Kompromis-za površinsko obdelavo iz titana pri storitvah železovega klorida
Raztopine železovega klorida (FeCl 3 ) za jedkanje so zelo oksidativne in agresivno jedke za večino kovin. Tipičen železov klorid ima 42 stopinj Bé (približno 40 % FeCl 3 ). Titan je bil izbran zaradi pasivne plasti TiO₂, zaradi katere je odporen na FeCl3. Vendar je luknjanje lokalna razčlenitev pasivne prevleke, običajno na površinskih napakah, vključkih ali razpokah mikroskale. Končna obdelava površine, merjena s povprečno hrapavostjo Ra, ima neposreden vpliv na količino in velikost možnih mest iniciacije luknjičastih lukenj. Bolj gladka površina (nizek Ra) odstrani mikroskopske razpoke in zmanjša število mest za koncentracijo kloridnih ionov. Zelo gladka površina (Ra < 0,2 µm) zahteva elektropoliranje ali mehansko poliranje in poveča stroške. Trenutna študija je določila korelacijo med vrednostjo Ra in časom indukcije lukenj v 42-stopinjskem Bé FeCl3 pri 50 stopinjah in določila končno obdelavo površine, ki je zagotovila največje trajanje pred pojavom luknjic.

Vplivi na mehansko celovitost: Začetek lukenj in hrapavost površine
Pitting v raztopini železovega klorida na titanu se začne na mestih, kjer je pasivni film najtanjši, ali kjer razpoke omogočajo kopičenje klorida. Na hrapavi površini (Ra > 1,0 µm) so doline podobne mikrorazpokam. Ta korita so običajno široka 5–20 µm, globina pa je enaka vrednosti Ra. V teh dolinah se zaradi difuzijskih omejitev kopičijo kloridni ioni, lokalni pH pa se zmanjša zaradi hidrolize kovinskih kloridov, ki sproži luknjičasto jamičenje. Na gladki površini (Ra < 0,4 µm) so vdolbine plitve (<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.

Toplotna učinkovitost: Učinek površinske obdelave in prenosa toplote
Površinska obdelava prav tako vpliva na prenos toplote, vendar je sekundarna glede na odpornost proti luknjicam. Dejanska površina bolj hrapave površine je večja (2- do 5-kratna predvidena površina za Ra=1.5 µm, na splošno), kar teoretično poveča prenos toplote s povečanjem kontaktne površine z raztopino železovega klorida. Dejansko pa je debelina konvektivne mejne plasti (običajno 50–200 µm) bistveno večja od značilnosti hrapavosti, zato je koeficient toplotnega prenosa skoraj neodvisen od Ra za vrednosti pod 5 µm. Elektropoliranje (Ra=0.1µm) zmanjša dejansko površino za ~5 % v primerjavi z mehansko polirano površino, kar povzroči minimalno (<<1%) reduction in heat transmission. This means there is no thermal penalty for specifying a smooth surface finish.

Sinteza kompromisa-: vrednost Ra v primerjavi s časom indukcije pittinga
Površinska obdelava Ra vrednost (µm) Metoda E_pit (V proti Ag/AgCl) Indukcijski čas do prve jame (ure, 42 stopinj Bé FeCl3, 50 stopinj ) Faktor relativnih stroškov
Kot-vlečeno (končna obdelava) 1,2 – 1,8 Brez +0.65 V 20 – 40 ur 1,0× dekapirano (odstranjen s kislino) 0,8 – 1.2 10% HNO₃ + 2% HF dip +0.70 V 50 – 100 ur 1,1× mehansko polirano (zrnatost 320) 0,4 – 0,6 Poliranje jermena ali kolesa +0.80 V 300 – 500 ur 1,5×
Mehansko poliranje (600 grit) 0,2 – 0,3 Fino abrazivno poliranje+0.88 V 2,0× 1,000 - 2,000 ur
Electro polished (bright finish) 0.08 – 0.15 Electro chemical polishing+0.95 V >5000 ur. 2.5x
The results indicates that electropolished surfaces (Ra < 0.15 µm) have a pitting induction time of > 5,000 hours (>6 mesecev neprekinjenega delovanja), medtem ko se kot-vlečene površine razjamejo v 1-2 dneh. Izboljšanje raste eksponentno, ko se Ra zmanjšuje.

Inženiring po zaključku: pasiviranje in obdelava po-poliranju
Za najboljšo odpornost proti luknjicam mora elektropolirani površini slediti korak pasivacije z dušikovo kislino (20 % HNO 3 pri 50 stopinjah 30 minut). Ta obdelava vodi do homogene plasti TiO2 brez-defektov, ki je debelejša in stabilnejša od naravnega pasivnega filma. Pasiviran elektropolirani titan, ki se uporablja v železovem kloridu, po 10.000 urah laboratorijskega testiranja ne kaže luknjičastih lukenj. Če je elektropoliranje predrago za aplikacijo, bosta z mehanskim poliranjem zrna 600 (Ra ≈ 0,25 µm) in pasivacijo zagotovila indukcijski čas 1.000–2.000 ur, kar je primerno za številne postopke serijskega jedkanja, pri katerih se grelec odstrani in očisti med serijami. Trik je, da se izognete površinskim onesnaževalcem (delci železa, maščobe ali vdelani abrazivi), ki lahko služijo kot mesta iniciacije luknjičastih lukenj.

Zaključek: Elektropolirano (Ra manj kot ali enako 0,15 μm) ponuja najdaljši čas indukcije
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 mesecev. Mehansko polirane površine (Ra=0.2–0,6 µm) vodijo do vmesnih indukcijskih časov 300–2000 ur, kar je primerno za manj zahtevne aplikacije. Elektropoliranje nima pomembnega toplotnega učinka. Določite grelnike za jedkanje železovega klorida s preverjeno elektropolirano površinsko obdelavo Ra manj kot ali enako 0,15 μm in pasivacijo v 20 % dušikovi kislini po poliranju. Toda povečani stroški končne obdelave se kompenzirajo z izogibanjem težavam, povezanim z luknjami,-in daljšo življenjsko dobo. Izberite primerno površinsko obdelavo na podlagi pričakovanega neprekinjenega časa delovanja med vzdrževalnimi intervali. Za vsako uporabo, ki traja več kot 1000 ur, se priporoča elektropoliranje.