در یک خط آبکاری برای کروم سخت (اسید کروم 250 گرم در لیتر، 60 درجه)، چرا یک غلاف تیتانیوم با سطح کمی زبرتر (3.2 میکرومتر رادیوم) از آینه بهتر است-از نظر مقاومت چسبندگی در برابر رسوبات کرومات، به پایان می رسد؟

تجارت اساسی-خاموش سطح تیتانیوم برای آبکاری کروم سخت
حمام های آبکاری کروم سخت شامل 250 گرم در لیتر اسید کرومیک (CrO3) با کاتالیزور سولفات در دمای 60 درجه است. بخاری های غوطه ور تیتانیوم به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی در برابر اکسید کننده اسید کرومیک رایج هستند. با این حال، رسوبات کرومات (کرومات کروم پایه و ترکیبات کروم (III)) روی سطوح بخاری رسوب می کنند و لایه های عایق را تشکیل می دهند که انتقال حرارت را محدود می کند و باعث گرمای بیش از حد موضعی می شود. بر اساس تجربه در خطوط تولید نشان داده شده است که غلاف های تیتانیوم دارای سطح کمی زبر (Ra ≈ 3.2 میکرومتر) از غلاف های آینه ای (Ra < 0.2 میکرومتر) در مقاومت در برابر ایجاد رسوبات کرومات چسبنده برتر هستند. این نتیجه غیرمنتظره نتیجه مکانیک چسبندگی رسوبی است که در آن سطوح صاف تمایل به پشتیبانی از پیوندهای شیمیایی قوی دارند و سطوح نسبتاً ناهموار تمایل به ایجاد یک رابط مکانیکی ضعیف دارند که در آن رسوبات در طول چرخه گرما می‌ریزند. این تحقیق مکانیسم را پوشش می دهد و پوشش سطح را برای سرویس آبکاری کروم سخت پیشنهاد می کند.

اثر مکانیسم های چسبندگی رسوبی بر یکپارچگی مکانیکی
رسوبات کرومات بر روی سطوح تیتانیوم از طریق یک مکانیسم رسوب تشکیل می شوند: کروم (VI) در محلول به کروم (III) در سطح غلاف داغ کاهش می یابد تا یک هیدروکسید کروم ژلاتینی ایجاد شود که به اکسید چسبنده آب می شود. در سطح تیتانیوم با روکش آینه ای (Ra کمتر یا مساوی 0.2 میکرومتر) رابط بین رسوب و تیتانیوم تقریباً عالی است. نیروهای واندروالس و پیوند شیمیایی بین آنها استحکام چسبندگی بالایی ایجاد می کند. این لایه با چرخه دما، جریان سیال یا برس زدن ملایم در برابر حذف مقاومت می کند. رسوب غلاف را ضخیم و عایق می کند و دمای سطح غلاف را افزایش می دهد و رسوب اضافی را تشویق می کند. در یک سطح تا حدی زبر (Ra=2.5-4.0 میکرومتر)، رسوب به طور مکانیکی با بی‌نظمی‌ها در هم قفل می‌شود، اما یک اتصال شیمیایی قوی ایجاد نمی‌کند زیرا قله‌های زبری ترجیحاً اکسید می‌شوند. مهمتر از آن، تفاوت در انبساط حرارتی رسوب کرومات (ضریب=5-6 x 10 -6 / درجه) و تیتانیوم (8.6 x 10 -6 / درجه) باعث ایجاد نیروهای برشی در سطح مشترک می‌شود. در یک سطح ناهموار، این فشارها در پایه دره‌های ناهمواری متمرکز می‌شوند و به جای تشکیل یک لایه ضخیم پیوسته منجر به ریزش رسوب به صورت تکه‌های کوچک می‌شوند. داده‌های میدانی از خطوط سخت کروم نشان می‌دهد که سطوح بخاری تنها با رسوب 0.1 تا 0.2 میلی‌متر پس از 1000 ساعت با Ra 3.2 میکرومتر تمیز می‌شوند، در حالی که بخاری‌های آینه{19}تمام با 0.8 تا 1.2 میلی‌متر رسوب سرسخت در همان زمان پوشانده می‌شوند.

تأثیر بر عملکرد حرارتی: اثر خود تمیز کردن-
سطح کمی ناهموار یک چرخه حرارتی{0}}خود تمیز شونده را فراهم می کند. غلاف تیتانیوم در طول چرخه معمول خاموش{2} بخاری منبسط و منقبض می شود (مثلاً کنترل دمای حمام). سطح زبر شده دنباله ای از افزایش دهنده های تنش در محل تماس-تیتانیوم است. مطالعه اجزای محدود نشان می‌دهد که تنش برشی سطحی در قله‌های یک سطح Ra=3.2 میکرومتر تقریباً 3 برابر بیشتر از سطح Ra=0.2 میکرومتر برای همان ΔT است. این تنش از استحکام چسبندگی رسوب کرومات بیشتر است و باعث ایجاد ریز{12}}پاشیدگی می‌شود. ذرات پاره شده داخل حمام می افتند و فیلتر می شوند. سطح کمی ناهموار جریمه حرارتی ناچیزی را تحمیل می کند. مساحت سطح واقعی فقط 5 تا 10 درصد بیشتر از سطح صیقلی است، و لایه مرزی همرفتی (معمولاً 50 تا 100 میکرومتر ضخامت) تحت تأثیر زبری زیر Ra=10 میکرومتر قرار نمی‌گیرد. ضرایب انتقال حرارت تقریباً یکسان است.

ترید-خارج از سنتز: پرداخت سطح در مقابل ایجاد سپرده-
سطح پایان Ra (μm) استحکام چسبندگی ضخامت رسوب پس از 1000 ساعت (میلی متر) کروم سخت - فرکانس تمیز کردن مورد نیاز است توصیه می شود؟
الکتروپلی شده (با آینه جلا داده شده) 0.1 - 0.2 بسیار زیاد (پیوند شیمیایی) 0.8 - 1.2 میلی متر هفتگی (اسید شیب) بدون - رسوب سرسخت
پولیش مکانیکی (600 گریت) 0.3 - 0.5 ارتفاع 0.5 - 0.8 میلی متر هر دو هفته Edge
همانطور که -کشیده شده (پایان آسیاب) 1.2 - 1.8 متوسط ​​0.3 - 0.5 میلی متر قابل قبول ماهانه
مهره شیشه ای ریز 2.5 - 3.5 کم (به راحتی می ریزد) 0.1 - 0.2 میلی متر سه ماهه یا بیشتر بله - بهینه
انفجار (آلومینای درشت) 5.0 - 7.0 بسیار کم < 0.1 میلی متر نادر قابل قبول است، اما ممکن است آلاینده ها را به دام بیندازد
رسانه انفجار و مهندسی پس از درمان فراتر از پایان
برای خدمات سنگین آبکاری کروم، انفجار مهره های شیشه ای ظریف (دانه های 50 تا 100 میکرومتر در فشار 2 تا 3 بار) رادیوم بهینه 2.5 تا 3.5 میکرومتر بدون ناخالصی های تعبیه شده به دست می دهد. انفجار آلومینا پیشنهاد نمی شود زیرا ذرات آلومینا جاسازی شده می توانند به عنوان مکان های گالوانیکی عمل کنند. غیرفعال سازی اسید نیتریک (20% HNO3 در 50 درجه به مدت 20 دقیقه) هرگونه آهن یا کروم موجود در مواد انفجار را حذف می کند و فیلم غیرفعال را پس از انفجار بازیابی می کند. سطح انفجار شده را پس از انفجار پاک نکنید، زیرا سطح را لکه دار می کند و عملکرد خود تمیز شوندگی را کاهش می دهد.

نتیجه گیری: سطح ناهموار (Ra ~ 3.2 میکرومتر). مزیت خود تمیز کردن را فراهم می کند
در یک خط آبکاری کروم سخت با استفاده از 250 گرم در لیتر اسید کرومیک در دمای 60 درجه، یک غلاف تیتانیوم با سطح کمی زبرتر (Ra ≈ 3.2 میکرومتر، که از طریق انفجار مهره های شیشه ای به دست می آید) به غلاف آینه ای{3} ترجیح داده می شود زیرا سطح ناهموار رسوبات چرخه ای را تسهیل می کند. رابط مکانیکی ضعیف همراه با تنش های برشی حرارتی متمرکز باعث می شود که رسوبات قبل از رشد به ضخامت عایق جدا شوند. سطح آینه ای{6}}به یک اتصال شیمیایی قوی کمک می کند که باعث می شود رسوبات به سرعت جمع شوند، بیش از حد گرم می شوند و نیاز به تمیز کردن منظم دارند. مشخصات پیشنهادی برای گرمکن‌های آبکاری کروم سخت، یک غلاف تیتانیوم با سطح براق‌شده Ra=2.5–3.5 میکرومتر و متعاقب آن غیرفعال‌سازی اسید نیتریک است. به سازنده نشان دهید که انتظار دارید چه تعداد چرخه حرارتی ({11}روی چرخه خاموش در روز) را دارید و بررسی کنید که سیستم{12}خود تمیز کردن کار می کند. ضخامت دیوار (معمولاً 1.2-1.5 میلی متر) با توجه به فشار و نیازهای حمل و نقل به صورت جداگانه انتخاب می شود. ضخامت هیچ تاثیری بر چسبندگی رسوب ندارد.