Ferrik Klorür Hizmetinde -Titanyum Yüzey İşlemini Takas Edin
Ferrik Klorür (FeCl 3 ) aşındırma çözeltileri yüksek derecede oksitleyicidir ve çoğu metale karşı agresif bir şekilde aşındırıcıdır. Tipik ferrik klorür 42 derece Bé'dir (yaklaşık %40 FeCl3). Titanyumun seçilmesinin nedeni pasif TiO₂ katmanının FeCl₃'e karşı dirençli olmasını sağlamasıdır. Ancak çukurlaşma, pasif kaplamanın genellikle yüzey kusurlarında, kalıntılarda veya mikro ölçekli yarıklarda lokal olarak parçalanmasıdır. Ortalama pürüzlülük Ra ile ölçülen yüzey kalitesi, olası çukurlaşma başlangıç ​​alanlarının miktarı ve boyutu üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Daha pürüzsüz bir yüzey (düşük Ra), mikroskobik çatlakları ortadan kaldırır ve klorür iyonlarının konsantrasyonu için bölgelerin sayısını azaltır. Oldukça pürüzsüz bir yüzey (Ra < 0,2 µm), elektro-parlatma veya mekanik parlatma gerektirir ve maliyeti artırır. Mevcut çalışma, 50 derecede 42 derece Bé FeCl3'te Ra değeri ile çukurlaşma indüksiyon süresi arasındaki korelasyonu belirledi ve çukur oluşumundan önce maksimum süreyi sağlayan yüzey kaplamasını belirledi.

Mekanik Bütünlük Etkileri: Çukurlaşma Başlangıcı ve Yüzey Pürüzlülüğü
Titanyum üzerindeki ferrik klorür çözeltisindeki çukurlaşma, pasif filmin en ince olduğu veya çatlakların klorür birikmesine izin verdiği yerlerde başlar. Pürüzlü bir yüzeyde (Ra > 1,0 µm), vadiler mikro çatlaklara benzer. Bu oluklar tipik olarak 5-20 µm genişliğindedir ve derinlik Ra değeriyle aynı düzeydedir. Bu vadilerde difüzyon kısıtlamaları nedeniyle klorür iyonları birikir ve çukurlaşmayı başlatan metal klorürlerin hidrolizi nedeniyle yerel pH düşer. Pürüzsüz bir yüzeyde (Ra < 0,4 µm) vadiler sığdır (<1 µm depth) and wide compared to their depth such that oxygen transport can maintain passivity. Electrochemical experiments in 42° Bé FeCl3 at 50°C showed that the pitting potential (Epit) of the Grade 2 titanium increased as the surface roughness decreased. For as-drawn surface (Ra = 1.5 µm) Epit = +0.65 V vs. Ag/AgCl. E_pit = +0.85 V for a mechanically polished surface (Ra = 0.4 µm). For electropolished surface (Ra = 0.1 µm) E_pit = + 0.95 V. In FeCl₃ the open-circuit potential is about +0.55 V. As-drawn surfaces are quite close to the pitting potential, whereas electropolished surfaces offer a safety margin of 400 mV. The induction time, which is the period from immersion to the first detectable pitting, shows an exponential dependence on the difference between Epit and the open-circuit potential. An increase of E_pit of 100 mV results in an increase of ~10 in induction time.

Termal Performans: Yüzey Pürüzlülüğü ve Isı Transferinin Etkisi
Yüzey kalitesi aynı zamanda ısı aktarımı üzerinde de etkiye sahiptir, ancak oyuklanma direncine göre ikincil öneme sahiptir. Daha pürüzlü bir yüzeyin gerçek yüzey alanı daha büyüktür (genel olarak Ra=1.5 µm için öngörülen alanın 2 ila 5 katı), bu da teorik olarak ferrik klorür çözeltisi ile temas alanını artırarak ısı transferini artırır. Ancak gerçekte konvektif sınır tabakasının kalınlığı (genellikle 50-200 µm) pürüzlülük özelliklerinden önemli ölçüde daha büyüktür ve bu nedenle 5 µm'nin altındaki değerler için ısı transfer katsayısı Ra'dan neredeyse bağımsızdır. Elektro-parlatma (Ra=0.1μm), mekanik olarak parlatılmış bir yüzeye kıyasla gerçek yüzey alanını ~%5 oranında azaltır, bu da minimum (<<1%) reduction in heat transmission. This means there is no thermal penalty for specifying a smooth surface finish.

Takasın Sentezi-: Ra Değeri ve Çukurlaşma İndüksiyon Süresi
Yüzey Son İşlem Ra Değeri (μm) Yöntem E_pit (V vs. Ag/AgCl) İlk Çukura İndüksiyon Süresi (saat, 42 derece Bé FeCl3, 50 derece) Bağıl Maliyet Faktörü
-Çizildiği gibi (frezelenmiş) 1,2 – 1,8 Yok +0.65 V 20 – 40 saat 1,0× Turşulanmış (asitle kireçlenmiş) %0,8 – 1.2 10% HNO₃ + 2% HF daldırma +0.70 V 50 – 100 saat 1,1× Mekanik olarak cilalanmış (320 grit) 0,4 – 0,6 Kayış veya jant parlatma +0.80 V 300 – 500 saat 1,5×
Mekanik parlatma (600 grit) 0,2 – 0,3 İnce aşındırıcı parlatma+0.88 V 2,0× 1,000 - 2,000 saat
Electro polished (bright finish) 0.08 – 0.15 Electro chemical polishing+0.95 V >5.000 Saat. 2.5x
The results indicates that electropolished surfaces (Ra < 0.15 µm) have a pitting induction time of > 5,000 hours (>6 ay sürekli çalışma)-çizilen yüzeyler 1-2 gün içinde çukurlaşır. Ra azaldıkça iyileşme katlanarak artar.

Bitirdikten Sonra Mühendislik: Pasifleştirme ve-Sonraki Parlatma İşlemi
En iyi oyuklanma direnci için, elektro-cilalı bir yüzeyin ardından nitrik asit pasifleştirme adımı uygulanmalıdır (30 dakika boyunca 50 derecede %20 HNO3). Bu işlem, doğal pasif filmden daha kalın ve daha stabil olan, homojen, hatasız-bir TiO2 katmanına yol açar. Ferrik klorürde kullanımda olan pasifleştirilmiş elektro-parlatılmış titanyum, 10.000 saatlik laboratuvar testinden sonra herhangi bir çukurlaşma göstermemektedir. Elektro-parlatma uygulama için çok pahalıysa, 600 kumlu mekanik parlatma (Ra ≈ 0,25 µm) ve pasifleştirme, ısıtıcının çıkarıldığı ve partiler arasında temizlendiği birçok toplu aşındırma prosedürü için uygun olan 1.000-2.000 saatlik bir indüksiyon süresi verecektir. İşin püf noktası, oyuk oluşumuna neden olabilecek yüzey kirleticilerinden (demir parçacıkları, gres veya gömülü aşındırıcılar) kaçınmaktır.

Sonuç: Elektro-parlatılmış (Ra 0,15 μm'den küçük veya eşit) En Uzun İndüksiyon Süresini Sunar
The maximum induction time for pitting (> 5,000 hours of continuous service) was obtained for a titanium electric heating element immersed in 42° Bé ferric chloride etching solution at 50°C with an electropolished surface finish of Ra < 0.15 µm. Because of the exponential relationship between surface roughness and pitting potential, the improvement over as drawn surfaces ( Ra = 1.5 µm) is considerable, from 1-2 days to >6 ay. Mekanik olarak parlatılmış yüzeyler (Ra=0.2–0,6 µm), daha az zorlu uygulamalar için uygun olan 300–2.000 saatlik ara indüksiyon sürelerine yol açar. Elektro-parlatmanın önemli bir termal cezası yoktur. Elektro-parlatılmış yüzey kalitesi doğrulanmış Ra 0,15 μm'den küçük veya ona eşit olan ferrik klorür aşındırma için ısıtıcıları ve cilalamadan sonra %20 nitrik asitte pasifleştirmeyi belirtin. Ancak artan bitirme maliyeti, çukurlaşmayla ilgili sorunların önlenmesi ve daha uzun hizmet ömrüyle telafi edilir. Bakım aralıkları arasında öngörülen sürekli çalışma süresine göre uygun yüzey kaplamasını seçin. 1000 saati aşan herhangi bir uygulama için elektro-parlatma önerilir.