Kodėl kietojo chromo dengimo linijoje (chromo rūgštis 250 g/l, 60 laipsnių) titano apvalkalas su šiek tiek šiurkštesniu paviršiumi (3,2 μm Ra) pranoksta veidrodinį-atsparumą sukibimui su chromato nuosėdomis?

Pagrindinis{0}}titano paviršiaus apdailos nuolaida kietajam chromavimui
Kietojo chromavimo voniose yra 250 g/l chromo rūgšties (CrO3) su 60 laipsnių sulfatiniais katalizatoriais. Titano panardinamieji šildytuvai yra įprasti dėl jų gero atsparumo korozijai oksiduojančiai chromo rūgščiai. Tačiau chromato nuosėdos (bazinis chromatas ir chromo (III) junginiai) nusėda ant šildytuvo paviršių ir sudaro izoliacinius sluoksnius, kurie riboja šilumos perdavimą ir sukelia vietinį perkaitimą. Iš patirties naudojant gamybos dengimo linijas buvo nustatyta, kad titano apvalkalai, kurių paviršius yra šiek tiek grublėtas (Ra ≈ 3,2 μm), yra pranašesnis už veidrodinius{7} apvalkalus (Ra < 0,2 μm) atsparumu{9}}prilipusių chromato nuosėdų susidarymui. Šis netikėtas rezultatas yra nuosėdų sukibimo mechanikos pasekmė, kai lygūs paviršiai linkę palaikyti stiprų cheminį sukibimą, o vidutiniškai šiurkštūs paviršiai – silpną mechaninę sąsają, kur nuosėdos nubyra šilumos ciklo metu. Tyrimas apima mechanizmą ir siūlo paviršiaus apdailą kieto chromavimo paslaugai.

Nuosėdų sukibimo mechanizmų poveikis mechaniniam vientisumui
Chromato nuosėdos susidaro ant titano paviršių naudojant nusodinimo mechanizmą: tirpale esantis Cr(VI) karšto apvalkalo paviršiuje redukuojamas į Cr(III), kad susidarytų želatininis chromo hidroksidas, kuris dehidratuojasi iki prilipusio oksido. Titano paviršiuje su veidrodine apdaila (Ra Mažiau arba lygus 0,2 μm) sąsaja tarp nuosėdų ir titano yra beveik puiki. Van der Waals jėgos ir cheminis ryšys tarp jų suteikia didelį sukibimo stiprumą. Sluoksnis atkakliai atsparus pašalinimui keičiant temperatūrą, skysčio srautą ar švelnų šepetį. Apnašos storina ir izoliuoja apvalkalą, padidindamos apvalkalo paviršiaus temperatūrą ir skatindamos papildomą nusodinimą. Ant kiek grublėto paviršiaus (Ra=2.5-4.0 μm) nuosėdos mechaniškai susikerta su nelygumais, tačiau nesudaro tokios stiprios cheminės jungties, nes šiurkštumo smailės pirmiausia oksiduojamos. Dar svarbiau, kad chromato nuosėdų (koeficientas=5-6 x 10 -6 / laipsnis) ir titano (8,6 x 10 -6 / laipsnis) šiluminio plėtimosi skirtumas sukuria šlyties jėgas sąsajoje. Ant šiurkštaus paviršiaus šie slėgiai susitelkia nelygumo slėnių apačioje, todėl nuosėdos nuskils mažais dribsniais, o ne susiformuoja storas ištisinis sluoksnis. Lauko duomenys iš kieto chromavimo linijų rodo, kad šildytuvų paviršiai išlieka švarūs ir po 1 000 valandų, kai Ra 3,2 μm, šildytuvų paviršiai išlieka švarūs, o veidrodiniai šildytuvai per tą patį laiką yra padengti 0,8–1,2 mm tvirtomis nuosėdomis.

Poveikis šiluminiam efektyvumui: savaiminio{0}}išsivalymo efektas
Šiek tiek grubus paviršius užtikrina savaime{0}}išsivalantį terminį ciklą. Titano apvalkalas išsiplečia ir susitraukia įprasto šildytuvo įjungimo -išjungimo ciklo metu (pvz., reguliuojant vonios temperatūrą). Grubus paviršius yra įtempių pakilimų seka ties titano nuosėdų{6}}kontaktu. Baigtinių elementų tyrimas atskleidžia, kad tarpfazinis šlyties įtempis Ra=3.2 μm paviršiaus viršūnėse yra maždaug 3 kartus didesnis nei Ra=0.2 μm paviršiaus, esant tam pačiam ΔT. Šis įtempis yra didesnis nei chromato nuosėdų sukibimo stiprumas ir sukelia mikro{12}}taškymą. Išskilusios dalelės patenka į vonią ir nufiltruojamos. Šiek tiek grubus paviršius sukelia nedidelę šiluminę nuobaudą; tikrasis paviršiaus plotas yra tik 5–10 % didesnis nei poliruoto paviršiaus, o konvekciniam ribiniam sluoksniui (paprastai 50–100 μm storio) nedaro įtakos šiurkštumas, mažesnis nei Ra=10 μm. Šilumos perdavimo koeficientai yra beveik vienodi.

Kompetencijos-sintezė: paviršiaus apdaila ir nuosėdų susidarymas-
Paviršiaus apdaila Ra (µm) Sukibimo stipris Indėlių storis po 1000 valandų (mm) Kietas chromas – reikalingas valymo dažnis Rekomenduojamas?
Elektropoliruotas (veidrodinis poliravimas) 0,1 - 0,2 Labai didelis (cheminis sukibimas) 0,8 - 1,2 mm Kas savaitę (rūgščių kritimas) Nėra - užsitęsusios nuosėdos
Mechaniškai poliruotas (600 grūdų) 0,3–0,5 Aukštas 0,5–0,8 mm Kas dvi savaites Edge
Kaip-ištraukta (frezavimo apdaila) 1,2–1,8 Vidutinis 0,3–0,5 mm Priimtinas kas mėnesį
Šlifuotas smulkus stiklo karoliukas 2,5–3,5 Žemas (lengvai išsilieja) 0,1–0,2 mm Kas ketvirtį arba ilgiau Taip – ​​optimalus
Srautinis (stambus aliuminio oksidas) 5,0–7,0 Labai žemas < 0,1 mm Retas Priimtinas, bet gali sulaikyti teršalus
Srautinio valymo medžiaga ir po apdorojimo inžinerija ne tik baigiantis
Sunkaus chromavimo darbams atlikti smulkus stiklo rutuliukų apdorojimas (50–100 μm rutuliukai esant 2–3 barų slėgiui) užtikrina optimalų 2,5–3,5 μm Ra be įterptų priemaišų. Aliuminio oksido pūtimas nerekomenduojamas, nes įterptos aliuminio oksido dalelės gali būti galvaninės. Pasyvavimas azoto rūgštimi (20 % HNO3 50 laipsnių temperatūroje 20 min.) pašalina bet kokią įterptą geležį ar chromą iš pūtimo medžiagos ir atkuria pasyviąją plėvelę po valymo. Nešluostykite ir nepoliruokite paviršių po valymo pūtimu, nes tai nudažo paviršių ir sumažina savaiminio išsivalymo efektyvumą.

Išvada: Grubus paviršius (Ra ~ 3,2 μm). Suteikia savaiminio-valymosi pranašumų
Kieto chromo dengimo linijoje, kurioje naudojama 250 g/l chromo rūgštis 60 laipsnių temperatūroje, titano apvalkalas, kurio paviršius yra šiek tiek šiurkštesnis (Ra ≈ 3,2 μm, gautas apdorojus smulkiu stiklo rutuliniu pūtimu), yra geresnis nei veidrodinis -termiškai apdorotas apvalkalas, nes grubus paviršius palengvina chromato sluoksnių sluoksnį. Dėl silpnos mechaninės sąsajos kartu su koncentruotais šiluminiais šlyties įtempiais nuosėdos nusilupa prieš išaugant iki izoliacijos storio. Panašus į veidrodį{6}}paviršius sukuria tvirtą cheminį ryšį, dėl kurio greitai kaupiasi nuosėdos, perkaista, todėl reikia reguliariai valyti. Siūloma kieto chromo šildytuvų specifikacija yra titano apvalkalas, kurio paviršius yra poliruotas pūtimu Ra=2.5–3,5 μm ir pasyvus azoto rūgštimi. Gamintojui nurodykite, kiek šiluminių ciklų (įjungimo{11}}išjungimo ciklų per dieną) tikitės, ir patikrinkite, ar savaiminio{12}}valymo sistema veiks. Sienelės storis (dažniausiai 1,2-1,5 mm) parenkamas individualiai, atsižvelgiant į slėgio ir tvarkymo reikalavimus. Storis neturi įtakos nuosėdų sukibimui.