Kādēļ titāna apvalks ar nedaudz raupjāku virsmu (3,2 μm Ra) pārklāšanas līnijā cietajam hromam (hromskābe 250 g/l, 60 grādi) ir labāks par spoguli-saķeres pretestības ziņā pret hromāta nogulsnēm?

Pamata maiņa{0}}titāna virsmas apdarei cietā hroma pārklājumam
Cietās hromēšanas vannās ir 250 g/l hromskābe (CrO3) ar sulfāta katalizatoriem 60 grādu temperatūrā. Titāna iegremdējamie sildītāji ir izplatīti, jo tiem ir laba izturība pret koroziju pret oksidējošu hromskābi. Tomēr hromāta nogulsnes (bāzes hroma hromāts un hroma (III) savienojumi) nogulsnējas uz sildītāja virsmām un veido izolācijas slāņus, kas ierobežo siltuma pārnesi un izraisa lokālu pārkaršanu. No ražošanas apšuvuma līnijām gūtās pieredzes ir konstatēts, ka titāna apvalki ar nedaudz raupju virsmu (Ra ≈ 3,2 μm) ir pārāki par spoguļ{7}}apdarinātiem apvalkiem (Ra < 0,2 μm) ar izturību pret pielipušo hromāta nogulsnējumu veidošanos. Šis negaidītais rezultāts ir nogulšņu adhēzijas mehānikas sekas, kur gludām virsmām ir tendence atbalstīt spēcīgu ķīmisko saiti, un vidēji raupjām virsmām ir tendence nodrošināt vāju mehānisko saskarni, kur nogulsnes izdalās siltuma cikla laikā. Pētījums aptver mehānismu un ierosina virsmas apdari cietā hromēšanas pakalpojumam.

Nogulšņu saķeres mehānismi ietekme uz mehānisko integritāti
Hromāta nogulsnes veidojas uz titāna virsmām, izmantojot izgulsnēšanas mehānismu: Cr(VI) šķīdumā tiek reducēts uz Cr(III) karstā apvalka virsmā, lai izveidotu želatīna hroma hidroksīdu, kas dehidrējas līdz pielipušam oksīdam. Uz titāna virsmas ar spoguļa apdari (Ra Mazāks vai vienāds ar 0,2 μm) saskarne starp nogulsnēm un titānu ir gandrīz lieliska. Van der Vālsa spēki un ķīmiskā saite starp tiem nodrošina augstu adhēzijas spēku. Slānis izturīgi pretojas noņemšanai ar temperatūras ciklu, šķidruma plūsmu vai maigu suku. Nogulsnes sabiezina un izolē apvalku, paaugstinot apvalka virsmas temperatūru un veicinot papildu nogulsnēšanos. Uz nedaudz raupjas virsmas (Ra=2.5-4.0 μm) nosēdums mehāniski savienojas ar nelīdzenumiem, bet neveido tik spēcīgu ķīmisko savienojumu, jo nelīdzenuma virsotnes galvenokārt tiek oksidētas. Vēl svarīgāk ir atšķirība starp hromāta nogulsnes (koeficients=5-6 x 10 -6 / grāds) un titāna (8,6 x 10 -6 / grāds) termiskā izplešanās saskarnē rada bīdes spēkus. Uz raupjas virsmas šie spiedieni koncentrējas nelīdzenuma ieleju pamatnē, izraisot nogulšņu atdalīšanu mazās pārslās, nevis veidojot biezu nepārtrauktu slāni. Dati no cietā hroma pārklājuma līnijām liecina, ka sildītāja virsmas tiek uzturētas tīras ar tikai 0,1–0,2 mm nogulsnējumu pēc 1000 stundām ar Ra 3,2 μm, savukārt spoguļ{19}}apstrādātos sildītājus tajā pašā laikā pārklāj ar 0,8–1,2 mm nogulsnējumu.

Ietekme uz termisko veiktspēju: pašattīrošais{0}}efekts
Nedaudz raupjā virsma nodrošina pašattīrošu{0}}termisko ciklu. Titāna apvalks izplešas un saraujas sildītāja parastās ieslēgšanas -izslēgšanas cikla laikā (piemēram, vannas temperatūras kontrole). Rupjinātā virsma ir virkne sprieguma stāvvadu pie titāna nogulsnes{6}}kontakta. Galīgo elementu pētījums atklāj, ka saskarnes bīdes spriegums Ra=3.2 μm virsmas virsotnēs ir aptuveni 3 reizes lielāks nekā uz Ra=0.2 μm virsmas ar tādu pašu ΔT. Šis spriegums ir lielāks par hromāta nogulsnes adhēzijas izturību un izraisa mikro{12}}izslāņošanos. Izšļakstītās daļiņas iekrīt vannā un tiek filtrētas. Nedaudz raupja virsma rada nenozīmīgu termisko sodu; faktiskais virsmas laukums ir tikai par 5–10% lielāks nekā pulētai virsmai, un konvekcijas robežslāni (parasti 50–100 μm biezs) neietekmē raupjums, kas mazāks par Ra=10 μm. Siltuma pārneses koeficienti ir gandrīz vienādi.

Izmaiņu sintēze-: virsmas apdare pret depozīta uzkrāšanos-
Virsmas apdare Ra (µm) Adhēzijas stiprums Nogulsnes biezums pēc 1000 stundām (mm) Cietais hroms – nepieciešama tīrīšanas biežums Ieteicamais?
Elektropolēts (spogulis pulēts) 0,1 – 0,2 Ļoti augsta (ķīmiskā saistība) 0,8 – 1,2 mm Reizi nedēļā (skābes iegremdēšana) Nē – izturīgs nogulsnējums
Mehāniski pulēts (600 grudu) 0,3–0,5 Augsts 0,5–0,8 mm Ik pēc divām nedēļām Edge
Kā-izvilkts (frēzēšanas apdare) 1,2–1,8 Vidēji 0,3–0,5 mm Mēnesī pieņemams
Smidzināta smalka stikla lodītes 2,5–3,5 Zema (viegli izšļakstīta) 0,1–0,2 mm Reizi ceturksnī vai ilgāk Jā – optimāli
Smidzināts (rupjš alumīnija oksīds) 5,0–7,0 Ļoti zems < 0,1 mm Reti Pieņemams, bet var notvert piesārņotājus
Spridzināšanas līdzekļi un pēcapstrādes inženierija ārpus apdares
Smagas hromēšanas darbam ar smalku stikla lodīšu strūklu (50–100 μm lodītes pie 2–3 bāru spiediena) tiek iegūts optimālais Ra 2,5–3,5 μm bez iegultiem piemaisījumiem. Spridzināšana ar alumīnija oksīdu nav ieteicama, jo iestrādātas alumīnija oksīda daļiņas var kalpot kā galvaniskās vietas. Slāpekļskābes pasivēšana (20% HNO3 50 grādos 20 minūtes) likvidē no spridzināšanas materiāla jebkādu iegulto dzelzi vai hromu un atjauno pasīvo plēvi pēc spridzināšanas. Pēc strūklas tīrīšanas neslaukiet un nepulējiet ar strūklu apstrādāto virsmu, jo tas notraipa virsmu un samazina pašattīrīšanās darbību.

Secinājums: raupja virsma (Ra ~ 3,2 μm). Nodrošina pašattīrīšanās-priekšrocību
Cietā hromēšanas līnijā, kurā tiek izmantota 250 g/l hromskābe 60 grādu temperatūrā, titāna apvalks ar nedaudz raupjāku virsmu (Ra ≈ 3,2 μm, iegūts ar smalkas stikla lodītes strūklu) ir labāks nekā spoguļ-termiski apstrādāts apvalks, jo raupja virsma veicina hromāta ciklisku nogulsnēšanos. Vāja mehāniskā saskarne apvienojumā ar koncentrētiem termiskiem bīdes spriegumiem izraisa nogulšņu nolobīšanos, pirms tās kļūst izolācijas biezumā. Spoguļa -virsma veicina spēcīgu ķīmisko savienojumu, kas izraisa nogulšņu ātru uzkrāšanos, pārkaršanu un nepieciešamību regulāri tīrīt. Cietā hroma pārklājuma sildītāju ieteiktā specifikācija ir titāna apvalks ar strūklu slīpētu virsmu Ra=2.5–3,5 μm un sekojošu pasivāciju ar slāpekļskābi. Norādiet ražotājam, cik termisko ciklu (ieslēgts{11}}izslēgšanas ciklu dienā) sagaidāt, un pārbaudiet, vai pašattīrīšanās sistēma darbosies. Sienas biezums (parasti 1,2-1,5 mm) tiek izvēlēts individuāli atbilstoši spiediena un apstrādes prasībām. Biezums neietekmē nogulšņu saķeri.