टाइटेनियम और स्टेनलेस स्टील के लिए रासायनिक नक़्क़ाशी स्नान में आमतौर पर हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (एचएफ) और नाइट्रिक एसिड (एचएनओ₃) का मिश्रण होता है। एचएफ आधार धातुओं का आक्रामक विघटन प्रदान करता है, जबकि एचएनओ₃ प्रतिक्रिया दरों को नियंत्रित करने और सतह खत्म में सुधार करने के लिए ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है। एक सामान्य फॉर्मूलेशन पानी में 10% एचएफ + 20% एचएनओ₃ है, जो 25-40 डिग्री पर काम करता है। ग्रेड 2 टाइटेनियम, कई वातावरणों में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध के बावजूद, एचएफ -बेयरिंग समाधानों में तेजी से घुल जाता है। फ्लोराइड आयन टाइटेनियम आयनों के साथ जटिल होता है और निष्क्रिय फिल्म निर्माण को रोकता है। एक विशिष्ट नक़्क़ाशी स्नान में, ग्रेड 2 टाइटेनियम प्रति घंटे 0.5-1.0 मिमी दीवार की मोटाई खो देता है, जिससे 2-3 घंटों के भीतर एक मानक 1.2 मिमी ट्यूब का पूर्ण छिद्र हो जाता है। संचयी जोखिम के 48 घंटों से अधिक समय तक जीवित रहने के लिए, एक अलग सामग्री या तो एक विशेष टाइटेनियम मिश्र धातु या एक वैकल्पिक धातु का चयन किया जाना चाहिए।

HF/HNO₃ मिश्रण में रैपिड ग्रेड 2 टाइटेनियम हमले का तंत्र

HF - युक्त समाधानों में, निष्क्रिय TiO₂ फिल्म तुरंत घुल जाती है: TiO₂ {{1}F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O। कोई सुरक्षात्मक फिल्म न होने से, अंतर्निहित टाइटेनियम धातु सक्रिय रूप से संक्षारित हो जाती है। मिश्रण में नाइट्रिक एसिड टाइटेनियम को पुन: निष्क्रिय नहीं करता है क्योंकि फ्लोराइड आयन लगातार बनने वाले किसी भी ऑक्साइड को हटा देते हैं। संक्षारण प्रतिक्रिया एकसमान और तीव्र होती है: Ti + 6HF → TiF₆²⁻ + 2H⁺ + 2H₂। एचएफ द्वारा हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया भी तेज हो जाती है। इसका परिणाम ऊष्मायन अवधि के बिना एक रैखिक सामग्री हानि दर है। ग्रेड 2, ग्रेड 7, और ग्रेड 12 टाइटेनियम सभी में आधार धातु के रूप में टाइटेनियम होता है, इसलिए सभी को एचएफ/एचएनओ₃ मिश्रण में समान हमले की दर का सामना करना पड़ता है।

एचएफ/एचएनओ₃ में वैकल्पिक टाइटेनियम ग्रेड का प्रदर्शन

30 डिग्री पर 10% एचएफ + 20% एचएनओ₃ में नियंत्रित विसर्जन परीक्षण ने निम्नलिखित संक्षारण दर स्थापित की है:

ग्रेड 2 (व्यावसायिक रूप से शुद्ध): संक्षारण दर 0.8 मिमी प्रति घंटा . 1.2 मिमी ट्यूब 1.5 घंटे में छिद्रित। एकल उपयोग वाले डिस्पोजेबल हीटर के अलावा उपयुक्त नहीं है।

ग्रेड 7 (टीआई-0.15पीडी): संक्षारण दर 0.7 मिमी प्रति घंटा। पैलेडियम कोई लाभ नहीं देता क्योंकि उत्कृष्ट धातु कटैलिसीस के लिए एक अक्षुण्ण निष्क्रिय फिल्म की आवश्यकता होती है, जो अनुपस्थित है। ग्रेड 2 के समान.

ग्रेड 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni): संक्षारण दर 0.6 मिमी प्रति घंटा। मोलिब्डेनम और निकल की मिलावट मामूली सुधार प्रदान करती है लेकिन 48 घंटे तक जीवित रहने के लिए अपर्याप्त है।

ग्रेड 5 (Ti-6Al-4V): संक्षारण दर 0.5 मिमी प्रति घंटा। अल्फ़ा-बीटा माइक्रोस्ट्रक्चर बीटा चरण सीमाओं पर अधिमानतः घुल जाता है, जिससे इंटरग्रेनुलर हमला होता है। सिफारिश नहीं की गई।

एचएफ/एचएनओ₃ सेवा के लिए वैकल्पिक धातु चयन

निम्नलिखित तालिका वैकल्पिक धातुओं की तुलना प्रदान करती है जो एचएफ/एचएनओ₃ नक़्क़ाशी स्नान में 48 घंटे या उससे अधिक समय तक जीवित रह सकती हैं:

48 घंटे की उत्तरजीविता आवश्यकता के लिए व्यावहारिक चयन मार्गदर्शिका

एक हीटर के लिए जिसे एचएफ/एचएनओ₃ नक़्क़ाशी स्नान में विसर्जन के 48 संचयी घंटों तक जीवित रहना चाहिए, सामग्री की संक्षारण दर लगभग 0.03 मिमी प्रति घंटे (0.03 मिमी/घंटा × 48 घंटे=1.44 मिमी प्रवेश) से कम होनी चाहिए। केवल टैंटलम, ज़िरकोनियम और PTFE ही इस आवश्यकता को पूरा करते हैं:

टैंटलम: सर्वोत्तम समग्र संक्षारण प्रतिरोध। एक स्थिर Ta₂O₅ फिल्म बनाता है जो 50 डिग्री से नीचे 60% की सांद्रता तक HF का प्रतिरोध करता है। अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान 150 डिग्री. ऊंची लागत लेकिन दशकों की सेवा प्रदान करता है। वेल्डेबल और फैब्रिकेबल।

zirconium: कम लागत पर उत्कृष्ट विकल्प। ZrO₂ फिल्म बनाकर HF का प्रतिरोध करता है जो फ्लोराइड मीडिया में TiO₂ से अधिक स्थिर है। 30 डिग्री पर अधिकतम एचएफ सांद्रता 50%। यदि नाइट्रिक एसिड की सांद्रता 10% से कम हो जाए तो खड्डे पड़ने की आशंका है।

पीटीएफई (पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन): HF/HNO₃ मिश्रण के लिए रासायनिक रूप से निष्क्रिय। धातु सब्सट्रेट (आमतौर पर संरचनात्मक समर्थन के लिए कार्बन स्टील या टाइटेनियम) पर लाइनर के रूप में उपयोग किया जाता है। अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान 200 डिग्री. तापीय चालकता बहुत कम है (टाइटेनियम के लिए 0.25 W/m·K बनाम {{5%) W/m·K), इसलिए हीटरों को बहुत बड़े सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है।

एक सूचित विशिष्टता बनाना

48 घंटे से अधिक जीवित रहने की आवश्यकता वाले एचएफ/एचएनओ₃ नक़्क़ाशी स्नान के लिए हीटर निर्दिष्ट करते समय, किसी भी टाइटेनियम ग्रेड का चयन न करें। ग्रेड 2, ग्रेड 7, और ग्रेड 12 सभी कुछ ही घंटों में विफल हो जाते हैं। उन अनुप्रयोगों के लिए जहां लागत गौण है और विश्वसनीयता सर्वोपरि है, एक ठोस टैंटलम विसर्जन हीटर निर्दिष्ट करें। अधिक लागत के लिए संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए, न्यूनतम 2.0 मिमी की दीवार मोटाई वाला ज़िरकोनियम हीटर निर्दिष्ट करें। सबसे कम लागत वाले विकल्प के लिए जो अभी भी 48 - घंटे की उत्तरजीविता प्राप्त करता है, एक PTFE-जैकेट वाले टाइटेनियम हीटर को निर्दिष्ट करें जहां PTFE रासायनिक प्रतिरोध (0.5-1.0 मिमी मोटाई) प्रदान करता है और टाइटेनियम संरचनात्मक समर्थन प्रदान करता है। आपूर्तिकर्ता से विशिष्ट एचएफ/एचएनओ₃ अनुपात और इच्छित स्नान के तापमान में संक्षारण परीक्षण प्रमाणपत्र का अनुरोध करें। ऑपरेशन के दौरान, प्रतिदिन एचएफ सांद्रता की निगरानी करें; 15% एचएफ से ऊपर की वृद्धि जिरकोनियम पर संक्षारण दर को 10 के कारक तक बढ़ा देती है। टाइटेनियम ग्रेड को संशोधित करने का प्रयास करने के बजाय एक वैकल्पिक धातु का चयन करके, इंजीनियर उन कुछ वातावरणों में से एक में विश्वसनीय हीटर प्रदर्शन सुनिश्चित करता है जहां टाइटेनियम मौलिक रूप से अनुपयुक्त है।