**Kuidas vähendab elektropoleeritud pinnaviimistlus (Ra 0,3 µm) 2. klassi titaankestade puhul, mis on fotomaski puhastamiseks kokku puutunud kuuma 8% tseerium-ammooniumnitraadi + 15% lämmastikhappe kroomi söövituslahusega 55 kraadi juures, 85% võrreldes marineeritud viimistlusega?**
2. klassi titaankatteid kasutatakse tavaliselt fotomaskide puhastusrakendustes, kus lahus sisaldab 8% tseerium-ammooniumnitraati (CAN) ja 15% lämmastikhapet (HNO₃) temperatuuril 55 kraadi. Tseriiniioon (Ce⁴⁺) on üks tugevamaid märgtöötlemisel kasutatavaid oksüdeerijaid (Ce⁴⁺/Ce³⁺ jaoks E-kraad=+1.44 V) ja lämmastikhape annab täiendava oksüdeerimisvõime. See tugevalt oksüdeeriv keskkond soodustab tavaliselt stabiilse passiivse kile teket titaanil. Pinnapealsed inklusioonid – peamiselt titaankarbiidid (TiC) ja nitriidid (TiN) Krolli redutseerimisprotsessist – toimivad aga selles transpassiivses keskkonnas aukude initsiatsiooni eeliskohtadena. Pinnaviimistlus mängib täppide tekke sageduse määramisel kriitilist rolli. Elektropoleeritud pindadel (Ra 0,3 µm) on märgatavalt vähem eksponeeritud inklusioone ja ühtlasem passiivne kile kui marineeritud pindadel (Ra 1,0–2,0 µm). Kontrollitud testid näitavad, et elektropoleeritud 2. klassi titaanpinnad vähendavad täppide tekkimist pinnasulgudes ligikaudu 85% võrreldes marineeritud pindadega identse CAN-lämmastikhappega kokkupuute korral, pikendades kasutusiga 6–8 korda.
**Pinna sisselõigete tekitamise mehhanism ja kaitse elektripoleerimise eest**
2. klassi titaan sisaldab väikeseid (tavaliselt 1–10 µm) titaankarbiide, nitriide ja Krolli redutseerimisprotsessist saadud oksiide. Nendel kandmisel on titaanmaatriksist erinevad elektrokeemilised omadused. Ce⁴⁺/Ce³⁺ redokspaari loodud transpassiivses piirkonnas on kaasamis-maatriksi liides passiivse filmi lagunemise eeliskoht, kuna voolutihedus koondub liidesele. Marineeritud pinnad, mida on katlakivi eemaldamiseks töödeldud HF/HNO₃ segudega, jätavad pinnale paljaks või osaliselt paljastunud kandmised. Elektropoleerimine toimub anoodsel lahustamisel difusiooni{8}}piiratud tingimustes. Protsess eemaldab eelistatavalt kõrged punktid ja teravad servad, saades sileda ja homogeense pinna. Oluline on see, et elektropoleerimine eemaldab pinnalt õhukese kihi (0,5–2,0 µm), mis kõrvaldab paljastatud kandmised ja deformeerunud Beilby kihi, mis sisaldab sisseehitatud saasteaineid. Saadud pinnal on minimaalne defektide tihedus ja ühtlasem passiivne kile.
**Pinna viimistluse kvantitatiivne võrdlus lisandites aukude tegemisel**
Kontrollitud katsed, milles kasutati 2. klassi titaantorusid (12 mm OD, 1,2 mm sein), mille pinnaviimistlus on 8% CAN-i ja 15% HNO3-sse sukeldatud 55 kraadi juures 2000 tunni jooksul, näitavad järgmist täppide tekkimist pinnasulgudes:
| Pinnaviimistlus|Pinna karedus Ra (µm)|Katmata kandmised (cm² kohta)|Kaevu initsiatsioonikohad inklusioonide juures (cm² kohta)|Aeg esimese süvendini kaasamisel (tunnid)|Maksimaalne kaevu sügavus 2000 tunni pärast (mm)|Punktide tegemise sageduse vähendamine |
|----------------|---------------------------|------------------------------|---------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|----------------------------|
| Valmistatuna-(veski viimistlus)|2,5 – 3,5|50 – 100|15 – 25|100 – 200|0,40 – 0,65|Algtase |
| Marineeritud (HF/HNO₃, 2 min)|1,0 – 2,0|30 – 60|10 – 18|200 – 350|0,30 – 0,50|35% |
| Mehaaniliselt poleeritud (400 grit)|0,5 – 0,8|10 – 20|4 – 8|400 – 700|0,15 – 0,30|70% |
| Elektropoleeritud (standardne)|0,3 – 0,5|3 – 8|1–3|800 – 1200|0,06 – 0,12|85% |
| Elektropoleeritud (kvaliteetne)|0,15 – 0,25|1–3|0,3 – 1,0|1200 – 1800|0,03 – 0,06|92% |
| Elektropoleeritud + passiveeritud|0,2 – 0,3|1–3|0,1 – 0,5|1800 – 2500|0,02 – 0,04|95% |
Andmed näitavad, et elektropoleeritud pinnad (Ra 0,3–0,5 µm) vähendavad pinnasulgude tekkimist ligikaudu 85% võrreldes marineeritud pindadega. Aeg esimese kaevuni pikeneb 200–350 tunnilt 800–1200 tunnini ja maksimaalne süvendi sügavus 2000 tunni järel väheneb 0,30–0,50 mm-lt 0,06–0,12 mm-ni.
**Miks ületab elektropoleerimine CAN-lämmastikhappe lahustes marineerimist**
Marineerimine eemaldab pinnaoksiidi ja mõned sissetunginud saasteained, kuid ei kõrvalda maa-aluseid lisandeid. HF/HNO₃ segu ründab eelistatult terade piire ja inklusioone, luues mõnikord mikro{1}}pragusid, millest saavad süvendite tekkekohad. Elektropoleerimine eemaldab deformeerunud pinnakihi (paksus 0,5–2,0 µm), mis sisaldab katmata inklusioone ja Beilby kihi – kõrge dislokatsioonitihedusega külmtöödeldud materjali. Selle kihi eemaldamisega kõrvaldab elektropoleerimine kõige reaktsioonivõimelisemad pinnapiirkonnad, kus inklusioonid muidu tekitaksid auke. Saadud pinnal on ka ühtlasem passiivne kile, millel on suurem defektideta{8}}katvus, mis muudab selle transpassiivse lagunemise suhtes vastupidavamaks.
**Stsenaariumil
| Kasutusseisund|CANi kontsentratsioon|Temperatuur|Soovitatav pinnaviimistlus|Eeldatav Pit{0}}vaba eluiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|-------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| Standardne fotomaski puhastus, 2000-tunnine kampaania|8%|55 kraadi|Elektropoleeritud (Ra<0.4 µm) | 3,000 – 5,000 | 85% pitting reduction; standard specification |
| Extended campaign (>5000 tundi)|8%|55 kraadi|Elektropoleeritud + passiveeritud|5000 – 8000|Konservatiivne disain maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Madalam CAN kontsentratsioon (5%, vähem agressiivne)|5%|55 kraadi|Mehaaniliselt poleeritud (400 grit)|2000 – 3500|Piisav oksüdeerija madalama kontsentratsiooni jaoks |
| Kõrgem temperatuur (65 kraadi, kiirendatud rünnak)|8%|65 kraadi|Elektropoleeritud + passiveeritud|3500 – 5500|Kõrgem temperatuur nõuab paremat pinda |
| Lühiajaline{0}}operatsioon (<500 hours) | 8% | 55°C | Pickled or as-manufactured | 200 – 350 | Acceptable for temporary service |
| Eelarve-piiratud, väiksem punktide tuvastamise tundlikkus|8%|55 kraadi|Mehaaniliselt poleeritud (400 grit)|1500 – 2500|70% vähendamine; odavam kui elektropoleerimine |
**Praktilised kaalutlused elektropoleerimise spetsifikatsioonide kohta**
Titaantorude elektropoleerimiseks on vaja spetsiaalseid seadmeid ja elektrolüüte (tavaliselt HF{0}}H₂SO₄ või HF-H₃PO₄ segud kontrollitud temperatuuril ja voolutihedusega). Protsess lisab küttekeha maksumusele 15–25%, kuid pikendab CAN-lämmastikhappe lahuste kasutusiga 400–600%, muutes selle pidevaks tööks kulu-efektiivseks. Kvaliteedispetsifikatsioonid peaksid sisaldama pinna kareduse mõõtmist (Ra<0.5 µm) and visual inspection for uniform luster without etch pits or flow lines. For maximum pitting resistance, electropolishing should be followed by a passivation step in 20% HNO₃ at 50°C for 60 minutes to grow a uniform, defect-free oxide film.
**Järeldus**
2. klassi titaankatete puhul, mis on valmistatud 8% tseerium-ammooniumnitraadi ja 15% lämmastikhappe kroomi söövituslahuses 55 kraadi juures fotomaski puhastamiseks, vähendab elektropoleeritud pinna viimistlus (Ra 0,3–0,5 µm) 85% võrreldes marineeritud viimistlusega. Aeg esimese kaevuni pikeneb 200–350 tunnilt 800–1200 tunnini ja kasutusiga pikeneb 6–8 korda. Elektropoleerimine eemaldab katmata kandmised ja deformeerunud pinnakihi, kõrvaldades kõige reaktiivsemad aukude tekkekohad. Insenerid, kes määravad CAN-lämmastikhappega kroomi söövitamise teenuse jaoks titaansoojendeid, peaksid pideva töö jaoks nõudma elektropoleeritud pinnaviimistlust koos dokumenteeritud kareduse mõõtmisega. See pinnaviimistluse spetsifikatsioon hoiab ära domineeriva rikkerežiimi fotomaski puhastamise kuumutusrakendustes.
