Cheminis poliravimas tebėra plačiai naudojamas titano ir jo lydinių apdailos procesas, vertinamas dėl gebėjimo sukurti šviesius, atspindinčius paviršius be mechaninio kontakto. Tačiau ne-vienodas poliravimas-, pasireiškiantis kaip lokalizuotas per-ėsdinimas, tekėjimo žymės, apelsino žievelės tekstūros arba nenuoseklus vieno ruošinio blizgesys-, gamybos aplinkoje išlieka nuolatinis iššūkis. Pramonės sektoriuose nuo aviacijos ir kosmoso tvirtinimo detalių iki medicininių implantų paviršiaus apdailos vienodumas tiesiogiai veikia atsparumą korozijai, nuovargio veikimą ir sukibimą po{6}}apdorojimo. Šiame straipsnyje nagrinėjamos pagrindinės titano cheminio poliravimo ne{8}}vienodumo priežastys ir pateikiamos veiksmingos, proceso{9} lygio atsakomosios priemonės.
1. Defektų klasifikavimas ir vizualinė diagnostika
Prieš koreguojant parametrus, būtina tiksliai nustatyti defektą. Nevienodas titano paviršių poliravimas- paprastai skirstomas į kelias skirtingas kategorijas, kurių kiekviena nurodo skirtingas pagrindines priežastis.
Apelsinų žievelė atsiranda, kai cheminio poveikio greitis skiriasi įvairiose metalurgijos fazėse arba lydinio grūdelių orientacijose. Dviejų-fazių lydiniuose, tokiuose kaip Ti-6Al-4V (TC4), fazė pirmiausia ištirpsta esant tam tikroms rūgštinėms sąlygoms, palikdama grublėtą paviršiaus topografiją. Taškų nustatymas paprastai rodo per didelę HF koncentraciją arba HF- ir HNO₃ santykį, kuris yra optimalus langas. Srauto žymės ir krašto centro skirtumai beveik visada siejami su skysčių dinamikos ir šiluminio vienodumo problemomis.
2. Tirpalo chemija: HF/HNO₃ santykis kaip pagrindinis valdymo kintamasis
HF-HNO₃-H₂O sistema išlieka titano cheminio poliravimo darbiniu arkliu. HF veikia kaip aktyvus tirpiklis, puola titano substratą ir pašalina natūralų oksido sluoksnį. HNO3 atlieka dvejopą vaidmenį: oksiduoja ištirpusį Ti3⁺ į Ti⁴⁺, kad būtų išvengta paviršiaus užteršimo, ir skatina pasyvios plėvelės susidarymą, kuri kontroliuoja bendrą ėsdinimo greitį.
Pramonės praktika paprastai siekia, kad HF koncentracija būtų 3–5 %, o HNO₃ – 15–30 % tūrio. Šiame lange HF{5}}ir-HNO₃ santykis yra svarbiausias derinimo parametras. Eksperimentiniai TC4 tyrimai ištyrė santykius 1:4, 1:6 ir 1:8 (HF: HNO₃ pagal tūrį). Pernelyg HF{16}}turtingas santykis sukelia agresyvų, nekontroliuojamą ėsdinimą su duobėmis ir ne{17}}vienodu medžiagos pašalinimu. Per daug HNO₃-turtingas santykis per daug sulėtina reakciją ir gali sukelti pasyvavimą dar nesibaigus išlyginimui, todėl apdaila tampa drumsta arba nelygi.
Pagrindinis mechanizmas yra susijęs su difuzijos-valdomu ir aktyvinimo-kontroliuojamu ofortu. Kai HF koncentracija yra tinkamai subalansuota su HNO₃, tirpimo greitį riboja reagentų pernešimas į paviršių, o ne pati paviršiaus reakcija. Šis difuzijos-ribotas režimas natūraliai sukuria tolygesnį medžiagos pašalinimą visoje makro- mastelio topografijoje, nes išsikišusios ypatybės gauna šiek tiek didesnį difuzijos srautą nei įdubusiose srityse-išlyginamasis efektas, kuris apibrėžia tikrąjį poliravimą.
3. Temperatūros kontrolė ir terminio gradiento valdymas
Temperatūra daro ryškų poveikį titano cheminio poliravimo kinetikai. Reakcijos greitis padidėja maždaug 1,5–2 kartus, kai tirpalo temperatūra pakyla kas 5 laipsnius. 3–4 laipsnių temperatūros gradientas visoje vonioje gali sukelti vizualiai aptinkamus poliravimo vienodumo skirtumus tarp ruošinių, išdėstytų skirtingose vietose, arba net tarp vienos didelės dalies viršaus ir apačios.
Daugumos titano cheminių poliravimo preparatų rekomenduojamas veikimo diapazonas yra 20–35 laipsniai. Tačiau šis diapazonas yra per platus tiksliam darbui. Norint pasiekti vienodų rezultatų, būtina griežtesnė kontrolė ±1,5 laipsnio ribose. Temperatūros svyravimai virš 35 laipsnių pagreitina HF garavimą, o tai keičia tirpalo chemiją lokaliai šalia skysčio -oro sąsajos. Dėl šio reiškinio atsiranda būdingas defektų raštas: virš-poliruotos vertikaliai panardintų dalių viršutinės dalys ir po{10}}poliruotos apatinės dalys su laipsniško perėjimo zona tarp jų.
Praktinės atsakomosios priemonės apima talpyklas su apvalkalu su cirkuliuojančiu temperatūros reguliavimo skysčiu, panardinamus šildytuvus su proporcingais -integruotais- išvestiniais (PID) valdikliais ir nuolatinę vonios recirkuliaciją, kad būtų pašalinta šiluminė stratifikacija. Termoporos, išdėstytos įvairiuose gyliuose ir vietose, suteikia grįžtamąjį ryšį, reikalingą proceso valdymui.
