھات میں پھیلانا چاہیے۔ انوڈائزڈ آکسائیڈ بے ساختہ، اناج کی حد سے پاک اور انتہائی سٹوچیومیٹرک (TiO 2) ہے۔ اینوڈائزڈ TiO2 میں ہائیڈروجن کی تفریق 10-تھرمی طور پر تیار کردہ آکسائیڈ کے مقابلے میں 100 گنا کم ہے جو مائیکرو-کریکس، گرین باؤنڈریز اور نان اسٹوچیومیٹرک ایریاز (Ti2O3, TiO) پر مشتمل ہے۔ نیز، انوڈائزڈ فلموں کی زیادہ ڈائی الیکٹرک طاقت الیکٹرانک ترسیل کو کم کرتی ہے جو ہائیڈروجن کی کمی کو فروغ دے سکتی ہے۔ تھرمل آکسائیڈ زیادہ موٹے ہوتے ہیں پھر بھی تھرمل توسیع کی مماثلت کی وجہ سے ان میں دراڑیں پڑ جاتی ہیں جو ہائیڈروجن کے لیے تیزی سے پھیلاؤ کے راستے فراہم کرتی ہیں۔

سطح کے مختلف علاج کے لیے ہائیڈروجن کے استعمال کی مقداری شرح

گریڈ 2 ٹائٹینیم شیتھوں کی ہائیڈروجن اپٹیک کی شرحیں 1,000 گھنٹے تک 500 پی پی ایم کلورائد (بطور NaCl) کے ساتھ ہائی پریشر CO2 (100 بار، 120 ڈگری) میں کنٹرول شدہ جانچ کے ذریعے قائم کی گئی ہیں۔ جیسا کہ-قدرتی آکسائیڈ (2–5 nm) والی اچار والی سطح 80-150 پی پی ایم ہائیڈروجن فی 1,000 گھنٹے جذب کرتی ہے، اس لیے یہ طویل-استعمال کے لیے موزوں نہیں ہے۔ 2 گھنٹے کے لیے 400 ڈگری پر آکسیڈیشن 0.3–0.5 µm کا آکسائیڈ اور 30–60 ppm فی 1,000 گھنٹے میں ہائیڈروجن جذب کرتا ہے۔ 2 گھنٹے کے لیے 600 ڈگری پر تھرمل آکسیڈیشن 1.0-2.0 µm آکسائیڈ پیدا کرتی ہے لیکن ٹھنڈا ہونے پر مائیکرو کریکس پیدا ہوتے ہیں، جس سے 20-40 ppm اپٹیک ہوتا ہے۔ 10 منٹ کے لیے 1% فاسفورک ایسڈ میں 10 V پر انوڈائزنگ۔ 5–15 ppm کے جذب کے ساتھ 0.10–0.15 µm کی بے شکل فلم تیار کرتا ہے۔ 0.5% سلفیورک ایسڈ میں 30 V پر 20 منٹ کے لیے اینوڈائزیشن 3–8 ppm کے ساتھ 0.20–0.30 µm موٹی پرت پیدا کرتی ہے۔ بہترین تحفظ اینوڈائزنگ ہے جس کے بعد ابلتے ہوئے ڈیونائزڈ پانی میں 30 منٹ تک سیل کرنا ہے، جس سے فی 1000 گھنٹے میں 3 پی پی ایم سے کم جذب ہوتا ہے۔

علاج کی کارکردگی پر CO₂ دباؤ اور کلورائیڈ کے ارتکاز کا اثر

ہائیڈروجن کے اخراج کی شرح CO2 کے دباؤ اور کلورائد کے ارتکاز میں اضافے کے ساتھ بڑھ جاتی ہے، لیکن سطح کے علاج کی نسبتہ کارکردگی ایک جیسی ہے۔ 50 بار CO₂ اور 100 پی پی ایم کلورائڈ پر اینوڈائزڈ سطحوں (30V) کا ٹیک اپ-2–5 پی پی ایم ہے، اس کے مقابلے تھرمل طور پر آکسائڈائزڈ (600 ڈگری) کے لیے 15–25 پی پی ایم کے مقابلے میں۔ اینوڈائزڈ سطحیں 5-10 پی پی ایم تھرمل آکسیڈیشن 25-40 پی پی ایم 100 بار CO2 500 پی پی ایم کلورائڈ 200 بار CO 2 اور 500 پی پی ایم کلورائڈ پر انوڈائزڈ سطحیں 10-20 پی پی ایم اور تھرمل آکسیڈیشن 40-65 پی پی ایم تک بڑھ جاتی ہیں۔ اینوڈائزڈ سطحیں 100 بار CO2 پر 1000 پی پی ایم کلورائڈ کے ساتھ 8-15 پی پی ایم جذب کرتی ہیں اور تھرمل آکسیڈیشن 35-55 پی پی ایم جذب کرتی ہے۔ دلچسپ بات یہ ہے کہ انوڈائزنگ کا فائدہ اعلی درجہ حرارت (150 ڈگری) پر زیادہ مؤثر ہے کیونکہ بے ساختہ ڈھانچہ کرسٹل لائن تھرمل آکسائیڈ کے مقابلے تھرمل بگاڑ کے خلاف زیادہ مزاحم ہے۔

ہائی پریشر CO₂ سروس کے سطحی علاج کے لیے سلیکشن گائیڈ

درج ذیل جدول میں ہائیڈروجن جذب کی حدود، سروس کے وقت، اور CO2 کے دباؤ پر انحصار کرتے ہوئے، گریڈ 2 کے ٹائٹینیم شیتھوں کے لیے سطح کے علاج کے انتخاب کے لیے تجاویز شامل ہیں۔

Nominal Service Life (hours) CO2 Pressure (bar) Chloride Concentration (ppm) Suggested Surface Treatment Hydrogen Uptake (ppm/1,000h)Pickled just 40–80 10,000 50 500 Thermal oxidation (400°C) 15–30 20,000 100 500 Anodizing (10V) 5–15 20,000 100 1,000 Anodizing (30V) + sealing 3–8 50,000 200 500 Anodizing (30V) + sealing + Grade 7 1–3 10,000 200 2,000Not suitable for Grade 2 >30 (یہاں تک کہ اینوڈائزڈ)
سطحی علاج کے انتخاب سے پرے انجینئرنگ

ہائیڈروجن سورپشن ٹائٹینیم گریڈ سے سخت متاثر ہوتا ہے لیکن سطح کے علاج سے نہیں۔ گریڈ 7 (پیلیڈیم اسٹیبلائزڈ) میں 3-گریڈ 2 کے مقابلے میں 5x کم بیس لائن ہائیڈروجن اپٹیک ہے جو پیلیڈیم-کیٹیلائزڈ ہائیڈروجن ری کنبینیشن کی وجہ سے دی گئی سطح کے علاج کے لیے ہے۔ دیوار کی موٹائی ہائیڈروجن کے ارتکاز کا بفر دیتی ہے، اور 2.0 ملی میٹر کی دیوار جس میں 200 پی پی ایم ہائیڈروجن یکساں طور پر تقسیم ہوتی ہے اسی ارتکاز والی 1.0 ملی میٹر دیوار کے مقابلے میں ہائیڈرائڈ کی ترسیب کا کم خطرہ ہوتا ہے۔ CO 2 ندی کی پاکیزگی اہم ہے۔ 10 پی پی ایم سے کم آکسیجن آلودگی غیر فعال فلم کے استحکام کی حوصلہ افزائی کرکے ہائیڈروجن کے اخراج کو بہت کم کرتی ہے، اس طرح آکسیجن کی موجودگی میں انوڈائزنگ کی ضروری نوعیت کو کم کرتی ہے۔ سالڈ سٹیٹ پروب کا استعمال کرتے ہوئے متواتر الیکٹرو کیمیکل ہائیڈروجن مانیٹرنگ سروس میں ہائیڈروجن کے جمع ہونے کی نگرانی کے لیے استعمال کی جا سکتی ہے۔

تفصیلات-باخبر

0.5% سلفرک ایسڈ میں 30V پر 20 منٹ کے لیے اینوڈائز کریں اور پھر ابلتے ہوئے ڈیونائزڈ پانی میں 30 منٹ کے لیے بند کریں۔ ٹریس کلورائڈز کے ساتھ 120 ڈگری پر ہائی پریشر CO₂ میں ٹائٹینیم میان۔ ہلکے حالات کے لیے (CO₂ پریشر <50 بار، کلورائڈز <100 پی پی ایم)، 2 گھنٹے کے لیے 600 ڈگری پر تھرمل آکسیڈیشن قابل قبول تحفظ دینے کا ایک مؤثر طریقہ ہے۔ سب سے زیادہ مطالبہ کرنے والی ایپلی کیشنز کے لیے (CO2 پریشر 150 بار سے زیادہ، کلورائیڈز 500 پی پی ایم سے زیادہ، سروس لائف 30,000 گھنٹے سے زیادہ) انوڈائزنگ کے علاوہ گریڈ 7 ٹائٹینیم کی وضاحت کریں۔ شروع کرنا: اینوڈائزڈ فلم کو مستحکم کرنے کے لیے ہیٹر کو 80 ڈگری پر ڈی ایریٹڈ پانی میں 24 گھنٹے کے لیے بند کریں۔ اس کے بجائے، انجینئر ہائیڈروجن کی خرابی کے خطرے کو کم کرنے اور اعلی-دباؤ CO 2 کی حالتوں میں مستقل-طویل مدتی کارکردگی فراہم کرنے کے لیے تھرمل آکسیڈیشن پر انوڈائزنگ کا انتخاب کرتا ہے۔