Într-o linie de placare pentru crom dur (acid cromic 250 g/L, 60 de grade), de ce o înveliș de titan cu o suprafață puțin mai aspră (3,2 μm Ra) depășește o oglindă-termină una în ceea ce privește rezistența la aderența la depozitele de cromat?

Comerț fundamental-Oprirea finisajului de suprafață cu titan pentru placarea cu crom dur
Băile de cromare dură includ 250 g/L acid cromic (CrO3) cu catalizatori de sulfat la 60 de grade. Încălzitoarele cu imersie din titan sunt comune datorită rezistenței lor bune la coroziune la acidul cromic oxidant. Cu toate acestea, depozitele de cromat (cromat de bază de crom și compuși de crom (III)) precipită pe suprafețele încălzitoarelor și formează straturi izolatoare care limitează transferul de căldură și induc supraîncălzirea localizată. Din experiența pe liniile de placare de producție s-a constatat că tecile de titan cu o suprafață oarecum rugoasă (Ra ≈ 3,2 μm) sunt superioare tecilor finisate în oglindă (Ra < 0,2 μm) ca rezistență la acumularea-de depozite de cromat aderente. Acest rezultat neașteptat este o consecință a mecanicii de aderență a depozitelor, unde suprafețele netede tind să susțină legături chimice puternice, iar suprafețele moderat aspre tind să ofere o interfață mecanică slabă în care depozitele se desprind în timpul ciclului de căldură. Cercetarea acoperă mecanismul și sugerează finisarea suprafeței pentru serviciul de cromare tare.

Efectul mecanismelor de aderență a depozitelor asupra integrității mecanice
Depunerile de cromat se formează pe suprafețele de titan printr-un mecanism de precipitare: Cr(VI) în soluție este redus la Cr(III) la suprafața învelișului fierbinte pentru a crea un hidroxid de crom gelatinos care se deshidratează la un oxid care aderă. Pe suprafața de titan cu finisaj în oglindă (Ra Mai mică sau egală cu 0,2 μm) interfața dintre depozit și titan este aproape excelentă. Forțele van der Waals și legătura chimică dintre ele conferă o rezistență ridicată de aderență. Stratul rezistă cu tenacitate la îndepărtare prin ciclul de temperatură, curgerea fluidului sau perierea blândă. Depozitul se îngroașă și izolează teaca, crescând temperatura de suprafață a tecii și încurajând depunerea suplimentară. Pe o suprafață oarecum rugoasă (Ra=2.5-4.0 μm), depozitul se interconectează mecanic cu neregularitățile, dar nu formează o legătură chimică la fel de puternică, deoarece vârfurile rugozității sunt de preferință oxidate. Mai important, diferența de dilatare termică a depozitului de cromat (coeficientul=5-6 x 10 -6 / grad ) și titan (8,6 x 10 -6 / grad ) produce forțe tăietoare la interfață. Pe o suprafață rugoasă, aceste presiuni se concentrează la baza văilor rugozității, ducând la desprinderea depozitului în fulgi mici în loc de formarea unui strat continuu gros. Datele de câmp de la liniile de cromare dură indică faptul că suprafețele încălzitorului sunt menținute curate cu doar 0,1–0,2 mm depuneri după 1.000 de ore cu Ra 3,2 μm, în timp ce încălzitoarele finisate cu oglindă sunt acoperite cu 0,8–1,2 mm de depozit persistent în același timp.

Efectul asupra performanței termice: efect de auto-curățare
Suprafața ușor aspră asigură un ciclu termic de auto{0}curățare. Învelișul de titan se extinde și se contractă în timpul ciclurilor tipice de pornire-oprire a încălzitorului (de exemplu, controlul temperaturii băii). Suprafața rugoasă este o secvență de creșteri de tensiuni la contactul cu depozit-titan. Studiul cu elemente finite arată că efortul de forfecare interfacial la vârfurile unei suprafețe Ra=3.2 μm este de aproximativ 3 ori mai mare decât cel de pe o suprafață Ra=0.2 μm pentru același ΔT. Această tensiune este mai mare decât rezistența de aderență a depozitului de cromat și induce micro-spalația. Particulele sparte cad în baie și sunt filtrate. O suprafață ușor aspră impune o penalizare termică neglijabilă; suprafața reală este doar cu 5–10% mai mare decât cea a unei suprafețe lustruite, iar stratul limită convectiv (în mod normal, grosimea de 50–100 μm) nu este afectat de rugozitatea sub Ra=10 μm. Coeficienții de transfer de căldură sunt aproape aceiași.

Sinteză de schimb-: finisarea suprafeței vs. acumularea de depozit-
Finisarea suprafeței Ra (µm) Forța de aderență a depozitului Grosimea depozitului după 1000 de ore (mm) Crom dur – Frecvența de curățare necesară Recomandat?
Electrolustruit (lustruit în oglindă) 0,1 – 0,2 Foarte mare (legare chimică) 0,8 – 1,2 mm Săptămânal (imersie acidă) Nu – depozit persistent
Lustruit mecanic (granulație 600) 0,3 – 0,5 Înalt 0,5 – 0,8 mm La fiecare două săptămâni Edge
Ca-desat (finisare la freza) 1,2 – 1,8 Moderat 0,3 – 0,5 mm Acceptabil lunar
Sticlă fină sablata 2,5 – 3,5 Scăzut (se scapă ușor) 0,1 – 0,2 mm Trimestrial sau mai lung Da – optim
Sablat (alumină grosieră) 5,0 – 7,0 Foarte scăzut < 0,1 mm Rar Acceptabil, dar poate prinde poluanți
Medii de sablare și inginerie post-tratare dincolo de finisaj
Pentru serviciul de cromare grea, sablare fine de sticlă (perle de 50–100 μm la o presiune de 2–3 bar) oferă un Ra optim de 2,5–3,5 μm fără impurități încorporate. Sablarea cu alumină nu este sugerată deoarece particulele de alumină încorporate pot servi ca locuri galvanice. Pasivarea cu acid azotic (20% HNO3 la 50 de grade timp de 20 de minute) elimină orice fier sau crom încorporat din materialul de sablare și restabilește pelicula pasivă după sablare. Nu ștergeți sau lustruiți suprafața sablata după sablare, deoarece aceasta pătează suprafața și scade acțiunea de autocurățare.

Concluzie: Suprafață rugoasă (Ra ~ 3,2 μm). Oferă avantaj de auto-curățare
Într-o linie de cromare dură care folosește 250 g/L acid cromic la 60 de grade, o înveliș de titan cu o suprafață oarecum mai aspră (Ra ≈ 3,2 μm, obținută prin sablare fine de sticlă) este de preferat unei învelișuri finisate în oglindă-, deoarece suprafața rugoasă facilitează spălarea ciclurilor de cromat. Interfața mecanică slabă combinată cu tensiunile termice concentrate de forfecare determină dezlipirea depozitelor înainte de a crește la grosimea izolatoare. Suprafața-asemănătoare oglinzii contribuie la o conexiune chimică puternică care determină acumularea rapidă a depunerilor, supraîncălzirea și necesitatea curățării regulate. Specificația sugerată pentru încălzitoarele cu cromare dură este o înveliș de titan cu o lustruire a suprafeței sablate Ra=2.5–3,5 μm și pasivizarea ulterioară a acidului azotic. Indicați producătorului la câte cicluri termice (cicluri de pornire-oprit pe zi) vă așteptați și verificați dacă sistemul de auto-curățare va funcționa. Grosimea peretelui (de obicei 1,2-1,5 mm) este aleasă individual în funcție de cerințele de presiune și manipulare. Grosimea nu are efect asupra aderenței depozitelor.