في خط الطلاء للكروم الصلب (حمض الكروميك 250 جم/لتر، 60 درجة)، لماذا يتفوق غلاف التيتانيوم ذو السطح الخشن قليلًا (3.2 ميكرومتر Ra) على المرآة-ينهي واحدة من حيث مقاومة الالتصاق لرواسب الكرومات؟
ترك رسالة
التجارة الأساسية-متاحة في طلاء سطح التيتانيوم بالطلاء بالكروم الصلب
Hard chrome plating baths include 250 g/L chromic acid (CrO3) with sulfate catalysts at 60℃. Titanium immersion heaters are common because of their good corrosion resistance to oxidizing chromic acid. However, chromate deposits (basic chromium chromate and chromium(III) compounds) precipitate on heater surfaces and form insulating layers which limit heat transfer and induce localized overheating. It has been found from experience on production plating lines that titanium sheaths having a somewhat roughened surface (Ra ≈ 3.2 μm) are superior than mirror-finished sheaths (Ra < 0.2 μm) in resistance to build-up of adhering chromate deposits. This unexpected result is a consequence of deposit adhesion mechanics where smooth surfaces tend to support strong chemical bonding and moderately rough surfaces tend to provide a weak mechanical interface where deposits spall off during heat cycling. The research covers the mechanism and suggests surface finish for hard chrome plating service.
آليات التصاق الودائع تؤثر على السلامة الميكانيكية
تتشكل رواسب الكرومات على أسطح التيتانيوم عبر آلية الترسيب: يتم تقليل الكروم (VI) في المحلول إلى الكروم (III) عند سطح الغلاف الساخن لتكوين هيدروكسيد الكروم الجيلاتيني الذي يجفف إلى أكسيد ملتصق. على سطح التيتانيوم مع تشطيب مرآة (Ra أقل من أو يساوي 0.2 ميكرومتر) تكون الواجهة بين الرواسب والتيتانيوم ممتازة تقريبًا. إن قوى فان دير فال والارتباط الكيميائي بينهما تعطي قوة التصاق عالية. تقاوم الطبقة بشدة عملية الإزالة عن طريق تدوير درجة الحرارة أو تدفق السوائل أو التنظيف اللطيف. يثخن الراسب ويعزل الغلاف، مما يزيد من درجة حرارة سطح الغلاف ويشجع على الترسيب الإضافي. على سطح خشن إلى حد ما (Ra=2.5-4.0 μm)، يتشابك الرواسب ميكانيكيًا مع المخالفات، لكنه لا يشكل اتصالًا كيميائيًا قويًا لأن قمم الخشونة تتأكسد بشكل تفضيلي. والأهم من ذلك أن الفرق في التمدد الحراري لرواسب الكرومات (المعامل=5-6 × 10 -6 / درجة ) والتيتانيوم (8.6 × 10 -6 / درجة ) ينتج قوى القص عند الواجهة. وعلى السطح الخشن تتركز هذه الضغوط عند قاعدة أودية الخشونة، مما يؤدي إلى تشظي الرواسب إلى رقائق صغيرة بدلا من تكوين طبقة سميكة متواصلة. تشير البيانات الميدانية من خطوط الطلاء بالكروم الصلب إلى أن أسطح السخان تظل نظيفة مع رواسب تبلغ 0.1–0.2 مم فقط بعد 1000 ساعة مع Ra 3.2 ميكرومتر، بينما تتم تغطية السخانات النهائية المرآة بـ 0.8–1.2 مم من الرواسب العنيدة في نفس الوقت.
التأثير على الأداء الحراري: تأثير التنظيف الذاتي
ويوفر السطح الخشن قليلًا دورة حرارية للتنظيف الذاتي-. يتمدد غلاف التيتانيوم وينكمش أثناء دورة التشغيل والإيقاف النموذجية-للسخان (على سبيل المثال، التحكم في درجة حرارة الحمام). السطح الخشن عبارة عن سلسلة من أدوات رفع الضغط عند تلامس رواسب التيتانيوم-. تكشف دراسة العناصر المحدودة أن إجهاد القص السطحي عند قمم سطح Ra=3.2 ميكرومتر أعلى بحوالي 3 مرات من ذلك الموجود على سطح Ra=0.2 ميكرومتر لنفس ΔT. هذا الضغط أعلى من قوة التصاق رواسب الكرومات ويؤدي إلى تشظي دقيق. تسقط الجزيئات المتناثرة في الحمام ويتم تصفيتها. يفرض السطح الخشن قليلاً عقوبة حرارية لا تذكر؛ تبلغ مساحة السطح الفعلية 5-10٪ فقط أكثر من مساحة السطح المصقول، ولا تتأثر الطبقة الحدودية للحمل الحراري (عادةً بسمك 50-100 ميكرومتر) بالخشونة تحت Ra=10 ميكرومتر. معاملات نقل الحرارة هي نفسها تقريبًا.
تركيب -المقايضة: تشطيب السطح مقابل بناء الرواسب-.
تشطيب السطح Ra (ميكرومتر) قوة التصاق الرواسب سمك الرواسب بعد 1000 ساعة (مم) الكروم الصلب - تكرار التنظيف مطلوب هل يوصى به؟
مصقول كهربائيًا (مصقول كالمرآة) 0.1 – 0.2 مرتفع جدًا (الترابط الكيميائي) 0.8 – 1.2 مم أسبوعيًا (تراجع الحمض) لا – رواسب عنيدة
مصقول ميكانيكيًا (600 حبيبة رملية) 0.3 – 0.5 عالي 0.5 – 0.8 مم كل أسبوعين
كما هو-مرسوم (إنهاء الطحن) 1.2 – 1.8 متوسط 0.3 – 0.5 ملم مقبول شهريًا
خرزة زجاجية ناعمة منفجرة 2.5 – 3.5 منخفضة (تتشقق بسهولة) 0.1 – 0.2 ملم ربع سنوي أو أطول نعم – الأمثل
منفجر (الألومينا الخشنة) 5.0 – 7.0 منخفض جدًا < 0.1 مم نادر مقبول، ولكنه قد يحبس الملوثات
وسائل التفجير وهندسة ما بعد المعالجة بعد الانتهاء
بالنسبة لخدمة الطلاء بالكروم الثقيل، فإن التفجير بالخرز الزجاجي الناعم (50-100 ميكرومتر من الخرز عند ضغط 2-3 بار) يعطي معدل Ra مثالي يبلغ 2.5-3.5 ميكرومتر مع عدم وجود شوائب مدمجة. لا يُقترح تفجير الألومينا لأن جزيئات الألومينا المضمنة يمكن أن تكون بمثابة مواقع كلفانية. يؤدي تخميل حمض النيتريك (20% HNO3 عند 50 درجة لمدة 20 دقيقة) إلى إزالة أي حديد أو كروم مدمج من مادة التفجير ويستعيد الفيلم السلبي بعد التفجير. لا تقم بمسح أو تلميع السطح المنفوخ بعد التفجير لأنه يؤدي إلى تلطيخ السطح ويقلل من عملية التنظيف الذاتي.
الاستنتاج: سطح خشن (Ra ~ 3.2 ميكرومتر). يوفر ميزة التنظيف الذاتي-.
في خط الطلاء بالكروم الصلب الذي يستخدم 250 جم/لتر من حمض الكروميك عند 60 درجة، يفضل استخدام غلاف تيتانيوم بسطح أكثر خشونة إلى حد ما (Ra ≈ 3.2 ميكرومتر، يتم الحصول عليه من خلال تفجير الخرز الزجاجي الناعم) على غمد مرآة - نهائي حيث يسهل السطح الخشن تشظي رواسب الكرومات تحت التدوير الحراري. تتسبب الواجهة الميكانيكية الضعيفة جنبًا إلى جنب مع ضغوط القص الحرارية المركزة في تقشر الرواسب قبل أن تنمو إلى سمك عازل. يساهم السطح الشبيه بالمرآة- في وجود اتصال كيميائي قوي يؤدي إلى تراكم الرواسب بسرعة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة ويستلزم التنظيف المنتظم. المواصفات المقترحة لسخانات الطلاء بالكروم الصلب هي غلاف من التيتانيوم مع طلاء سطحي منفجر Ra=2.5–3.5 ميكرومتر وتخميل حمض النيتريك اللاحق. وضح للشركة المصنعة عدد الدورات الحرارية (دورات التشغيل-الإيقاف يوميًا) التي تتوقعها، وتأكد من أن نظام التنظيف الذاتي-سيعمل. يتم اختيار سمك الجدار (عادة 1.2-1.5 مم) بشكل فردي وفقًا لمتطلبات الضغط والتعامل. سمك ليس له أي تأثير على التصاق الودائع.
