Pengorbanan-untuk Pelapis Permukaan Titanium dalam Layanan Ferri Klorida
Larutan etsa Ferri Klorida (FeCl 3 ) sangat mengoksidasi dan sangat korosif terhadap sebagian besar logam. Besi klorida tipikal adalah 42 derajat Bé (sekitar 40% FeCl 3 ). Titanium dipilih karena lapisan TiO₂ yang pasif sehingga tahan terhadap FeCl₃. Namun, pitting adalah kerusakan lokal pada lapisan pasif, biasanya pada cacat permukaan, inklusi atau celah skala mikro. Permukaan akhir, diukur dengan kekasaran rata-rata Ra, mempunyai pengaruh langsung terhadap kuantitas dan ukuran kemungkinan lokasi inisiasi pitting. Permukaan yang lebih halus (Ra rendah) menghilangkan celah mikroskopis dan mengurangi jumlah tempat konsentrasi ion klorida. Permukaan yang sangat halus (Ra <0,2 µm) memerlukan pemolesan elektro atau pemolesan mekanis dan menambah biaya. Penelitian saat ini menentukan korelasi antara nilai Ra dan waktu induksi pitting pada 42 derajat Bé FeCl3 pada 50 derajat dan menetapkan penyelesaian permukaan yang memberikan durasi maksimum sebelum memulai pit.

Dampak Integritas Mekanis: Inisiasi Pitting dan Kekasaran Permukaan
Pembuatan lubang dalam larutan besi klorida pada titanium dimulai pada lokasi dimana lapisan pasif paling tipis, atau dimana celah memungkinkan akumulasi klorida. Pada permukaan yang kasar (Ra > 1,0 µm), lembahnya seperti celah mikro. Palung ini biasanya memiliki lebar 5–20 µm dan kedalamannya sama dengan nilai Ra. Di lembah ini ion klorida terakumulasi karena kendala difusi dan pH lokal menurun karena hidrolisis logam klorida yang memulai pitting. Pada permukaan halus (Ra <0,4 µm) lembahnya dangkal (<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.

Kinerja Termal: Pengaruh Permukaan Akhir dan Perpindahan Panas
Permukaan akhir juga berpengaruh pada perpindahan panas, namun merupakan hal sekunder terhadap ketahanan lubang. Luas permukaan sebenarnya dari permukaan yang lebih kasar lebih besar (umumnya 2 hingga 5 kali luas proyeksi untuk Ra=1.5 µm) yang, secara teori, meningkatkan perpindahan panas dengan meningkatkan luas kontak dengan larutan besi klorida. Faktanya, ketebalan lapisan batas konvektif (biasanya 50–200 µm) secara signifikan lebih besar daripada fitur kekasaran dan oleh karena itu koefisien perpindahan panas hampir tidak tergantung pada Ra untuk nilai di bawah 5 µm. Pemolesan listrik (Ra=0.1µm) mengurangi luas permukaan sebenarnya sebesar ~5% dibandingkan permukaan yang dipoles secara mekanis, sehingga menghasilkan (<<1%) reduction in heat transmission. This means there is no thermal penalty for specifying a smooth surface finish.

Sintesis Pengorbanan-: Nilai Ra vs Waktu Induksi Pitting
Nilai Ra Akhir Permukaan (µm) Metode E_pit (V vs. Ag/AgCl) Waktu Induksi ke Lubang Pertama (jam, 42 derajat Bé FeCl3, 50 derajat ) Faktor Biaya Relatif
Seperti-digambar (selesai pabrik) 1,2 – 1,8 Tidak ada +0.65 V 20 – 40 jam 1,0× Acar (tanpa kerak asam) 0,8 – 1.2 10% HNO₃ + 2% pencelupan HF +0.70 V 50 – 100 jam 1,1× Dipoles secara mekanis (320 grit) 0,4 – 0,6 Pemolesan sabuk atau roda +0.80 V 300 – 500 jam 1,5×
Pemolesan mekanis (600 grit) 0,2 – 0,3 Pemolesan abrasif halus+0.88 V 2,0× 1,000 - 2,000 jam
Electro polished (bright finish) 0.08 – 0.15 Electro chemical polishing+0.95 V >5.000 Jam. 2.5x
The results indicates that electropolished surfaces (Ra < 0.15 µm) have a pitting induction time of > 5,000 hours (>6 bulan pengoperasian terus-menerus) sementara-permukaan yang digambar berlubang dalam 1-2 hari. Peningkatannya tumbuh secara eksponensial seiring dengan menurunnya Ra.

Rekayasa Setelah Selesai: Pasifasi dan-Perawatan Pemolesan
Untuk ketahanan pitting terbaik, permukaan yang dipoles secara elektro harus diikuti dengan langkah pasivasi asam nitrat (20% HNO 3 pada suhu 50 derajat selama 30 menit). Perlakuan ini menghasilkan lapisan TiO2 yang homogen dan bebas cacat, yang lebih tebal dan lebih stabil dibandingkan film pasif alami. Titanium poles elektro pasif yang digunakan dalam besi klorida tidak menunjukkan adanya lubang setelah pengujian laboratorium selama 10.000 jam. Jika pemolesan elektro terlalu mahal untuk aplikasinya, maka pemolesan mekanis 600 grit (Ra ≈ 0,25 µm) dan pasivasi akan memberikan waktu induksi 1.000–2.000 jam yang cocok untuk banyak prosedur etsa batch di mana pemanas dilepas dan dibersihkan di antara batch. Caranya adalah dengan menghindari kontaminan permukaan (partikel besi, minyak, atau bahan abrasif yang tertanam) yang dapat menjadi tempat timbulnya lubang.

Kesimpulan: Dipoles secara elektro (Ra Kurang dari atau sama dengan 0,15 μm) Menawarkan Waktu Induksi Terpanjang
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 bulan. Permukaan yang dipoles secara mekanis (Ra=0.2–0,6 µm) menghasilkan waktu induksi antara 300–2.000 jam, sesuai untuk aplikasi yang tidak terlalu menuntut. Pemolesan listrik tidak memiliki penalti termal yang penting. Tentukan pemanas untuk etsa besi klorida dengan permukaan akhir yang dipoles secara elektro diverifikasi Ra Kurang dari atau sama dengan 0,15 μm dan pasivasi dalam asam nitrat 20% setelah pemolesan. Namun peningkatan biaya penyelesaian diimbangi dengan menghindari-masalah terkait pitting dan masa pakai yang lebih lama. Pilih penyelesaian permukaan yang sesuai berdasarkan antisipasi waktu pengoperasian terus-menerus di antara interval perawatan. Untuk aplikasi apa pun yang bertahan lebih dari 1.000 jam, disarankan melakukan pemolesan listrik.