Титанові трубні фітинги під впливом високих температур утворюють твердий поверхневий шар-збагачений киснем, відомий якальфа-випадок. Ця зона забруднення утворюється, коли кисень дифундує в металеву решітку при температурах, що перевищують приблизно 540 градусів (1000 градусів F), стабілізуючи гексагональну щільно-упаковану альфа-фазу та створюючи крихку, низько-пластичну оболонку. Товщина корпусу Alpha- рідко перевищує кілька десятих міліметра в звичайних циклах виготовлення, але навіть неглибокий забруднений шар діє як місце ініціації тріщин під дією розтягуючого або циклічного навантаження. Повне рівномірне видалення відновлює цілісність поверхні, міцність на руйнування та корозійну стійкість, а також запобігає відстроченим несправностям, які часто неправильно діагностуються як дефекти матеріалу.
У виробництві титанових труб домінують три методи видалення альфа-корпусу та окалини оксиду:механічне подрібнення, кислотне травлення та хімічне помел.Кожен метод претендує на місце у виробництві залежно від геометрії, розміру партії та критеріїв прийнятності. Питання ефективності, однак, не можна зводити лише до швидкості видалення запасів. Справжня ефективність поєднує рівномірність видалення, допуск до розмірів, ризик-підхоплення водню та швидкість повторної обробки на складних внутрішніх поверхнях, характерних для колін, редукторів і розгалужень.
механічне подрібнення
Під час механічного шліфування використовуються абразивні стрічки, пластинчасті круги або твердосплавні фрези для фізичного видалення забрудненого шару. На прямих зовнішніх поверхнях труб або поверхнях фланців цей метод забезпечує миттєву видимість. Оператори можуть змішати знебарвлення та перевірити прогрес за допомогою проникнення барвника. Однак низька теплопровідність титану концентрує тепло тертя в зоні шліфування. Якщо місцеві температури знову перевищать поріг окислення в 540 градусів, під щойно відкритим металом може утворитися новий-шар, збагачений киснем. Крім того, ручне шліфування рідко забезпечує рівномірне видалення товщини; залишковий альфа-корпус часто залишається всередині щілин, кореневих-зварних пальців і вузьких-радіальних вигинів, куди колесо не може дістатися. Для 3D-трубного фітинга, як-от трійник із задньою частиною, механічне шліфування не гарантує повного видалення забруднення. Це трудомістко-, має-обмежену геометрію та може вставляти фрагменти оксиду алюмінію або карбіду кремнію в титанову поверхню-, що є неприйнятним результатом для напівпровідникових- чи аерокосмічних рідинних систем.
Кислотне маринування
Для травлення кислотою використовується суміш азотної-фтористоводневої кислоти, зазвичай 20–40% HNO₃ і 1–5% HF, за контрольованих температур від 25 градусів до 50 градусів. HF розчиняє оксид і деяку кількість металевого титану, тоді як HNO₃ запобігає надмірному поглинанню водню, зберігаючи пасивуючий окислювальний потенціал. Швидкість травлення може перевищувати 0,02 мм на хвилину, що швидко усуває альфа-випадок і тепловий відтінок на доступних поверхнях. Процес також видаляє залізо та інші розмазані забруднення. Основний підводний камінь – поглинання водню. Коли співвідношення HNO₃:HF падає надто низько, або температура ванни різко зростає, атомарний водень дифундує в титан, окрихчуючи решітку. Навіть добре{15}}контрольована ванна для травлення може вводити водень понад межу маси 0,015%, якщо час занурення подовжується. Після-вакуумний відпал після травлення часто є обов’язковим, щоб дифундувати водень назад, додаючи повний термічний цикл. Крім того, травлення кислотою рівномірно впливає на весь відкритий метал лише в зоні прямої видимості; під -протравленням або тонким розміром можуть з’явитися затінені внутрішні проходи або різьбові з’єднання. Утилізація відпрацьованої кислоти та ліміти забруднення іонами титану збільшують витрати на поводження з навколишнім середовищем.
Хімічне подрібнення
Хімічне подрібнення-іноді його називають хімічним подрібненням або контрольованою хімічною обробкою-пропонує принципово інший механізм. Замість агресивного травлення тут використовуються спеціальні пасти або розчини з меншою-активністю, нанесені за допомогою точних масок і занурення в час для видалення попередньо-розрахованої товщини металу. Ця техніка є стандартною для аерокосмічних титанових резервуарів під тиском і корпусів планера, де глибина видалення альфа-корпуса повинна бути сертифікована за допомогою моніторингу талонів. Хімічне фрезерування видаляє метал рівномірно навіть зі складних внутрішніх геометрій і глухих порожнин, за умови, що потік розчину може досягти їх. Сучасні розчини для хімічного помелу титану часто базуються на нітратах-з додаванням фториду та власними інгібіторами, які буферизують швидкість розчинення металу, одночасно катодно обмежуючи утворення водню. Швидкість нижча, ніж травлення сирої кислоти, зазвичай 0,01–0,03 мм на годину, але видалення ізотропне та стабільне за розмірами. Поглинання водню зводиться до мінімуму завдяки підтримці електрохімічного потенціалу в пасивній області; після-подрібнення вміст водню зазвичай залишається нижче 0,005%, якщо контроль розчину точний. Основні інженерні витрати - це нанесення та видалення масканта, а також аналітичне обслуговування хімічного складу ванни. Для критично важливих титанових трубних фітингів із малими-внутрішніми радіусами отворів хімічне фрезерування є єдиним процесом, який може надійно видалити 100 % альфа-корпуса без механічного пошкодження тонкої стінки або залишання-схильного до втоми профілю надрізу.
Порівняння ефективності строго за часом-з-частини надає перевагу травленню кислотою. Ванна для травлення видаляє загальний альфа-корпус зі зварного коліна за 15–30 хвилин, тоді як хімічне фрезерування може потребувати кількох годин. Але коли фактори ефективності включають кількість браку, доопрацювання, додаткову вакуумну дегазацію та довго-надійність служби, хімічне фрезерування незмінно перевершує. Механічне шліфування має найнижчу оцінку для будь-якого фітинга, що містить внутрішні контури або потребує відстежуваного контролю процесу. Він залишається корисним для косметичного ремонту великих простих компонентів, після чого перевірка товщини за допомогою ультразвукового вимірювання може підтвердити видалення забруднення.
Вибір процесу залежить від стандарту приймання. AMS 2700, ISO 8080 і ASTM B600 містять вказівки щодо хімічного видалення та пасивації титану. Ефективна робота визначає відповідність/невідповідність не зникненню зміни кольору, а підтвердженням того, що крихкий шар альфа-корпусу замінено міцним металом із поступовим збільшенням вмісту водню менше ніж на 200 ppm. Для застосувань, які вимагають повного альфа-зазору корпусу на всіх поверхнях-високо-циклічної втоми аерокосмічних ліній, підводних приводів або медичних трубопроводів для транспортування ізотопів-хімічне фрезерування є найнадійнішим, перевіреним і-безпечним вибором. Хімічний склад ванни, температура та аналіз розчину повинні залишатися під суворим статистичним контролем процесу, а після-вологості-подрібнення рекомендується цикл випікання, щоб видалити будь-який адсорбований водень. За цих умов хімічне фрезерування забезпечує найвищу загальну ефективність процесу: рівномірну якість поверхні, жорсткий контроль вмісту водню та відсутність необхідності подальшого механічного ремонту суміші.
