Troca-por acabamento superficial de titânio em serviço de cloreto férrico
As soluções de ataque com cloreto férrico (FeCl 3 ) são altamente oxidantes e agressivamente corrosivas para a maioria dos metais. O cloreto férrico típico é Bé de 42 graus (cerca de 40% FeCl3). O titânio foi selecionado devido à camada passiva de TiO₂, que o torna resistente ao FeCl₃. No entanto, a corrosão por corrosão é a quebra local do revestimento passivo, geralmente em falhas superficiais, inclusões ou fendas em microescala. O acabamento superficial, medido pela rugosidade média Ra, tem influência direta na quantidade e tamanho dos possíveis locais de início de pite. Uma superfície mais lisa (baixo Ra) remove fissuras microscópicas e diminui o número de locais para a concentração de íons cloreto. Uma superfície altamente lisa (Ra < 0,2 µm) requer eletropolimento ou polimento mecânico e aumenta o custo. O presente estudo determinou a correlação entre o valor de Ra e o tempo de indução de pite em 42 graus Bé FeCl3 a 50 graus e estabeleceu o acabamento superficial que proporcionou a duração máxima antes do início do pite.

Impactos na integridade mecânica: início de pite e rugosidade superficial
A corrosão em solução de cloreto férrico em titânio começa em locais onde o filme passivo é mais fino ou onde as fissuras permitem o acúmulo de cloreto. Numa superfície rugosa (Ra > 1,0 µm), os vales são como microfissuras. Essas calhas têm normalmente 5–20 µm de largura e a profundidade é da mesma ordem que o valor Ra. Nestes vales, os íons cloreto se acumulam devido a restrições de difusão e o pH local diminui devido à hidrólise de cloretos metálicos que inicia a corrosão. Em uma superfície lisa (Ra <0,4 µm) os vales são rasos (<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.

Desempenho térmico: efeito do acabamento superficial e transferência de calor
O acabamento superficial também tem efeito no transporte de calor, mas é secundário à resistência à corrosão. A área superficial real de uma superfície mais rugosa é maior (2 a 5 vezes a área projetada para Ra=1.5 µm, geralmente) o que, em teoria, aumenta a transferência de calor aumentando a área de contato com a solução de cloreto férrico. Na verdade, porém, a espessura da camada limite convectiva (geralmente 50–200 µm) é significativamente maior do que as características de rugosidade e, portanto, o coeficiente de transferência de calor é quase independente de Ra para valores abaixo de 5 µm. O eletropolimento (Ra=0.1µm) reduz a área de superfície real em aproximadamente 5% em comparação com uma superfície polida mecanicamente, resultando em um mínimo (<<1%) reduction in heat transmission. This means there is no thermal penalty for specifying a smooth surface finish.

Síntese da compensação-: valor Ra vs tempo de indução de pite
Valor Ra do acabamento superficial (µm) Método E_pit (V vs. Ag/AgCl) Tempo de indução até a primeira cava (horas, 42 graus Bé FeCl3, 50 graus) Fator de custo relativo
Conforme-desenhado (acabamento de fresagem) 1,2 – 1,8 Nenhum +0.65 V 20 – 40 horas 1,0× Decapado (descalcificado com ácido) 0,8 – 1.2 10% HNO₃ + 2% imersão em HF +0.70 V 50 – 100 horas 1,1× Polido mecanicamente (grão 320) 0,4 – 0,6 Polimento de correia ou roda +0.80 V 300 – 500 horas 1,5×
Polimento mecânico (grão 600) 0,2 – 0,3 Polimento abrasivo fino+0.88 V 2,0× 1,000 - 2.000 horas
Electro polished (bright finish) 0.08 – 0.15 Electro chemical polishing+0.95 V >5.000 horas. 2.5x
The results indicates that electropolished surfaces (Ra < 0.15 µm) have a pitting induction time of > 5,000 hours (>6 meses de operação contínua), enquanto as-superfícies desenhadas perfuram dentro de 1 a 2 dias. A melhoria cresce exponencialmente à medida que Ra diminui.

Engenharia após o acabamento: passivação e tratamento pós{0}}polimento
Para melhor resistência à corrosão, uma superfície eletropolida deve ser seguida por uma etapa de passivação com ácido nítrico (20% HNO 3 a 50 graus por 30 minutos). Esse tratamento resulta em uma camada de TiO2 homogênea e-livre de defeitos, que é mais espessa e mais estável que o filme passivo natural. O titânio eletropolido passivado em serviço em cloreto férrico não apresenta corrosão após 10.000 horas de testes de laboratório. Se o eletropolimento for muito caro para a aplicação, então o polimento mecânico de granulação 600 (Ra ≈ 0,25 µm) e a passivação proporcionarão um tempo de indução de 1.000 a 2.000 horas, o que é adequado para muitos procedimentos de gravação em lote onde o aquecedor é removido e limpo entre lotes. O truque é evitar contaminantes superficiais (partículas de ferro, graxa ou abrasivos incorporados) que podem servir como locais de início de corrosão.

Conclusão: Eletropolido (Ra menor ou igual a 0,15 μm) oferece maior tempo de indução
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 meses. As superfícies polidas mecanicamente (Ra=0.2–0,6 µm) levam a tempos de indução intermediários de 300 a 2.000 horas, apropriados para aplicações menos exigentes. O eletropolimento não apresenta penalidade térmica importante. Especifique aquecedores para ataque com cloreto férrico com acabamento superficial eletropolido verificado Ra menor ou igual a 0,15 μm e passivação em ácido nítrico 20% após polimento. Mas o aumento do custo de acabamento é compensado pela prevenção de problemas-relacionados à corrosão e pela vida útil mais longa. Escolha o acabamento superficial adequado com base no tempo de funcionamento contínuo previsto entre os intervalos de manutenção. Para qualquer aplicação acima de 1.000 horas, sugere-se o eletropolimento.