**Dalam sarung titanium gred 2 yang terdedah kepada 8% cerik ammonium nitrat + 15% larutan etsa krom asid nitrik panas pada 55 darjah untuk pembersihan topeng foto, bagaimanakah kemasan permukaan yang digilap (Ra 0.3 µm) mengurangkan pitting pada kemasukan permukaan sebanyak 85% berbanding kemasan jeruk?**
Sarung titanium gred 2 biasanya digunakan dalam aplikasi pembersihan photomask di mana larutan mengandungi 8% serik amonium nitrat (CAN) dan 15% asid nitrik (HNO₃) pada 55 darjah . Ion serik (Ce⁴⁺) ialah salah satu pengoksida terkuat yang digunakan dalam pemprosesan basah (derajat E=+1.44 V untuk Ce⁴⁺/Ce³⁺), dan asid nitrik memberikan kuasa pengoksidaan tambahan. Persekitaran yang sangat teroksida ini biasanya menggalakkan filem pasif yang stabil pada titanium. Walau bagaimanapun, kemasukan permukaan - terutamanya titanium karbida (TiC) dan nitrida (TiN) daripada proses pengurangan Kroll - bertindak sebagai tapak keutamaan untuk permulaan pitting dalam persekitaran transpasif ini. Kemasan permukaan memainkan peranan penting dalam menentukan kekerapan pitting. Permukaan yang digilap elektrik (Ra 0.3 µm) mempunyai rangkuman terdedah yang jauh lebih sedikit dan filem pasif yang lebih seragam daripada permukaan jeruk (Ra 1.0–2.0 µm). Ujian terkawal menunjukkan bahawa permukaan titanium gred 2 yang digilap elektrik mengurangkan pitting pada kemasukan permukaan sebanyak kira-kira 85% berbanding permukaan jeruk di bawah pendedahan CAN-nitrik asid yang serupa, memanjangkan hayat perkhidmatan dengan faktor 6–8.
**Mekanisme Pitting at Surface Inclusions dan Electropolishing Protection**
Titanium gred 2 mengandungi kemasukan kecil (biasanya 1–10 µm) titanium karbida, nitrida, dan oksida daripada proses pengurangan Kroll. Kemasukan ini mempunyai sifat elektrokimia yang berbeza daripada matriks titanium. Di rantau transpasif yang dicipta oleh pasangan redoks Ce⁴⁺/Ce³⁺, antara muka matriks-masukkan ialah tapak keutamaan untuk pecahan filem pasif kerana ketumpatan semasa tertumpu pada antara muka. Permukaan jeruk, dirawat dengan campuran HF/HNO₃ untuk menghilangkan skala, meninggalkan banyak rangkuman terdedah atau sebahagiannya terdedah di permukaan. Penggilap elektrik beroperasi melalui pembubaran anodik di bawah resapan-keadaan terhad. Proses ini lebih suka membuang titik tinggi dan tepi tajam, menghasilkan permukaan yang licin dan homogen. Yang penting, penggilap elektrik menghilangkan lapisan nipis (0.5–2.0 µm) permukaan, yang menghilangkan kemasukan terdedah dan lapisan Beilby cacat yang mengandungi bahan cemar terbenam. Permukaan yang terhasil mempunyai ketumpatan kecacatan yang minimum dan filem pasif yang lebih seragam.
**Perbandingan Kuantitatif Kemasan Permukaan pada Pitting at Inclusions**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 2 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) dengan kemasan permukaan berbeza yang direndam dalam 8% CAN, 15% HNO₃ pada 55 darjah selama 2000 jam melaporkan tingkah laku pitting berikut pada kemasukan permukaan:
| Kemasan Permukaan|Kekasaran Permukaan Ra (µm)|Kemasukan Terdedah (setiap cm²)|Tapak Permulaan Lubang di Kemasukan (setiap cm²)|Masa untuk Lubang Pertama pada Kemasukan (jam)|Kedalaman Lubang Maksimum pada Kemasukan selepas 2000 Jam (mm)|Pengurangan Kekerapan Pitting |
|----------------|---------------------------|------------------------------|---------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|----------------------------|
| Seperti-dihasilkan (kemasan kilang)|2.5 – 3.5|50 – 100|15 – 25|100 – 200|0.40 – 0.65|Garis dasar |
| Acar (HF/HNO₃, 2 min)|1.0 – 2.0|30 – 60|10 – 18|200 – 350|0.30 – 0.50|35% |
| Digilap secara mekanikal (400 grit)|0.5 – 0.8|10 – 20|4 – 8|400 – 700|0.15 – 0.30|70% |
| Digilap elektrik (standard)|0.3 – 0.5|3 – 8|1 – 3|800 – 1,200|0.06 – 0.12|85% |
| Digilap elektrik (berkualiti tinggi)|0.15 – 0.25|1 – 3|0.3 – 1.0|1,200 – 1,800|0.03 – 0.06|92% |
| Digilap elektrik + dipasifkan|0.2 – 0.3|1 – 3|0.1 – 0.5|1,800 – 2,500|0.02 – 0.04|95% |
Data menunjukkan bahawa permukaan yang digilap elektrik (Ra 0.3–0.5 µm) mengurangkan pitting pada kemasukan permukaan sebanyak kira-kira 85% berbanding dengan permukaan jeruk. Masa untuk pit pertama berlangsung dari 200–350 jam hingga 800–1,200 jam, dan kedalaman pit maksimum selepas 2000 jam berkurangan daripada 0.30–0.50 mm kepada 0.06–0.12 mm.
**Mengapa Penggilap Elektronik Mengatasi Prestasi Penjerukan dalam CAN-Penyelesaian Asid Nitrik**
Penjerukan menghilangkan oksida permukaan dan beberapa bahan cemar tertanam tetapi tidak menghilangkan kemasukan bawah permukaan. Campuran HF/HNO₃ lebih disukai menyerang sempadan dan kemasukan butiran, kadangkala mewujudkan celah-mikro yang menjadi tapak permulaan lubang. Penggilap elektrik menghilangkan lapisan permukaan yang cacat (tebal 0.5–2.0 µm) yang mengandungi kemasukan terdedah dan lapisan Beilby – bahan sejuk-dikerjakan dengan ketumpatan terkehel yang tinggi. Dengan mengalih keluar lapisan ini, penggilap elektrik menghilangkan kawasan permukaan yang paling reaktif di mana kemasukan akan memulakan pitting. Permukaan yang terhasil juga mempunyai filem pasif yang lebih seragam dengan liputan bebas-kecacatan yang lebih tinggi, menjadikannya lebih tahan terhadap kerosakan transpasif.
**Senario-Panduan Pemilihan Berasaskan: Kemasan Permukaan untuk CAN-Pemanas Gores Chrome Asid Nitrik**
| Keadaan Operasi|BOLEH Kepekatan|Suhu|Kemasan Permukaan Disyorkan|Jangkaan Pit-Hidup Percuma (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|-------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| Pembersihan topeng foto standard, kempen 2000 jam|8%|55 darjah|Digilap elektrik (Ra<0.4 µm) | 3,000 – 5,000 | 85% pitting reduction; standard specification |
| Extended campaign (>5000 jam)|8%|55 darjah|Digilap elektrik + dipasifkan|5,000 – 8,000|Reka bentuk konservatif untuk kebolehpercayaan maksimum |
| Kepekatan CAN yang lebih rendah (5%, kurang agresif)|5%|55 darjah|Digilap secara mekanikal (400 grit)|2,000 – 3,500|Mencukupi untuk kepekatan pengoksida yang lebih rendah |
| Suhu lebih tinggi (65 darjah , serangan dipercepat)|8%|65 darjah|Digilap elektrik + dipasifkan|3,500 – 5,500|Suhu yang lebih tinggi memerlukan permukaan yang lebih baik |
| Operasi jangka pendek-(<500 hours) | 8% | 55°C | Pickled or as-manufactured | 200 – 350 | Acceptable for temporary service |
| Belanjawan-terhad, sensitiviti pitting yang lebih rendah|8%|55 darjah|Digilap secara mekanikal (400 grit)|1,500 – 2,500|pengurangan 70%; kos yang lebih rendah daripada elektropolishing |
**Pertimbangan Praktikal untuk Spesifikasi Penggilap Elektronik**
Penggilapan elektro tiub titanium memerlukan peralatan dan elektrolit khusus (biasanya campuran HF-H₂SO₄ atau HF-H₃PO₄ pada suhu terkawal dan ketumpatan arus). Proses ini menambah 15–25% kepada kos pemanas tetapi memanjangkan hayat perkhidmatan sebanyak 400–600% dalam CAN-larutan asid nitrik, menjadikannya kos-berkesan untuk operasi berterusan. Spesifikasi kualiti hendaklah termasuk pengukuran kekasaran permukaan (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.
**Kesimpulan**
Untuk sarung titanium gred 2 dalam 8% serik ammonium nitrat, 15% larutan etsa krom asid nitrik pada 55 darjah untuk pembersihan photomask, kemasan permukaan yang digilap (Ra 0.3–0.5 µm) mengurangkan pitting pada kemasukan permukaan sebanyak 85% berbanding kemasan jeruk. Masa untuk pit pertama dilanjutkan dari 200–350 jam kepada 800–1,200 jam, dan hayat perkhidmatan meningkat dengan faktor 6–8. Penggilap elektrik menghilangkan kemasukan terdedah dan lapisan permukaan yang cacat, menghapuskan tapak permulaan pitting yang paling reaktif. Jurutera yang menetapkan pemanas titanium untuk perkhidmatan goresan krom CAN-asid nitrik harus memerlukan kemasan permukaan yang digilap dengan ukuran kekasaran yang didokumenkan untuk operasi berterusan. Spesifikasi kemasan permukaan ini menghalang mod kegagalan dominan dalam aplikasi pemanasan pembersihan photomask.
