چگونه یک خراش عمیق (0.1 میلی متر) روی سطح یک هیتر تیتانیوم به عنوان یک مکان ترجیحی برای ایجاد هسته در محیط برومید عمل می کند؟

یک مهندس فرآیند که قبل از نصب، بخاری غوطه‌وری تیتانیوم را برای آسیب‌دیدگی سطح بررسی می‌کند، ممکن است تصمیم بگیرد که یک خراش عمیق با عمق 0.1 میلی‌متر در مقایسه با ضخامت دیواره 1.5 میلی‌متری، هیچ نتیجه‌ای ندارد. با این حال، چنین خراشیدگی محل مناسبی برای ایجاد حفره در محیط‌های حاوی برمید است (مثلا محلول‌های برمید پتاسیم، مایعات تکمیلی برمید یا مواد شیمیایی بازدارنده آتش برومه{5}). خراش یک ناحیه محدود از فلز کار شده- سرد، کشش باقیمانده و لایه غیرفعال شکسته ایجاد می‌کند. یون‌های برومید (Br-) بزرگ‌تر و قطبش‌پذیرتر از یون‌های کلرید هستند و به‌شدت به سطوح تیتانیوم می‌چسبند و می‌توانند لایه غیرفعال را در محل‌های نقص بشکنند. هنگامی که یک گودال از خراش شروع می شود، به دلیل چگالی جریان بالا در پایین گودال (آند) در مقایسه با سطح غیرفعال اطراف (کاتد) نفوذ سریع رخ می دهد. یک خراش 0.1 میلی متری زمان سوراخ شدن سوراخ را به میزان 5 تا 20 در مقایسه با سطح خراشیده نشده در محلول های برمید در دماهای بالا کاهش می دهد.

مکانیسم ایجاد حفره در محلول های برومید توسط خراش
لایه غیرفعال TiO2 روی تیتانیوم معمولاً 2 تا 7 نانومتر ضخامت دارد. این فیلم غیرفعال به طور کامل توسط یک خراش عمیق 0.1 میلی متر از بین می رود و از فلز زیرین تغییر شکل می دهد. سه ویژگی از ناحیه خراشیده وجود دارد که به نفع حفره شدن است. اول، تیتانیوم در معرض در پایین خراش از نظر الکتروشیمیایی فعال است (بالقوه ~ 0.6- V در مقابل SCE) نسبت به فیلم غیرفعال اطراف (پتانسیل ~ +0.1 V در مقابل SCE)، و یک سلول گالوانیکی تولید می کند. ثانیاً، فلز سرد{9}} چگالی نابجایی و حجم مرزی بیشتری دارد، که به این معنی است که مکان‌های بیشتری برای جذب برمید وجود دارد. سوم، شکل خراش یک شکاف موضعی ایجاد می کند که یون های برمید می توانند در آن متمرکز شوند.

یون‌های برومید عوامل حفره‌دار تهاجمی‌تر از کلریدها برای تیتانیوم هستند، زیرا به دلیل شعاع یونی بیشترشان (1.96 Å برای Br- در مقابل . 1.81 Å برای Cl-) که امکان نفوذ سریع‌تر از طریق معایب در شبکه TiO2 را فراهم می‌کند. پتانسیل حفره‌ای بحرانی (Eb) تیتانیوم در محلول‌های برمید 0.2 تا 0.5 ولت کمتر از محلول‌های کلریدی با غلظت و دمای یکسان است.

کمی سازی اثر عمق خراش بر زمان شروع حفره
عمق خراش (mm) عرض خراش (mm) زمان شروع گودال (ساعت) در 1 M KBr در 80 درجه زمان تا سوراخ شدن (ساعت) (1.5 میلی متر دیوار) ضریب کاهش در مقایسه با بدون خش
هیچ (سطح صیقلی) - 500–1،000 2،000–4،000 1.0× (خط پایه)
0.02 (علامت نور) 0.1 200-400 1,000-2،000 2x 0.05 (خراش قابل مشاهده) 0.2 80-150 500-800 4x 0.10 (خراش عمیق) 0.3 30-60 200-400 8x 0.15 (برگ) 0.5 10-20 80-150 20x 0.20 (از طریق لایه غیرفعال به فلز)}}
یک خراش عمقی 0.1 میلی متر زمان شروع حفره را از 500 تا 1000 ساعت به 30 تا 60 ساعت کاهش می دهد-کاهش 10 تا 15 برابری{9}}و زمان کلی تا سوراخ شدن را از 2000 تا 4000 ساعت به 200 تا 400 ساعت در 80 مگا بایت درجه کاهش می دهد.

راهنمای مبتنی بر سناریو{0}}برای تحمل خراش رسانه برومید
شرایط سرویس برومید تحمل عمق خراش در صورت یافتن خراش چه باید کرد. زندگی مورد انتظار با خراش در مقابل بدون.
برمید رقیق (<0.1 M KBr) 40°C < 0.1 mmMonitor, no action needed 50% cut (OK still)
برماید، رقیق 60 درجه < 0.05 میلی‌متر اگر > 0.05 میلی‌متر کاهش 70 درصدی داشته باشد، خراش را پولیش دهید.
برمید غلیظ (1 M KBr)، 50 درجه 0.03 میلی متر خارج از سرویس. بازنویسی یا بهبود. کاهش 80 درصدی.
برمید غلیظ (KBr 1 M)، 80 درجه هیچ (هر گونه خراشیدگی حفره شدن را تسریع می کند) بخاری را رد کنید. با یک واحد{3}}رایگان جایگزین کنید. 90% کاهش (در عرض چند هفته از کار می‌افتد)
ترکیب کلرید + برمید (بدترین سناریو) اجباری بدون خش. نیاز به سطح برقی.95 درصد برش
ذخیره سازی برمید در دمای اتاق < 0.2 میلی متر خراش های جزئی خوب 30٪ کاهش (عمر چند ساله)
راه حل های مهندسی برای هیترهای تیتانیوم خراشیده در سرویس بروماید
در مواردی که به دلیل هزینه یا در دسترس بودن، یک هیتر تیتانیوم خراشیده برای استفاده در محیط های برومیدی مورد نیاز است، اقدامات کاهشی زیادی برای کاهش احتمال ایجاد حفره وجود دارد. بهترین راه کاهش، پولیش موضعی برای از بین بردن خراش است. خراش با کاغذ ساینده ریز (600-1200 گریت) صیقل داده می شود که لایه سرد-کار شده را از بین می برد و سطح غیرفعال را بازیابی می کند. پس از پولیش، ناحیه باید دوباره-با غوطه وری در اسید نیتریک 20 درصد در دمای 50 درجه به مدت 30 دقیقه، غیرفعال شود. کاهش دوم حفاظت کاتدی (CP) است. پتانسیل سطح هیتر تیتانیوم (با آند روی قربانی یا منبع تغذیه خارجی) را می توان با اعمال پتانسیل 0.8- ولت در مقابل SCE به زیر پتانسیل حفره شدن منتقل کرد که از تجزیه برمید حتی در محل های خراش جلوگیری می کند. سومین روش کاهش، افزودن یک عامل اکسید کننده (به عنوان مثال{16}} ppm Fe3+ یا 50 ppm پراکسید هیدروژن) به محلول برمید است که پتانسیل مدار باز را به ناحیه غیرفعال منتقل می‌کند و خراش‌ها را تسهیل می‌کند.

نتیجه‌گیری: خراش 1/0 میلی‌متری عمر حفره‌ای را به میزان 10-8 در محیط برمید کاهش می‌دهد.
یک خراش عمیق 0.1 میلی متری روی سطح هیتر تیتانیوم به عنوان یک مکان ترجیحی برای ایجاد هسته در محیط های حاوی برمید عمل می کند زیرا خراش لایه غیرفعال را حذف می کند، یک سلول گالوانیکی با سطح غیرفعال اطراف ایجاد می کند و شکافی برای غلظت یون برمید ایجاد می کند. در دماهای بالاتر در محلول‌های برمید غلیظ (1 M KBr، 80 درجه) یک خراش 0.1 میلی‌متری مدت زمان سوراخ شدن حفره‌ای را از 2000-4000 ساعت به 200-400 ساعت کاهش می‌دهد - ضریب 8-10. برای وظیفه مهم برمید، هر گونه خراش با عمق بیش از 0.05 میلی متر باید برای بخاری رد شود یا دوباره پرداخت شود. برای به دست آوردن مقاومت حفره‌ای مورد انتظار در هر کاربرد حاوی برمید، یک بخاری تیتانیوم باید با روکش سطحی پولیش‌شده (که خراش‌های کم عمق را از بین می‌برد) و دستورالعمل‌های جابجایی برای جلوگیری از خراشیدگی در هنگام نصب سفارش داده شود.