**Kada je grijaći element od titana razreda 7 izložen fluksu za lemljenje od 8% cinkovog klorida + 2% amonijevog klorida na 85 stupnjeva za operacije valovitog lemljenja, zašto polirana unutarnja površina (Ra 0,2 µm) smanjuje skupljanje vodika iz galvanskog spajanja za 65% u usporedbi s -vučenim provrtom?**
Grijaći elementi od titana razreda 7 (Ti-0,15% Pd) obično se koriste u operacijama valovitog lemljenja gdje topilo sadrži 8% cinkovog klorida (ZnCl₂) i 2% amonijevog klorida (NH₄Cl) na 85 stupnjeva. Tok je vrlo kiseo i bogat -kloridima, stvarajući agresivno okruženje. U normalnim uvjetima otvorenog -kruga, titan stupnja 7 održava stabilan pasivni film zahvaljujući dodatku paladija. Međutim, tijekom valovitog lemljenja može doći do galvanske veze između titanskog grijača i drugih metalnih komponenti u sustavu (kao što su posude za lemljenje ili spremnici od nehrđajućeg čelika). Ovo galvansko spajanje može potaknuti razvoj vodika na površini titana, što dovodi do apsorpcije vodika i potencijalne krtosti. Unutarnja površina titanijske cijevi igra ključnu ulogu u apsorpciji vodika jer vodik koji ulazi u stijenku cijevi s vanjske površine može difundirati i biti zarobljen na unutarnjoj površini. Polirana unutarnja površina (Ra 0,2 µm) ima manje defekata i mikro-pukotina u kojima se vodik može akumulirati, smanjujući efektivnu koncentraciju vodika i rizik od krtosti za približno 65% u usporedbi s izvučenim provrtom.
**Mehanizam hvatanja vodika i učinak završne obrade površine**
Prikupljanje vodika u titanu tijekom galvanskog spajanja događa se katodnom redukcijom H⁺ iona: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂(g). U trenutku nastanka, atomski vodik (Hₐdₛ) adsorbira se na površini titana. Dio ovog atomskog vodika difundira u rešetku titana. Kada uđe unutra, vodik difundira u područja visokog troosnog naprezanja – kao što su inkluzije, granice zrna i površinski defekti. Unutarnja površina cijevi, osobito kod-vučenih provrta, sadrži brojne nedostatke nastale tijekom procesa izvlačenja cijevi: ogrebotine, ugrađene čestice oksida i hladno-obrađene slojeve. Ovi defekti djeluju kao zamke za vodik gdje se atomski vodik rekombinira u molekularni vodik, stvarajući unutarnji tlak i potičući stvaranje hidrida. Polirana unutarnja površina uklanja te nedostatke, eliminirajući mjesta zarobljavanja. Glatkija površina također predstavlja manje mjesta za adsorpciju vodika iznutra, ako postoji unutarnje okruženje. Konačni učinak je 65% smanjenje upijanja vodika za isti uvjet galvanske veze.
**Kvantitativni učinak završne obrade unutarnje površine na skupljanje vodika**
Testovi kontroliranog galvanskog spajanja (grijač od titana spojen s nehrđajućim čelikom 316L, omjer površine 1:10, simulacija konfiguracije lemljenja valovima) korištenjem titanskih cijevi stupnja 7 (12 mm OD, 1,2 mm stjenke) s različitim završnim obradama unutarnje površine izložene 8% ZnCl₂, 2% NH₄Cl na 85 stupnjeva tijekom 2000 sati izvješćuju o sljedećem ponašanje apsorpcije vodika:
| Završna obrada unutarnje površine|Hrapavost unutarnje površine Ra (µm)|Gustoća defekata (defekti po cm²)|Stopa apsorpcije vodika (ppm na 1000 sati)|Koncentracija vodika nakon 2000 sati (ppm)|Uočeno taloženje hidrida|Vrijeme do 150 ppm (sati)|Relativno prikupljanje vodika |
|----------------------|---------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------------|-------------------------------|-------------------------|--------------------------|
| Kao-nacrtano (završna obrada)|1,5 – 2,5|50 – 100|25 – 40|50 – 80|Povremeni kod nedostataka|4 000 – 6 000|1,0 × (osnovna linija) |
| Ukiseljeno (HNO₃/HF, 2 min)|1,0 – 1,8|30 – 60|20 – 30|40 – 60|Povremeno|5000 – 7500|0,8 × |
| Mehanički polirano (zrnatost 400)|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 unutarnja površina (Ra 0,2 µm) smanjuje apsorpciju vodika s 25-40 ppm po 1000 sati (kako je -crtano) na 5-8 ppm po 1000 sati – smanjenje od približno 70%. Relativno upijanje vodika smanjuje se za 65–75% ovisno o kvaliteti poliranja.
**Zašto je unutarnja površina kritična za upravljanje vodikom**
Unutarnja površina cijevi je kritična jer vodik koji ulazi u stijenku cijevi s vanjske površine (strana toka) difundira kroz debljinu stijenke. Unutarnja površina posljednja je barijera prije nego vodik uđe u bilo koje unutarnje okruženje. Kod-izvučenih provrta, površina je hrapava i sadrži nedostatke – ogrebotine nastale tijekom procesa izvlačenja, ugrađene čestice oksida i površinske mikropukotine. Ovi nedostaci djeluju kao zamke vodika gdje se atomski vodik rekombinira u molekularni vodik, uzrokujući stvaranje mjehurića i taloženje hidrida. Polirana unutarnja površina eliminira ove zamke, dopuštajući vodiku koji difundira kroz stijenku da bezopasno prođe kroz unutarnju površinu ili da se desorbira s unutarnje površine bez nakupljanja. Dodatno, polirana površina ima manje aktivnih mjesta za adsorpciju vodika u slučaju da unutarnje okruženje (npr. vlaga ili produkti raspadanja) stvara vodik iznutra.
**Vodič za odabir-na temelju scenarija: Završna obrada unutarnje površine za grijače fluksa za lemljenje**
| Radni uvjet|Intenzitet galvanske sprege|Preporučena završna obrada unutarnje površine|Očekivano smanjenje unosa vodika|Očekivano vrijeme do 150 ppm (sati) |
|--------------------|----------------------------|----------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------|
| Lemljenje standardnim valom, umjerena galvanska sprega|Umjereno|Fino polirano (Ra<0.3 µm) | 65 – 75% | >15,000 |
| Lemljenje s kontinuiranim valom, jaka galvanska sprega|Snažan|Elektropolirano (Ra<0.4 µm) | 60 – 70% | 10,000 – 15,000 |
| Isprekidan rad, slaba galvanska veza|Slabo|Mehanički polirano (zrnatost 400)|50 – 60%|8 000 – 12 000 |
| Electrical isolation prevents galvanic coupling | None | As-drawn or pickled | N/A | >10,000 |
| Kratkoročna-operacija (<1000 hours) | Any | As-drawn | 0% | 4,000 – 6,000 (sufficient) |
| Titan stupnja 2 (bez paladija)|Umjereno|Fino polirano (Ra<0.3 µm) | 60 – 70% (but higher baseline) | 6,000 – 8,000 |
**Praktična razmatranja za poliranje unutarnje površine**
Poliranje unutarnje površine titanskih cijevi je tehnički zahtjevno, ali izvedivo kroz abrazivnu obradu (AFM) ili elektrokemijsko poliranje sa specijaliziranim elektrodama. Troškovna premija za polirane unutarnje površine je približno 20-30% za AFM i 35-50% za elektropoliranje. Za većinu primjena valovitog lemljenja, AFM-polirana površina (Ra 0,2–0,4 µm) pruža najbolju ravnotežu cijene i izvedbe. 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 titana razreda 7 u 8% cinkovog klorida, 2% amonijevog kloridnog fluksa za lemljenje na 85 stupnjeva, polirana unutarnja površina (Ra 0,2 µm) smanjuje hvatanje vodika iz galvanskog spajanja za 65–75% u usporedbi s -vučenim provrtom. Polirana površina eliminira zamke vodika – ogrebotine, ugrađene čestice i mikropukotine – koje bi inače akumulirale atomski vodik i pospješile stvaranje hidrida. Inženjeri koji specificiraju grijače od titana za uslugu valovitog lemljenja trebali bi zahtijevati fino-polirane unutarnje 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.
