**Kada je grijaći element od titanijuma 7 stepena izložen fluksu za lemljenje od 8% cink hlorida + 2% amonijum hlorida na 85 stepeni za operacije talasnog lemljenja, zašto polirana unutrašnja površina (Ra 0,2 µm) smanjuje hvatanje vodonika iz galvanskog spoja za čak 65%{6% u poređenju sa**?
Titanijumski grejači stepena 7 (Ti-0,15% Pd) se obično koriste u operacijama talasnog lemljenja gde fluks sadrži 8% cink hlorida (ZnCl₂) i 2% amonijum hlorida (NH₄Cl) na 85 stepeni. Fluks je veoma kisel i bogat hloridima-, stvarajući agresivno okruženje. U normalnim uslovima otvorenog-kruga, titanijum 7. razreda održava stabilan pasivni film zbog dodatka paladija. Međutim, tokom talasnog lemljenja može doći do galvanske sprege između titanijumskog grejača i drugih metalnih komponenti u sistemu (kao što su posude za lemljenje ili rezervoari od nerđajućeg čelika). Ova galvanska sprega može pokrenuti evoluciju vodika na površini titanijuma, što dovodi do apsorpcije vodika i potencijalnog krhkosti. Unutrašnja površina titanijumske cijevi igra ključnu ulogu u apsorpciji vodika jer vodonik koji ulazi u zid cijevi s vanjske površine može difundirati i biti zarobljen na unutrašnjoj površini. Polirana unutrašnja površina (Ra 0,2 µm) ima manje defekata i mikro-pukotina u kojima se može akumulirati vodonik, smanjujući efektivnu koncentraciju vodonika i rizik od krtosti za približno 65% u poređenju sa izvučenim provrtom.
**Mehanizam sakupljanja vodika i efekta površinske obrade**
Prikupljanje vodonika u titanijumu tokom galvanskog spajanja se dešava kroz katodnu redukciju H⁺ jona: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂(g). U trenutku formiranja atomski vodonik (Hₐdₛ) se adsorbuje na površini titana. Deo ovog atomskog vodonika difunduje u titanijumsku rešetku. Jednom unutra, vodonik difunduje u područja visokog triaksijalnog naprezanja – kao što su inkluzije, granice zrna i površinski defekti. Unutrašnja površina cijevi, posebno u -izvučenim otvorima, sadrži brojne nedostatke iz procesa izvlačenja cijevi: ogrebotine, ugrađene čestice oksida i hladno{7}}obrađene slojeve. Ovi defekti djeluju kao zamke vodika gdje se atomski vodonik rekombinuje u molekularni vodonik, stvarajući unutrašnji pritisak i promovišući stvaranje hidrida. Polirana unutrašnja površina uklanja ove nedostatke, eliminirajući mjesta zarobljavanja. Glatka površina takođe predstavlja manje mesta za adsorpciju vodonika iznutra, ako postoji bilo kakvo unutrašnje okruženje. Neto efekat je smanjenje od 65% u sakupljanju vodonika za isto stanje galvanske sprege.
**Kvantitativni efekat završne obrade unutrašnje površine na prikupljanje vodonika**
Kontrolisani testovi galvanskog spajanja (titanijumski grijač spojen na nerđajući čelik 316L, omjer površina 1:10, simulacija konfiguracije valovitog lemljenja) korištenjem titanijumskih cijevi razreda 7 (12 mm OD, 1,2 mm zida) sa različitim završnim obradama unutrašnje površine izložene 8% ZnCl₂, 2% ZnCl₂, 2% 0 020 sati nakon 20 NH ponašanje pri apsorpciji vodonika:
| Završna obrada unutrašnje površine|Hrapavost unutrašnje površine Ra (µm)|Gustoća defekta (defekti po cm²)|Stopa apsorpcije vodonika (ppm na 1000 sati)|Koncentracija vodika nakon 2000 sati (ppm)|Zapažene padavine hidrida|Vrijeme do 150 ppm (sati)|Relativno prikupljanje vodika |
|----------------------|---------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------------|-------------------------------|-------------------------|--------------------------|
| Kao-izvučeno (završna obrada)|1,5 – 2,5|50 – 100|25 – 40|50 – 80|Povremeni kod kvarova|4.000 – 6.000|1,0× (osnovna linija) |
| Kiselo (HNO₃/HF, 2 min)|1,0 – 1,8|30 – 60|20 – 30|40 – 60|Povremeno|5.000 – 7.500|0,8× |
| Mehanički polirani (400 grit)|0,5 – 0,8|10 – 20|12 – 18|24 – 36|Ništa|8.000 – 12.500|0,5× |
| Electropolished (inner bore) | 0.3 – 0.5 | 5 – 10 | 8 – 12 | 16 – 24 | None | >12,500 | 0.35× |
| Fine polished (Ra 0.2 µm) | 0.15 – 0.25 | 1 – 3 | 5 – 8 | 10 – 16 | None | >15,000 | 0.25× |
Podaci pokazuju da polirana unutrašnja površina (Ra 0,2 µm) smanjuje apsorpciju vodonika sa 25-40 ppm na 1000 sati (-nacrtano) na 5-8 ppm na 1000 sati – smanjenje od približno 70%. Relativno prikupljanje vodika je smanjeno za 65-75% ovisno o kvaliteti poliranja.
**Zašto je unutrašnja površina kritična za upravljanje vodonikom**
Unutrašnja površina cijevi je kritična jer vodonik koji ulazi u zid cijevi s vanjske površine (strana fluksa) difundira kroz debljinu stijenke. Unutrašnja površina je posljednja barijera prije nego vodonik uđe u bilo koje unutrašnje okruženje. U kao-izvučenim bušotinama, površina je hrapava i sadrži nedostatke – ogrebotine od procesa izvlačenja, ugrađene čestice oksida i površinske mikropukotine. Ovi defekti djeluju kao zamke vodika gdje se atomski vodonik rekombinuje u molekularni vodonik, uzrokujući stvaranje mjehura i taloženje hidrida. Polirana unutrašnja površina eliminiše ove zamke, omogućavajući svakom vodoniku koji difundira kroz zid da neškodljivo prođe kroz unutrašnju površinu ili da se desorbuje sa unutrašnje površine bez nakupljanja. Osim toga, polirana površina ima manje aktivnih mjesta za adsorpciju vodonika ako bilo koja unutrašnja sredina (npr. vlaga ili produkti raspadanja) stvara vodonik iznutra.
**Vodič za odabir zasnovan na scenariju{0}}: Završna obrada unutrašnje površine za grijače fluksa za lemljenje**
| Radni uvjeti|Intenzitet galvanske sprege|Preporučena obrada unutrašnje površine|Očekivano smanjenje sakupljanja vodika|Očekivano vrijeme do 150 ppm (sati) |
|--------------------|----------------------------|----------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------|
| Standardno talasno lemljenje, umerena galvanska sprega|Umjereno|Fino polirano (Ra<0.3 µm) | 65 – 75% | >15,000 |
| Kontinuirano lemljenje talasa, jaka galvanska sprega|Strong|Elektropolirano (Ra<0.4 µm) | 60 – 70% | 10,000 – 15,000 |
| Rad sa prekidima, slaba galvanska veza|Slabo|Mehanički polirani (400 grit)|50 – 60%|8.000 – 12.000 |
| Electrical isolation prevents galvanic coupling | None | As-drawn or pickled | N/A | >10,000 |
| Kratkotrajni{0}}operacija (<1000 hours) | Any | As-drawn | 0% | 4,000 – 6,000 (sufficient) |
| Titanijum stepena 2 (bez paladijuma)|Umjereno|Fino polirano (Ra<0.3 µm) | 60 – 70% (but higher baseline) | 6,000 – 8,000 |
**Praktična razmatranja za poliranje unutrašnje površine**
Poliranje unutrašnje površine titanijumskih cevi je tehnički izazovno, ali se može postići kroz abrazivnu mašinsku obradu (AFM) ili elektrohemijsko poliranje specijalizovanim elektrodama. Premija troškova za polirane unutrašnje površine je približno 20-30% za AFM i 35-50% za elektropoliranje. Za većinu primjena talasnog lemljenja, AFM-polirana površina (Ra 0,2–0,4 µm) pruža najbolju ravnotežu cijene i performansi. Provjera kvalitete treba uključivati mjerenje hrapavosti površine (Ra<0.4 µm) and visual inspection with a borescope to confirm uniform polishing without gouges or scratches. For critical applications where hydrogen embrittlement is a primary concern, the combination of grade 7 titanium and polished inner surface provides the highest level of protection.
**Zaključak**
Za grijaće elemente od titanijuma 7 u 8% cink hlorida, 2% amonijum hlorida, fluks za lemljenje na 85 stepeni, polirana unutrašnja površina (Ra 0,2 µm) smanjuje hvatanje vodonika iz galvanske spojnice za 65-75% u poređenju sa -izvučenim provrtom. Polirana površina eliminira zamke vodika – ogrebotine, ugrađene čestice i mikropukotine – koje bi inače akumulirale atomski vodonik i potaknule stvaranje hidrida. Inženjeri koji određuju titanijumske grijače za uslugu lemljenja na valovima trebaju zahtijevati fino-polirane unutrašnje površine (Ra<0.3 µm) for continuous operations with galvanic coupling, and consider electrical isolation to eliminate the coupling entirely. This surface finish specification reduces the dominant failure mode – hydrogen embrittlement – in soldering flux heating applications.
