جب سلفیورک ایسڈ اور ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ کے مرکب کو گرم کیا جاتا ہے (پیرانہ-کی طرح)، ٹائٹینیم ٹیوب کی غیر فعال فلم کی موٹائی آکسیجن کے ارتقاء کو کیسے کنٹرول کرتی ہے؟
ایک پیغام چھوڑیں۔
پیرانہ محلول-متمرکز سلفیورک ایسڈ (H₂SO₄) اور ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ (H₂O₂) کا مرکب-سیمی کنڈکٹر اور تجزیاتی صفائی میں استعمال ہونے والے سب سے زیادہ جارحانہ آکسیڈائزنگ ایجنٹوں میں سے ایک ہے۔ عام فارمولیشنز 3:1 سے 7:1 تک H₂SO₄:H₂O₂ حجم کے لحاظ سے، درجہ حرارت 100–130 ڈگری تک پہنچتے ہیں۔ ٹائٹینیم عام طور پر تیز حملے کی وجہ سے پیرانہ کی خدمت کے لیے تجویز نہیں کیا جاتا ہے۔ تاہم، پتلا پرانہا-جیسے مرکب (مثال کے طور پر، 20% H₂SO₄ + 10% H₂O₂) کچھ کیمیائی عمل میں سامنے آتے ہیں۔ ان حلوں میں، ٹائٹینیم غیر فعال فلم کی موٹائی آکسیجن کے ارتقاء کو کنٹرول کرنے والا ایک اہم پیرامیٹر بن جاتا ہے۔ ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ اتپریرک سطحوں پر خارجی طور پر گل جاتی ہے، آکسیجن گیس پیدا کرتی ہے۔ ایک موٹی، اچھی طرح سے بنائی گئی غیر فعال فلم اتپریرک سرگرمی کو کم کرتی ہے، آکسیجن کے ارتقا کو کم کرتی ہے اور اس سے متعلقہ درجہ حرارت میں اضافہ جو سنکنرن کو تیز کرتا ہے۔
H₂O₂ سڑنے کے غیر فعال فلم کنٹرول کا طریقہ کار
ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ (TiO₂) ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ کے گلنے کو متحرک کرتا ہے: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂۔ رد عمل کی شرح سطح کی الیکٹرانک خصوصیات پر منحصر ہے۔ ایک پتلی، عیب دار غیر فعال فلم (2–5 nm) میں زیادہ فعال جگہیں ہوتی ہیں (آکسیجن خالی جگہیں، Ti³⁺ مراکز) جو گلنے کو فروغ دیتی ہیں۔ ایک موٹی، سٹوچیومیٹرک فلم (8–15 nm) میں کم فعال جگہیں ہوتی ہیں اور یہ سڑنے کی شرح کو 10-100 کے عنصر سے کم کرتی ہے۔ گلنے سے آکسیجن گیس کے بلبلے پیدا ہوتے ہیں جو سطح پر قائم رہتے ہیں۔ مقامی طور پر آکسیجن جمع ہونے سے تفریق ایریشن سیلز پیدا ہوتے ہیں، جس سے گڑھے پڑتے ہیں۔ مزید برآں، exothermic سڑن مقامی سطح کے درجہ حرارت کو بڑھاتا ہے، مزید H₂O₂ خرابی اور ٹائٹینیم سنکنرن دونوں کو تیز کرتا ہے۔ اس لیے اس مثبت فیڈ بیک لوپ کو منظم کرنے کے لیے غیر فعال فلم کی موٹائی کو کنٹرول کرنا ضروری ہے۔
فلم کی موٹائی اور کارکردگی کے درمیان مقداری رشتہ
80 ڈگری پر 20% H₂SO₄ + 10% H₂O₂ میں کنٹرول شدہ ٹیسٹنگ نے گریڈ 2 ٹائٹینیم کے لیے درج ذیل تعلقات قائم کیے ہیں:
2–3 nm کی غیر فعال فلم کی موٹائی (بطور-خری ہوئی سطح): آکسیجن کے ارتقاء کی شرح 5–10 ملی لیٹر/سینٹی میٹر²·گھنٹہ۔ تیزی سے بلبلے کی تشکیل۔ سطح کا درجہ حرارت غسل سے 15-20 ڈگری بڑھ جاتا ہے۔ پٹنگ 10-20 گھنٹے کے اندر شروع ہو جاتی ہے۔ فلم کی خرابی 50 گھنٹوں کے اندر ہوتی ہے۔
غیر فعال فلم کی موٹائی 4–6 nm (ہوا-عمر یا غیر فعال): آکسیجن کے ارتقاء کی شرح 2–4 ملی لیٹر/سینٹی میٹر²·گھنٹہ۔ اعتدال پسند بلبلنگ۔ سطح کے درجہ حرارت میں 5-10 ڈگری کا اضافہ۔ پٹنگ 50-100 گھنٹے کے بعد شروع ہوتی ہے۔ فلم 200-300 گھنٹے تک مستحکم رہتی ہے۔
غیر فعال فلم کی موٹائی 8–12 nm (انوڈیکل طور پر بڑھی ہوئی، 10–20V): آکسیجن کے ارتقاء کی شرح 0.5–1 ملی لیٹر/سینٹی میٹر²·گھنٹہ۔ کم سے کم دکھائی دینے والا بلبلہ۔ سطح کے درجہ حرارت میں 3 ڈگری سے کم اضافہ۔ 500 گھنٹے کے بعد کوئی گڑھا نہیں۔ محدود سروس کے لیے قابل قبول۔
غیر فعال فلم کی موٹائی 15–20 nm (انوڈیکل طور پر اگائی گئی، 30–50V): آکسیجن کے ارتقاء کی شرح 0.1 mL/cm²·hour سے کم۔ کوئی نظر آنے والا گیس ارتقاء نہیں ہے۔ سطح کا درجہ حرارت مستحکم۔ سنکنرن کی شرح 0.02 ملی میٹر فی سال سے کم ہے۔ پرانہا-جیسے مرکب کے لیے بہترین۔
فلم کی موٹائی 20 nm سے زیادہ (ہائی-وولٹیج انوڈائزنگ): آکسیجن کے ارتقاء کی شرح صفر کے قریب۔ تاہم، موٹی فلمیں ٹوٹ پھوٹ کا شکار ہو جاتی ہیں اور تھرمل سائیکلنگ کے نیچے پھیل سکتی ہیں، جو تازہ ٹائٹینیم کو بے نقاب کرتی ہیں۔
H₂SO₄+H₂O₂ سروس کے لیے غیر فعال فلم کی موٹائی کے انتخاب کی گائیڈ
درج ذیل جدول ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ کے ارتکاز اور آپریٹنگ درجہ حرارت کی بنیاد پر ٹائٹینیم غیر فعال فلم کی موٹائی کو کنٹرول کرنے کے لیے فیصلہ سازی کا فریم ورک فراہم کرتا ہے:
| ایسڈ پیرو آکسائیڈ مکسچر اور آپریٹنگ کنڈیشن | تجویز کردہ غیر فعال فلم کی موٹائی (nm) | تیاری کا طریقہ | متوقع سروس لائف (1.2 ملی میٹر دیوار) |
|---|---|---|---|
| 5% H₂O₂، 40 ڈگری، وقفے وقفے سے استعمال | 4–6 nm | نائٹرک ایسڈ کا گزرنا (20% HNO₃، 50 ڈگری، 30 منٹ) | 1,000-2,000 گھنٹے |
| 10% H₂O₂، 60 ڈگری، مسلسل آپریشن | 8–12 nm | 1% H₃PO₄، 25 ڈگری، 10 منٹ میں 15V پر انوڈائزنگ | 500-1,000 گھنٹے |
| 15% H₂O₂، 80 ڈگری، 8 گھنٹے روزانہ سائیکل | 12–15 nm | 0.5% H₂SO₄، 20 ڈگری، 20 منٹ میں 25V پر انوڈائزنگ | 300-500 گھنٹے |
| 20% H₂O₂، 100 ڈگری، ہیٹر کو تبدیل کرنا مشکل ہے۔ | 15-20 nm | امونیم پینٹابوریٹ میں دو-مرحلہ اینوڈائزنگ (10V پھر 30V) | 800-1,200 گھنٹے |
| پتلا مرکب (<5% H₂O₂), low temperature | جیسا کہ-قرار دیا گیا (2–3 nm) | کوئی ضرورت نہیں۔ | H₂O₂ گلنے سے محدود نہیں ہے۔ |
غیر فعال فلم کی موٹائی سے پرے انجینئرنگ
ٹائٹینیم الائے گریڈ H₂O₂ گلنے کو نمایاں طور پر متاثر کرتا ہے۔ گریڈ 7 (پیلاڈیم-مستحکم) میں H₂O₂ سڑنے کے لیے زیادہ اتپریرک سرگرمی ہوتی ہے، جس میں گریڈ 2 کی طرح آکسیجن ارتقاء دبانے کو حاصل کرنے کے لیے موٹی غیر فعال فلموں کی ضرورت ہوتی ہے (5–10 nm شامل کریں)۔ دیوار کی موٹائی حفاظتی مارجن فراہم کرتی ہے۔ سب سے بہترین فلم کی موٹائی کے ساتھ 1.5 ملی میٹر دیوار زیادہ سے زیادہ فلم والی 1.0 ملی میٹر دیوار سے زیادہ دیر تک زندہ رہ سکتی ہے۔ محلول کی سلفیٹ-سے-پیرو آکسائیڈ کا تناسب اہمیت رکھتا ہے۔ H₂O₂ کے مقابلے میں اعلی H₂SO₄ غیر فعال فلم کو مستحکم کرتا ہے، پتلی فلموں کی اجازت دیتا ہے۔ اس کے برعکس، جب H₂O₂ ارتکاز H₂SO₄ سے زیادہ ہو جاتا ہے، تو انوڈائزنگ سے قطع نظر فلم کا استحکام تیزی سے کم ہو جاتا ہے۔ آپریٹنگ درجہ حرارت اہم ہے؛ 90 ڈگری سے اوپر، یہاں تک کہ ایک 20 nm فلم تھرمل آکسیڈیشن اثرات کی وجہ سے 100-200 گھنٹوں کے اندر کم ہو جاتی ہے۔
باخبر تفصیلات بنانا
سلفیورک ایسڈ اور ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ مرکب (پیرانہا-جیسے) کے لیے ٹائٹینیم ہیٹر کی وضاحت کرتے وقت، بیضوی یا الیکٹرو کیمیکل امپیڈینس اسپیکٹروسکوپی سے ماپا جانے والی دستاویزی غیر فعال فلم کی موٹائی کے ساتھ اینوڈائزڈ سطح کی ضرورت ہوتی ہے۔ 60 ڈگری سے زیادہ درجہ حرارت پر 5% سے زیادہ H₂O₂ حراستی کے لیے کم از کم فلم کی موٹائی 12 nm کی وضاحت کریں۔ درخواست کریں کہ یکساں فلم کوریج کو یقینی بنانے کے لیے تمام من گھڑت (ویلڈنگ، موڑنے) کے بعد انوڈائزنگ کی جائے۔ کمیشننگ کے دوران، ہیٹر کو مکسچر میں 24 گھنٹے کے لیے 50% پاور پر چلائیں تاکہ پوری طاقت لاگو ہونے سے پہلے فلم کو استحکام حاصل ہو۔ بصری شیشے کے ذریعے آکسیجن کے بلبلے کے ارتقاء کی نگرانی کریں۔ اگر 24 گھنٹوں کے بعد بھی زوردار بلبلنگ جاری رہتی ہے، تو غیر فعال فلم ناکافی ہے اور ہیٹر کو دوبارہ اینوڈائز کرنے کے لیے ہٹا دینا چاہیے۔ غیر فعال فلم کی موٹائی کو ڈیزائن پیرامیٹر کے طور پر کنٹرول کرتے ہوئے، انجینئر ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ کے اتپریرک سڑنے کا انتظام کرتا ہے اور اس جارحانہ آکسائڈائزنگ ماحول میں اس سے منسلک زیادہ گرمی، پٹنگ اور تیزی سے ناکامی کو روکتا ہے۔
