Pada Jalur Pelapisan untuk Krom Keras (Asam Kromat 250 g/L, 60 derajat ), Mengapa Selubung Titanium dengan Permukaan Sedikit Lebih Kasar (3,2 μm Ra) Mengungguli Cermin-Finishing dalam Hal Ketahanan Adhesi terhadap Deposit Kromat?

Pertukaran Mendasar-Penyelesaian Permukaan Titanium untuk Pelapisan Kromium Keras
Bak pelapisan krom keras mengandung 250 g/L asam kromat (CrO3) dengan katalis sulfat pada suhu 60 derajat. Pemanas perendaman titanium umum digunakan karena ketahanan korosinya yang baik terhadap oksidasi asam kromat. Namun, endapan kromat (senyawa kromium kromat dasar dan kromium(III)) mengendap pada permukaan pemanas dan membentuk lapisan isolasi yang membatasi perpindahan panas dan menyebabkan panas berlebih secara lokal. Berdasarkan pengalaman pada jalur pelapisan produksi, diketahui bahwa selubung titanium yang memiliki permukaan agak kasar (Ra ≈ 3,2 μm) lebih unggul dibandingkan selubung cermin-yang sudah jadi (Ra < 0,2 μm) dalam hal ketahanan terhadap penumpukan endapan kromat yang melekat. Hasil yang tidak terduga ini merupakan konsekuensi dari mekanisme adhesi endapan dimana permukaan halus cenderung mendukung ikatan kimia yang kuat dan permukaan yang agak kasar cenderung memberikan antarmuka mekanis yang lemah dimana endapan terkelupas selama siklus panas. Penelitian ini mencakup mekanisme dan menyarankan penyelesaian permukaan untuk layanan pelapisan krom keras.

Pengaruh Mekanisme Adhesi Deposit terhadap Integritas Mekanik
Endapan kromat terbentuk pada permukaan titanium melalui mekanisme presipitasi: Cr(VI) dalam larutan direduksi menjadi Cr(III) pada permukaan selubung panas untuk menghasilkan kromium hidroksida agar-agar yang terdehidrasi menjadi oksida yang melekat. Pada permukaan titanium dengan lapisan cermin (Ra Kurang dari atau sama dengan 0,2 μm) antarmuka antara deposit dan titanium hampir sempurna. Gaya van der Waals dan ikatan kimia di antara keduanya memberikan kekuatan rekat yang tinggi. Lapisan ini dengan kuat menolak penghilangan akibat perputaran suhu, aliran cairan, atau penyikatan lembut. Endapan tersebut mengental dan mengisolasi selubung, meningkatkan suhu permukaan selubung dan mendorong pengendapan tambahan. Pada permukaan yang agak kasar (Ra=2.5-4.0 μm), endapan secara mekanis bertautan dengan ketidakteraturan, tetapi tidak membentuk ikatan kimia yang kuat karena puncak kekasaran lebih disukai teroksidasi. Yang lebih penting lagi adalah perbedaan ekspansi termal deposit kromat (koefisien=5-6 x 10 -6 / derajat ) dan titanium (8,6 x 10 -6 / derajat ) menghasilkan gaya geser pada antarmuka. Pada permukaan yang kasar, tekanan-tekanan ini terkonsentrasi pada dasar lembah kekasaran, menyebabkan terkelupasnya endapan menjadi serpihan-serpihan kecil dan bukannya pembentukan lapisan tebal yang terus menerus. Data lapangan dari garis pelapisan krom keras menunjukkan bahwa permukaan pemanas tetap bersih hanya dengan endapan 0,1–0,2 mm setelah 1.000 jam dengan Ra 3,2 μm, sedangkan pemanas cermin-yang sudah jadi ditutupi dengan endapan membandel 0,8–1,2 mm dalam waktu yang bersamaan.

Efek pada Performa Termal:-Efek Pembersihan Mandiri
Permukaan yang sedikit kasar menghasilkan-siklus termal pembersihan mandiri. Selubung titanium mengembang dan berkontraksi selama siklus hidup-pemanas yang umum (misalnya kontrol suhu bak mandi). Permukaan yang kasar merupakan rangkaian penambah tegangan pada kontak deposit-titanium. Studi elemen hingga mengungkapkan bahwa tegangan geser antar muka pada puncak permukaan Ra=3.2 μm kira-kira 3 kali lebih tinggi dibandingkan pada permukaan Ra=0.2 μm untuk ΔT yang sama. Tegangan ini lebih tinggi daripada kekuatan adhesi deposit kromat dan menyebabkan spalasi mikro. Partikel yang terkelupas jatuh ke dalam bak mandi dan disaring. Permukaan yang sedikit kasar menimbulkan penalti termal yang dapat diabaikan; luas permukaan sebenarnya hanya 5–10% lebih luas dibandingkan permukaan yang dipoles, dan lapisan batas konvektif (biasanya tebalnya 50–100 μm) tidak terpengaruh oleh kekasaran di bawah Ra=10 μm. Koefisien perpindahan panasnya hampir sama.

Pengorbanan-sintesis: penyelesaian permukaan vs. penumpukan-endapan
Permukaan Akhir Ra (µm) Kekuatan Rekat DepositKetebalan deposit setelah 1000 jam (mm) Krom Keras – Frekuensi Pembersihan Diperlukan Direkomendasikan?
Dipoles secara elektro (dipoles dengan cermin) 0,1 – 0,2Sangat tinggi (ikatan kimia) 0,8 – 1,2 mm Mingguan (pencelupan asam)Tidak – endapan membandel
Dipoles secara mekanis (600 grit) 0,3 – 0,5Tinggi 0,5 – 0,8 mm Setiap dua minggu Tepi
Seperti-digambar (selesai pabrik) 1,2 – 1,8 Sedang 0,3 – 0,5 mm Bulanan Dapat Diterima
Manik kaca halus yang diledakkan2,5 – 3,5 Rendah (mudah terkelupas) 0,1 – 0,2 mm Setiap tiga bulan atau lebih lama Ya – optimal
Blasted (alumina kasar) 5,0 – 7,0 Sangat rendah < 0,1 mm Jarang Dapat diterima, namun dapat memerangkap polutan
Media Peledakan dan Rekayasa Perawatan Setelah Selesai
Untuk layanan pelapisan krom berat, peledakan manik kaca halus (manik 50–100 μm pada tekanan 2–3 bar) menghasilkan Ra optimal 2,5–3,5 μm tanpa pengotor yang tertanam. Peledakan alumina tidak disarankan karena partikel alumina yang tertanam dapat berfungsi sebagai situs galvanik. Pasivasi asam nitrat (20% HNO3 pada suhu 50 derajat selama 20 menit) menghilangkan besi atau kromium yang tertanam dari bahan peledakan dan mengembalikan lapisan pasif setelah peledakan. Jangan menyeka atau memoles permukaan yang terkena ledakan setelah peledakan karena akan menodai permukaan dan mengurangi tindakan pembersihan sendiri.

Kesimpulan: Permukaan kasar (Ra ~ 3,2 μm). Memberikan Keuntungan-Pembersihan Mandiri
Pada jalur pelapisan krom keras menggunakan 250 g/L asam kromat pada suhu 60 derajat , selubung titanium dengan permukaan agak kasar (Ra ≈ 3,2 μm, diperoleh melalui peledakan manik kaca halus) lebih disukai daripada selubung cermin-yang sudah jadi karena permukaan kasar memfasilitasi pengelupasan endapan kromat dalam siklus termal. Antarmuka mekanis yang lemah dikombinasikan dengan tegangan geser termal yang terkonsentrasi menyebabkan endapan terkelupas sebelum bertambah hingga mencapai ketebalan isolasi. Permukaan yang seperti cermin berkontribusi terhadap ikatan kimia yang kuat yang menyebabkan endapan menumpuk dengan cepat, panas berlebih, dan memerlukan pembersihan rutin. Spesifikasi yang disarankan untuk pemanas pelapisan krom keras adalah selubung titanium dengan pemolesan permukaan Ra=2.5–3,5 μm dan pasivasi asam nitrat berikutnya. Tunjukkan kepada produsen berapa banyak siklus termal (-siklus hidup{11}}mati per hari) yang Anda harapkan, dan verifikasi bahwa-sistem pembersihan mandiri akan berfungsi. Ketebalan dinding (biasanya 1,2-1,5 mm) dipilih secara individual sesuai dengan persyaratan tekanan dan penanganan. Ketebalan tidak berpengaruh pada adhesi deposit.