**כאשר גוף חימום טיטניום בדרגה 7 נחשף לשטף הלחמה של אבץ כלורי של 8% + 2% אמוניום כלורי ב-85 מעלות עבור פעולות הלחמה בגל, מדוע משטח פנימי מלוטש (Ra 0.2 מיקרומטר) מפחית את איסוף המימן מצימוד גלווני ב-65%{6}} בהשוואה ל-drawn?
גופי חימום טיטניום דרגה 7 (Ti-0.15% Pd) משמשים בדרך כלל בפעולות הלחמת גלים שבהן השטף מכיל 8% אבץ כלוריד (ZnCl₂) ו-2% אמוניום כלוריד (NH₄Cl) ב-85 מעלות. השטף הוא מאוד חומצי ועשיר-כלורי, ויוצר סביבה אגרסיבית. בתנאי מעגל פתוח{15}}רגילים, טיטניום דרגה 7 שומר על סרט פסיבי יציב בגלל תוספת הפלדיום. עם זאת, במהלך הלחמת גלים, יכול להתרחש צימוד גלווני בין דוד הטיטניום לרכיבים מתכתיים אחרים במערכת (כגון סירי הלחמה או מיכלי נירוסטה). צימוד גלווני זה יכול להניע התפתחות מימן על פני הטיטניום, מה שמוביל לספיגת מימן והתפרקות פוטנציאלית. פני השטח הפנימיים של צינור הטיטניום ממלאים תפקיד קריטי בספיגת מימן מכיוון שמימן שנכנס לדופן הצינור מהמשטח החיצוני יכול להתפזר דרכו ולהילכד במשטח הפנימי. למשטח פנימי מלוטש (Ra 0.2 מיקרומטר) יש פחות פגמים ו-חריצים מיקרו שבהם מימן יכול להצטבר, מה שמפחית את ריכוז המימן היעיל ואת הסיכון להתפרקות בכ-65% בהשוואה לקדח כפי שצויר.
**מנגנון של איסוף מימן ואפקט גימור פני השטח**
איסוף מימן בטיטניום במהלך צימוד גלווני מתרחש באמצעות הפחתה קתודית של יוני H⁺: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂(g). ברגע היווצרות, מימן אטומי (Hₐdₛ) נספג על פני הטיטניום. חלק מהמימן האטומי הזה מתפזר לתוך סריג הטיטניום. לאחר פנימה, מימן מתפזר לאזורים של מתח תלת-צירי גבוה - כגון תכלילים, גבולות גרגרים ופגמים פני השטח. המשטח הפנימי של הצינור, בייחוד בקדוחים-ששורטים, מכיל פגמים רבים מתהליך ציור הצינור: שריטות, חלקיקי תחמוצת מוטבעים ושכבות קרות-. פגמים אלה פועלים כמלכודות מימן שבהן מימן אטומי מתחבר מחדש ליצירת מימן מולקולרי, יוצר לחץ פנימי ומקדם היווצרות הידריד. משטח פנימי מלוטש מסיר את הפגמים הללו, ומבטל את אתרי הלכידה. המשטח החלק יותר מציג גם פחות אתרים לספיחת מימן מבפנים, אם קיימת סביבה פנימית כלשהי. ההשפעה נטו היא הפחתה של 65% באיסוף המימן עבור אותו מצב צימוד גלווני.
**השפעה כמותית של גימור פני השטח הפנימי על איסוף מימן**
בדיקות צימוד גלווני מבוקרות (מחמם טיטניום מחובר לפלדת אל חלד 316L, יחס שטח 1:10, המדמה תצורת הלחמת גל) באמצעות צינורות טיטניום דרגה 7 (12 מ"מ OD, 1.2 מ"מ קיר) עם גימורי משטח פנימיים שונים החשופים ל-8% ZnCl₂₄, 2% Cl ב-200 דרגת מימן לאחר 2000 דרגות. התנהגות קליטה:
| גימור משטח פנימי|חספוס פני השטח הפנימי Ra (מיקרומטר)|צפיפות פגמים (פגמים לסמ"ר)|קצב ספיגת מימן (ppm ל-1000 שעות)|ריכוז מימן לאחר 2000 שעות (ppm)|משקעים הידריד נצפו|זמן עד 150 עמודים לדקה (שעות)|איסוף מימן יחסי |
|----------------------|---------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------------|-------------------------------|-------------------------|--------------------------|
| כפי-שמצויר (גימור טחנת)|1.5 – 2.5|50 – 100|25 – 40|50 – 80|מדי פעם בפגמים|4,000 – 6,000|1.0× (קו בסיס) |
| כבוש (HNO₃/HF, 2 דקות)|1.0 – 1.8|30 – 60|20 – 30|40 – 60|מדי פעם|5,000 – 7,500|0.8× |
| מלוטש מכני (400 גריט)|0.5 – 0.8|10 – 20|12 – 18|24 – 36|אין|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× |
הנתונים מראים שמשטח פנימי מלוטש (Ra 0.2 מיקרומטר) מפחית את ספיגת המימן מ-25-40 ppm ל-1000 שעות (כפי{4}}שצויר) ל-5-8 ppm ל-1000 שעות - הפחתה של כ-70%. איסוף המימן היחסי מופחת ב-65-75% בהתאם לאיכות הפוליש.
**מדוע המשטח הפנימי הוא קריטי לניהול מימן**
המשטח הפנימי של הצינור הוא קריטי מכיוון שהמימן שנכנס לדופן הצינור מהמשטח החיצוני (צד השטף) מתפזר בעובי הקיר. המשטח הפנימי הוא המחסום האחרון לפני כניסת מימן לכל סביבה פנימית. בקומות כפי-ששורטטו, המשטח מחוספס ומכיל פגמים - שריטות מתהליך השרטוט, חלקיקי תחמוצת מוטבעים ומיקרו-סדקים על פני השטח. פגמים אלה פועלים כמלכודות מימן שבהן מימן אטומי מתחבר מחדש ליצירת מימן מולקולרי, מה שגורם לשלפוחיות ולמשקעי הידריד. משטח פנימי מלוטש מבטל את המלכודות הללו, ומאפשר לכל מימן שמתפזר דרך הקיר לעבור ללא מזיק או להיספג מהמשטח הפנימי מבלי להצטבר. בנוסף, למשטח המלוטש יש פחות אתרים פעילים לספיחת מימן אם כל סביבה פנימית (למשל, לחות או תוצרי פירוק) מייצרת מימן מבפנים.
**תרחיש-מדריך בחירה מבוסס: גימור משטח פנימי להלחמת מחממי שטף**
| מצב תפעול|עוצמת צימוד גלווני|גימור משטח פנימי מומלץ|צמצום איסוף מימן צפוי|זמן צפוי עד 150 עמודים לדקה (שעות) |
|--------------------|----------------------------|----------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------|
| הלחמת גל סטנדרטית, צימוד גלווני בינוני|מתון|מלוטש עדין (Ra<0.3 µm) | 65 – 75% | >15,000 |
| הלחמת גל רציף, צימוד גלווני חזק|חזק|מלוטש אלקטרו (Ra<0.4 µm) | 60 – 70% | 10,000 – 15,000 |
| פעולה לסירוגין, צימוד גלווני חלש|חלש|מלוטש מכני (400 גריט)|50 – 60%|8,000 – 12,000 |
| Electrical isolation prevents galvanic coupling | None | As-drawn or pickled | N/A | >10,000 |
| פעולה-קצרת טווח (<1000 hours) | Any | As-drawn | 0% | 4,000 – 6,000 (sufficient) |
| טיטניום דרגה 2 (ללא פלדיום)|מתון|מלוטש עדין (Ra<0.3 µm) | 60 – 70% (but higher baseline) | 6,000 – 8,000 |
**שיקולים מעשיים לליטוש משטח פנימי**
ליטוש המשטח הפנימי של צינורות טיטניום הוא מאתגר מבחינה טכנית אך ניתן להשגה באמצעות עיבוד זרימה שוחקת (AFM) או ליטוש אלקטרוכימי עם אלקטרודות מיוחדות. פרמיית העלות עבור משטחים פנימיים מלוטשים היא כ-20-30% עבור AFM ו-35-50% עבור אלקטרופוליש. עבור רוב יישומי הלחמת הגל, המשטח המלוטש AFM-(Ra 0.2–0.4 מיקרומטר) מספק את האיזון הטוב ביותר בין עלות וביצועים. אימות האיכות צריך לכלול מדידת חספוס פני השטח (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.
**מַסְקָנָה**
עבור גופי חימום טיטניום דרגה 7 ב-8% אבץ כלוריד, שטף הלחמה של 2% אמוניום כלוריד ב-85 מעלות, משטח פנימי מלוטש (Ra 0.2 µm) מפחית את איסוף המימן מצימוד גלווני ב-65-75% בהשוואה לקדח כפי-שצויר. המשטח המלוטש מבטל מלכודות מימן - שריטות, חלקיקים מוטבעים ומיקרו-סדקים - שאחרת היו צוברים מימן אטומי ומעודדים היווצרות הידריד. מהנדסים המציינים מחממי טיטניום עבור שירות הלחמת גל צריכים לבקש{10}}משטחים פנימיים מלוטשים עדינים (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.
