Cserélje ki-titán felületkezelését vas-klorid szolgáltatásban
A vas(III)-klorid (FeCl 3 ) maratási oldatok erősen oxidáló hatásúak és agresszíven korrozívak a legtöbb fémre. A tipikus vas-klorid 42 Bé-fokos (körülbelül 40% FeCl 3 ). A titánt a passzív TiO₂ réteg miatt választottuk ki, amely ellenáll a FeCl3-nak. A lyukképződés azonban a passzív bevonat helyi lebomlása, általában felületi hibák, zárványok vagy mikroméretű repedések esetén. Az átlagos Ra érdességgel mért felületkezelés közvetlen hatással van a lehetséges gödrösödési helyek mennyiségére és méretére. A simább felület (alacsony Ra) eltávolítja a mikroszkopikus repedéseket, és csökkenti a kloridionok koncentrációjának helyek számát. A nagyon sima felület (Ra < 0,2 µm) elektropolírozást vagy mechanikus polírozást igényel, és megnöveli a költségeket. A jelenlegi vizsgálat meghatározta az Ra érték és a gödörképződési idő közötti összefüggést 42 fokos Bé FeCl3-ban 50 fokon, és megállapította azt a felületi minőséget, amely a gödör keletkezése előtti maximális időtartamot biztosította.

Mechanikai épségre gyakorolt ​​hatások: Pitting keletkezése és felületi érdesség
A vas(III)-klorid-oldatban a titánon történő lyukasztás azokon a helyeken kezdődik, ahol a passzív film a legvékonyabb, vagy ahol a repedések lehetővé teszik a klorid felhalmozódását. A durva felületen (Ra > 1,0 µm) a völgyek olyanok, mint a mikrohasadékok. Ezek a vályúk jellemzően 5-20 µm szélesek, és a mélységük az Ra értékkel azonos nagyságrendű. Ezekben a völgyekben a diffúziós korlátok miatt kloridionok halmozódnak fel, és a helyi pH csökken a fém-kloridok hidrolízise miatt, ami gödrösödést indít el. Sima felületen (Ra < 0,4 µm) a völgyek sekélyek (<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.

Hőteljesítmény: A felületkezelés és a hőátadás hatása
A felületkezelés szintén hatással van a hőszállításra, de másodlagos a lyukállósághoz képest. Egy durvább felület tényleges felülete nagyobb (általában Ra=1.5 µm-re vetített terület 2-5-szöröse), ami elméletileg javítja a hőátadást azáltal, hogy növeli a vas(III)-klorid oldattal való érintkezési felületet. Valójában azonban a konvektív határréteg vastagsága (általában 50-200 µm) lényegesen nagyobb, mint az érdesség jellemzői, ezért a hőátbocsátási tényező szinte független Ra-tól 5 µm alatti értékek esetén. Az elektropolírozás (Ra=0.1µm) ~5%-kal csökkenti a valós felületet a mechanikusan polírozott felülethez képest, ami minimális (<<1%) reduction in heat transmission. This means there is no thermal penalty for specifying a smooth surface finish.

Synthesis of the Trade-off: Ra Value vs Pitting Induction Time
Felületi kikészítés Ra érték (µm) Módszer E_pit (V vs. Ag/AgCl) Indukciós idő az első mélyedésig (óra, 42 fok Bé FeCl3, 50 fok) Relatív költségtényező
Húzott (marási felület) 1,2 – 1,8 Nincs +0.65 V 20 – 40 óra 1,0× Pácolt (savas vízkőtelenítés) 0,8 – 1.2 10% HNO₃ + 2% HF dip +0.70 V 50 – 20.10.10.10. szemcse) 0,4 – 0,6 Szíj vagy kerék polírozása +0.80 V 300 – 500 óra 1,5×
Mechanikus polírozás (600 szemcseméretű) 0,2–0,3 Finom csiszoló polírozás+0.88 V 2,0 × 1,000 - 2 000 óra
Electro polished (bright finish) 0.08 – 0.15 Electro chemical polishing+0.95 V >5000 óra . 2.5x
The results indicates that electropolished surfaces (Ra < 0.15 µm) have a pitting induction time of > 5,000 hours (>6 hónap folyamatos működés), míg a-húzott felület 1-2 napon belül gödrösödik. A javulás exponenciálisan nő, ahogy Ra csökken.

Tervezés a befejezés után: passziválás és utópolírozás{0}}
A legjobb ütésállóság érdekében az elektropolírozott felületet salétromsavas passziválási lépésnek kell követnie (20% HNO 3 50 fokon 30 percig). Ez a kezelés egy homogén, hibamentes TiO2 réteghez vezet, amely vastagabb és stabilabb, mint a természetes passzív film. A vas(III)-kloridban használatos, elektropolírozott, passzivált titán 10 000 órás laboratóriumi vizsgálat után nem mutat lyukképződést. Ha az elektropolírozás túl drága az alkalmazáshoz, akkor a 600-as szemcsés mechanikus polírozás (Ra ≈ 0,25 µm) és a passziválás 1000-2000 órás indukciós időt ad, ami számos szakaszos maratási eljáráshoz alkalmas, ahol a fűtőelemet a tételek között eltávolítják és megtisztítják. A trükk az, hogy elkerüljük a felületi szennyeződéseket (vasrészecskéket, zsírt vagy beágyazott csiszolóanyagokat), amelyek gödrök keletkezési helyeként szolgálhatnak.

Következtetés: Elektropolírozott (Ra kisebb vagy egyenlő, mint 0,15 μm) a leghosszabb indukciós időt kínálja
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 hónap. A mechanikusan polírozott felületek (Ra=0.2–0,6 µm) 300–2000 órás közbenső indukciós időt eredményeznek, ami kevésbé igényes alkalmazásokhoz megfelelő. Az elektropolírozásnak nincs fontos termikus hatása. Adjon meg melegítőket vas(III)-kloridos maratáshoz, elektropolírozott felületkezeléssel, hitelesített Ra 0,15 μm vagy azzal egyenlő, és polírozás után passziválás 20%-os salétromsavban. A megnövekedett befejezési költségeket azonban kompenzálja a lyukasztással kapcsolatos problémák elkerülése és a hosszabb élettartam. Válassza ki a megfelelő felületkezelést a karbantartási intervallumok közötti várható folyamatos futási idő alapján. Minden 1000 óránál hosszabb alkalmazás esetén elektropolírozás javasolt.