En una línia de revestiment per a crom dur (àcid cròmic 250 g/L, 60 graus), per què una funda de titani amb una superfície lleugerament més rugosa (3,2 μm Ra) supera un mirall-Acabat un en termes de resistència a l'adhesió als dipòsits de cromat?

Comerç fonamental-Acabat superficial de titani per al cromat dur
Els banys de cromat dur inclouen 250 g/L d'àcid cròmic (CrO3) amb catalitzadors de sulfat a 60 graus. Els escalfadors d'immersió de titani són habituals per la seva bona resistència a la corrosió a l'àcid cròmic oxidant. Tanmateix, els dipòsits de cromat (cromat de cromat bàsic i compostos de crom (III)) precipiten a les superfícies de l'escalfador i formen capes aïllants que limiten la transferència de calor i indueixen un sobreescalfament localitzat. S'ha trobat a partir de l'experiència en línies de xapa de producció que les beines de titani amb una superfície una mica rugosa (Ra ≈ 3,2 μm) són superiors a les beines acabades mirall (Ra < 0,2 μm) en resistència a l'acumulació de dipòsits de cromat adherits. Aquest resultat inesperat és una conseqüència de la mecànica d'adhesió de dipòsits on les superfícies llises tendeixen a suportar un fort enllaç químic i les superfícies moderadament rugoses tendeixen a proporcionar una interfície mecànica feble on els dipòsits es desprenen durant el cicle de calor. La investigació cobreix el mecanisme i suggereix un acabat superficial per al servei de cromat dur.

Efecte dels mecanismes d'adhesió del dipòsit sobre la integritat mecànica
Els dipòsits de cromat es formen a les superfícies de titani mitjançant un mecanisme de precipitació: el Cr(VI) en solució es redueix a Cr(III) a la superfície de la funda calenta per crear un hidròxid de crom gelatinós que es deshidrata a un òxid adherent. A la superfície de titani amb acabat mirall (Ra Menor o igual a 0,2 μm) la interfície entre el dipòsit i el titani és gairebé excel·lent. Les forces de van der Waals i l'enllaç químic entre elles donen una gran força d'adhesió. La capa resisteix amb tenacitat l'eliminació mitjançant cicles de temperatura, flux de fluids o raspallat suau. El dipòsit espessa i aïlla la funda, augmentant la temperatura superficial de la funda i fomentant la deposició addicional. En una superfície una mica rugosa (Ra=2.5-4.0 μm), el dipòsit s'entrellaça mecànicament amb les irregularitats, però no forma una connexió química tan forta perquè els pics de la rugositat s'oxiden preferentment. Més important, la diferència en l'expansió tèrmica del dipòsit de cromat (coeficient=5-6 x 10 -6 / grau ) i titani (8,6 x 10 -6 / grau ) produeix forces de cisalla a la interfície. Sobre una superfície rugosa aquestes pressions es concentren a la base de les valls de la rugositat, donant lloc a l'esquinçament del dipòsit en petites escates en lloc de la formació d'una capa contínua gruixuda. Les dades de camp de les línies de cromat dur indiquen que les superfícies de l'escalfador es mantenen netes amb només 0,1-0,2 mm de dipòsit després de 1.000 hores amb Ra 3,2 μm, mentre que els escalfadors acabats mirall-es cobreixen amb 0,8-1,2 mm de dipòsit tossut al mateix temps.

Efecte sobre el rendiment tèrmic: efecte d'auto-neteja
La superfície lleugerament rugosa proporciona un cicle tèrmic d'auto{0}}neteja. La funda de titani s'expandeix i es contrau durant el cicle típic d'encesa-apagada de l'escalfador (p. ex., control de la temperatura del bany). La superfície rugosa és una seqüència d'elevacions de tensió al contacte del dipòsit-titani. L'estudi d'elements finits revela que l'esforç de cisalla interfacial als pics d'una superfície Ra=3.2 μm és aproximadament 3 vegades més gran que el d'una superfície Ra=0.2 μm per al mateix ΔT. Aquesta tensió és superior a la força d'adhesió del dipòsit de cromat i indueix una micro-espal·lació. Les partícules esquerdes cauen al bany i es filtren. Una superfície lleugerament rugosa imposa una penalització tèrmica insignificant; la superfície real és només un 5-10% més que la d'una superfície polida, i la capa límit convectiva (normalment 50-100 μm de gruix) no es veu afectada per la rugositat per sota de Ra=10 μm. Els coeficients de transferència de calor són gairebé els mateixos.

Síntesi de-compromisos: acabat superficial vs. acumulació de dipòsits-
Acabat superficial Ra (µm) Força d'adhesió del dipòsit Gruix del dipòsit després de 1.000 hores (mm) Crom dur – Freqüència de neteja necessària Recomanada?
Electropolit (polit mirall) 0,1 – 0,2 Molt alt (enllaç químic) 0,8 – 1,2 mm Setmanal (immersió àcida) No – dipòsit tossut
Polit mecànicament (gra 600) 0,3 – 0,5 Alt 0,5 – 0,8 mm Cada dues setmanes
Tal com-estirat (acabat del molí) 1,2 – 1,8 Moderat 0,3 – 0,5 mm Mensualment acceptable
Grana de vidre fi granallat2,5 – 3,5 Baix (esquinça fàcilment) 0,1 – 0,2 mm Trimestral o més llarg Sí – òptim
Granallat (alúmina gruixuda) 5,0 – 7,0 Molt baix < 0,1 mm Rar Acceptable, però pot atrapar contaminants
Enginyeria de mitjans de granalla i post-tractament més enllà de l'acabat
Per a un servei de cromat pesat, el granat de perles de vidre fines (perles de 50 a 100 μm a una pressió de 2-3 bar) ofereix un Ra òptim de 2,5-3,5 μm sense impureses incrustades. No es recomana l'explosió d'alúmina perquè les partícules d'alúmina incrustades poden servir com a llocs galvànics. La passivació d'àcid nítric (20% HNO3 a 50 graus durant 20 min) elimina qualsevol ferro o crom incrustat del material de granalla i restaura la pel·lícula passiva després de la granalla. No netegeu ni poliu la superfície reblat després de la granallada, ja que taca la superfície i disminueix l'acció d'autoneteja.

Conclusió: Superfície rugosa (Ra ~ 3,2 μm). Proporciona un avantatge d'auto-neteja
En una línia de cromat dur que utilitza 250 g/L d'àcid cròmic a 60 graus, és preferible una funda de titani amb una superfície una mica més rugosa (Ra ≈ 3,2 μm, obtinguda mitjançant granallat de perles de vidre fines) a una funda acabada mirall-, ja que la superfície rugosa facilita l'escallada dels dipòsits de cromat. La feble interfície mecànica combinada amb les tensions de cisalla tèrmica concentrades fan que els dipòsits es desprenguin abans de créixer fins al gruix aïllant. La superfície semblant a un mirall-contribueix a una connexió química forta que fa que els dipòsits s'acumulin ràpidament, s'escalfin en excés i requereix una neteja regular. L'especificació suggerida per als escalfadors de cromat dur és una funda de titani amb una superfície polida Ra=2.5-3,5 μm i posterior passivació d'àcid nítric. Indiqueu al fabricant quants cicles tèrmics (cicles d'encesa-apagats al dia) espereu i verifiqueu que el sistema d'auto-neteja funcionarà. El gruix de la paret (normalment 1,2-1,5 mm) es tria individualment segons els requisits de pressió i manipulació. El gruix no té cap efecte sobre l'adhesió del dipòsit.