टाइटेनियम प्लेटों और टाइटेनियम छड़ों पर सतह दोष

सतही प्रतिक्रिया परत की प्रकृति

टाइटेनियम ऊंचे तापमान पर अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होता है, खासकर जब गर्म प्रसंस्करण, गर्मी उपचार या कास्टिंग के दौरान हवा के संपर्क में आता है। जब लगभग 590-620 डिग्री (1100-1150 डिग्री फारेनहाइट) से ऊपर गर्म किया जाता है, तो टाइटेनियम ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके एक भंगुर, ऑक्सीजन समृद्ध सतह परत बनाता है जिसे कहा जाता हैअल्फ़ा केस(या प्रतिक्रिया परत)। यह परत आम तौर पर 50-300 μm मोटी होती है और ऑक्सीजन और नाइट्रोजन जैसे अंतरालीय तत्वों से दूषित होती है, जो लचीलापन और थकान प्रतिरोध को काफी कम कर देती है। बिना हटाए गए अल्फ़ा केस थकान जीवन को 50% तक कम कर सकते हैं और इसलिए यह संरचनात्मक और थकान संबंधी महत्वपूर्ण घटकों के लिए एक गंभीर चिंता का विषय है।

प्राथमिक निष्कासन विधियाँ

बाद की मशीनिंग, वेल्डिंग या सेवा से पहले सतह प्रतिक्रिया परत को पूरी तरह से हटा दिया जाना चाहिए। उपचार विधियाँ तीन श्रेणियों में आती हैं: यांत्रिक विधियाँ, रासायनिक विधियाँ और विद्युत रासायनिक विधियाँ।

1. यांत्रिक विधियाँ

सैंडब्लास्टिंग (ग्रिट ब्लास्टिंग):सफेद कोरंडम का उपयोग आमतौर पर टाइटेनियम सतहों पर सैंडब्लास्टिंग के लिए किया जाता है। अत्यधिक गर्मी उत्पन्न होने से बचने के लिए ब्लास्टिंग दबाव को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए {{1}आम तौर पर 0.45 एमपीए से कम -। जब इंजेक्शन का दबाव बहुत अधिक होता है, तो टाइटेनियम की सतह पर अपघर्षक कणों का प्रभाव तीव्र चिंगारी पैदा करता है, जिससे स्थानीय तापमान में वृद्धि होती है जो सतह के साथ प्रतिक्रिया कर सकती है और द्वितीयक संदूषण पैदा कर सकती है। 15-30 सेकंड की सैंडब्लास्टिंग अवधि आमतौर पर चिपचिपी रेत, सतह की पापी परतों और आंशिक ऑक्साइड परतों को हटाने के लिए पर्याप्त होती है। हालाँकि, अकेले सैंडब्लास्टिंग प्रतिक्रिया परत को पूरी तरह से नहीं हटा सकता है; यह रासायनिक अचार बनाने से पहले एक पूर्व-उपचार चरण के रूप में कार्य करता है।

मशीनिंग और पीसना:किसी भी उभरे हुए क्षेत्र को खत्म करने के लिए अल्फा केस परत और उसके नीचे बेस मेटल की नियंत्रित गहराई को हटाने के लिए आमतौर पर सटीक पीसने या मोड़ने का उपयोग किया जाता है। प्रभावित परत का पूर्ण उन्मूलन सुनिश्चित करने के लिए विशिष्टताएँ अक्सर न्यूनतम निष्कासन गहराई निर्धारित करती हैं। हालाँकि, पीसने को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए। अत्यधिक दबाव से गर्मी उत्पन्न होती है जो अल्फा केस की एक नई परत बना सकती है। पीसने की प्रक्रिया अपेक्षाकृत धीमी होती है और सामग्री को संकीर्ण पट्टियों में हटा देती है, जिसके लिए अक्सर पूरी सतह पर कई बार गुजरने की आवश्यकता होती है।

2. रासायनिक विधियाँ

अचार बनाना (एसिड नक़्क़ाशी):सतह को अन्य तत्वों से दूषित किए बिना सतह की प्रतिक्रिया परत को पूरी तरह से हटाने के लिए अचार बनाना सबसे तेज़ और प्रभावी तरीका है। आमतौर पर दो एसिड सिस्टम का उपयोग किया जाता है:

एचएफ-एचएनओ₃ प्रणाली:यह पसंदीदा अचार बनाने का उपाय है। एचएफ सांद्रता आमतौर पर 3-5% है, और एचएनओ₃ एकाग्रता 15-30% है। HNO₃ अत्यधिक टाइटेनियम विघटन और हाइड्रोजन अवशोषण को रोकने के लिए एक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है, साथ ही एक चमकदार सतह खत्म भी करता है। इस प्रणाली में एचएफ-एचसीएल समाधानों की तुलना में हाइड्रोजन अवशोषण क्षमता कम है, जो इसे सामग्री के लिए सुरक्षित बनाती है।

एचएफ-एचसीएल प्रणाली:अचार बनाने के लिए प्रभावी होते हुए भी, इस प्रणाली में बड़ी हाइड्रोजन अवशोषण क्षमता होती है, जिससे हाइड्रोजन भंगुरता हो सकती है, जो टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए एक गंभीर चिंता का विषय है। इसलिए, महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में इसका उपयोग आमतौर पर कम होता है।

एसिड अनुपात महत्वपूर्ण है: मिश्र धातु के प्रकार के आधार पर, हाइड्रोजन पिकअप को कम करने के लिए समाधानों को आम तौर पर एचएनओ₃ से एचएफ (स्टॉक एसिड के रूप में) के 5: 1 से 10: 1 मात्रा प्रतिशत अनुपात पर बनाए रखा जाता है। सैंडब्लास्टिंग के बाद, अचार बनाने से टाइटेनियम प्लेटों और छड़ों की शेष सतह प्रतिक्रिया परत को पूरी तरह से हटाया जा सकता है।

रासायनिक मिलिंग:रासायनिक मिलिंग का उपयोग समान स्टॉक हटाने, फोर्जिंग पर अल्फा केस हटाने और सतह शोधन के लिए किया जाता है जहां मशीनिंग संभव नहीं है। इस प्रक्रिया में भागों को कड़ाई से नियंत्रित नक़्क़ाशी दर, समय, तापमान और एकाग्रता के साथ नियंत्रित रासायनिक नक़्क़ाशी में डुबोना शामिल है। नक़्क़ाशी के बाद, अधिक नक़्क़ाशी या गड्ढे को रोकने के लिए भागों को निष्प्रभावी और धुलाई से गुजरना पड़ता है। यह विधि जटिल ज्यामिति वाले एयरोस्पेस घटकों के लिए विशेष रूप से मूल्यवान है।

रासायनिक पॉलिशिंग:विशिष्ट अनुपात में HF और HNO₃ के मिश्रण का उपयोग रासायनिक पॉलिशिंग के लिए किया जा सकता है। एचएफ टाइटेनियम धातु को घोलने और सतह को समतल करने के लिए एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है, जबकि एचएनओ₃ (10% से कम सांद्रता पर) एक उज्ज्वल प्रभाव पैदा करते हुए अत्यधिक टाइटेनियम विघटन और हाइड्रोजन अवशोषण को रोकने के लिए ऑक्सीकरण भूमिका निभाता है। इस प्रक्रिया में उच्च सांद्रता, कम तापमान और कम पॉलिशिंग समय (1-2 मिनट) की आवश्यकता होती है। यह विधि विशेष रूप से जटिल संरचनाओं जैसे कि टाइटेनियम डेन्चर फ्रेमवर्क के लिए उपयुक्त है, क्योंकि यह कठोरता या आकार की परवाह किए बिना समाधान के संपर्क में आने वाली सभी सतहों को पॉलिश करती है।

3. विद्युतरासायनिक विधियाँ

इलेक्ट्रोलाइटिक पॉलिशिंग:इलेक्ट्रोकेमिकल या एनोडिक विघटन पॉलिशिंग के रूप में भी जाना जाता है, यह विधि अपनी कम चालकता और मजबूत ऑक्सीकरण प्रवृत्ति के कारण टाइटेनियम के साथ चुनौतियों का सामना करती है। पारंपरिक जलीय अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट्स (जैसे HF-H₃PO₄ या HF-H₂SO₄) आम तौर पर अप्रभावी होते हैं क्योंकि टाइटेनियम एनोड वोल्टेज अनुप्रयोग पर तुरंत ऑक्सीकरण करता है, जिससे एनोडिक विघटन को रोका जा सकता है। हालांकि, कम वोल्टेज पर निर्जल क्लोराइड इलेक्ट्रोलाइट्स ने अच्छे पॉलिशिंग प्रभाव दिखाए हैं, जो छोटे नमूनों पर दर्पण खत्म करने में सक्षम हैं। जटिल घटकों के लिए, कैथोड ज्यामिति और अतिरिक्त कैथोड कॉन्फ़िगरेशन को अनुकूलित करने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है।

पेटेंटेड इलेक्ट्रोकेमिकल कंडीशनिंग:एक सफल इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया (मेटकॉन द्वारा विकसित) पारंपरिक पीसने, मशीनिंग और एसिड अचार बनाने की जगह कम {0}उपज वाले {{1}नुकसान वाले इलेक्ट्रोकेमिकल चरणों को अपनाती है। यह प्रक्रिया सटीक नियंत्रण के साथ अल्फा केस परत को हटाने के लिए एक मालिकाना इलेक्ट्रोलाइट और अपरंपरागत सुधार का उपयोग करती है। यांत्रिक तरीकों के विपरीत, जो सभी सामग्री को सबसे गहरी दरार की नोक तक हटा देते हैं, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया अधिमानतः दरार के किनारों पर हमला करती है, उन्हें चिकना और पंख देती है जबकि काफी अधिक मात्रा में धातु को बरकरार रखती है। यह प्रक्रिया पारंपरिक तरीकों के लिए 3-7% की तुलना में प्रति कंडीशनिंग चरण में केवल 0.5-3% सामग्री हटाती है, जिससे तैयार उत्पाद की उपज में 10-20% या उससे अधिक सुधार होता है। यह दृष्टिकोण पारंपरिक एसिड अचार से जुड़े खतरनाक अपशिष्ट को भी समाप्त कर देता है।

प्रक्रिया अनुक्रम और गुणवत्ता नियंत्रण

सतह प्रतिक्रिया परत को पूरी तरह से हटाने के लिए, विशिष्ट प्रक्रिया अनुक्रम है:

प्रारंभिक यांत्रिक उपचार:सकल सतह संदूषण और ऑक्साइड स्केल को हटाने के लिए सैंडब्लास्टिंग या पीसना

रासायनिक उतराई:भारी ऑक्साइड परतों के लिए पिघला हुआ गर्म क्षारीय नमक डीस्केलिंग या अपघर्षक उपचार

अम्ल अचार बनाना:अल्फ़ा केस परत को पूरी तरह से हटाने के लिए HF{0}}HNO₃ समाधान

अंतिम सत्यापन:NASA PRC-5010 और ASTM B600 जैसी विशिष्टताओं के अनुसार पूर्ण अल्फा केस हटाने की पुष्टि करने के लिए दृश्य निरीक्षण और माइक्रोहार्डनेस परीक्षण

गंभीर विचार

हाइड्रोजन एम्ब्रिटलमेंट:टाइटेनियम और इसके मिश्र धातु हाइड्रोजन उत्सर्जन के प्रति संवेदनशील हैं। गर्मी उपचार, अचार बनाने और रासायनिक मिलिंग के दौरान अत्यधिक हाइड्रोजन एकत्र होने से बचने के लिए सावधानी बरतनी चाहिए। HF-HNO₃ प्रणाली को विशेष रूप से पसंद किया जाता है क्योंकि यह अन्य एसिड प्रणालियों की तुलना में हाइड्रोजन अवशोषण को कम करता है।

वैक्यूम हीट ट्रीटमेंट:अल्फा केस निर्माण से पूरी तरह बचने के लिए तैयार भागों पर अंतिम ताप उपचार आदर्श रूप से वैक्यूम में किया जाना चाहिए। यदि वैक्यूम हीट ट्रीटमेंट का उपयोग किया जाता है, तो पूर्व मशीनिंग या अचार बनाने से बचा जा सकता है। हालाँकि, सतह की सफाई सर्वोपरि है। यहां तक ​​कि उंगलियों के निशान या तेल के अवशेष भी वैक्यूम वायुमंडल में अल्फा केस निर्माण का कारण बन सकते हैं, और सफाई एजेंटों से क्लोराइड टाइटेनियम के तनाव संक्षारण क्रैकिंग से जुड़े हुए हैं।

मेटलोग्राफिक जांच:गुणवत्ता आश्वासन के लिए, क्रॉल के अभिकर्मक (पानी में 1-3% हाइड्रोफ्लोरिक एसिड प्लस 2-6% नाइट्रिक एसिड) का उपयोग आमतौर पर सामान्य सूक्ष्म संरचना को प्रकट करने के लिए किया जाता है। अल्फ़ा केस का पता लगाने के लिए, क्रोल्स ईच के बाद अमोनियम बाइफ्लोराइड घोल डाला जाता है जो किसी भी अल्फ़ा केस को छोड़कर पूरे नमूने को दाग देता है, जिससे निरीक्षण के लिए भंगुर परत स्पष्ट रूप से दिखाई देती है।