فاسفورک ایسڈ کی پیداوار (گیلے عمل) میں 90 ڈگری پر 2% فلورین کے ساتھ، کیا ٹائٹینیم گریڈ 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru) گریڈ 7 سے بہتر حملے کا مقابلہ کر سکتا ہے؟

فاسفیٹ چٹان کے سلفیورک ایسڈ کے عمل انہضام کے ذریعے حاصل ہونے والے گیلے-فاسفورک ایسڈ (WPA) میں کافی حد تک فلورین کی نجاست (عام طور پر 1-3% بطور HF اور H 2 SiF 6 ) ہوتی ہے جو فلوراپیٹیٹ معدنیات سے آتی ہے۔ 30-50% P2O5 (تقریبا 40-60% H3PO4) کے معمول کے WPA ارتکاز میں اور 80-100 ڈگری پر، فلورین دھاتوں کے لیے بہت جارحانہ ماحول پیدا کرتی ہے۔ ٹائٹینیم گریڈ 7 (Ti-0.15Pd) WPA ہیٹنگ ٹیوبوں اور بخارات کے لیے معیاری مرکب ہے۔ تاہم، فلورین پر مشتمل تیزاب میں ٹائٹینیم میں کافی سنکنرن کی شرح (0.1-0.3 ملی میٹر/سال) ہے۔ گریڈ 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru) ایک اعلی طاقت کا ٹائٹینیم مرکب ہے جو ابتدائی طور پر ایرو اسپیس کے استعمال کے لیے بنایا گیا ہے، جس میں سنکنرن مزاحمت کو بہتر بنانے کے لیے 0.1% روتھینیم کے ساتھ ترمیم کی گئی ہے۔ 90 ڈگری پر 2% فلورین کے ساتھ مصنوعی ڈبلیو پی اے میں گریڈ 7 کے مقابلے میں گریڈ 24 کی سنکنرن کارکردگی کا موازنہ کیا جاتا ہے اور آیا گریڈ 24 ہیٹر سروس کے لیے کوئی فائدہ دیتا ہے یا نہیں۔

ٹائٹینیم مرکبات پر فلورین کے حملے کا طریقہ کار
فاسفورک ایسڈ (H3PO4) میں HF یا fluosilicic acid (H2SiF6) کے ساتھ اہم سنکنرن عمل غیر فعال TiO2 فلم کی کیمیائی تحلیل ہے: TiO2 + 6F- + 4H+ TiF62- + 2H2O۔ فلورین کا حملہ، کلورائد پٹنگ کی محدود نوعیت کے برعکس، عالمگیر اور یکساں ہے۔ Hexafluorotitanate کمپلیکس گھلنشیل ہے اور اس وجہ سے غیر فعال فلم مسلسل تحلیل ہوتی رہتی ہے اور اسے اصلاح کرنا پڑتا ہے۔ ریاستی سنکنرن کی مستحکم شرح کا انحصار فلم کے تحلیل اور دوبارہ منتقلی کے درمیان تعامل پر ہے۔ ملاوٹ کرنے والے مواد کا اضافہ جو غیر فعال کوٹنگ کو مستحکم کرتا ہے یا اس کے ٹوٹنے کی شرح کو کم کرتا ہے سنکنرن مزاحمت میں اضافہ کرے گا۔

7 ویں گریڈ میں پیلیڈیم ایک کیتھوڈک موڈیفائر ہے جو سنکنرن ممکنہ نوبل کو منتقل کرتا ہے اور غیر فعال پرت کے ٹوٹنے کی رفتار کو کم کرتا ہے۔ تاہم، تیزاب پر مشتمل فلورین میں TiO 2 کی اعلیٰ حل پذیری فلم کی تحلیل سے بچنے کے لیے ایک عظیم صلاحیت کو بھی اجازت نہیں دیتی، فلم کو کیمیاوی طور پر ہٹا دیا جاتا ہے قطع نظر الیکٹرو کیمیکل حالات سے۔ اس طرح پیلیڈیم کا فائدہ زیادہ-فلورین حالات میں کم ہو جاتا ہے۔

گریڈ 24 میں 6% ایلومینیم، 4% وینیڈیم، اور 0.1% روتھینیم ہے۔ روتھینیم کا کیتھوڈک ترمیمی کردار پیلیڈیم کی طرح ہے، لیکن فلورین پر مشتمل تیزاب میں زیادہ کامیاب ہو سکتا ہے۔ غیر فعال فلم کے اندر Al اور V اپنے آکسائڈز (Al2O3, V2O5) بناتے ہیں جو فلم کی حل پذیری کی خصوصیات کو تبدیل کر سکتے ہیں۔

تقابلی سنکنرن ٹیسٹ
گریڈ 7 (اینیلڈ)، گریڈ 24 (حل علاج شدہ اور عمر رسیدہ) اور گریڈ 2 (بیس لائن) کی کنٹرولڈ وسرجن ٹیسٹنگ 1,000 گھنٹے تک مصنوعی WPA (45% H₃PO₄، 2% F⁻ بطور H₂SiF₆، 90 ڈگری) میں کی گئی۔ نتائج:

Grade 2 titanium deteriorated at a consistent rate of 0.45 to 0.60 mm/yr. After 1,000 hours (1.4 months), the wall thickness was reduced by 0.05-0.07 mm, a significant reduction but not perforating a conventional tube. 5 year life requires wall thickness >طویل نمائش کے لیے 3 ملی میٹر۔

گریڈ 7 ٹائٹینیم 0.12 سے 0.18 ملی میٹر فی سال پر یکساں طور پر زنگ آلود ہے۔ 1,000 گھنٹے کے بعد کمی 0.014 سے 0.021 ملی میٹر تھی۔ پیلیڈیم گریڈ 2 سے 3-4 گنا بہتر تھا۔ 5 سال کی زندگی کے لیے (43800 گھنٹے) سنکنرن الاؤنس 0.6-0.9 ملی میٹر درکار ہے-1.65-2.0 ملی میٹر دیوار کے ساتھ ممکن ہے۔

گریڈ 24 ٹائٹینیم 0.10–0.14 ملی میٹر/سال پر یکساں طور پر خراب ہو گیا۔ 1,000 گھنٹے کے بعد کمی 0.011-0.016 ملی میٹر تھی۔ گریڈ 7 میں بہتری معمولی ہے (تقریباً 15-20% کی سنکنرن کی شرح میں کمی)۔ میٹالوگرافک تحقیقات میں الفا اور بیٹا مراحل پر ترجیحی حملے کا کوئی ثبوت نہیں ملا۔ دو فیز مائیکرو اسٹرکچر نے کھوٹ کے یکساں سنکنرن کو نہیں روکا۔

روتھینیم کا مواد (0.1%) پیلیڈیم (0.15%) کی طرح فلورین-میں تیزاب پر مشتمل ہوتا ہے۔ ایلومینیم اور وینڈیم قدر میں اضافہ نہیں کرتے۔ ان کے آکسائیڈ بھی HF گھلنشیل ہوتے ہیں اور فاسفورک ایسڈ کی موجودگی میں V_2O_5 کو کم کیا جا سکتا ہے، جو پروڈکٹ ایسڈ - میں وینیڈیم آئنوں کو متعارف کرا سکتا ہے جو کچھ بہاو کے استعمال کے لیے مطلوب نہیں ہے (کھاد کی پیداوار اس کے لیے روادار ہے؛ فوڈ-گریڈ یا بیٹری-گریڈ ایسڈ نہیں ہے)۔

طاقت کے فرق اور مکینیکل تحفظات
گریڈ 24 میں گریڈ 7 سے بہت زیادہ طاقت ہے : گریڈ 24 کے لیے 830-900 MPa کی پیداواری طاقت بمقابلہ . 275-345 MPa گریڈ 7 کے لیے (اینیلڈ)۔ گریڈ 24 اندرونی دباؤ یا بیرونی دباؤ (بخار کی خدمت) کے تحت ہیٹر ٹیوبوں کے لئے اسی دباؤ کی درجہ بندی پر پتلی دیواروں والی ہیٹر ٹیوبوں کی اجازت دیتا ہے۔ مثال کے طور پر، گریڈ 7 کی ایک ٹیوب جس میں دباؤ کے لیے 1.65 ملی میٹر دیوار کی ضرورت ہوتی ہے، 1.0-1.2 ملی میٹر دیوار کی گریڈ 24 ٹیوب کے ساتھ بدلی جا سکتی ہے۔ دیوار کو پتلا کرنے سے مواد کی بچت ہوتی ہے اور حرارت کی منتقلی میں اضافہ ہوتا ہے، لیکن یہ سنکنرن الاؤنس کو محدود کرتا ہے۔ فلورین پر مشتمل تیزاب میں یکساں سنکنرن ہوتا ہے لہذا پتلی دیوار کی زندگی اسی طرح کم ہوگی۔ اسی طرح کے سنکنرن الاؤنس کے لیے (5 سال کی زندگی کے لیے 0.8 ملی میٹر)، گریڈ 24 کے لیے 0.8 ملی میٹر + 0.3 ملی میٹر ساخت=1.1 ملی میٹر گریڈ 7 کے لیے 0.8 ملی میٹر + 0.5 ملی میٹر ساختی=1.3 ملی میٹر درکار ہوگی۔ دیوار کی موٹائی میں مجموعی اضافہ چھوٹا ہے۔

گریڈ 24 مضبوط ہے جو ایک فائدہ ہے جہاں مکینیکل بوجھ (دباؤ، کمپن، تھرمل سائیکلنگ) سنکنرن سے زیادہ اہم ہے۔ فلورین کے غلبہ والے سنکنرن میں زندگی یکساں سنکنرن کی شرح سے طے ہوتی ہے اور طاقت ثانوی اہمیت کی حامل ہے۔

WPA ہیٹر میٹریل ایپلیکیشن میٹرکس (2% F-, 90 ڈگری )
سنکنرن کی مواد کی شرح (ملی میٹر/سال) فیکٹر (متعلقہ لاگت) سنکنرن الاؤنس (5 سال) 5 سال کی زندگی کے لیے کم از کم دیوار بہترین درخواست
گریڈ 2 0.45-0.60 1.0x 2.25-3.00 ملی میٹر 2.5-3.5 ملی میٹر 5 سال کی زندگی کے لیے اقتصادی نہیں
گریڈ 7 0.12-0.18 1.4x 0.60-0.90 ملی میٹر 1.2-1.5 ملی میٹر ثابت شدہ معیاری انتخاب
24 0.10-0.14 2.0-2.5x 0.50-0.70 ملی میٹر 1.0-1.2 ملی میٹر زیادہ قیمت، نہ ہونے کے برابر سنکنرن کا فائدہ
Hastelloy C-276 0.02-0.05 3.5-4.0x 0.10-0.25 mm 0.5-0.8 mm بہترین سنکنرن مزاحمت، سب سے زیادہ قیمت
زرکونیم 702 0.01-0.02 8-10x 0.05-0.10 ملی میٹر 0.4-0.6 ملی میٹر طویل ترین زندگی کے لیے پریمیم
WPA ہیٹر کی تفصیلات کے لئے نتیجہ
ان شرائط کے تحت، ٹائٹینیم گریڈ 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru) گریڈ 7 کے مقابلے میں یکساں سنکنرن کی شرح کو ظاہر کرتا ہے (0.10-0.14 ملی میٹر فی سال کے مقابلے میں 0.12-0.18 ملی میٹر فی سال میں 0.12-0.18 پی ایچ او پر ایسڈ فی سال) 2% فلورین کے ساتھ ڈگری، 15-20% کی بہتری۔ یہ چھوٹا فائدہ زیادہ تر WPA ہیٹر ایپلی کیشنز کے لیے زیادہ قیمت (2-2.5 گنا گریڈ 7) کے قابل نہیں ہے۔ فلورین پر مشتمل فاسفورک ایسڈ میں استعمال کے لیے، مرکب 7 معیاری، سب سے زیادہ اقتصادی ٹائٹینیم مرکب بنا ہوا ہے۔ گریڈ 24 کو استعمال کے لیے سمجھا جا سکتا ہے جہاں زیادہ مکینیکل طاقت کی ضرورت ہو (مثال کے طور پر بہتر حرارت کی منتقلی کے لیے پتلی دیوار کی نلیاں، یا ہائی پریشر ایوپوریٹر سروس) اور سنکنرن کا فائدہ ثانوی ہے، جہاں سنکنرن کی قدر کم ہونے سے تبدیلیوں کے درمیان 5 سے 6 سال کا وقفہ بڑھ جاتا ہے، یا جہاں گریڈ 7 دستیاب نہیں ہے اور گریڈ 2 کو ذیلی درجہ دیا جا سکتا ہے۔ فلورین کی مقدار 3% سے زیادہ یا 95 ڈگری سے زیادہ درجہ حرارت کے لیے نہ تو گریڈ 7 اور نہ ہی گریڈ 24 کافی طویل مدتی زندگی دے گا اور Hastelloy C-276 یا zirconium کو متعین کیا جانا چاہیے۔ WPA سروس کے لیے ہیٹر خریدتے وقت، اصل پراسیس ایسڈ میں سنکنرن ٹیسٹ کوپن آرڈر کریں۔ یہ اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ فلورین کا مواد اور فاسفیٹ چٹان کی نجاست ماخذ سے دوسرے ماخذ میں بہت مختلف ہوتی ہے۔ 90 ڈگری پر 2% فلورین کے ساتھ اوسط WPA کے لیے، 5 سالہ آپریشن کے لیے 1.65 ملی میٹر کی دیوار کی موٹائی کے ساتھ گریڈ 7 کا تعین کیا جانا چاہیے۔ گریڈ 24 کی وضاحت صرف اس صورت میں کی جانی چاہیے جہاں کوئی خاص مکینیکل یا تھرمل فائدہ بڑھتی ہوئی لاگت کا جواز پیش کرے۔