Đánh đổi-để có được bề mặt hoàn thiện bằng titan trong dịch vụ Ferric Chloride
Dung dịch ăn mòn Ferric Chloride (FeCl 3 ) có tính oxy hóa cao và ăn mòn mạnh đối với hầu hết các kim loại. Clorua sắt điển hình là 42 độ Bé (khoảng 40% FeCl 3 ). Titan được chọn vì có lớp TiO₂ thụ động, giúp nó có khả năng chống lại FeCl₃. Tuy nhiên, rỗ là sự phá hủy cục bộ của lớp phủ thụ động, thường là ở các vết nứt bề mặt, các tạp chất hoặc các kẽ hở có kích thước cực nhỏ. Độ bóng bề mặt, được đo bằng độ nhám trung bình Ra, có ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng và kích thước của các vị trí có thể bắt đầu rỗ. Bề mặt mịn hơn (Ra thấp) sẽ loại bỏ các vết nứt cực nhỏ và giảm số lượng vị trí tập trung ion clorua. Bề mặt có độ nhẵn cao (Ra < 0,2 µm) đòi hỏi phải đánh bóng bằng điện hoặc đánh bóng cơ học và tăng thêm chi phí. Nghiên cứu hiện tại đã xác định mối tương quan giữa giá trị Ra và thời gian cảm ứng rỗ ở 42 độ BéFeCl3 ở nhiệt độ 50 độ và thiết lập độ hoàn thiện bề mặt mang lại thời gian tối đa trước khi bắt đầu tạo vết rỗ.

Tác động đến tính toàn vẹn cơ học: Bắt đầu rỗ và độ nhám bề mặt
Rỗ trong dung dịch clorua sắt trên titan bắt đầu tại những vị trí có màng thụ động mỏng nhất hoặc nơi các vết nứt cho phép tích tụ clorua. Ở bề mặt gồ ghề (Ra > 1,0 µm), các thung lũng giống như những vết nứt vi mô. Những vùng trũng này thường rộng từ 5–20 µm và độ sâu có cùng thứ tự với giá trị Ra. Trong các thung lũng này, các ion clorua tích tụ do hạn chế khuếch tán và độ pH cục bộ giảm do quá trình thủy phân clorua kim loại bắt đầu tạo vết rỗ. Trên bề mặt nhẵn (Ra < 0,4 µm) các thung lũng nông (<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.

Hiệu suất nhiệt: Ảnh hưởng của bề mặt hoàn thiện và truyền nhiệt
Bề mặt hoàn thiện cũng có ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt nhưng chỉ là thứ yếu đối với khả năng chống rỗ. Diện tích bề mặt thực tế của bề mặt cứng hơn sẽ lớn hơn (nói chung là gấp 2 đến 5 lần diện tích dự kiến ​​​​của Ra=1.5 µm), về mặt lý thuyết, giúp tăng cường truyền nhiệt bằng cách tăng diện tích tiếp xúc với dung dịch clorua sắt. Tuy nhiên, trên thực tế độ dày của lớp ranh giới đối lưu (thường là 50–200 µm) lớn hơn đáng kể so với đặc điểm nhám và do đó hệ số truyền nhiệt gần như độc lập với Ra đối với các giá trị dưới 5 µm. Đánh bóng bằng điện (Ra=0.1µm) làm giảm diện tích bề mặt thực khoảng ~5% so với bề mặt được đánh bóng cơ học, dẫn đến (<<1%) reduction in heat transmission. This means there is no thermal penalty for specifying a smooth surface finish.

Tổng hợp sự đánh đổi-: Giá trị Ra và Thời gian cảm ứng rỗ
Độ hoàn thiện bề mặt Giá trị Ra (µm) Phương pháp E_pit (V so với Ag/AgCl) Thời gian cảm ứng đến hố đầu tiên (giờ, 42 độ BéFeCl3, 50 độ) Hệ số chi phí tương đối
Như-rút ra (hoàn thiện trong máy nghiền) 1,2 – 1,8 Không +0.65 V 20 – 40 giờ 1,0× Ngâm (khử cặn bằng axit) 0,8 – 1.2 10% HNO₃ + 2% Nhúng HF +0.70 V 50 – 100 giờ 1,1× Đánh bóng cơ học (320 grit) 0,4 – 0,6 Đánh bóng dây đai hoặc bánh xe +0.80 V 300 – 500 giờ 1,5×
Đánh bóng cơ học (600 grit) 0,2 – 0,3 Đánh bóng mài mòn mịn+0.88 V 2.0× 1,000 - 2.000 giờ
Electro polished (bright finish) 0.08 – 0.15 Electro chemical polishing+0.95 V >5.000 giờ. 2.5x
The results indicates that electropolished surfaces (Ra < 0.15 µm) have a pitting induction time of > 5,000 hours (>6 tháng hoạt động liên tục) trong khi-bề mặt được vẽ sẽ bị hố trong vòng 1-2 ngày. Sự cải thiện tăng theo cấp số nhân khi Ra giảm.

Kỹ thuật sau khi hoàn thiện: Thụ động hóa và hậu kỳ-Xử lý đánh bóng
Để có khả năng chống rỗ tốt nhất, bề mặt được đánh bóng bằng điện phải được thực hiện bằng bước thụ động axit nitric (20% HNO 3 ở 50 độ trong 30 phút). Cách xử lý này tạo ra lớp TiO2 đồng nhất,{5}}không có khiếm khuyết, dày hơn và ổn định hơn so với màng thụ động tự nhiên. Titan được đánh bóng bằng điện thụ động khi sử dụng trong clorua sắt không bị rỗ sau 10.000 giờ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Nếu quá trình đánh bóng bằng điện quá đắt đối với ứng dụng thì việc đánh bóng cơ học 600 grit (Ra ≈ 0,25 µm) và thụ động hóa sẽ cho thời gian cảm ứng là 1.000–2.000 giờ, phù hợp với nhiều quy trình ăn mòn theo đợt trong đó bộ gia nhiệt được tháo ra và làm sạch giữa các đợt. Bí quyết là tránh các chất gây ô nhiễm bề mặt (các hạt sắt, dầu mỡ hoặc chất mài mòn nhúng) có thể đóng vai trò là vị trí bắt đầu rỗ.

Kết luận: Đánh bóng bằng điện (Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,15 μm) Mang lại Thời gian Cảm ứng Dài nhất
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 tháng. Các bề mặt được đánh bóng cơ học (Ra=0.2–0,6 µm) dẫn đến thời gian cảm ứng trung gian là 300–2.000 giờ, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi ít yêu cầu hơn. Đánh bóng bằng điện không có ảnh hưởng nhiệt quan trọng. Chỉ định bộ gia nhiệt để khắc clorua sắt với bề mặt được đánh bóng bằng điện đã được xác nhận Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,15 μm và thụ động trong axit nitric 20% sau khi đánh bóng. Tuy nhiên, chi phí hoàn thiện tăng lên sẽ được bù đắp bằng việc tránh các vấn đề liên quan đến rỗ{12}}và tuổi thọ lâu hơn. Chọn lớp hoàn thiện bề mặt phù hợp dựa trên thời gian chạy liên tục dự kiến ​​giữa các khoảng thời gian bảo trì. Đối với bất kỳ ứng dụng nào có tuổi thọ trên 1.000 giờ, nên đánh bóng bằng điện.