त्वरित अल्फ़ा-केस वृद्धि से बचने के लिए यूटेक्टिक साल्ट बाथ में 300 डिग्री पर चलने वाले टाइटेनियम इमर्शन हीटर के ऊपर नाइट्रोजन कंबल में अधिकतम सुरक्षित ऑक्सीजन आंशिक दबाव (एटीएम) क्या है?

टाइटेनियम विसर्जन हीटरों को 300 डिग्री पर यूटेक्टिक नमक स्नान में नाइट्रोजन कंबल द्वारा ऑक्सीकरण से बचाया जाता है। हालाँकि, यदि नाइट्रोजन ब्लैंकेट में ऑक्सीजन उपलब्ध है तो ऑक्सीजन टाइटेनियम की सतह में प्रवेश कर सकती है और एक ऑक्सीजन समृद्ध अल्फ़ा केस परत बना सकती है। यह भंगुर परत थकान जीवन और लचीलेपन को कम करती है। अल्फ़ा केस की वृद्धि दर परवलयिक है, गहराई समय के वर्गमूल और ऑक्सीजन के आंशिक दबाव के समानुपाती होती है। यह उच्चतम ऑक्सीजन आंशिक दबाव है जिसका उपयोग त्वरित अल्फ़ा{7}केस वृद्धि (यानी, ऑपरेशन के 10,000 घंटों के बाद 10 मीटर से कम अल्फ़ा{11}}केस) से बचने के लिए सुरक्षित रूप से किया जा सकता है। इस स्तर से ऊपर, अल्फा केस की वृद्धि दर तेजी से बढ़ती है, जिससे भंगुरता और प्रारंभिक विफलता होती है।

300 डिग्री पर ऑक्सीजन द्वारा अल्फा के केस निर्माण की क्रियाविधि

300 डिग्री पर ऑक्सीजन टाइटेनियम जाली में अंतरालीय रूप से फैलती है और अल्फा चरण को स्थिर करती है। आधार धातु के लिए 180-220 एचवी की तुलना में अल्फा केस परत सख्त होती है, आमतौर पर 300-500 एचवी और अनिवार्य रूप से गैर-नमनीय होती है। अल्फ़ा -केस की वृद्धि समीकरण d^2=k_p * t द्वारा दी गई है, जहां d अल्फ़ा-केस की गहराई है, k_p परवलयिक दर स्थिरांक है और t अवधि है। दर स्थिरांक kp ऑक्सीजन आंशिक दबाव के 0.5 की शक्ति के समानुपाती होता है। एक महत्वपूर्ण मूल्य से नीचे ऑक्सीजन आंशिक दबाव पर, व्यावहारिक सेवा जीवनकाल के लिए अल्फा केस की वृद्धि दर नगण्य है। इस स्तर से ऊपर विकास दर अधिक होती है और महीनों में पतली दीवार वाली हीटिंग ट्यूब ख़राब हो सकती है।

मात्रात्मक अल्फ़ा-300 डिग्री पर केस ग्रोथ बनाम ऑक्सीजन आंशिक दबाव

10,000 घंटों के लिए 300 डिग्री पर नाइट्रोजन {{0} ऑक्सीजन संयोजनों के साथ नियंत्रित परीक्षणों ने Ti {{5} ग्रेड 2 के लिए विकास की अल्फा {4} केस गहराई स्थापित की है। 0.0001 एटीएम (0.01% ऑक्सीजन) के ऑक्सीजन आंशिक दबाव पर अल्फा {9} केस केवल 2-5 µm गहरा है और इसलिए महत्वहीन है और यांत्रिक गुणों को प्रभावित नहीं करता है। गहराई 0.0005 एटीएम (0.05% ऑक्सीजन) पर 5-10 µm है, जो सुरक्षा मार्जिन के साथ अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए स्वीकार्य है। 0.001 एटीएम (0.1% ऑक्सीजन) की महत्वपूर्ण सीमा पर 10,000 घंटों के बाद अल्फा -केस की गहराई 8{35}}15 {माइक्रो}मीटर है, जो अधिकतम अनुमत सीमा है। 0.002 एटीएम (0.2% ऑक्सीजन) पर गहराई 15-25 µm तक बढ़ जाती है और लचीलेपन में मापनीय हानि देखी जाती है। 0.005 एटीएम (0.5% ऑक्सीजन) पर गहराई 25-40 µm है और थर्मल साइक्लिंग पर दरार के साथ 0.01 एटीएम (1% ऑक्सीजन) पर 60 µm अल्फा-केस गहराई पर काफी भंगुरता देखी जाती है। 0.1 एटीएम (हवा में विशिष्ट 10% ऑक्सीजन) पर गंभीर भंगुरता के साथ 10,000 घंटों के बाद गहराई 100 µm से अधिक है।

तापमान और एक्सपोज़र का समय ऑक्सीजन सहनशीलता पर प्रभाव डालता है

10,000 घंटों के बाद 300 डिग्री और 0.001 एटीएम O2 पर तापमान के साथ ऑक्सीजन का सुरक्षित आंशिक दबाव तेजी से घटता है। 350 डिग्री और 0.001 एटीएम के समान O2 दबाव पर गहराई 20-35 µm तक बढ़ जाती है, जो अनुमेय सीमा से ऊपर है। 300 C और 0.002 एटीएम O2 पर गहराई 15{32}}25 um है, जो फिर से सीमा से परे है। कम तापमान पर ऑक्सीजन सहनशीलता अधिक होती है, 10,000 घंटे की गहराई 250 डिग्री पर केवल 5-10 µm और 0.005 एटीएम O2 होती है। 10,000 घंटे से कम के एक्सपोज़र समय के लिए उच्च ऑक्सीजन स्तर स्वीकार्य हो सकता है। 300 डिग्री पर 1000 घंटे के एक्सपोज़र के दौरान अधिकतम सुरक्षित ऑक्सीजन आंशिक दबाव 5-10 माइक्रोमीटर की अल्फा-केस गहराई के साथ 0.005 एटीएम (0.5% ऑक्सीजन) तक चढ़ जाता है।

नाइट्रोजन कंबल ऑक्सीजन आंशिक दबाव नियंत्रण गाइड

निम्न तालिका आवश्यक सेवा जीवन और अनुमेय अल्फ़ा {{1} केस गहराई के आधार पर 300 डिग्री पर यूटेक्टिक नमक स्नान में टाइटेनियम विसर्जन हीटर पर नाइट्रोजन कंबल में ऑक्सीजन के अधिकतम अनुमेय आंशिक दबाव के लिए सिफारिशें प्रस्तुत करती है।

वांछित सेवा जीवन (घंटे) अधिकतम स्वीकार्य अल्फा {{0} केस गहराई (माइक्रोन) अधिकतम सुरक्षित ऑक्सीजन आंशिक दबाव (एटीएम) समतुल्य ऑक्सीजन एकाग्रता (%) अनुशंसित नाइट्रोजन शुद्धता 5, 000 10 0.002 0.2% 99.8% 10, 000 10 0.001 0.1% 99.9% 20, 000 15 0.0005 0.05% 99.95% 50, 000 20 0.0002 0.02% 99.98% 100,000 25 0.0001 0.01% 99.99%
ऑक्सीजन नियंत्रण के आंशिक दबाव से परे इंजीनियरिंग

टाइटेनियम का ग्रेड अल्फ़ा केस उत्पादन की गतिकी को प्रभावित करता है। ग्रेड 7, समान ऑक्सीजन आंशिक दबाव के लिए अल्फा- मामले में ग्रेड 2 के समान व्यवहार करता है क्योंकि पैलेडियम ऑक्सीजन प्रसार में महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं करता है। दीवार की मोटाई सामग्री भत्ता प्रदान करती है। उदाहरण के लिए, 20 µm की अल्फ़ा{8}}केस गहराई वाली 2.0 मिमी की दीवार में 1.98 मिमी तन्य कोर है जो स्वीकार्य है, लेकिन समान अल्फ़ा{12}}केस वाली 1.0 मिमी की दीवार में केवल 0.98 मिमी तन्य कोर है जो सीमांत हो सकता है। 0.1% सीमा से नीचे सुरक्षा मार्जिन प्रदान करने के लिए 0.05% ऑक्सीजन (0.0005 एटीएम) पर अलार्म सेट ऑक्सीजन विश्लेषक का उपयोग करके नाइट्रोजन कंबल की निरंतर निगरानी बनाए रखी जानी चाहिए। नमक स्नान रसायन अल्फ़ा केस वृद्धि को भी प्रभावित कर सकता है; नमक में क्लोराइड की अशुद्धियाँ ऑक्सीजन परिवहन की दर को बढ़ा देती हैं।

सूचित विशिष्टता.

नाइट्रोजन कंबल के साथ यूटेक्टिक नमक स्नान में 300 डिग्री सेल्सियस पर टाइटेनियम विसर्जन हीटर के लिए, 10,000 घंटे के जीवन के लिए 0.001 एटीएम (0.1 प्रतिशत ऑक्सीजन) का अधिकतम ऑक्सीजन आंशिक दबाव निर्दिष्ट करें। नाइट्रोजन कंबल में ऑक्सीजन की निगरानी 0.05% ऑक्सीजन पर अलार्म के साथ निरंतर होनी चाहिए और यदि ऑक्सीजन 0.2% से अधिक है तो हीटर को काटने के लिए एक इंटरलॉक होना चाहिए। सूखापन सुनिश्चित करने के लिए 99.9% न्यूनतम शुद्धता, ओस बिंदु -60 डिग्री से नीचे नाइट्रोजन निर्दिष्ट करें। 20,000 घंटे से अधिक लंबी सेवा जीवन के लिए 99.95% नाइट्रोजन (0.05%O₂) निर्दिष्ट करें या ऑक्सीजन गेटर सिस्टम स्थापित करें। कमीशनिंग के दौरान हीटर की सतह पर ऑक्सीजन के स्तर की जांच करना महत्वपूर्ण है, न कि केवल गैस आपूर्ति इनलेट पर, क्योंकि हवा सील के माध्यम से प्रवेश कर सकती है। उच्च तापमान नमक स्नान सेवा में अल्फा-केस की त्वरित वृद्धि और टाइटेनियम हीटरों के विघटन को रोकने के लिए, इंजीनियर ऑक्सीजन आंशिक दबाव को 0.001 एटीएम से कम पर नियंत्रित करता है।