Zamjena-za završnu obradu titanijumske površine u servisu željeznog klorida
Otopine za jetkanje željeznog klorida (FeCl 3 ) su visoko oksidirajuće i agresivno korozivne za većinu metala. Tipični željezni hlorid je 42 stepena Bé (oko 40% FeCl 3 ). Titan je odabran zbog pasivnog TiO₂ sloja, koji ga čini otpornim na FeCl₃. Međutim, udubljenje je lokalni slom pasivnog premaza, obično na površinskim greškama, inkluzijama ili pukotinama mikroskale. Završna obrada površine, mjerena prosječnom hrapavošću Ra, ima direktan utjecaj na količinu i veličinu mogućih mjesta inicijacije rupica. Glatka površina (nizak Ra) uklanja mikroskopske pukotine i smanjuje broj mjesta za koncentraciju hloridnih jona. Vrlo glatka površina (Ra < 0,2 µm) zahtijeva elektropoliranje ili mehaničko poliranje i povećava troškove. Trenutna studija je utvrdila korelaciju između Ra vrijednosti i vremena indukcije udubljenja u 42 stepena Bé FeCl3 na 50 stepeni i utvrdila završnu obradu površine koja je omogućila maksimalno trajanje prije pokretanja jame.

Utjecaj mehaničkog integriteta: početak pitinga i hrapavost površine
Udubljenje u otopini željeznog klorida na titanijumu počinje na mjestima gdje je pasivni film najtanji, ili gdje pukotine dozvoljavaju akumulaciju klorida. Na gruboj površini (Ra > 1,0 µm), doline su poput mikro pukotina. Ova korita su tipično široka 5-20 µm, a dubina je istog reda kao i Ra vrijednost. U ovim dolinama kloridni ioni se akumuliraju zbog ograničenja difuzije, a lokalni pH opada zbog hidrolize metalnih klorida koji inicira rupe. Na glatkoj površini (Ra < 0,4 µm) doline su plitke (<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.

Termičke performanse: Utjecaj završne obrade površine i prijenosa topline
Završna obrada također ima utjecaj na prijenos topline, ali je sekundarna u odnosu na otpornost na pitting. Stvarna površina grublje površine je veća (2 do 5 puta veća od projektovane površine za Ra=1.5 µm, općenito) što, u teoriji, poboljšava prijenos topline povećanjem površine kontakta s otopinom željeznog klorida. U stvari, međutim, debljina konvektivnog graničnog sloja (obično 50-200 µm) je značajno veća od karakteristika hrapavosti i stoga je koeficijent prijenosa topline gotovo nezavisan od Ra za vrijednosti ispod 5 µm. Elektropoliranje (Ra=0.1µm) smanjuje stvarnu površinu za ~5% u odnosu na mehanički poliranu površinu, što rezultira minimalnim (<<1%) reduction in heat transmission. This means there is no thermal penalty for specifying a smooth surface finish.

Sinteza Trade-offa: Ra vrijednost u odnosu na vrijeme indukcije pitinga
Završna obrada površine Ra vrijednost (µm) Metoda E_pit (V vs. Ag/AgCl) Vrijeme indukcije do prve jame (sati, 42 stepena Bé FeCl3, 50 stepeni) Relativni faktor troškova
Kao-izvučeno (završna obrada) 1,2 – 1,8 Nema +0.65 V 20 – 40 sati 1,0× Kiselo (očišćeno od kamenca) 0,8 – 1.2 10% HNO₃ + 2% HF umakanje +0.70 V 50 – 1010 t.s. 0,4 – 0,6 Poliranje remena ili točkova +0.80 V 300 – 500 sati 1,5×
Mehaničko poliranje (600 grit) 0,2 – 0,3 Fino abrazivno poliranje+0.88 V 2,0× 1,000 - 2,000 sati
Electro polished (bright finish) 0.08 – 0.15 Electro chemical polishing+0.95 V >5.000 sati{2}}x
The results indicates that electropolished surfaces (Ra < 0.15 µm) have a pitting induction time of > 5,000 hours (>6 mjeseci neprekidnog rada) dok se kao -izvučene površine iskopavaju u roku od 1-2 dana. Poboljšanje raste eksponencijalno kako Ra opada.

Inženjering nakon završetka: Pasivacija i tretman nakon{0}}poliranja
Za najbolju otpornost na udubljenje, nakon elektropolirane površine treba slijediti korak pasivacije dušičnom kiselinom (20% HNO 3 na 50 stupnjeva u trajanju od 30 minuta). Ovaj tretman dovodi do homogenog sloja TiO2-bez defekata koji je deblji i stabilniji od prirodnog pasivnog filma. Pasivirani elektropolirani titan u upotrebi u željeznom hloridu ne pokazuje rupice nakon 10.000 sati laboratorijskog ispitivanja. Ako je elektropoliranje preskupo za primjenu, tada će mehaničko poliranje granulacije 600 (Ra ≈ 0,25 µm) i pasivizacija dati vrijeme indukcije od 1.000-2.000 sati što je pogodno za mnoge postupke šaržnog jetkanja gdje se grijač uklanja i čisti između serija. Trik je u izbjegavanju površinskih zagađivača (čestice željeza, masnoće ili ugrađeni abrazivi) koji mogu poslužiti kao mjesta inicijacije udubljenja.

Zaključak: elektropoliran (Ra manji od ili jednak 0,15 μm) nudi najduže vrijeme 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 mjeseci. Mehanički polirane površine (Ra=0.2–0,6 µm) dovode do srednjih vremena indukcije od 300–2000 sati, što je prikladno za manje zahtjevne aplikacije. Elektropoliranje nema značajnu termičku kaznu. Odredite grijače za jetkanje željeznim hloridom s provjerenom završnom obradom površine elektropolirane Ra Manje od ili jednako 0,15 μm i pasiviranje u 20% dušične kiseline nakon poliranja. Ali povećani trošak završne obrade nadoknađuje se izbjegavanjem problema sa udubljenjem-i dužim vijekom trajanja. Odaberite odgovarajuću završnu obradu površine na osnovu predviđenog neprekidnog vremena rada između intervala održavanja. Za svaku primjenu preko 1000 sati, preporučuje se elektropoliranje.