화학적 연마는 기계적 접촉 없이 밝고 반사되는 표면을 생성하는 능력으로 인해 티타늄 및 그 합금에 널리 채택되는 마무리 공정으로 남아 있습니다. 그러나 -균일하지 않은 연마-는 -에칭, 플로우 마크, 오렌지 껍질 텍스처 또는 단일 가공물 전반에 걸쳐 일관되지 않은 광택으로 국부적으로 나타나는-생산 환경에서 지속적인 문제로 남아 있습니다. 항공우주 패스너부터 의료용 임플란트에 이르기까지 다양한 산업에서 표면 마감 균일성은 내식성, 피로 성능 및 처리 후 접착력에 직접적인 영향을 미칩니다.- 이 기사에서는 티타늄 화학적 연마에서-불균일성의 근본 원인을 조사하고 실행 가능한 프로세스 수준의 대책을 제공합니다.-
1. 결함 분류 및 시각적 진단
매개변수를 조정하기 전에 정확한 결함 식별이 필수적입니다. 티타늄 표면의 불균일-연마는 일반적으로 여러 가지 범주로 분류되며, 각각은 서로 다른 근본 원인을 가리킵니다.
오렌지 껍질은 화학적 공격 속도가 합금 내의 서로 다른 야금 단계 또는 입자 방향에 따라 달라질 때 발생합니다. Ti-6Al-4V(TC4)와 같은 2상 합금에서 상은 특정 산성 조건에서 우선적으로 용해되어 거친 표면 지형을 남깁니다. 피팅은 일반적으로 지나치게 높은 HF 농도 또는 HF- 대 HNO₃ 비율이 최적 창임을 나타냅니다. 흐름 표시와 가장자리 중심 차이는 거의 항상 유체 역학 및 열 균일성 문제로 인해 발생합니다.
2. 용액 화학: 1차 제어 변수로서의 HF/HNO₃ 비율
HF-HNO₃-H2O 시스템은 여전히 티타늄 화학 연마의 주력 제품입니다. HF는 활성 용해제 역할을 하여 티타늄 기판을 공격하고 자연 산화물 층을 제거합니다. HNO₃는 두 가지 역할을 합니다. 즉, 용해된 Ti³⁺를 Ti⁴⁺로 산화시켜 표면 오염을 방지하고 전체 에칭 속도를 제어하는 수동막 형성을 촉진하는 것입니다.
업계 관행에서는 일반적으로 HF 농도를 3~5%, HNO₃ 농도를 15~30%(부피 기준)로 목표로 삼고 있습니다. 이 창 내에서 HF-대-HNO₃ 비율이 중요한 튜닝 매개변수입니다. TC4에 대한 실험 연구에서는 1:4, 1:6, 1:8(HF:HNO₃ 부피 기준)의 비율을 조사했습니다. HF-가 너무 풍부한 비율은 공식 및 불균일한 재료 제거와 함께 공격적이고 제어되지 않은 에칭을 생성합니다. HNO₃-가 너무 풍부한 비율은 반응을 과도하게 느리게 하고 레벨링이 완료되기 전에 부동태화를 유발하여 마무리가 흐리거나 고르지 않게 될 수 있습니다.
기본 메커니즘은 확산-제어 에칭과 활성화{1}}제어 에칭과 관련이 있습니다. HF 농도가 HNO₃와 적절하게 균형을 이루면 용해 속도는 표면 반응 자체보다는 표면으로의 반응물의 이동에 의해 제한됩니다. 이러한 확산-제한 방식은 자연스럽게 거시적-규모의 지형 전반에 걸쳐 더 균일한 재료 제거를 생성합니다. 돌출된 형상은 오목한 영역보다 약간 더 높은 확산 플럭스를 수신하므로-진정한 연마를 정의하는 레벨링 효과입니다.
3. 온도 제어 및 열 구배 관리
온도는 티타늄의 화학적 연마 동역학에 뚜렷한 영향을 미칩니다. 용액 온도가 5도 상승할 때마다 반응 속도는 약 1.5~2배 증가합니다. 욕조 전체에 걸쳐 3~4도 정도의 작은 온도 구배로 인해 서로 다른 위치에 있는 작업물 사이 또는 단일 대형 부품의 상단과 하단 사이에서 시각적으로 감지할 수 있는 광택 균일성 차이가 발생할 수 있습니다.
대부분의 티타늄 화학 연마 제제에 권장되는 작동 범위는 20-35도입니다. 그러나 이 범위는 정밀 작업에는 너무 넓습니다. 균일한 결과를 위해서는 ±1.5도 이내의 엄격한 제어가 필요합니다. 35도 이상의 온도 변화는 HF 휘발을 가속화하여 액체-공기 인터페이스 근처에서 국지적으로 용액 화학을 변경합니다. 이 현상은 특징적인 결함 패턴을 생성합니다. 즉, 수직으로 잠긴 부품의 상단 부분이 과도하게 연마되고{10}}낮게 연마된 하단 부분이 있으며 그 사이에 점진적인 전환 영역이 있습니다.
실용적인 대책에는 순환 온도 제어 유체가 있는 재킷 탱크, 비례-적분-미분(PID) 컨트롤러가 있는 침수 히터, 열 층화를 제거하기 위한 연속 수조 재순환이 포함됩니다. 다양한 깊이와 위치에 배치된 열전대는 공정 제어에 필요한 피드백을 제공합니다.
