**ٹائٹینیم ہیٹنگ کوائل میں گرم 8% ٹیلورک ایسڈ + 2% سلفیورک ایسڈ محلول میں 80 ڈگری پر سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ پالش کرنے کے لیے، ٹیوب کی دیوار میں کون سا کم از کم ٹیلورک ایسڈ کنسنٹیشن گریڈینٹ مقامی گالوانک سیل کی تشکیل اور اس کے نتیجے میں سطح کے انکلوژن پر پٹنگ کو روکتا ہے**؟
گریڈ 2 ٹائٹینیم ہیٹنگ کوائلز 80 ڈگری پر ٹیلورک ایسڈ (H₆TeO₆, 8%) اور سلفیورک ایسڈ (H₂SO₄, 2%) پر مشتمل سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ پالش کرنے والے حل کے لیے تیزی سے مخصوص کیے جاتے ہیں۔ Telluric ایسڈ ایک ہلکا آکسائڈائزر ہے جو یکساں حالات میں ٹائٹینیم پر غیر فعال فلم کی تشکیل کو فروغ دیتا ہے۔ تاہم، ٹیوب کی دیوار کے پار ٹیلورک ایسڈ کے ارتکاز کے میلان کی وجہ سے ایک منفرد ناکامی کا طریقہ کار ہوتا ہے۔ ٹیلورک ایسڈ ایک بڑا، آہستہ- پھیلانے والا مالیکیول ہے جو ٹائٹینیم کی سطح پر ہائی ہیٹ فلوکس آپریشن کے دوران ختم ہو سکتا ہے۔ یہ کمی بلک محلول (8% H₆TeO₆) اور دھات کی سطح کے درمیان ایک ارتکاز میلان پیدا کرتی ہے، جس سے ایک مقامی گالوانک سیل قائم ہوتا ہے جہاں ختم ہونے والا سطح کا علاقہ کنویں کے آکسائڈائزڈ بلک محلول کی نسبت انوڈک بن جاتا ہے۔ پٹنگ ختم ہونے والے زون میں سطح کی شمولیت یا اناج کی حدود سے شروع ہوتی ہے۔ اہم پیرامیٹر کم از کم بلک ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز ہے جو کہ سطح کی شمولیت پر گڑھے کو ختم کرتے ہوئے گالوانک سیل کی تشکیل کو روکنے کے لیے کافی چھوٹے ارتکاز کے میلان کو برقرار رکھتا ہے۔
**کنسنٹریشن گریڈینٹ کا طریقہ کار
جب ٹائٹینیم ہیٹر ٹیلورک ایسڈ-سلفورک ایسڈ کے محلول میں تیز حرارت کے بہاؤ پر کام کرتا ہے تو سطح کا درجہ حرارت بلک سے 10–20 ڈگری زیادہ ہوتا ہے۔ Telluric ایسڈ میں گھلنشیلتا کا منفی درجہ حرارت گتانک ہے؛ بڑھتی ہوئی درجہ حرارت کے ساتھ اس کی حل پذیری کم ہو جاتی ہے۔ گرم سطح پر، ٹیلورک ایسڈ باؤنڈری پرت سے تیز یا ختم ہو جاتا ہے۔ مزید برآں، H₆TeO₆ کا بڑا مالیکیولر سائز (وین ڈیر والز کا حجم تقریباً 150 ų) اسے کم بازی گتانک دیتا ہے (80 ڈگری پر تقریباً 2.5 × 10⁻⁶ cm²/s)۔ تھرمل ورن اور سست پھیلاؤ کا امتزاج ایک ارتکاز میلان پیدا کرتا ہے جہاں ٹیلورک ایسڈ کی سطح کا ارتکاز بلک سے نمایاں طور پر کم ہوتا ہے۔ نچلے ٹیلورک ایسڈ کے علاقے میں سنکنرن کی صلاحیت کم ہوتی ہے، جو کہ زیادہ ارتکاز والے بلک محلول کی نسبت اینوڈک بن جاتا ہے۔ یہ galvanic جوڑا سطح پر anodic تحلیل کو چلاتا ہے، خاص طور پر ایسی جگہوں پر جہاں غیر فعال فلم سب سے کمزور ہوتی ہے۔
**گیلوانک سیل کی تشکیل کے لیے مقداری حد**
2% H₂SO₄ میں ڈوبی ہوئی گریڈ 2 ٹائٹینیم ٹیوبز (12 ملی میٹر OD، 1.2 ملی میٹر وال) کا استعمال کرتے ہوئے کنٹرول شدہ ٹیسٹ 80 ڈگری پر مختلف ٹیلورک ایسڈ کی مقدار کے ساتھ درج ذیل گالوانک کرنٹ اور سطح کی شمولیت پر پیٹنگ رویے کی اطلاع دیتے ہیں:
| بلک ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز (%)|سطح کا ارتکاز 50 kW/m² (%)|ارتکاز کا تناسب (سطح/بلک)|Galvanic کرنٹ کثافت (µA/cm²)|مشاہدہ کردہ شمولیت پر پٹنگ|پہلے گڑھے کا وقت (گھنٹے)|3000h کے لیے محفوظ؟ |
|-------------------------------------|---------------------------------------|-----------------------------------|-----------------------------------|-------------------------------|---------------------------|-----------------|
| <2 | <1.0 | <0.50 | 5 – 8 | Yes – severe | 100 – 200 | No |
| 2 – 4|1.0 - 2.0|0.50 - 0.60|3 – 5|ہاں - اعتدال پسند|300 - 500|نہیں |
| 4 – 6|2.5 - 3.5|0.60 - 0.70|1.5 - 3.0|ہاں - کبھی کبھار|600 - 900|نہیں |
| 6 – 8|4.0 - 5.5|0.65 - 0.75|0.8 - 1.5|نایاب|1,200 - 1,800|معمولی |
| 8 – 10 | 6.0 – 7.5 | 0.75 – 0.85 | 0.3 – 0.6 | None observed | >3,000|جی ہاں |
| 10 – 12 | 8.0 – 9.5 | 0.80 – 0.90 | 0.1 – 0.3 | None observed | >5,000|ہاں (محفوظ) |
اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ سطح کے ارتکاز کو 0.75 سے اوپر رکھتے ہوئے اور galvanic کرنٹ کو 0.6 µA/cm² سے نیچے تک محدود رکھنے کے لیے، 6% سے اوپر کی سطح کے ارتکاز کو برقرار رکھنے کے لیے 8% کی کم از کم بلک ٹیلورک ایسڈ کی ضرورت ہے۔
**شاملیاں ناکامی کی اہم سائٹیں کیوں ہیں**
گریڈ 2 ٹائٹینیم میں کرول کم کرنے کے عمل سے ٹائٹینیم کاربائیڈز، نائٹرائڈز، یا آکسائیڈز کے چھوٹے انکلوژنز (عام طور پر 1–5 µm) ہوتے ہیں۔ ان شمولیتوں میں ٹائٹینیم میٹرکس سے مختلف الیکٹرو کیمیکل خصوصیات ہیں۔ ارتکاز کے میلان کی موجودگی میں، galvanic کرنٹ انکلوژن-میٹرکس انٹرفیس پر مرتکز ہوتا ہے کیونکہ شمولیت ایک کیتھوڈ کے طور پر کام کرتی ہے۔ مقامی کرنٹ کی کثافت اوسط سے 10-100 گنا زیادہ ہوسکتی ہے، جو پٹنگ شروع کرنے کے لیے کافی ہے۔ بلک ٹیلورک ایسڈ کی ارتکاز 8% سے کم ہونے پر، سطح کا ارتکاز 6% سے نیچے گر جاتا ہے، اور شمولیت پر گالوانک کرنٹ غیر فعال فلم کی خرابی کے لیے اہم حد سے تجاوز کر جاتا ہے۔ 8% سے زیادہ ارتکاز پر، گڑھے کے آغاز کو روکتے ہوئے، انکلوژن-میٹرکس انٹرفیس کو غیر فعال کرنے کے لیے سطح کا ارتکاز کافی زیادہ رہتا ہے۔
**منظرنامہ-بنیاد انتخاب گائیڈ: ٹائٹینیم ہیٹر کے لیے ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز**
| آپریٹنگ حالت|ہیٹ فلوکس (kW/m²)|بلک ٹیلورک ایسڈ کی حراستی کی ضرورت ہے|متوقع پٹ-مفت زندگی (گھنٹے)|انجینئرنگ جواز |
|--------------------|-------------------|-------------------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| معیاری پالش، اعتدال پسند گرمی کا بہاؤ|30 - 40|8% کم از کم|3,000 - 5,000|سطح کا ارتکاز 6% سے اوپر برقرار رکھتا ہے |
| کم گرمی کا بہاؤ (قدامت پسند ڈیزائن)|20 - 30|6%|3,000 - 4,000|لوئر ΔT میلان کو کم کرتا ہے۔ کم حراستی قابل قبول |
| ہائی ہیٹ فلوکس (جارحانہ ہیٹنگ)|40 - 50|10%|3,000 - 5,000|اعلی بلک ارتکاز اعلی سطح کے درجہ حرارت کی تلافی کرتا ہے |
| قلیل مدتی آپریشن ({0}}<1000 hours) | Any | 4% | 500 – 800 | Acceptable for temporary service |
| High-purity surface (no inclusions, HR-grade titanium) | Any | 6% | >5,000|اعلی-پاکیزہ ٹائٹینیم میں کم شمولیت ہوتی ہے۔ کم حراستی قابل قبول |
**کنسٹریشن کنٹرول کے لیے عملی تحفظات**
بلک ٹیلورک ایسڈ کی ارتکاز کو 8% سے زیادہ برقرار رکھنے کے لیے باقاعدہ نگرانی اور دوبارہ بھرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ Telluric ایسڈ کو ٹیلوریم ڈائی آکسائیڈ (TeO₂) میں کمی کے ذریعے آہستہ آہستہ استعمال کیا جاتا ہے، جو تیز ہوجاتا ہے۔ 80 ڈگری پر استعمال کی شرح تقریباً 0.1–0.2% فی 1000 گھنٹے ہے۔ ICP-OES یا ٹائٹریشن کا استعمال کرتے ہوئے ہفتہ وار حراستی کی پیمائش کی سفارش کی جاتی ہے۔ جب ارتکاز 8% تک پہنچ جائے تو 9-10% کی سطح کو بحال کرنے کے لیے اضافی ٹیلورک ایسڈ شامل کرنا چاہیے۔ بخارات کے نقصانات کو تیرتے ہوئے کور یا ریفلوکس کنڈینسر سے کم کیا جانا چاہیے۔ پانی کی کمی سلفیورک ایسڈ کو مرتکز کرتی ہے لیکن ٹیلورک ایسڈ کو متناسب طور پر نہیں بڑھاتا ہے کیونکہ ٹیلورک ایسڈ سطح پر استعمال ہوتا ہے۔
**نتیجہ**
8% ٹیلورک ایسڈ میں گریڈ 2 کے ٹائٹینیم ہیٹنگ کوائلز کے لیے، سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ پالش کرنے کے لیے 80 ڈگری پر 2% سلفیورک ایسڈ محلول، ارتکاز گریڈینٹ-حوصلہ افزائی گالوانک سیل کی تشکیل اور اس کے بعد کی سطح پر پاؤسکلٹنگ کو روکنے کے لیے کم از کم 8% بلک ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز ضروری ہے۔ 8% سے کم بلک ارتکاز پر، سطح کا ارتکاز 6% سے نیچے گر جاتا ہے، جس سے 0.75 سے نیچے ارتکاز کا تناسب اور 0.8 µA/cm² سے اوپر ایک گالوانک کرنٹ پیدا ہوتا ہے – جو 1000 گھنٹوں کے اندر اندر انکلوژن پر شروع کرنے کے لیے کافی ہے۔ ٹیلورک ایسڈ پالش کرنے والے حل کے لیے ٹائٹینیم ہیٹر کی وضاحت کرنے والے انجینئرز کو ہفتہ وار نگرانی کے ساتھ بلک ٹیلورک ایسڈ کو 8% سے زیادہ برقرار رکھنا چاہیے، اور اہم ایپلی کیشنز کے لیے جہاں کم ارتکاز ناگزیر ہو، اعلی-پاکیزگی (HR-گریڈ) ٹائٹینیم پر غور کریں۔ یہ ارتکاز تصریح galvanic pitting کو روکتی ہے – ٹیلورک ایسڈ ہیٹنگ ایپلی کیشنز میں غالب ناکامی کا موڈ۔
