বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের অক্সিডেশন প্রতিরোধ ক্ষমতা কখন হ্রাস পায়?
উত্তপ্ত তাপমাত্রা ক্রিটিক্যাল থ্রেশহোল্ডের বাইরে
বিশুদ্ধ টাইটানিয়াম 400 ডিগ্রির নিচে তাপমাত্রায় ভাল অক্সিডেশন প্রতিরোধের প্রদর্শন করে, কারণ পৃষ্ঠের TiO₂ ফিল্মটি ঘন এবং অনুগত থাকে, কার্যকরভাবে আরও অক্সিজেন অনুপ্রবেশকে বাধা দেয়। যাইহোক, যখন তাপমাত্রা 400 ডিগ্রী অতিক্রম করে, বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের অক্সিডেশন আচরণ ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়:
400-600 ডিগ্রীতে: TiO₂ ফিল্ম পুরুত্বে দ্রুত বাড়তে শুরু করে এবং এর গঠন একটি ঘন, প্রতিরক্ষামূলক রুটাইল ফেজ থেকে স্থানীয় অঞ্চলে আরও ছিদ্রযুক্ত অ্যানাটেস বা ব্রুকাইট পর্যায়ে রূপান্তরিত হয়। এদিকে, অক্সাইড ফিল্মের নিচে একটি ভঙ্গুর অক্সিজেন-সমৃদ্ধ স্তর তৈরি করে, টাইটানিয়াম ম্যাট্রিক্সে অল্প পরিমাণে আন্তঃস্থায়ী অক্সিজেন পরমাণু ছড়িয়ে পড়ে, যা ফিল্মের বাধা প্রভাব হ্রাস করার সময় ধাতব কাঠামোগত অখণ্ডতাকে দুর্বল করে।
600 ডিগ্রির উপরে: জারণ প্রক্রিয়া একটি "প্যারাবলিক-থেকে-রৈখিক" রূপান্তর পর্যায়ে প্রবেশ করে। TiO₂ ফিল্মটি সম্পূর্ণরূপে তার প্রতিরক্ষামূলক বৈশিষ্ট্য হারায় তাপীয় চাপের কারণে তীব্র ক্র্যাকিং এবং স্প্যালিং (অক্সাইড ফিল্ম এবং টাইটানিয়াম সাবস্ট্রেটের মধ্যে তাপ সম্প্রসারণ সহগগুলির অমিল থেকে উদ্ভূত)। অক্সিজেন একটি ত্বরিত হারে ম্যাট্রিক্সে প্রবেশ করে, এবং নিম্ন-আঠালো অক্সাইড স্তরগুলির গঠন (যেমন সাব-সারফেস জোনে Ti₂O₃ এবং TiO) বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের বিপর্যয়কর অক্সিডেশনের দিকে নিয়ে যায়, যার সাথে অক্সিডেশনের হার বৃদ্ধি পায়।
নির্দিষ্ট ক্ষয়কারী গ্যাসের অমেধ্য সহ উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবেশ
এমনকি যদি তাপমাত্রা নামমাত্র "নিরাপদ সীমা" (400 ডিগ্রির নীচে) এর মধ্যে থাকে তবে নির্দিষ্ট ক্ষয়কারী গ্যাসের অমেধ্যের উপস্থিতি বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের অক্সিডেশন প্রতিরোধকে মারাত্মকভাবে হ্রাস করবে:
ক্লোরিন-যুক্ত গ্যাস (যেমন, Cl₂, HCl বাষ্প): ক্লোরাইড আয়ন টাইটানিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করে উদ্বায়ী টাইটানিয়াম ক্লোরাইড তৈরি করে (যেমন, TiCl₄) মাইক্রোক্র্যাক বা শস্যের সীমানার মাধ্যমে TiO₂ ফিল্মে প্রবেশ করতে পারে। এই "সক্রিয় ক্ষয়" প্রক্রিয়াটি প্যাসিভ ফিল্মের ধারাবাহিকতাকে ধ্বংস করে এবং এটির স্ব-নিরাময়কে বাধা দেয়, যা মাঝারি তাপমাত্রায়ও স্থানীয়করণ বা অভিন্ন ক্ষয় হতে পারে।
সালফার-যুক্ত গ্যাস (যেমন, SO₂, H₂S): 300 ডিগ্রির উপরে তাপমাত্রায়, সালফার পরমাণুগুলি টাইটানিয়াম ম্যাট্রিক্সে ছড়িয়ে পড়তে পারে, শস্যের সীমানায় ভঙ্গুর টাইটানিয়াম সালফাইড (যেমন, TiS, TiS₂) গঠন করে। এই সালফাইডগুলি শুধুমাত্র ধাতুর নমনীয়তা কমায় না কিন্তু TiO₂ ফিল্মের অখণ্ডতাকে ব্যাহত করে, এটি অক্সিজেন আক্রমণের জন্য আরও সংবেদনশীল করে তোলে এবং জারণ ত্বরান্বিত করে।
উচ্চ তাপমাত্রায় নাইট্রোজেন-সমৃদ্ধ বায়ুমণ্ডল: 500 ডিগ্রির উপরে, নাইট্রোজেন টাইটানিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করে পৃষ্ঠে এবং ম্যাট্রিক্সের মধ্যে শক্ত এবং ভঙ্গুর টাইটানিয়াম নাইট্রাইড (TiN) গঠন করে। টিআইএন-এর কিছুটা জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকলেও, এর গঠন অক্সাইড ফিল্মে অভ্যন্তরীণ চাপ সৃষ্টি করে, যা ক্র্যাক করে এবং অক্সিজেনের জন্য চ্যানেল তৈরি করে যাতে অন্তর্নিহিত ধাতু আরও অনুপ্রবেশ করে।
চক্রীয় তাপ লোডিং শর্ত
বারবার গরম করা এবং শীতল করার চক্র (যেমন, শিল্প চুল্লি বা মহাকাশ ইঞ্জিনের উপাদানগুলিতে যা ঘন ঘন স্টার্ট-অপারেশন বন্ধ করে) বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের অক্সিডেশন প্রতিরোধের সাথে মারাত্মকভাবে আপস করে:
TiO₂ ফিল্ম এবং টাইটানিয়াম সাবস্ট্রেটের তাপীয় প্রসারণ এবং সংকোচন চক্রীয় চাপ সৃষ্টি করে, যার ফলে অক্সাইড স্তরে মাইক্রোক্র্যাক এবং ডিলামিনেশন তৈরি হয়।
ফিল্মটি সম্পূর্ণরূপে স্ব-নিরাময় করার আগে প্রতিটি তাপচক্র তাজা টাইটানিয়াম ধাতুকে অক্সিডাইজিং বায়ুমণ্ডলে উন্মুক্ত করে দেয়, যার ফলে ক্রমবর্ধমান অক্সিডেশন ক্ষতি হয় এবং সময়ের সাথে সাথে ফিল্মের সুরক্ষা ক্ষমতা ধীরে ধীরে হ্রাস পায়।
গলিত লবণের উপস্থিতি বা কম{0}}গলানোর-বিন্দু ধাতব দূষক
গলিত লবণযুক্ত পরিবেশে (যেমন, NaCl, Na₂SO₄ উচ্চ-তাপমাত্রা শিল্প প্রক্রিয়ায়) বা নিম্ন-গলানোর-বিন্দু ধাতু (যেমন, অ্যালুমিনিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম, সীসা), বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের অক্সিডেশন প্রতিরোধের উল্লেখযোগ্যভাবে ক্ষতিগ্রস্থ হয়:
গলিত লবণ ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে কাজ করতে পারে, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ক্ষয়কে প্ররোচিত করে যা TiO₂ ফিল্মকে ভেঙে দেয়, পাশাপাশি কম{0}}গলানোর-বিন্দু টাইটানিয়াম যৌগ গঠনের সুবিধা দেয় যা ফিল্ম ব্যর্থতাকে ত্বরান্বিত করে।
নিম্ন-গলানোর-বিন্দু ধাতুগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় টাইটানিয়াম ম্যাট্রিক্সে ছড়িয়ে পড়তে পারে, ইউটেটিক অ্যালয়েস তৈরি করে এবং আন্তঃগ্রানুলার ব্লিটমেন্ট সৃষ্টি করে, যা ধাতুর কাঠামোগত স্থায়িত্বকে দুর্বল করে এবং অক্সিডেশনের সময় অক্সাইড ফিল্মকে ক্র্যাক করার প্রবণ করে তোলে।
