டைட்டானியம் ஏன் துருப்பிடிக்காத எஃகின் பிட்டிங்கை முழுமையாகத் தடுக்க முடியாது

டைட்டானியம் உதவுகிறது, ஆனால் பலவீனமான இடங்களை அகற்றுவதில்லை

துருப்பிடிக்காத எஃகு அரிப்பை எதிர்ப்பதால் மதிப்புமிக்கதாகக் கருதப்படுகிறது; இருப்பினும், அந்த எதிர்ப்புக்கு வரம்புகள் உள்ளன. கடல்நீர் போன்ற குளோரைடு நிறைந்த சூழல்களில், பிட்டிங் அரிப்பு எனப்படும் மிக உள்ளூர்மயமான சேதம் இன்னும் உருவாகலாம். டைட்டானியத்தைச் சேர்ப்பது பொருளின் செயல்திறனை மேம்படுத்தினாலும், பிரச்சினையை முழுமையாகத் தீர்க்காததற்கான காரணத்தை தோஹோகு பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்களின் ஆய்வு ஆராய்கிறது.

இந்தப் பணி உட்சேர்க்கைகள் எனப்படும் மிகச்சிறிய உட்பொதிந்த துகள்களை மையமாகக் கொண்டது. துருப்பிடிக்காத எஃகில், பொதுவாக ஒரே மாதிரியான மேற்பரப்பின் எந்தப் பகுதியிலும் அல்லாமல், இந்த நுண்ணிய இடங்களில் பிட்டுகள் தொடங்கலாம். எளிதில் கரையும் மாங்கனீஸ் சல்பைடு உட்சேர்க்கைகளை அதிக நிலைத்தன்மை கொண்ட டைட்டானியம் கொண்ட சல்பைடுகளாக மாற்ற டைட்டானியம் பொதுவாகச் சேர்க்கப்படுகிறது. இந்த மாற்றம் பயனுள்ளதாக இருந்தாலும் முழுமையானதல்ல; உட்சேர்க்கைகளின் குறிப்பிட்ட வேதியியல் இன்னும் முக்கியமானது என்பதை புதிய ஆய்வு காட்டுகிறது.

மாதிரி மாதிரிகள் தனிப்பட்ட உட்சேர்க்கைகளை ஆய்வு செய்வதை எளிதாக்குகின்றன

ஆராய்ச்சியாளர்கள் Fe-16%Cr கலப்புலோகத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஃபெரிட்டிக் துருப்பிடிக்காத எஃகை ஆய்வு செய்தனர்; இது Type 430 என அடையாளப்படுத்தப்பட்டது. உட்சேர்க்கைகளின் சேர்மங்கள் முறையாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மாதிரி மாதிரிகளை அவர்கள் தயாரித்தனர். வணிக ரீதியிலான எஃகுகளில் உட்சேர்க்கைகள் சில மைக்ரோமீட்டர்கள் மட்டுமே அளவுடையதாகவும், தனிப்பட்ட துகள்களை மின்வேதியியல் ரீதியாக வகைப்படுத்துவது கடினமாகவும் இருப்பதால், இந்த வடிவமைப்பு ஒரு நடைமுறைச் சவாலைத் தீர்த்தது.

டைட்டானியம் கொண்ட உட்சேர்க்கைகளை ஒரே வகையாகக் கருதாமல், குழு நான்கு வகைகளை ஒப்பிட்டது: மாங்கனீஸ் சல்பைடு, MnS என எழுதப்படுவது; கலப்பு மாங்கனீஸ்-டைட்டானியம் சல்பைடு, (Mn,Ti)S என எழுதப்படுவது; டைட்டானியம் டைசல்பைடு, TiS₂; மற்றும் டைட்டானியம் நைட்ரைடு, TiN. இந்தத் துகள்கள் எவ்வாறு நடந்துகொண்டன என்பதை ஒப்பிட நுண்ணளவு மின்வேதியியல் அளவீடுகள் பயன்படுத்தப்பட்டன.

ஆய்வு செய்யப்பட்ட சூழ்நிலைகளில் கரைவதற்கான எதிர்ப்பின் தெளிவான வரிசையை முடிவுகள் நிறுவின. MnS மிக எளிதில் கரைந்தது. அதைத் தொடர்ந்து (Mn,Ti)S, பின்னர் TiS₂ வந்தன. சோதிக்கப்பட்ட வரம்பில் TiN கரையவில்லை. இது முக்கியமானது, ஏனெனில் ஒரு உட்சேர்க்கையில் கரைதல், அதைச் சூழ்ந்துள்ள எஃகில் ஒரு பிட்டு தொடங்குவதற்கு ஏற்ற சூழ்நிலைகளை உருவாக்கக்கூடும்.

மீதமுள்ள சல்பைடுகள் உள்ளூர்மயமான சேதத்திற்கான பாதையாகத் தொடர்கின்றன

MnS-ஐ அதிக நிலைத்தன்மை கொண்ட டைட்டானியம் கொண்ட சல்பைடுகளாக மாற்றுவதன் மூலம் பிட்டிங்-அரிப்பு எதிர்ப்பை மேம்படுத்துவதே டைட்டானியம் சேர்ப்புகளின் நோக்கம். இந்த அடிப்படை கருத்தை ஆய்வு ஆதரிக்கிறது: டைட்டானியம் கொண்ட சல்பைடுகள் பொதுவாக MnS-ஐ விட நிலையானவை. ஆனால், இந்தச் சிகிச்சை முழுமையான பாதுகாப்பை வழங்காததற்கான காரணத்தையும் முடிவுகள் காட்டுகின்றன. டைட்டானியம் கொண்ட சல்பைடு உட்சேர்க்கைகள் இன்னும் கரையக்கூடும்; அவற்றின் மின்வேதியியல் நடத்தை சேர்மத்தைப் பொறுத்து கணிசமாக மாறுபடும்.

நடைமுறையில், எஃகில் டைட்டானியம் உள்ளதா என்பதிலிருந்து, செயலாக்கத்திற்குப் பிறகு உண்மையில் எந்த வகையான உட்சேர்க்கைகள் உள்ளன என்பதற்கு இந்த ஆய்வு கவனத்தை மாற்றுகிறது. மீதமுள்ள சல்பைடுகள் கரையக்கூடியதாக இருந்தால், அவை பிட்டிங் தொடங்கக்கூடிய இடங்களாகத் தொடரலாம். ஆராய்ச்சியாளர்களின் அளவீடுகளில் டைட்டானியம் நைட்ரைடு வேறுபட்ட முறையில் நடந்துகொண்டு, ஆய்வு செய்யப்பட்ட வரம்பில் கரைவதை எதிர்த்தது.

பிட்டிங் ஒரு உள்ளூர்மயமான செயல்முறை என்பதால் இந்த வேறுபாடு முக்கியமானது. துருப்பிடிக்காத எஃகு கூறு அதன் பெரும்பாலான மேற்பரப்பில் பாதிப்பின்றி தோன்றினாலும், மிகக் குறைந்த எண்ணிக்கையிலான பாதிக்கப்படக்கூடிய இடங்களில் சேதம் தொடங்கலாம். எனவே, எந்த நுண்ணிய கூறுகள் அதிகம் பாதிக்கப்படக்கூடியவை என்பதைப் புரிந்துகொள்வது, ஒட்டுமொத்த பொருளை மேலும் வலுவாக்க உதவும்.

பொதுவான துருப்பிடிக்காத எஃகு பயன்பாடுகளில் சாத்தியமான தொடர்பு

வீட்டு உபகரணங்கள், அறுவைச் சிகிச்சைக் கருவிகள் மற்றும் வாகனப் பாகங்களில் பயன்படுத்தப்படும் அதிக நீடித்த துருப்பிடிக்காத எஃகின் வடிவமைப்புக்கு இந்தக் கண்டுபிடிப்புகள் வழிகாட்டக்கூடும் என ஆராய்ச்சியாளர்கள் கூறுகின்றனர். இத்தகைய தயாரிப்புகள் வழக்கமான பயன்பாடு அல்லது சேவையின் போது ஈரப்பதம், உப்புகள் அல்லது குளோரைடு கொண்ட பிற சூழ்நிலைகளை எதிர்கொள்ளலாம். ஒரே ஒரு கலப்புலோக மாற்றம் அரிப்பை முற்றிலும் அகற்றும் என்று இந்தப் பணி கூறவில்லை; மாறாக, குறிப்பிட்ட உட்சேர்க்கைகளின் நிலைத்தன்மையை மதிப்பிடுவதற்கான ஆதாரத்தை வழங்குகிறது.

டைட்டானியம் அரிப்பு எதிர்ப்பை மேம்படுத்துகிறதா என்று கேட்பதைவிட இது மிகவும் துல்லியமான பொறியியல் கேள்வியாகும். பதில் உட்சேர்க்கையின் வகையைப் பொறுத்தது என்பதை அளவீடுகள் காட்டுகின்றன. சோதிக்கப்பட்ட நான்கு துகள்களில் MnS மிகக் குறைந்த நிலைத்தன்மை கொண்டது; சோதனைச் சூழ்நிலைகளில் TiN கரையவில்லை. இரண்டு டைட்டானியம் கொண்ட சல்பைடுகள் இந்த இரு முனைகளுக்கு இடையில் இருந்தன.

கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மாதிரி அணுகுமுறையும் இந்த முடிவுக்கு மையமானது. உட்சேர்க்கை சேர்மங்களைத் தனிமைப்படுத்தியதன் மூலம், வணிகப் பொருளில் தீர்மானிக்க கடினமான நடத்தையை குழு ஆய்வு செய்ய முடிந்தது; அங்கு நுண்ணிய துகள்களும் கலப்பு நுண்கட்டமைப்புகளும் நேரடி அளவீடுகளை சிக்கலாக்குகின்றன. எனவே, இந்த ஆய்வு நுண்ணிய சேர்மத்தை ஒரு பொருள்-நிலை கவலையுடன்—பிட்டுகள் தொடங்குவதை எதிர்க்கும் திறனுடன்—இணைக்கும் வழியை வழங்குகிறது.

பொருள் வடிவமைப்புக்கான ஒரு பாடம்

இந்த ஆய்வு துருப்பிடிக்காத எஃகில் டைட்டானியத்தைப் பயன்படுத்துவதை மறுக்கவில்லை. டைட்டானியம் எதிர்ப்பை மேம்படுத்தினாலும் எஞ்சிய ஆபத்தை ஏன் விட்டுச் செல்லக்கூடும் என்பதை இது விளக்குகிறது. வடிவமைப்பாளர்கள் மற்றும் உற்பத்தியாளர்களுக்கு, உட்சேர்க்கைகளின் வேதியியல் மற்றும் மின்வேதியியல் நிலைத்தன்மையைக் கட்டுப்படுத்துவது, டைட்டானியம் இருப்பதற்குச் சமமாக முக்கியமானதாக இருக்கலாம் என்பதே இதன் பொருள்.

குளோரைடு கொண்ட சூழல்களில், அதிக நீடித்த துருப்பிடிக்காத எஃகு, கரைதல் தொடங்கக்கூடிய இடங்களைக் குறைப்பதையோ நிர்வகிப்பதையோ சார்ந்துள்ளது. MnS, (Mn,Ti)S, TiS₂ மற்றும் TiN ஆகியவற்றை ஆய்வு ஒப்பிட்டது; பரிசோதனைகளில் எந்த உட்சேர்க்கைகள் அதிகமாகவோ குறைவாகவோ நிலையானவை என்பதற்கான விரிவான வரைபடத்தை இது வழங்குகிறது. துருப்பிடிக்காத எஃகின் நீடித்த பலவீனங்களில் ஒன்றாகத் தொடரும் உள்ளூர்மயமான அரிப்பை சிறப்பாகத் தாங்கும் எஃகை உருவாக்கும் முயற்சிகளுக்கு இந்த ஆதாரம் உதவக்கூடும்.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org-ன் செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.