Ķīmiskā pulēšana joprojām ir plaši izmantots titāna un tā sakausējumu apdares process, ko novērtē tā spējas radīt spilgtas, atstarojošas virsmas bez mehāniska kontakta. Tomēr ne-vienmērīga pulēšana-, kas izpaužas kā lokalizēta pār-gravēšana, plūsmas pēdas, apelsīna mizas faktūras vai nekonsekvents spīdums vienai sagatavei-, joprojām ir pastāvīgs izaicinājums ražošanas vidēs. Nozarēs, sākot no aviācijas un kosmosa stiprinājumiem līdz medicīniskiem implantiem, virsmas apdares viendabīgums tieši ietekmē izturību pret koroziju, noguruma veiktspēju un pēcapstrādes adhēziju. Šajā rakstā ir aplūkoti titāna ķīmiskās pulēšanas nevienmērības-galvenie cēloņi un sniegti praktiski, procesa{9}līmeņa pretpasākumi.
1. Defektu klasifikācija un vizuālā diagnostika
Pirms parametru regulēšanas ir svarīgi precīzi identificēt defektus. Titāna virsmu nevienmērīga -pulēšana parasti iedalās vairākās atšķirīgās kategorijās, un katra norāda uz dažādiem pamatcēloņiem.
Apelsīna miza rodas, ja ķīmiskā uzbrukuma ātrums atšķiras dažādās metalurģijas fāzēs vai sakausējuma graudu orientācijās. Divfāzu sakausējumos, piemēram, Ti-6Al-4V (TC4), fāze galvenokārt izšķīst noteiktos skābes apstākļos, atstājot raupju virsmas topogrāfiju. Punktu noteikšana parasti norāda uz pārāk augstu HF koncentrāciju vai HF-/HNO₃ attiecību kā optimālo logu. Plūsmas zīmes un malu centra atšķirības gandrīz vienmēr ir saistītas ar šķidruma dinamiku un termiskās vienmērības problēmām.
2. Šķīduma ķīmija: HF/HNO₃ attiecība kā primārais kontroles mainīgais
HF-HNO₃-H₂O sistēma joprojām ir titāna ķīmiskās pulēšanas darba zirgs. HF darbojas kā aktīvais šķīdinātājs, uzbrūkot titāna substrātam un noņemot dabisko oksīda slāni. HNO₃ ir divējāda loma: izšķīdušā Ti³⁺ oksidēšana līdz Ti⁴⁺, lai novērstu virsmas piesārņojumu, un pasīvās plēves veidošanās veicināšana, kas kontrolē kopējo kodināšanas ātrumu.
Nozares prakse parasti nosaka HF koncentrāciju 3–5% un HNO₃ koncentrāciju 15–30% pēc tilpuma. Šajā logā HF-līdz-HNO₃ attiecība ir kritiskais regulēšanas parametrs. Eksperimentālajos pētījumos ar TC4 ir pārbaudītas attiecības 1:4, 1:6 un 1:8 (HF: HNO₃ pēc tilpuma). Pārāk HF{16}}bagāta attiecība rada agresīvu, nekontrolētu kodināšanu ar bedrēm un ne{17}}vienmērīgu materiāla noņemšanu. Pārāk HNO₃-bagāta attiecība pārmērīgi palēnina reakciju un var izraisīt pasivāciju pirms izlīdzināšanas pabeigšanas, izraisot duļķainu vai nevienmērīgu apdari.
Pamatmehānisms ir saistīts ar difūzijas -kontrolētu pret aktivizēšanu-kontrolētu kodināšanu. Ja HF koncentrācija ir pareizi līdzsvarota ar HNO₃, šķīdināšanas ātrumu ierobežo reaģentu transportēšana uz virsmu, nevis pati virsmas reakcija. Šis difūzijas -ierobežotais režīms, protams, nodrošina vienmērīgāku materiāla noņemšanu visā makro-mēroga topogrāfijā, jo izvirzītie elementi saņem nedaudz lielāku difūzijas plūsmu nekā padziļinātie apgabali-izlīdzināšanas efekts, kas nosaka īstu pulēšanu.
3. Temperatūras kontrole un termiskā gradienta vadība
Temperatūrai ir izteikta ietekme uz titāna ķīmiskās pulēšanas kinētiku. Reakcijas ātrums palielinās par aptuveni 1,5–2 reizes, kad šķīduma temperatūra paaugstinās par 5 grādiem. Temperatūras gradients, kas pārsniedz 3–4 grādus visā vannā, var radīt vizuāli nosakāmas atšķirības pulēšanas viendabīgumā starp sagatavēm, kas novietotas dažādās vietās, vai pat starp vienas lielas daļas augšējo un apakšējo daļu.
Ieteicamais darbības diapazons lielākajai daļai titāna ķīmisko pulēšanas preparātu ir 20–35 grādi. Tomēr šis diapazons ir pārāk plašs precīzam darbam. Vienādam rezultātam ir nepieciešama stingrāka kontrole ±1,5 grādu robežās. Temperatūras svārstības virs 35 grādiem paātrina HF iztvaikošanu, kas izmaina šķīduma ķīmisko sastāvu lokāli šķidruma -gaisa saskarnes tuvumā. Šī parādība rada raksturīgu defektu modeli: virs-nopulētas vertikāli iegremdētu detaļu augšējās daļas un zem{10}}pulētas apakšējās daļas ar pakāpenisku pārejas zonu starp tām.
Praktiski pretpasākumi ietver tvertnes ar apvalku ar cirkulējošu temperatūras regulēšanas šķidrumu, iegremdējamos sildītājus ar proporcionāliem -integrālajiem-atvasinājuma (PID) regulatoriem un nepārtrauktu vannas recirkulāciju, lai novērstu termisko noslāņošanos. Termopāri, kas novietoti vairākos dziļumos un vietās, nodrošina atgriezenisko saiti, kas nepieciešama procesa kontrolei.
