টাইটানিয়াম গ্রেড 4 এবং গ্রেড 2 এর মধ্যে জারা প্রতিরোধের তুলনা
টাইটানিয়াম গ্রেড 2 (বাণিজ্যিকভাবে বিশুদ্ধ টাইটানিয়াম, CP Ti গ্রেড 2) এবং টাইটানিয়াম গ্রেড 4 (CP Ti গ্রেড 4) উভয়ই ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত টাইটানিয়াম গ্রেড ছাড়াই, কিন্তু তাদের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা সূক্ষ্ম কিন্তু সমালোচনামূলক উপায়ে পৃথক হয় কারণ অপরিষ্কার বিষয়বস্তুর তারতম্যের কারণে, অক্সিজেন এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য, যান্ত্রিকতা এবং পরিবেশে প্রভাব ফেলে। অভিযোজনযোগ্যতা নীচে তাদের জারা কর্মক্ষমতা একটি বিশদ বিশ্লেষণ আছে:
1. বাণিজ্যিকভাবে বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের মৌলিক জারা প্রক্রিয়া
সমস্ত বাণিজ্যিকভাবে বিশুদ্ধ টাইটানিয়াম গ্রেড a এর উপর নির্ভর করেস্বতঃস্ফূর্তভাবে গঠিত, ঘন, এবং স্ব-নিরাময়কারী টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (TiO₂) প্যাসিভ ফিল্মজারা সুরক্ষার জন্য। এই অক্সাইড স্তরটি ছিদ্রহীন, রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয়, এবং অক্সিডাইজিং পরিবেশে ক্ষতিগ্রস্ত হলে দ্রুত নিজেকে মেরামত করতে পারে, যা বেশিরভাগ শিল্প ও প্রাকৃতিক মিডিয়া জুড়ে টাইটানিয়ামের ব্যতিক্রমী জারা প্রতিরোধের মূল গঠন করে। গ্রেড 2 এবং গ্রেড 4 এর মধ্যে পার্থক্যগুলি এই প্যাসিভ ফিল্মের স্থায়িত্ব এবং উপাদানটির মাইক্রোস্ট্রাকচারাল অখণ্ডতার উপর অন্তর্বর্তী উপাদানগুলির (অক্সিজেন, নাইট্রোজেন, কার্বন, হাইড্রোজেন) প্রভাব থেকে উদ্ভূত হয়।
2. সাধারণ পরিবেশে জারা প্রতিরোধ
(1) সাধারণ অক্সিডাইজিং এবং নিরপেক্ষ মিডিয়া
অক্সিডাইজিং অ্যাসিডগুলিতে (যেমন, পাতলা নাইট্রিক অ্যাসিড, ক্রোমিক অ্যাসিড), নিরপেক্ষ ইলেক্ট্রোলাইটস (যেমন, সমুদ্রের জল, মিঠা জল), এবং বায়ুমণ্ডলীয় পরিস্থিতিতে,গ্রেড 2 এবং গ্রেড 4 উভয়ই চমৎকার জারা প্রতিরোধের প্রদর্শন করে, পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় সাধারণত 0.025 মিমি/বছর (1 mpy) এর নিচে জারা হার সহ। তাদের প্যাসিভ ফিল্মগুলি এই পরিবেশে স্থিতিশীল থাকে এবং সাধারণ অপারেটিং অবস্থার অধীনে কোনও গ্রেড উল্লেখযোগ্য পিটিং, ফাটল ক্ষয় বা সাধারণ ক্ষয় দেখায় না।
অক্সাইড ফিল্মের ঘনত্বের মধ্যে সামান্য পার্থক্য রয়েছে: গ্রেড 4-এ অক্সিজেনের পরিমাণ বেশি (0.18–0.25 wt% বনাম. 0.12–0.18 wt% গ্রেড 2 এর জন্য)। উচ্চতর অক্সিজেন ঘনত্ব TiO₂ স্তরের কম্প্যাক্টনেস বাড়ায়, যা গ্রেড 4-এর প্যাসিভ ফিল্মকে দুর্বলভাবে আক্রমনাত্মক অক্সিডাইজিং মিডিয়াতে ক্ষুদ্র যান্ত্রিক ঘর্ষণ বা রাসায়নিক বিক্ষিপ্ততার বিরুদ্ধে আরও বেশি প্রতিরোধী করে তোলে (যেমন, ট্রেস ক্লোরাইড আয়ন দিয়ে নাইট্রিক অ্যাসিড পাতলা করা)। যাইহোক, বেশিরভাগ স্ট্যান্ডার্ড অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে এই সুবিধাটি নগণ্য।
(2) অ্যাসিড পরিবেশ হ্রাস
অ্যাসিড হ্রাস করার ক্ষেত্রে (যেমন, হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড, সালফিউরিক অ্যাসিড, ফসফরিক অ্যাসিড) যেখানে প্যাসিভ ফিল্মটি ভাঙ্গনের প্রবণতা রয়েছে (টিআইও₂ স্থিতিশীলতা বজায় রাখার জন্য পর্যাপ্ত অক্সিডাইজিং এজেন্টের অভাবের কারণে),গ্রেড 2 জারা প্রতিরোধে গ্রেড 4 কে ছাড়িয়ে গেছে. গ্রেড 2 (বিশেষ করে অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেন) এর নিম্ন আন্তঃস্থায়ী অপরিষ্কার উপাদান টাইটানিয়াম ম্যাট্রিক্সে জালির বিকৃতি হ্রাস করে, যার ফলে অক্সিডাইজিং অ্যাসিডিক অবস্থায় আরও ভাল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল স্থিতিশীলতা তৈরি হয়।
উদাহরণস্বরূপ, 25 ডিগ্রিতে 5% HCl-এ, গ্রেড 2-এর ক্ষয় হার প্রায় 0.05 মিমি/বছর, যখন গ্রেড 4-এর হার 0.08-0.10 মিমি/বছরে বেড়ে যায়; ঘরের তাপমাত্রায় 10% H₂SO₄ এ, গ্রেড 2 ন্যূনতম ক্ষয় সহ নিষ্ক্রিয় থাকে, যেখানে গ্রেড 4 বর্ধিত এক্সপোজারে দৃশ্যমান পৃষ্ঠের বিবর্ণতা সহ সামান্য সাধারণ ক্ষয় অনুভব করতে পারে। এর কারণ হল গ্রেড 4-এর উচ্চতর ইন্টারস্টিশিয়াল উপাদান উপাদানের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়াকে বাড়িয়ে তোলে, হাইড্রোজেন বিবর্তনকে ত্বরান্বিত করে এবং পরিবেশকে হ্রাস করার ক্ষেত্রে ম্যাট্রিক্স দ্রবীভূত করে।
(৩) ক্লোরাইড-পরিবেশ ধারণ করে (পিটিং এবং ফাটল ক্ষয়)
ক্লোরাইড-সমৃদ্ধ মিডিয়াতে (যেমন, সামুদ্রিক জল, ব্রীন, উচ্চ ক্ল⁻ ঘনত্ব সহ শিল্প বর্জ্য), পিটিং এবং ফাটল ক্ষয় হল টাইটানিয়ামের মূল ব্যর্থতা মোড।গ্রেড 2-এ গ্রেড 4-এর তুলনায় স্থানীয় ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা কিছুটা ভালোউচ্চ-তাপমাত্রায়, উচ্চ-ক্লোরাইড পরিবেশে।
ক্রিটিকাল পিটিং টেম্পারেচার (সিপিটি) এবং ক্রিটিক্যাল ক্রাইভস টেম্পারেচার (সিসিটি) এখানে মূল মেট্রিক্স:
গ্রেড 2-এর 3.5% NaCl দ্রবণে ~80–85 ডিগ্রির সিসিটি রয়েছে, যেখানে গ্রেড 4-এর সিসিটি ~75–80 ডিগ্রি;
বায়ুমণ্ডলীয় চাপে 10% NaCl-এ, গ্রেড 2-এর CPT 100 ডিগ্রি ছাড়িয়ে যায়, যেখানে গ্রেড 4-এর CPT প্রায় 95 ডিগ্রি।
গ্রেড 4-এ উচ্চতর অক্সিজেন উপাদান মাইক্রোস্ট্রাকচারাল ত্রুটির সংখ্যা বৃদ্ধি করে (যেমন, স্থানচ্যুতি, আন্তঃস্থায়ী ক্লাস্টার), যা ক্লোরাইড আয়ন দ্বারা প্যাসিভ ফিল্ম স্থানীয়ভাবে ক্ষতিগ্রস্ত হলে পিটিং করার জন্য সূচনাস্থল হিসাবে কাজ করে। যাইহোক, উভয় গ্রেড এখনও ক্লোরাইড পরিবেশে বেশিরভাগ স্টেইনলেস স্টিলকে ছাড়িয়ে যায়-তাদের স্থানীয় ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা 80 ডিগ্রির নিচে তাপমাত্রায় সামুদ্রিক, তেলক্ষেত্র এবং রাসায়নিক প্রক্রিয়াকরণ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য দুর্দান্ত থাকে।
(4) উচ্চ-তাপমাত্রা এবং উচ্চ-চাপ পরিবেশ
অক্সিডাইজিং বা নিরপেক্ষ মিডিয়া (যেমন, উচ্চ-চাপের বাষ্প, গরম নাইট্রিক অ্যাসিড) সহ উন্নত-তাপমাত্রার পরিবেশে (150-300 ডিগ্রি)গ্রেড 4 গ্রেড 2 থেকে উচ্চতর জারা প্রতিরোধের দেখায়. গ্রেড 4-এ উচ্চতর অক্সিজেন সামগ্রী TiO₂ প্যাসিভ ফিল্মের তাপীয় স্থিতিশীলতা বাড়ায়, তাপীয় সাইক্লিং বা উচ্চ-চাপের পরিস্থিতিতে ফিল্ম ক্র্যাকিং বা স্প্যালিং প্রতিরোধ করে। উদাহরণস্বরূপ, 200 ডিগ্রিতে, 98% ঘনীভূত নাইট্রিক অ্যাসিড (পারমাণবিক পুনঃপ্রক্রিয়াকরণের একটি সাধারণ মাধ্যম), গ্রেড 4 একটি ক্ষয় হার বজায় রাখে<0.01 mm/year, while Grade 2 may experience slight film thickening and a marginally higher corrosion rate (~0.015 mm/year) over long-term exposure. Additionally, Grade 4's better creep resistance at high temperatures reduces stress-corrosion cracking (SCC) risk in corrosive, high-stress environments, whereas Grade 2 is more prone to SCC under combined high temperature, corrosion, and tensile stress.
3. বিশেষ জারা পরিস্থিতি
(1) হাইড্রোজেন এমব্রিটলমেন্ট রেজিস্ট্যান্স
হাইড্রোজেন-সমৃদ্ধ পরিবেশে (যেমন, ক্যাথোডিক সুরক্ষা ব্যবস্থা, উচ্চ-তাপমাত্রা জল, অ্যাসিড হ্রাস), টাইটানিয়াম হাইড্রোজেন শোষণ করে, যার ফলে ক্ষত সৃষ্টি হয়।গ্রেড 2-এ গ্রেড 4-এর চেয়ে ভাল হাইড্রোজেন ক্ষত প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছেকারণ এর নিম্ন ইন্টারস্টিশিয়াল বিষয়বস্তু ম্যাট্রিক্সে হাইড্রোজেন ডিফিউশন রেট কমিয়ে দেয়। গ্রেড 4 এর ঘন জালি (উচ্চতর অক্সিজেনের কারণে) দ্রুত হাইড্রোজেন প্রবেশের অনুমতি দেয়, দীর্ঘ-মেয়াদী হাইড্রোজেন-উন্মুক্ত অবস্থায় হাইড্রাইড গঠন এবং ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারের ঝুঁকি বাড়ায়।
(2) ক্ষারীয় পরিবেশ
In strong alkaline media (e.g., NaOH, KOH solutions), both grades display good corrosion resistance, as the TiO₂ film reacts to form soluble titanates only at very high concentrations (>50% NaOH) and temperatures (>100 ডিগ্রি)। এই ধরনের চরম ক্ষারীয় পরিস্থিতিতে,গ্রেড 2 এর ক্ষয়ের হার কিছুটা কমগ্রেড 4 এর চেয়ে, তবে পার্থক্যটি ন্যূনতম এবং খুব কমই ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে প্রভাবিত করে।
4. জারা পারফরম্যান্স ট্রেড-অফের সারাংশ
| জারা পরিবেশ | গ্রেড 2 সুবিধা | গ্রেড 4 সুবিধা |
|---|---|---|
| কমানো অ্যাসিড (HCl, H₂SO₄) | নিম্ন সাধারণ জারা হার, ভাল স্থিতিশীলতা | কোনোটিই নয় |
| ক্লোরাইড মিডিয়া (স্থানীয় জারা) | উচ্চতর সিসিটি/সিপিটি, পিটিং/ফাটলের ঝুঁকি হ্রাস | কোনোটিই নয় |
| হাইড্রোজেন-যুক্ত পরিবেশ | নিম্ন হাইড্রোজেন প্রসারণ, ভাল ক্ষত প্রতিরোধ | কোনোটিই নয় |
| উচ্চ-তাপমাত্রা অক্সিডাইজিং মিডিয়া (গরম নাইট্রিক অ্যাসিড, বাষ্প) | কোনোটিই নয় | আরো স্থিতিশীল প্যাসিভ ফিল্ম, ক্ষয়ের ঝুঁকি কম- |
| সাধারণ পরিবেষ্টিত/নিরপেক্ষ মিডিয়া | গ্রেড 4 এর সমতুল্য | গ্রেড 2 এর সমতুল্য |
উপসংহারে, গ্রেড 2 হল অ্যাসিড, ক্লোরাইড-সমৃদ্ধ পরিবেশে কঠোর স্থানীয় ক্ষয়ের প্রয়োজনীয়তা এবং হাইড্রোজেন-উন্মোচিত পরিস্থিতি হ্রাস করার জন্য অ্যাপ্লিকেশনের পছন্দের পছন্দ। গ্রেড 4 উচ্চ-তাপমাত্রা অক্সিডাইজিং বা উচ্চ-স্ট্রেস ক্ষয়কারী পরিবেশের জন্য আরও উপযুক্ত, যেখানে এটির তাপগতভাবে স্থিতিশীল প্যাসিভ ফিল্ম এবং উন্নত যান্ত্রিক শক্তি (গ্রহণযোগ্য ক্ষয় প্রতিরোধের সাথে যুক্ত) একটি ভাল সামগ্রিক কর্মক্ষমতা ভারসাম্য প্রদান করে।
