U liniji za nanošenje tvrdog hroma (hromna kiselina 250 g/L, 60 stepeni), zašto titanijumski omotač sa nešto grubljom površinom (3,2 μm Ra) nadmašuje ogledalo-finiš u pogledu otpornosti na prianjanje na naslage hroma?

Fundamentalna zamjena-Završna obrada titanijumske površine za tvrdo hromiranje
Kupke za tvrdo hromiranje uključuju 250 g/L hromne kiseline (CrO3) sa sulfatnim katalizatorima na 60 stepeni. Titanijumski potopni grijači su uobičajeni zbog svoje dobre otpornosti na koroziju na oksidirajuću hromnu kiselinu. Međutim, naslage hroma (osnovni krom hromat i jedinjenja hroma(III)) talože se na površinama grejača i formiraju izolacione slojeve koji ograničavaju prenos toplote i izazivaju lokalizovano pregrijavanje. Iz iskustva na proizvodnim linijama za galvaniziranje je utvrđeno da su titanijumske ovojnice koje imaju donekle hrapavu površinu (Ra ≈ 3,2 μm) superiornije od zrcalno - gotovih omotača (Ra < 0,2 μm) u otpornosti na nakupljanje- prianjajućih naslaga hromata. Ovaj neočekivani rezultat je posljedica mehanike adhezije naslaga gdje glatke površine imaju tendenciju da podržavaju jaku hemijsku vezu, a umjereno hrapave površine imaju tendenciju da obezbijede slabu mehaničku međusklopu gdje se naslage odvajaju tokom kruženja topline. Istraživanje pokriva mehanizam i predlaže površinsku završnu obradu za uslugu tvrdog hromiranja.

Utjecaj mehanizama adhezije naslaga na mehanički integritet
Kromatne naslage se formiraju na površinama titanijuma mehanizmom precipitacije: Cr(VI) u rastvoru se redukuje u Cr(III) na vrućoj površini omotača da bi se stvorio želatinozni hrom hidroksid koji dehidrira do prianjajućeg oksida. Na površini titanijuma sa zrcalnom završnom obradom (Ra manji od ili jednak 0,2 μm) granica između naslaga i titanijuma je skoro odlična. Van der Waalsove sile i hemijska veza između njih daju visoku čvrstoću prianjanja. Sloj se žilavo odupire uklanjanju cikličkim temperaturnim promjenama, protokom tekućine ili nježnim četkanjem. Talog zgušnjava i izoluje omotač, povećavajući površinsku temperaturu omotača i podstičući dodatno taloženje. Na nešto hrapavoj površini (Ra=2.5-4.0 μm), naslaga se mehanički spaja s nepravilnostima, ali ne stvara tako jaku hemijsku vezu jer su vrhovi hrapavosti prvenstveno oksidirani. Što je još važnije, razlika u termičkom širenju naslaga hromata (koeficijent=5-6 x 10 -6 / stepen) i titana (8,6 x 10 -6 / stepen) stvara sile smicanja na granici. Na hrapavoj površini ovi pritisci se koncentrišu u podnožju udubljenja hrapavosti, što dovodi do raspadanja naslaga u malim pahuljicama umjesto stvaranja debelog kontinuiranog sloja. Terenski podaci sa linija tvrdog hromiranja pokazuju da se površine grijača održavaju čistim sa samo 0,1-0,2 mm taloga nakon 1000 sati sa Ra 3,2 μm, dok su grijači sa ogledalom{19}}prekriveni sa 0,8-1,2 mm tvrdokornih naslaga u isto vrijeme.

Utjecaj na termičke performanse: -efekat samočišćenja
Blago hrapava površina omogućava termički ciklus samočišćenja. Titanijumski omotač se širi i skuplja tokom tipičnog uključivanja -isključivanja grijača (npr. kontrola temperature kade). Ohrapava površina je niz podizača naprezanja na kontaktu titanijuma -. Studija konačnih elemenata otkriva da je međufazni smični napon na vrhovima površine Ra=3.2 μm otprilike 3 puta veći od onog na površini Ra=0.2 μm za isti ΔT. Ovo naprezanje je veće od adhezione čvrstoće hromatnog naslaga i izaziva mikro-razbijanje. Razbijene čestice padaju u kadu i filtriraju se. Blago hrapava površina nameće zanemarljivu termičku kaznu; stvarna površina je samo 5-10% veća od one polirane površine, a konvektivni granični sloj (obično debljine 50-100 μm) nije pod utjecajem hrapavosti ispod Ra=10 μm. Koeficijenti prolaza toplote su skoro isti.

Sinteza{0}}kompromisa: završna obrada površine naspram nagomilavanja depozita{2}}
Završna obrada Ra (µm) Čvrstoća prionjivanja Debljina naslaga Debljina naslaga nakon 1000 sati (mm) Tvrdi hrom – Potrebna učestalost čišćenja Preporučena?
Elektropolirano (polirano u ogledalu) 0,1 – 0,2 Veoma visoko (hemijsko vezivanje) 0,8 – 1,2 mm Sedmično (kiselina) Bez – tvrdokornih naslaga
Mehanički polirano (600 grit) 0,3 – 0,5 Visoko 0,5 – 0,8 mm Svake dvije sedmice Ivica
Kao-vučeno (završna obrada) 1,2 – 1,8 Umjereno 0,3 – 0,5 mm Mjesečno prihvatljivo
Peskarena fina staklena perla 2,5 – 3,5 Niska (lako se ljušti) 0,1 – 0,2 mm Tromjesečno ili duže Da – optimalno
Peskareno (gruba glinica) 5,0 – 7,0 Vrlo malo < 0,1 mm Rijetko Prihvatljivo, ali može zarobiti zagađivače
Medij za pjeskarenje i inženjering nakon obrade nakon završetka
Za teške usluge hromiranja, fino pjeskarenje staklenih kuglica (50-100 μm perle pri pritisku 2-3 bara) daje optimalni Ra od 2,5-3,5 μm bez ugrađenih nečistoća. Pjeskarenje glinice se ne preporučuje jer ugrađene čestice glinice mogu poslužiti kao galvanska mjesta. Pasivacija azotnom kiselinom (20% HNO3 na 50 stepeni tokom 20 minuta) eliminiše bilo kakvo ugrađeno gvožđe ili hrom iz materijala za peskarenje i vraća pasivni film nakon peskarenja. Nemojte brisati ili polirati očišćenu površinu nakon peskarenja jer to zaprlja površinu i smanjuje djelovanje samočišćenja.

Zaključak: gruba površina (Ra ~ 3,2 μm). Pruža prednost-samočišćenja
U liniji za tvrdo hromiranje koja koristi 250 g/L hromne kiseline na 60 stepeni, titanijumski omotač sa nešto grubljom površinom (Ra ≈ 3,2 μm, dobijen finim peskarenjem staklenih perli) je poželjniji od zrcalno-završenog omotača jer hrapava površina olakšava ljuštenje ispod termičkog taloženja hromata. Slabo mehaničko sučelje u kombinaciji s koncentriranim termičkim smičnom naprezanjem uzrokuje ljuštenje naslaga prije nego što naraste do debljine izolacije. Površina poput ogledala{6}} doprinosi snažnoj hemijskoj vezi koja uzrokuje brzo akumuliranje naslaga, pregrijavanje i potrebno redovno čišćenje. Predložena specifikacija za grijače s tvrdim hromom je titanijumski omotač sa poliranom površinom Ra=2.5–3,5 μm i naknadnom pasivizacijom dušičnom kiselinom. Navedite proizvođaču koliko termalnih ciklusa (-ciklusa isključenja dnevno) očekujete i provjerite da li će sistem-samočišćenja funkcionirati. Debljina stijenke (obično 1,2-1,5 mm) se bira pojedinačno prema zahtjevima pritiska i rukovanja. Debljina nema uticaja na adheziju naslaga.