नाइट्रिक एसिड एक दृढ़ता से ऑक्सीकरण करने वाला वातावरण है जहां टाइटेनियम व्यापक संभावित सीमा पर उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदर्शित करता है। निष्क्रिय फिल्म लगभग 0V से 1.8V बनाम SCE तक स्थिर रहती है। हालाँकि, ट्यूब खींचने, झुकने, या वेल्डिंग के दौरान अवशिष्ट स्नेहक, शीतलक, या मार्किंग स्याही से उत्पन्न होने वाला सतह कार्बन संदूषण {{6}इस निष्क्रियता सीमा को नाटकीय रूप से कम कर देता है। कार्बोनेसियस अवशेष ऊंचे तापमान पर विघटित होते हैं, जिससे टाइटेनियम की सतह पर स्थानीयकृत कम करने वाली स्थितियां बनती हैं। ये कम हुए क्षेत्र TiO₂ निष्क्रिय फिल्म को बनाए नहीं रख सकते हैं, जिससे स्थानीय क्षमता सक्रिय संक्षारण शासन में स्थानांतरित हो जाती है। परिणाम त्वरित आक्रमण है, जो आम तौर पर संदूषण पैटर्न के अनुरूप अलग-अलग नक्काशीदार बैंड या गड्ढे वाले क्षेत्रों के रूप में प्रकट होता है। इस तंत्र को समझना नाइट्रिक एसिड सेवा के लिए आवश्यक है जहां हीटर की विश्वसनीयता एक साफ, समान रूप से निष्क्रिय सतह पर निर्भर करती है।

कार्बन का तंत्र-प्रेरित निष्क्रियता टूटना

विनिर्माण स्नेहक में आमतौर पर हाइड्रोकार्बन, क्लोरीनयुक्त पैराफिन, फैटी एसिड और अत्यधिक दबाव वाले योजक होते हैं। सामान्य संचालन के दौरान, इन यौगिकों की पतली फिल्में घटने के बाद भी टाइटेनियम की सतह पर बनी रहती हैं। जब हीटर को गर्म नाइट्रिक एसिड (उदाहरण के लिए, 80-100 डिग्री पर 40-65% HNO₃) में डुबोया जाता है, तो दो प्रभाव होते हैं। सबसे पहले, नाइट्रिक एसिड कार्बन अवशेषों को ऑक्सीकरण करता है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड और पानी बनता है। हालाँकि, स्थानीय क्षेत्रों में जहां कार्बन गाढ़ा होता है, आंशिक ऑक्सीकरण से कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बनिक अम्ल उत्पन्न होते हैं। ये उत्पाद स्थानीय रूप से नाइट्रिक एसिड का उपभोग करते हैं और ऑक्सीकरण क्षमता को कम करते हैं। दूसरा, कार्बन का एक्ज़ोथिर्मिक ऑक्सीकरण स्थानीय सतह के तापमान को बढ़ाता है, जिससे नाइट्रिक एसिड का नाइट्रोजन ऑक्साइड में अपघटन तेज हो जाता है। कम स्थानीय ऑक्सीकरण शक्ति और ऊंचे तापमान का संयोजन एक सूक्ष्म वातावरण बनाता है जहां टाइटेनियम सतह की क्षमता निष्क्रियता सीमा (लगभग 0.2V बनाम SCE) से नीचे गिर जाती है। सक्रिय संक्षारण इन कार्बन प्रदूषित स्थलों पर शुरू होता है, जिससे गड्ढे या खाइयाँ बनती हैं।

कार्बन संदूषण से निष्क्रियता सीमा में मात्रात्मक कमी

85 डिग्री पर 50% एचएनओ₃ में नियंत्रित इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण ने विभिन्न सतह कार्बन स्तरों के साथ ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए निम्नलिखित निष्क्रियता सीमाएं स्थापित की हैं:

साफ़ सतह (<0.1 mg/cm² carbon, properly degreased and acid pickled): Passivation range from 0.1V to >2.0V बनाम SCE। सभी व्यावहारिक संभावनाओं में संक्षारण दर प्रति वर्ष 0.01 मिमी से कम है। 1,000 घंटों के बाद कोई गड्ढा नहीं।

प्रकाश संदूषण (0.1-0.5 मिलीग्राम/सेमी² कार्बन, एकल घटते पास का विशिष्ट): पैसिवेशन रेंज घटाकर 0.2-1.6V बनाम SCE कर दी गई। 1.6V (सांद्र नाइट्रिक एसिड के लिए विशिष्ट) से ऊपर की क्षमता पर, कार्बन साइटों पर स्थानीयकृत टूटना शुरू हो जाता है। 500 घंटों के बाद 20-50 µm की गहराई।

मध्यम संदूषण (0.5-2.0 मिलीग्राम/सेमी² कार्बन, स्नेहक अवशेषों को खींचने से): पैसिवेशन रेंज को और घटाकर 0.3-1.2V बनाम SCE कर दिया गया। 1.2V से ऊपर, दूषित स्थलों पर सक्रिय संक्षारण होता है। कार्बन धब्बों पर संक्षारण दर प्रति वर्ष 0.5-1.0 मिमी। 500-1,000 घंटों के भीतर गड्ढा 1.0 मिमी की दीवार में प्रवेश कर जाता है।

Heavy contamination (>2.0 मिलीग्राम/सेमी² कार्बन, दृश्यमान धब्बे या उंगलियों के निशान): पैसिवेशन रेंज 0.4–0.8V बनाम SCE तक सीमित हो गई। विशिष्ट नाइट्रिक एसिड क्षमता (1.0-1.4V) पर, सतह दूषित क्षेत्रों में सक्रिय रूप से संक्षारण कर रही है। प्रति वर्ष 2 मिमी से अधिक की प्रवेश दर के साथ तेजी से स्थानीयकृत हमला।

नाइट्रिक एसिड सेवा के लिए कार्बन संदूषण नियंत्रण गाइड

निम्नलिखित तालिका नाइट्रिक एसिड सांद्रता और ऑपरेटिंग तापमान के आधार पर सफाई प्रक्रियाओं को निर्दिष्ट करने के लिए एक निर्णय रूपरेखा प्रदान करती है:

अकेले कार्बन हटाने से परे इंजीनियरिंग

कार्बन प्रेरित गड्ढा होने पर ट्यूब की दीवार की मोटाई एक सुरक्षा कारक प्रदान करती है। प्रकाश संदूषण वाली 1.5 मिमी की दीवार गड्ढे में घुसने से 1,000 घंटे पहले जीवित रह सकती है, जबकि 0.8 मिमी की दीवार 300 घंटों के भीतर विफल हो जाती है। बेस मेटल ग्रेड भी संवेदनशीलता को संशोधित करता है: ग्रेड 7 टाइटेनियम (0.15% पीडी) साफ सतहों पर एक व्यापक निष्क्रियता सीमा प्रदर्शित करता है लेकिन समान कार्बन प्रेरित संकुचन दिखाता है। इसलिए, पैलेडियम मिलाने से खराब सफाई की भरपाई नहीं होती है। सबसे कमजोर स्थान वेल्ड हीट प्रभावित क्षेत्र हैं जहां वेल्डिंग के दौरान ड्राइंग स्नेहक सतह पर बेक हो सकता है। स्टेनलेस स्टील वायर ब्रश (केवल टाइटेनियम के लिए समर्पित) के साथ वेल्ड की सफाई के बाद वेल्ड से कार्बन संदूषण हटा दिया जाता है। सफाई के बाद हैंडलिंग में फिंगरप्रिंट ऑयल, जिसमें कार्बन और क्लोराइड होते हैं, को रोकने के लिए साफ सूती दस्ताने का उपयोग करना चाहिए।

एक सूचित विशिष्टता बनाना

नाइट्रिक एसिड सेवा के लिए टाइटेनियम इलेक्ट्रिक हीटर निर्दिष्ट करते समय, खरीद विनिर्देश में सतह की सफाई की आवश्यकता शामिल करें। आवश्यक है कि सभी टाइटेनियम घटकों को क्षारीय रूप से कम किया जाए और उसके बाद एसिड अचार बनाया जाए (5 मिनट के लिए 20% HNO₃ + 2% HF, फिर अच्छी तरह से धोया जाए)। ऊंचे तापमान पर 70% से ऊपर केंद्रित नाइट्रिक एसिड के लिए, निर्दिष्ट करें कि आपूर्तिकर्ता एक निष्क्रियता सत्यापन परीक्षण करे: एक प्रतिनिधि कूपन को 24 घंटे के लिए ऑपरेटिंग तापमान पर इच्छित नाइट्रिक एसिड में डुबोएं, फिर किसी भी गड्ढे के लिए सूक्ष्मदर्शी से जांच करें। कमीशनिंग के दौरान, सिस्टम को 50 डिग्री पर 20% एचएनओ₃ से भरें और सभी सतहों को निष्क्रिय करने और किसी भी अवशिष्ट कार्बन को हटाने के लिए 2 घंटे तक प्रसारित करें। नाइट्रिक एसिड रंग की निगरानी करें; पीला मलिनकिरण कार्बन ऑक्सीकरण से नाइट्रोजन ऑक्साइड के निर्माण को इंगित करता है, जो अपर्याप्त सफाई का संकेत देता है। एक महत्वपूर्ण पैरामीटर के रूप में सतह कार्बन संदूषण को नियंत्रित करके, इंजीनियर यह सुनिश्चित करता है कि टाइटेनियम हीटर अपनी पूर्ण निष्क्रियता सीमा प्राप्त करता है और दृढ़ता से ऑक्सीकरण करने वाले नाइट्रिक एसिड वातावरण में विश्वसनीय सेवा प्रदान करता है।