शुद्ध टाइटेनियम का ऑक्सीकरण प्रतिरोध कब कम होता है?
महत्वपूर्ण सीमा से अधिक तापमान का बढ़ना
शुद्ध टाइटेनियम 400 डिग्री से कम तापमान पर अच्छा ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, क्योंकि सतह TiO₂ फिल्म घनी और चिपकी रहती है, जो आगे ऑक्सीजन घुसपैठ को प्रभावी ढंग से रोकती है। हालाँकि, जब तापमान 400 डिग्री से अधिक हो जाता है, तो शुद्ध टाइटेनियम का ऑक्सीकरण व्यवहार काफी बदल जाता है:
400-600 डिग्री पर: TiO₂ फिल्म की मोटाई तेजी से बढ़ने लगती है, और इसकी संरचना स्थानीय क्षेत्रों में घने, सुरक्षात्मक रूटाइल चरण से अधिक छिद्रपूर्ण एनाटेज या ब्रूकाइट चरण में बदल जाती है। इस बीच, अंतरालीय ऑक्सीजन परमाणुओं की एक छोटी मात्रा टाइटेनियम मैट्रिक्स में फैल जाती है, जिससे ऑक्साइड फिल्म के नीचे एक भंगुर ऑक्सीजन समृद्ध परत बन जाती है, जो फिल्म के अवरोध प्रभाव को कम करते हुए धातु की संरचनात्मक अखंडता को कमजोर करती है।
600 डिग्री से ऊपर: ऑक्सीकरण प्रक्रिया "परवलयिक-से-रैखिक" संक्रमण चरण में प्रवेश करती है। TiO₂ फिल्म थर्मल तनाव (ऑक्साइड फिल्म और टाइटेनियम सब्सट्रेट के बीच थर्मल विस्तार गुणांक में बेमेल से उत्पन्न) के कारण होने वाली गंभीर क्रैकिंग और स्पैलिंग के कारण अपने सुरक्षात्मक गुणों को पूरी तरह से खो देती है। ऑक्सीजन त्वरित दर से मैट्रिक्स में प्रवेश करती है, और कम {{4}आसंजन ऑक्साइड परतों (जैसे कि उप{5}}सतह क्षेत्र में Ti₂O₃ और TiO) के गठन से शुद्ध टाइटेनियम का विनाशकारी ऑक्सीकरण होता है, तापमान के साथ ऑक्सीकरण दर तेजी से बढ़ती है।
विशिष्ट संक्षारक गैस अशुद्धियों के साथ उच्च तापमान वाले वातावरण
भले ही तापमान नाममात्र "सुरक्षित सीमा" (400 डिग्री से नीचे) के भीतर हो, कुछ संक्षारक गैस अशुद्धियों की उपस्थिति शुद्ध टाइटेनियम के ऑक्सीकरण प्रतिरोध को काफी कम कर देगी:
क्लोरीन-युक्त गैसें (जैसे, सीएल₂, एचसीएल वाष्प): क्लोराइड आयन माइक्रोक्रैक या अनाज सीमाओं के माध्यम से TiO₂ फिल्म में प्रवेश कर सकते हैं, टाइटेनियम के साथ प्रतिक्रिया करके वाष्पशील टाइटेनियम क्लोराइड (उदाहरण के लिए, TiCl₄) बनाते हैं। यह "सक्रिय संक्षारण" तंत्र निष्क्रिय फिल्म की निरंतरता को नष्ट कर देता है और इसके स्वयं को ठीक होने से रोकता है, जिससे मध्यम तापमान पर भी स्थानीयकृत गड्ढा या समान संक्षारण होता है।
सल्फर युक्त गैसें (जैसे, SO₂, H₂S): 300 डिग्री से ऊपर के तापमान पर, सल्फर परमाणु टाइटेनियम मैट्रिक्स में फैल सकते हैं, जिससे अनाज की सीमाओं पर भंगुर टाइटेनियम सल्फाइड (उदाहरण के लिए, TiS, TiS₂) बनते हैं। ये सल्फाइड न केवल धातु की लचीलापन को कम करते हैं बल्कि TiO₂ फिल्म की अखंडता को भी बाधित करते हैं, जिससे यह ऑक्सीजन हमले के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाता है और ऑक्सीकरण तेज हो जाता है।
उच्च तापमान पर नाइट्रोजन से भरपूर वातावरण: 500 डिग्री से ऊपर, नाइट्रोजन टाइटेनियम के साथ प्रतिक्रिया करके सतह पर और मैट्रिक्स के भीतर कठोर और भंगुर टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN) बनाता है। जबकि TiN में कुछ ऑक्सीकरण प्रतिरोध होता है, इसके गठन से ऑक्साइड फिल्म में आंतरिक तनाव पैदा होता है, जिससे दरारें पड़ जाती हैं और ऑक्सीजन के लिए अंतर्निहित धातु में और घुसपैठ करने के लिए चैनल बन जाते हैं।
चक्रीय थर्मल लोडिंग की स्थिति
बार-बार गर्म करने और ठंडा करने के चक्र (उदाहरण के लिए, औद्योगिक भट्टियों या एयरोस्पेस इंजन घटकों में जो बार-बार शुरू होने वाले - संचालन बंद करने से गुजरते हैं) शुद्ध टाइटेनियम के ऑक्सीकरण प्रतिरोध को गंभीर रूप से प्रभावित करते हैं:
TiO₂ फिल्म और टाइटेनियम सब्सट्रेट के थर्मल विस्तार और संकुचन के कारण चक्रीय तनाव होता है, जिससे ऑक्साइड परत में माइक्रोक्रैक और प्रदूषण का निर्माण होता है।
प्रत्येक थर्मल चक्र फिल्म के पूरी तरह से स्वयं ठीक होने से पहले ताजा टाइटेनियम धातु को ऑक्सीकरण वातावरण में उजागर करता है, जिसके परिणामस्वरूप संचयी ऑक्सीकरण क्षति होती है और समय के साथ फिल्म की सुरक्षात्मक क्षमता में धीरे-धीरे कमी आती है।
पिघले हुए लवणों या कम-पिघलनेवाले{{1}बिंदु धातु संदूषकों की उपस्थिति
ऐसे वातावरण में जिसमें पिघले हुए लवण होते हैं (उदाहरण के लिए, NaCl, Na₂SO₄ उच्च तापमान वाली औद्योगिक प्रक्रियाओं में) या कम पिघलने वाली धातु (जैसे एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम, सीसा) में, शुद्ध टाइटेनियम का ऑक्सीकरण प्रतिरोध काफी कम हो जाता है:
पिघला हुआ नमक इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में कार्य कर सकता है, जो इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण को प्रेरित करता है जो TiO₂ फिल्म को तोड़ता है, साथ ही कम - पिघलने वाले - बिंदु टाइटेनियम यौगिकों के गठन की सुविधा भी देता है जो फिल्म की विफलता को तेज करता है।
कम {{0}पिघलने वाली -बिंदु धातुएं उच्च तापमान पर टाइटेनियम मैट्रिक्स में फैल सकती हैं, जिससे यूटेक्टिक मिश्र धातुएं बनती हैं और अंतरकणीय भंगुरता होती है, जो धातु की संरचनात्मक स्थिरता को कमजोर करती है और ऑक्सीकरण के दौरान ऑक्साइड फिल्म के टूटने की संभावना अधिक होती है।
