בקו ציפוי עבור כרום קשיח (חומצה כרומית 250 גרם/ליטר, 60 מעלות), מדוע מעטפת טיטניום עם משטח מעט יותר מחוספס (3.2 מיקרומטר Ra) מתעלה על מראה-מסיים אחד במונחים של עמידות הידבקות בפני משקעי כרומט?

סחר בסיסי-בגימור משטח טיטניום עבור ציפוי כרום קשיח
אמבטיות ציפוי כרום קשיח כוללות 250 גרם/ליטר חומצה כרומית (CrO3) עם זרזי סולפט ב-60 מעלות. מחממי טבילה טיטניום נפוצים בגלל עמידותם הטובה בפני קורוזיה בפני חומצה כרומית מחמצנת. עם זאת, משקעי כרומט (תרכובות כרום כרומט בסיסיות ותרכובות כרום(III)) משקעים על משטחי המחמם ויוצרים שכבות מבודדות המגבילות את העברת החום וגורמות להתחממות יתר מקומית. התברר מניסיון בקווי ציפוי ייצור כי מעטפות טיטניום בעלות משטח מחוספס במקצת (Ra ≈ 3.2 מיקרומטר) עדיפות על מעטפות גמורות במראה-(Ra < 0.2 מיקרומטר) בעמידות בפני הצטברות-מרבצי כרומט נצמדים. תוצאה בלתי צפויה זו היא תוצאה של מכניקת הידבקות משקעים שבה משטחים חלקים נוטים לתמוך בקשרים כימיים חזקים ומשטחים מחוספסים בינוני נוטים לספק ממשק מכני חלש שבו משקעים מתנתקים במהלך מחזורי חום. המחקר מכסה את המנגנון ומציע גימור משטח עבור שירות ציפוי כרום קשיח.

מנגנוני הדבקה של פיקדונות השפעה על שלמות מכנית
משקעי כרומט נוצרים על משטחי טיטניום באמצעות מנגנון משקעים: Cr(VI) בתמיסה מופחת ל-Cr(III) במשטח המעטפת החם ליצירת הידרוקסיד כרום ג'לטיני שמתייבש לתחמוצת נדבקת. על משטח הטיטניום עם גימור מראה (Ra פחות מ-0.2 מיקרומטר או שווה ל-0.2 מיקרומטר) הממשק בין המשקע לטיטניום כמעט מצוין. כוחות ואן דר ואלס והקשר הכימי ביניהם נותנים חוזק הידבקות גבוה. השכבה מתנגדת בעקשנות להסרה על ידי מחזורי טמפרטורה, זרימת נוזלים או צחצוח עדין. המשקע מעבה ומבודד את המעטפת, מגביר את טמפרטורת פני השטח של המעטפת ומעודד שקיעה נוספת. על משטח מחוספס במקצת (Ra=2.5-4.0 מיקרומטר), המשקע משתלב באופן מכני עם אי הסדירות, אך אינו יוצר קשר כימי חזק כל כך מכיוון ששיאי החספוס מתחמצנים באופן מועדף. חשוב יותר ההבדל בהתפשטות התרמית של מרבץ הכרומט (מקדם=5-6 x 10 -6/מעלה) וטיטניום (8.6 x 10 -6/מעלה) מייצר כוחות גזירה בממשק. על משטח מחוספס הלחצים הללו מתרכזים בבסיס העמקים של החספוס, מה שמוביל להתפרקות המשקע בפתיתים קטנים במקום היווצרות שכבה רציפה עבה. נתוני שדה מקווי ציפוי כרום קשיח מצביעים על כך שמשטחי המחמם נשמרים נקיים עם משקעים של 0.1–0.2 מ"מ בלבד לאחר 1,000 שעות עם Ra 3.2 מיקרומטר, בעוד המחממים עם גימור המראה מכוסים ב-0.8-1.2 מ"מ של משקעים עיקש באותו זמן.

השפעה על ביצועים תרמיים: אפקט ניקוי עצמי-
המשטח המחוספס מעט מספק-מחזור תרמי ניקוי עצמי. מעטפת הטיטניום מתרחבת ומתכווצת במהלך הפעלת-כיבוי אופיינית של המחמם (למשל בקרת טמפרטורת האמבטיה). המשטח המחוספס הוא רצף של עומסי מתח במגע-טיטניום המשקע. מחקר האלמנטים הסופיים מגלה כי מתח הגזירה המשטחי בפסגות של משטח Ra=3.2 מיקרומטר גבוה בערך פי 3 מזה שעל משטח Ra=0.2 מיקרומטר עבור אותו ΔT. מתח זה גבוה מעוצמת ההידבקות של מרבץ הכרומט וגורם למיקרו{12}}התזוזה. החלקיקים המכוסים נופלים לתוך האמבטיה ומסננים. משטח מחוספס מעט מטיל עונש תרמי זניח; שטח הפנים בפועל הוא רק 5-10% יותר מזה של משטח מלוטש, ושכבת הגבול ההסעה (בדרך כלל בעובי 50-100 מיקרומטר) אינה מושפעת מחספוס מתחת ל-Ra=10 מיקרומטר. מקדמי העברת החום כמעט זהים.

סינתזת-החלפה: גימור פני השטח לעומת הצטברות הפקדה-
גימור פני השטח Ra (מיקרומטר) חוזק הדבקה של משקעים עובי משקעים לאחר 1000 שעות (מ"מ) כרום קשיח - נדרשת תדירות ניקוי מומלץ?
מלוטש אלקטרו (מלוטש במראה) 0.1 – 0.2 גבוה מאוד (קשר כימי) 0.8 – 1.2 מ"מ שבועי (טבילה חומצית) לא - משקעים עיקש
מלוטש מכנית (גריט 600) 0.3 – 0.5 גבוה 0.5 – 0.8 מ"מ כל שבועיים Edge
כפי-שמצויר (גימור טחינה) 1.2 – 1.8 בינוני 0.3 – 0.5 מ"מ מקובל חודשי
חרוז זכוכית עדין מפוצץ 2.5 – 3.5 נמוך (ניתק בקלות) 0.1 – 0.2 מ"מ רבעוני או יותר כן – אופטימלי
פיצוץ (אלומינה גסה) 5.0 – 7.0 נמוך מאוד < 0.1 מ"מ נדיר מקובל, אך עלול ללכוד מזהמים
חומרי פיצוץ והנדסת לאחר טיפול מעבר לגימור
עבור שירות ציפוי כרום כבד, פיצוץ חרוזי זכוכית עדינים (חרוזים של 50-100 מיקרומטר בלחץ של 2-3 בר) נותן Ra אופטימלי של 2.5-3.5 מיקרון ללא זיהומים מוטבעים. פיצוץ אלומינה אינו מוצע מכיוון שחלקיקי אלומינה מוטבעים יכולים לשמש אתרים גלווניים. פסיבציה של חומצה חנקתית (20% HNO3 ב-50 מעלות למשך 20 דקות) מסלקת כל ברזל או כרום המוטבעים מחומר הפיצוץ ומשחזרת את הסרט הפסיבי לאחר הפיצוץ. אין לנגב או להבריק את המשטח המפוצץ לאחר הפיצוץ מכיוון שהוא מכתים את המשטח ומפחית את פעולת הניקוי העצמי.

מסקנה: משטח מחוספס (Ra ~ 3.2 מיקרומטר). מספק יתרון ניקוי עצמי-
בקו ציפוי כרום קשיח המשתמש בחומצה כרומית של 250 גרם/ליטר ב-60 מעלות, עדיפה מעטפת טיטניום עם משטח מחוספס במקצת (Ra ≈ 3.2 מיקרומטר, המתקבל באמצעות התזת חרוזי זכוכית עדינים) על פני מעטפת בגימור -, שכן המשטח המחוספס מקל על השקעים מתחת למחזור. הממשק המכני החלש בשילוב עם מתחי הגזירה התרמיים המרוכזים גורמים למשקעים להתקלף לפני שהם גדלים לעובי בידוד. המשטח דמוי המראה תורם לחיבור כימי חזק שגורם להצטברות מהירה של משקעים, התחממות יתר ומצריך ניקוי קבוע. המפרט המוצע עבור מחממי ציפוי כרום קשיח הוא מעטפת טיטניום עם ליטוש משטח מפוצץ Ra=2.5–3.5 מיקרומטר ולאחר מכן פסיבציה של חומצה חנקתית. ציין ליצרן כמה מחזורים תרמיים (-מחזורי כיבוי ביום) אתה מצפה, וודא שמערכת הניקוי העצמי-תפעל. עובי דופן (בדרך כלל 1.2-1.5 מ"מ) נבחר בנפרד בהתאם לדרישות הלחץ והטיפול. לעובי אין השפעה על הידבקות משקעים.