90 डिग्री (पीएच 4.5) पर इलेक्ट्रोलेस निकेल प्लेटिंग स्नान के लिए, टाइटेनियम ग्रेड 2 स्नान में हाइड्रोजन उत्सर्जन के बिना अधिकतम फॉस्फोरस की कितनी मात्रा का सामना कर सकता है?

इलेक्ट्रोलेस निकल (ईएन) चढ़ाना स्नान 85-95 डिग्री, पीएच 4.0-5.5 पर चलाए जाते हैं और इसमें धातु स्रोत के रूप में निकल सल्फेट या निकल हाइपोफॉस्फाइट, कम करने वाले एजेंट के रूप में सोडियम हाइपोफॉस्फाइट और विभिन्न प्रकार के कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट (साइट्रेट, एसीटेट या ग्लाइकोलेट्स) होते हैं। स्नान रसायन थोड़ा अम्लीय है और इसमें ऑक्सीकरण और कम करने वाली दोनों प्रजातियां शामिल हैं। व्यापक संक्षारण प्रतिरोध के कारण टाइटेनियम ग्रेड 2 का उपयोग अक्सर एन स्नान में विसर्जन हीटर के लिए किया जाता है। हालाँकि, एक विफलता मोड, हाइड्रोजन उत्सर्जन है, जिसमें हाइपोफॉस्फाइट कम करने वाला एजेंट फॉस्फोरस और हाइड्रोजन में विघटित हो जाता है। फॉस्फोरस को टाइटेनियम की सतह पर निकेल के साथ कोडपोजिट किया जाता है और इलेक्ट्रोलेस प्रक्रिया के दौरान उत्पादित हाइड्रोजन को टाइटेनियम जाली में अवशोषित किया जा सकता है। उच्च स्नान तापमान पर फॉस्फोरस की सतह परतों के साथ अवशोषित हाइड्रोजन की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप हाइड्राइड का उत्पादन होता है और दरारें पड़ जाती हैं। लेख हाइपोफॉस्फाइट के अपघटन द्वारा जारी फॉस्फोरस की अधिकतम अनुमत एकाग्रता को परिभाषित करता है, जिसे ग्रेड 2 टाइटेनियम 90 डिग्री और पीएच 4.5 पर ईएन स्नान में हाइड्रोजन उत्सर्जन की घटना के बिना सहन कर सकता है।

इलेक्ट्रोलेस निकल स्नान में हाइड्रोजन का विकास
इलेक्ट्रोलेस निकल चढ़ाना प्रतिक्रिया ऑटोकैटलिटिक है: नी {{0}H2PO2- + 2H2O → Ni0 + 2H2PO3- + H{{7}H+. निकल चढ़ाए गए प्रत्येक मोल के लिए, प्रतिक्रिया से हाइड्रोजन गैस का एक मोल उत्पन्न होता है। निर्माण के समय इस हाइड्रोजन में से कुछ परमाणु हाइड्रोजन (H.) है, और इस परमाणु हाइड्रोजन में से कुछ को टाइटेनियम हीटर शीथ सहित स्नान में डुबोए गए किसी भी धातु की सतह में अवशोषित किया जा सकता है। अवशोषण की दर टाइटेनियम की सतह की स्थिति, उत्प्रेरक धातुओं की उपस्थिति (निकल सहित) और तापमान पर निर्भर करती है।

अवशोषित होने पर परमाणु हाइड्रोजन टाइटेनियम जाली में फैल जाता है। जब हाइड्रोजन की स्थानीय सांद्रता 90 डिग्री पर घुलनशीलता सीमा (ca{1}} पीपीएम) तक पहुंच जाती है, तो भंगुर टाइटेनियम हाइड्राइड (TiH2) अवक्षेपित हो जाता है। हाइड्राइड उत्पादन के कारण मात्रा में विस्तार (15%) और आंतरिक तनाव होता है जिससे दरारें पड़ सकती हैं, विशेष रूप से अवशिष्ट तन्य तनाव वाले स्थानों में, जैसे वेल्डेड जोड़ या ट्यूब मोड़।

हाइड्रोजन ग्रहण में फास्फोरस की भूमिका
हाइपोफॉस्फाइट का टूटना फॉस्फोरस में एक जटिल भूमिका निभाता है। सक्रिय धातु सतहों पर हाइपोफॉस्फाइट मौलिक फॉस्फोरस में कम हो जाता है: 2H₂PO₂⁻ + 2H⁺ → 2P + 4H₂O। यह फॉस्फोरस टाइटेनियम की सतह पर एक पतली फिल्म में जमा होता है, खासकर उन क्षेत्रों में जहां निष्क्रिय फिल्म पतली या क्षतिग्रस्त होती है। यह फास्फोरस परत हाइपोफॉस्फाइट और हाइड्रोजन विकास के अतिरिक्त विघटन को उत्प्रेरित करती है, जिससे टाइटेनियम में स्थानीय हाइड्रोजन प्रवाह में वृद्धि होती है।

इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि फॉस्फोरस कोटिंग परमाणु हाइड्रोजन के आणविक हाइड्रोजन (2H· → H2) में पुनर्संयोजन को रोकती है। फॉस्फोरस सतहों पर पुनर्संयोजन प्रतिक्रिया धीमी होती है, इसलिए उत्पादित हाइड्रोजन का एक बड़ा अंश परमाणु रूप में रहता है और टाइटेनियम में अवशोषण के लिए उपलब्ध होता है। महत्वपूर्ण फॉस्फोरस जमाव के बिना एन स्नान के लिए उत्पादित हाइड्रोजन का अवशोषण लगभग 1-5% है। फॉस्फोरस सतह कोटिंग के साथ अवशोषण अंश 15-30% हो सकता है।

ग्रेड II के लिए अधिकतम फास्फोरस सामग्री
ईएन स्नान में फॉस्फोरस सामग्री (हाइपोफॉस्फाइट के अपघटन और हाइपोफॉस्फाइट आयन के टूटने से) को आमतौर पर ऑर्थोफॉस्फाइट (एच 2 पीओ 3 -) एकाग्रता या मौलिक फॉस्फोरस समकक्ष के रूप में रिपोर्ट किया जाता है। 90 डिग्री और पीएच 4.5 पर काम करने वाले एक सामान्य ईएन स्नान में ऑर्थोफॉस्फाइट का स्तर स्नान के दौरान 0 ग्राम/लीटर से लेकर स्नान के जीवनकाल में 100-200 ग्राम/लीटर तक चला जाता है जब स्नान डिस्चार्ज हो जाता है।

नियंत्रित ऑर्थोफोस्फाइट स्तर के साथ ईएन स्नान के अधीन ग्रेड 2 टाइटेनियम झिल्ली के नियंत्रित हाइड्रोजन पारगम्य परीक्षण से निम्नलिखित हाइड्रोजन अवशोषण फ्लक्स उत्पन्न होते हैं (इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से मापा जाता है):

20 ग्राम/लीटर (कम अवस्था में लगभग 5 ग्राम/लीटर मौलिक फास्फोरस) से नीचे ऑर्थोफोस्फाइट सांद्रता के साथ, हाइड्रोजन अवशोषण 0.02 से 0.05 पीपीएम प्रति घंटा - है जो 10 साल के हीटर जीवन के लिए नगण्य है।

20-50 ग्राम/लीटर (5-12 ग्राम/एलपी समतुल्य) पर ऑर्थोफोस्फाइट के साथ अवशोषण 0.10-0.30 पीपीएम/घंटा तक बढ़ जाता है। इस दर पर 150 पीपीएम की दहलीज हाइड्रोजन सांद्रता 500-1500 घंटे (निरंतर संचालन के 3-9 सप्ताह) में पहुंच जाती है। इस स्नान रसायन में हीटर आमतौर पर 3-6 महीनों के बाद टूटने के कारण विफल हो जाते हैं।

For orthophosphite, absorption is more than 0.5 ppm/hr at concentrations above 50 g/L (>12 ग्राम/एलपी समकक्ष) जहां महत्वपूर्ण एकाग्रता 300 घंटे से कम समय में हासिल की जाती है। 1-2 महीने के भीतर भुरभुरापन और दरार पड़ना।

90 डिग्री और पीएच 4.5 पर ईएन स्नान में ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए ऑर्थोफोस्फाइट की अधिकतम सुरक्षित सांद्रता 15 ग्राम/लीटर है। इस स्तर से ऊपर 6 महीने की परिचालन अवधि में हाइड्रोजन के भंगुर होने का जोखिम स्वीकार्य स्तर से अधिक हो जाता है।

शमन के लिए रणनीतियाँ
कई परिचालन तकनीकें एन स्नान में ग्रेड 2 टाइटेनियम के जीवन को बढ़ा सकती हैं:

स्नान टर्नओवर: जब ऑर्थोफोस्फाइट सांद्रता 15-20 ग्राम/लीटर के बीच हो तो एन स्नान को बदलें या नवीनीकृत करें। यह सामान्यतः 6-10 धातु घुमावों से मेल खाता है।

टाइटेनियम सतह उपचार: इलेक्ट्रोपॉलिश या एनोडाइज्ड टाइटेनियम सतहों में फॉस्फोरस जमाव के लिए कम उत्प्रेरक साइटें होती हैं और अचार या खींची गई सतहों की तुलना में हाइड्रोजन अवशोषण दर 30 - 50% कम होती है।

आवधिक एसिड सफाई: हर 1-2 सप्ताह में 30 मिनट के लिए 50 डिग्री पर 20% नाइट्रिक एसिड में डुबाने से फॉस्फोरस जमा समाप्त हो जाता है, टाइटेनियम निष्क्रिय फिल्म की भरपाई हो जाती है और उत्प्रेरक फॉस्फोरस परतें हट जाती हैं।

कैथोडिक संरक्षण: टाइटेनियम हीटर को अधिक उत्कृष्ट धातु (जैसे प्लैटिनम या सोना) से जोड़कर, सतह की क्षमता को स्थानांतरित कर दिया जाता है और हाइपोफॉस्फाइट का टूटना कम हो जाता है। एन स्नान में यह शायद ही व्यावहारिक है।

एन स्नान के लिए टाइटेनियम हीटर अनुप्रयोग मैट्रिक्स
एन स्नान की स्थिति टाइटेनियम ग्रेड अनुशंसित क्रियाएं ऑर्थोफोस्फाइट एकाग्रताहीटर जीवन अपेक्षित (1.65 मिमी दीवार)
नया स्नान, हल्की लोडिंग<10 g/LGrade 2 Normal operation >5 साल
मध्य आयु स्नान, मध्यम लोडिंग 10-15 ग्राम/लीटर ग्रेड 2 साप्ताहिक एसिड सफाई अनुशंसित 2-4 वर्ष
पुराना स्नान, उच्च लोडिंग 15-25 ग्राम/लीटर ग्रेड 2 स्नान बदलें या ग्रेड 7 6-12 महीने का उपयोग करें
पुराना स्नान, उच्च लोडिंग 15-25 ग्राम/लीटर ग्रेड 7 स्वीकार्य, ग्रेड 7 2-3 साल तक भंगुरता का विरोध करने में बेहतर है
Bath stressed >25 ग्राम/लीटर कोई भी टाइटेनियम जीवन से परे स्नान को तुरंत बदलें <3 महीने
High phosporus bath (deposit contains 10 to 12 % P)Variable, normally >20 ग्राम/एल हास्टेलॉय सी-276 टाइटेनियम अनुशंसित नहीं है हास्टेलॉय का उपयोग करें
वैकल्पिक ग्रेड 7
एन स्नान. ग्रेड 7 टाइटेनियम (Ti-0.15Pd) ग्रेड 2 की दर से लगभग 1/3 पर हाइड्रोजन को अवशोषित करता है। पैलेडियम की उपस्थिति सतह पर हाइड्रोजन के पुनर्संयोजन को बढ़ाती है, जिससे धातु में परमाणु हाइड्रोजन का प्रवाह कम हो जाता है। स्नान में ग्रेड 7 जिसमें 15-25 ग्राम/लीटर ऑर्थोफोस्फाइट होता है, 0.05-0.10 पीपीएम/घंटा की दर से अवशोषित होता है। इसका मतलब है कि महत्वपूर्ण एकाग्रता प्राप्त करने के लिए 1,500-3,000 घंटे (3-6 महीने) की आवश्यकता होती है। ग्रेड 7 स्नान में 2-3 साल तक टिकेगा जो ग्रेड 2 को 6 महीने में नष्ट कर देगा यदि उन्हें फॉस्फोरस जमा को हटाने के लिए एसिड से साप्ताहिक रूप से साफ किया जाए।

90 डिग्री और पीएच 4.5 पर, टाइटेनियम ग्रेड 2 अस्वीकार्य हाइड्रोजन उत्सर्जन के बिना इलेक्ट्रोलेस निकल चढ़ाना स्नान में 15 ग्राम/लीटर तक ऑर्थोफोस्फाइट सांद्रता को सहन कर सकता है। यदि भंगुरता 15 ग्राम/लीटर से बहुत तेजी से बढ़ जाएगी, तो हीटर कुछ ही महीनों में विफल हो जाएंगे। इंजीनियरों को नियमित रूप से ऑर्थोफोस्फाइट की निगरानी करनी चाहिए और स्नान को 20 ग्राम/लीटर से पहले टर्नओवर करने की योजना बनानी चाहिए। स्नान के लिए इलेक्ट्रोपॉलिश सतह फिनिश के साथ ग्रेड 7 टाइटेनियम, जिसमें अधिक मात्रा में ऑर्थोफोस्फाइट की आवश्यकता होती है। साप्ताहिक एसिड सफाई व्यवस्था की आपूर्ति करें। 25 ग्राम/लीटर से अधिक ऑर्थोफोस्फाइट पर टाइटेनियम असंगत है और हेस्टेलॉय सी-276 या क्वार्ट्ज हीटर की सिफारिश की जाती है। ईएन सेवा के लिए टाइटेनियम हीटर खरीदते समय सतह की फिनिश के दस्तावेज मांगें और महत्वपूर्ण स्नान के लिए हाइड्रोजन मॉनिटर (पतली तार हाइड्रोजन जांच) जोड़ने पर विचार करें।