티타늄 전열체를 염화제이철 에칭액(42도 Bé, 50도)에 담그면 어떤 표면 마감(Ra 값)이 피팅에 가장 긴 유도 시간을 제공합니까?

염화제이철 서비스에서 티타늄 표면 마감 처리-의 절충 염화철(FeCl 3 ) 에칭 용액은 대부분의 금속에 대해 산화력과 부식성이 높습니다. 일반적인 염화제이철은 42도 Be(약 40% FeCl 3 )입니다. FeCl3에 대한 저항성을 위해 티타늄이 선택된 이유는 수동 TiO2 층 때문입니다. 그러나 패시브 필름의 국부적인 파괴는 미세한 표면 결함, 함유물 또는 균열에서 발생하며 이를 피팅(pitting)이라고 합니다. 평균 거칠기 Ra로 정의되는 표면 광택은 잠재적인 공식 핵 생성 지점의 수와 크기에 직접적인 영향을 미칩니다. 표면이 매끄러울수록(낮은 Ra) 작은 균열이 제거되고 염화물 이온이 집중될 수 있는 위치가 줄어듭니다. 매우 매끄러운 표면(Ra < 0.2 µm)에는 전해 연마 또는 기계적 연마가 필요하며 비용이 증가합니다. 본 연구에서는 50도에서 42도 Bé FeCl3에서 Ra 값과 공식 유도 시간 사이의 관계를 측정하고 공식이 시작되기까지 가장 긴 시간을 초래하는 표면 마감을 식별했습니다. 기계적 완전성의 효과: 표면 거칠기 및 피팅 시작 염화제2철 용액에서 티타늄의 피팅은 패시브 코팅이 가장 약하거나 균열이 염화물 축적을 촉진하는 부위에서 시작됩니다. 거친 표면(Ra > 1.0 µm)에서는 골이 미세 균열과 같습니다. 이러한 홈통의 폭은 일반적으로 5-20um이고 깊이는 Ra 값 정도입니다. 이러한 계곡에서는 확산 제한으로 인해 염화물 이온이 축적되고 금속 염화물의 가수분해로 인해 구멍이 생기며 국지적인 pH가 떨어집니다. 매끄러운 표면(Ra < 0.4 µm)에서 계곡은 얕습니다(<1 µm depth) and wide relative to their depth so that oxygen transport can retain the surface passive. Electrochemical studies in 42° Bé FeCl3 at 50°C indicated that the pitting potential (Epit) of the Grade 2 titanium rose with the decrease in surface roughness. Epit = + 0.65 V vs. Ag/AgCl for as-drawn surface (Ra = 1.5 μm). Epit = + 0.85 V for mechanical polished surface (Ra = 0.4 μm). E_pit =+ 0.95 V for electropolished surface (Ra = 0.1 µm) The open circuit potential in FeCl 3 is around +0.55 V. As-drawn surfaces are quite near the pitting potential. Electropolished surfaces provide a safety margin of 400 mV. The induction time, defined as the time from immersion till the first observable pitting, is exponentially dependent on the difference between Epit and the open circuit potential. An increase of 100 mV in E_pit increases the induction time by ~10. Thermal Performance: Effects of Surface Finish and Heat Transfer The surface finish does have an effect on heat transmission but it is secondary to pitting resistance. The real surface area of a rougher surface is larger (2 to 5 times of the predicted area for Ra = 1.5 µm, in general) which, in theory, improves heat transfer by increasing the contact area with the ferric chloride solution. However in reality the convective boundary layer thickness (often 50-200 $\mu$m) is much bigger than the roughness features and the heat transfer coefficient is mostly independent of Ra for roughness features below 5 $\mu$m. Electropolishing (Ra=0.1µm) reduces the real surface area by approx. 5% compared to a mechanically polished surface, with a minor (<<1%) decrease in heat transfer. So, there is no thermal penalty in specifying a smooth surface finish. Synthesis of the Trade-off: Pitting Induction Time Surface Finish Ra Value (µm) Method E_pit (V versus Ag/AgCl) Induction Time to First Pit (hours, 42° Bé FeCl3, 50°C) Relative Cost Index mill finish (as sketched) 1.2 – 1.8 None +0.65 V 20 – 40 hours 1.0x Pickled (acid descaled) 0.8 – 1.2 10% HNO3 + 2% HF dip +0.70 V 50 – 100 hrs 1.1× Mechanically polished (320 grit) 0.4 – 0.6 Belt or wheel polishing +0.80 V 300 – 500 hrs 1.5× Mechanical polishing (600 grit) 0.2 – 0.3 Fine abrasive polishing +0.88 V 2.0× 1,000 - 2,000 hrs Electro polished (bright) 0.08 – 0.15 Electro chemical polishing+0.95 V>5,000 Hrs. 2.5 times Results show that the pitting induction time for the electropolished surfaces (Ra < 0.15 µm) is > 5,000 hours (> 6 months of continuous operation) while the as-drawn surfaces pit within 1-2 days. The benefit is exponentially increased as Ra is decreased. Engineering After The Finish: Passivation & Post Polish Treatment Best pitting resistance is achieved by a nitric acid passivation stage (20% HNO 3 at 50°C for 30 minutes) after an electropolished surface. This processing results to a uniform defect-free TiO2 layer which is thicker and more stable than the natural passive film. Passivated electropolished titanium in service shows no pitting in 10,000 hours laboratory testing in ferric chloride. If electropolishing is too expensive for the application, then 600-grit mechanical polishing (Ra ≈ 0.25 µm) and passivation will offer an induction time of 1,000–2,000 hours which is adequate for many batch etching techniques where the heater is removed and cleaned between batches. The difficulty is to avoid surface impurities (iron particles, grease, or embedded abrasives) that can act as sites for pitting initiation. Conclusion: Electropolished (Ra ≤ 0.15 μm) Gives the Longest Induction Period Maximum induction time for pitting (> 5,000 hours continuous service) was observed for titanium electric heater immersed in 42° Bé ferric chloride etch solution at 50°C with an electropolished surface finish of Ra < 0.15 µm. This is a major improvement over as drawn surfaces (Ra = 1.5 µm) from 1-2 days to >6개월. 표면 거칠기와 공식 가능성은 기하급수적으로 연관되어 있습니다. 기계적으로 연마된 표면(Ra=0.2–0.6 µm)은 300–2000시간의 중간 유도 기간을 가지며 덜 까다로운 응용 분야에 적합합니다. 전해연마에는 상당한 열 패널티가 없습니다. Ra < 0.15 미크론으로 검증된 전해연마 표면 마감과 20% 질산 후연마 패시베이션을 갖춘 염화제이철 에칭용 히터를 지정합니다. 그러나 높은 마감 비용은 피팅 관련 어려움을 피하고 서비스 수명을 연장하여 상쇄됩니다. 유지보수 간격 사이의 예상 작동 시간에 가장 적합한 표면 마감을 선택하십시오. 1,000시간을 초과하는 모든 적용에는 전해연마를 권장합니다.