Kuidas on elektrivaba nikeldamine võrreldes kõvakroomkattega kütteplaadi pinnakaitseks?

Paljas metallist kütteplaadi pind võib korrosiooni, kulumise või kleepumise suhtes. Elektrooniline nikkel ja kõva kroom on kaks levinumat kattevarianti, mis loovad kaitsva ja funktsionaalse pinnakihi. Igal neist on oma omadused, mis sobivad teatud otstarbeks paremini. Inseneridele, kes valivad kuumutusplaate toiduainete töötlemiseks, keemiliste reaktorite, vormimisseadmete või laboriseadmete jaoks, võib elektroonika nikli ja kõva kroomimise vaheliste kompromisside mõistmine tagada, et valitud kate tagab vajaliku kasutusea ja jõudluse.

Kahe plaadistustehnoloogia uuring
Elektrivaba nikli (EN) katmine
Elektrooniline nikeldamine on autokatalüütiline keemilise sadestamise tehnika. Metallkomponent sukeldatakse vesilahusesse, mis sisaldab nikliioone ja redutseerijat (tavaliselt naatriumhüpofosfit). Nikkel-fosforisulamiga katmine kõikidel pindadel, mis puutuvad kokku lahusega ilma välise elektrivooluta. Kate on nikli-fosforisulam, tavaliselt 5–12% fosforit (kõrge-fosforisisaldusega EN annab parima korrosioonikindluse).

EN-plaatimist iseloomustavad:

Ühtlane paksus - Osa geomeetria ei mõjuta sadestuskiirust. Keerulised kujundid, pimeaugud, keermed ja sisekanalid on kaetud sama paksusega kui avatud pinnad. See on galvaniseerimisega võrreldes suur eelis.

Korrosioonikindlus - Suure fosforisisaldusega (10–12% P) elektrooniline nikkel on suurepärase vastupidavusega kloriididele, söövitavatele lahustele ja paljudele hapetele. Amorfsel kattel puuduvad terapiirid ja seetõttu puuduvad kanalid söövitavaks rünnakuks.

Kõvadus – plaadistuse kõvadus on umbes 50{2}}55 HRC (Rockwell C). Pindamisjärgne kuumtöötlus (tavaline 1 tund 400 kraadi juures) tõstab kõvaduse 65-70 HRC-ni, mis on võrreldav kõvakroomiga.

Määrdevõime – EN-l on madal hõõrdetegur (kuivatamisel terase suhtes 0,1–0,15) ja see on oma sileda, mitte-kiiva pinna tõttu ise-määriv.

Kõvad kroomplaadid
Kõvakroomimine on elektrokeemiline tehnika. Metallsektsioon luuakse katood kroomhappe (CrO₃) ja väävelhappe vannis. Lahusest juhitakse läbi elektrivool. See vool alandab kroomioone ja pinnale sadestub elementaarse kroomi kate. Erinevalt elektrivabast niklist sõltub sadestuskiirus voolutihedusest, mille tulemuseks on paksemad katted välisnurkades ja õhemad sadestused süvendites.

Mõned kõva kroomimise peamised omadused on järgmised:

Äärmuslik kõvadus - Kõvakroomi sadestused on tavaliselt plaaditud kujul 65–72 HRC ega vaja kuumtöötlust. See kõvadus tagab suurepärase vastupidavuse hõõrdumisele, lõhenemisele ja liimikulumisele.

Madal hõõrdetegur - Kroomil on väga madal kuivhõõrdetegur (0,1–0,15 terase suhtes), mistõttu on see ideaalne libisevate rakenduste jaoks.

Halb korrosioonikindlus - Kroomikiht on terase suhtes katoodne ja sellel on mikroskoopilised lõhed (sisepinge tõttu). Need praod paljastavad all oleva terase elektrolüütide juuresolekul ja põhjustavad galvaanilist korrosiooni. Kõvakroomi ei soovitata kasutada korrosioonitõrjeks, välja arvatud juhul, kui selle all on nikkelkatet või tihendit.

Paksusvahemik - Kõvakroomi saab ladestada paksemate kihtidena (kuni 0,010 tolli / 250 mikronit) kui tavalist elektroonset niklit, mistõttu sobib see kulunud osade taastamiseks.

Suur erinevus kütteplaatide rakendustes
Elektrivaba nikli või kõva kroomi valik kuumutusplaatidele on funktsioon plaadi pinnale avalduvatest peamistest ohtudest, korrosioonist või kulumisest. Kütteplaadid võivad kokku puutuda söövitavate tootmisvedelike, puhastuskemikaalide või niiske keskkonnaga. Või hõõrutakse neid mehaaniliselt libisevate osade, detailide kontakti või tööriistade abil.

Vastupidavus korrosioonile
Plaatide kuumutamisel karmides keskkondades-on korrosioonikindlus ülioluline, -keemiline töötlemine, toidu sanitaartingimused, merekeskkonnas või kokkupuutes happeliste või söövitavate lahustega{1}}.

Elektrooniline nikkel (kõrge fosforisisaldus) pakub erakordset korrosioonikindlust. Kate on mitte-poorne, amorfne ja keemiliselt inertne. Soolapihustustestides takistab kõrge fosforisisaldusega EN punase rooste moodustumist 500-1,000+ tundi (sõltub paksusest ja aluspinna ettevalmistusest). See on vastupidav lahjendatud väävelhappe, vesinikkloriidhappe, seebikivi ja paljude orgaaniliste ühendite rünnakutele.

Kõvakroomil on madal kaasasündinud korrosioonikindlus. Mikropragude võrgustik (10-1000 pragu lineaarsentimeetri kohta) võimaldab söövitavatel elektrolüütidel jõuda terasest aluspinnale. Kui teras hakkab roostetama, võib ülaltoodud kroomikiht lahti tulla. Seetõttu kasutatakse kõva kroomi ainsa korrosioonikaitsevahendina harva. Kui on vaja korrosioonikindlust, asetatakse kroomi ette niklist alusplaat või kroom tihendatakse järeltöötlusega.

Praktikas on korrosiooniga domineeritud olukordades elektrooniline nikkel ilmselge valik. EN plaadistus toimib töökindlalt toidutöötlemistehase kuumutusplaadil, mida puhastatakse iga päev kloori- või happepuhastusvahenditega. Samal atmosfääril kõval kroomplaadil tekivad roosteplekid ilmselt nädalatega.

Kõvadus ja kulumiskindlus
Kulumiskindlus on oluline mehaanilise kokkupuute all olevate plaatide kuumutamisel (näiteks kuumutatud plaadid survevormimisel, lamineerimispressid või kuumtihendusseadmed).

Kõvakroom on väga kulumiskindel. Pinnatud kõvadus on 70 HRC ja see on vastupidav kriimustustele, kallutamisele ja liimikulumisele. Kroomitud kütteplaadid suudavad hoida korduvat libisevat kontakti polümeerkilede, kanga või metallist tööriistadega ilma märkimisväärse pinnakahjustuseta.

elektrooniline nikkel-kaetud (50-55 HRC) on pehmem kui kõva kroom. Kuid EN kõvadus pärast kuumtöötlust (400 kraadi, 1 tund) on 65–70 HRC, mis on lähedane kroomile. Kuumtöödeldud EN-kattel on hea kulumiskindlus, kuigi selle hõõrdekäitumine on veidi erinev.

Pange tähele, et EN-i kuumtöötlus tuleb teha pärast plaadistamist ja enne temperatuuritundlike komponentide (nt sisseehitatud küttekehad või andurid) kinnitamist. Kui teil on kokkupandud kütteplaat koos kassettküttekehadega, ei pruugi kuumtöötlus saadaval olla. Mõnel juhul ei pruugi EN-plaadiga kaetud kõvadus suure-kulumise jaoks piisav olla.

Elektroonilise nikli üks suuri eeliseid on selle homogeensus. Kui kütteplaadil on keerulised omadused (sooned termopaaride jaoks, keermestatud kinnitusavad või kontuuriga pinnad), katab EN kõik piirkonnad ühtlaselt. Kõva kroom on nähtav ja ladestub süvenditesse õhemalt ja nurkadesse paksemalt, põhjustades ebaühtlast kulumist ja õhukeste piirkondade võimalikku korrosiooni.

Katvus ja ühtsus
Ükski teine ​​plaatimisprotsess ei suuda nii keerulisi geomeetriaid kui ka elektrivaba niklit plaadistada. Keemilise sadestamise protseduur säilitab sama katte paksuse kõigil märgadel pindadel. See on väga kasulik plaatide soojendamiseks, millel on:

Puuritud augud anduri või kassettküttekeha jaoks

Vedeliku tsirkulatsiooniga töödeldud kanalid

Keermestatud augud riistvara paigaldamiseks

Mustrite või tekstuuriga pinnad

Kuna kõvem kroom on elektrolüütiline protsess, on vaja keerukat kinnitust ja täiendavaid anoodisid, et tagada ühtlane katvus kõigele peale kõige lihtsama kuju. Nurkadele ja servadele tekivad paksemad ladestused ("koeraluu" välimus), samas kui sügavad augud või süvendid võivad olla vähe kaetud või üldse mitte. Elektrivaba nikkel annab parema katvuse kui enamik kütteplaatide konstruktsioone ja lahendab katmata piirkondade korrosiooniprobleemi.

Määrimis- ja mittenakkuvus{0}}omadused
Mõlemad katted tagavad minimaalse hõõrdumise, kuigi on erinevusi:

Elektrivaba nikkel annab sileda, sapikindla pinna, mis takistab paljude materjalide nakkumist. Eelkõige on suure fosforisisaldusega EN-il klaasjas struktuur, mis takistab polümeeride, toidujääkide ja keemiliste lademete adhesiooni.

Kõva kroomi teine ​​omadus on selle madal hõõrdumine ja seda kasutatakse tavaliselt vormides ja stantsides, et vältida vormitud osade kleepumist.

Elektrivaba nikkel on sageli toidu- ja farmaatsiarakenduste valik, kuna see ei ole-toksiline ja selles ei ole ohtlikku kemikaali kuuevalentset kroomi. Kõvakroomkattes kasutatakse ohtlikke Cr(VI) vanne ja kattekiht võib põhjustada muret kroomi eraldumise pärast kulumise ajal.

Elektrivaba nikkel vs kõva kroom (võrdlustabel) kütteplaatide jaoks
Elektrivaba nikkel (kõrge fosforisisaldusega) kõva kroom
Sadestamise meetod Auto{0}}katalüütiline (keemiline) Elektrolüütiline (elektrivool)
Katte ühtlus Suurepärane - sama paksus kõigil pindadel Halb - paksem servadel/nurkadel, õhem süvendites
Tüüpiline paksuse vahemik 0,0005–0,010 tolli (12–250 µm) 0,001–0,003 tolli (25–75 µm)
Kõvadus, HRC plaaditud 50–55 65–72
Kuum{0}}Töödeldud kõvadus (HRC) 65–70 (pärast 400 kraadi /1h) Ei sobi (kuumtöötlus hävitab kroomi)
Korrosioonikindlus (soolapihustus) Suurepärane (500–1000+ tundi punase rooste tekkeni) Kehv (tavaliselt < 100 tundi ilma alusplaadita)
Vastupidavus kloriididele Hea kuni silmapaistev (kõrge -P EN) Kehv (mikropraod tekitavad substraadile augud)
Vastupidavus söövitavatele lahustele GoodFair
Hõõrdetegur (kuiv terasel) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Maksimaalne kasutustemperatuur ~400 kraadi (kõvadus langeb kõrgemale) ~400 kraadi (oksüdatsioon algab)
Toksilisus / keskkonnaprobleemid Mõõdukas (niklisoolad, kuid mitte Cr(VI)) Kõrge (kantserogeenne kuuevalentne kroom)
Suhteline kulu (pinnaühiku kohta) Mõõdukas kuni kõrge (olenevalt fosforisisaldusest) Madal kuni mõõdukas (kuigi jäätmekäitlus lisab kulusid)
Tüüpilised kuumutusplaatide rakendused Vormimisplaadid,{0}}kulumispinnad, metallivormimisvormid, libisevad kontaktpinnad Keemilised reaktorid, toiduainete töötlemine, pooljuhtseadmed, merekeskkonnad
rakenduse-spetsiifilised soovitused.
Kus elektrivaba nikkel särab
Elektrivaba nikeldamine on soovitatav kütteplaatide jaoks, kui peamised kaalutlused on korrosioonikindlus ja ühtlane kate. Konkreetsed olukorrad hõlmavad järgmist:

Keemilise töötlemise kuumutusplaadid - Kokkupuude happe, leelise või orgaanilise lahustiga. Kõrgeim korrosioonikaitse saavutati 10–12% P kõrge -fosforisisaldusega EN puhul.

Toidu- ja farmaatsiaseadmed – EN vastab FDA nõuetele (kui see on õigesti valmistatud) ja on pesuvahendite suhtes vastupidav. See väldib kuuevalentse kroomi toksilisuse probleeme.

Mere- ja rannikupaigaldised Kaitsmata teras või halvasti kaetud kroom roostetab kiiresti soolapihustusest ja niiskusest. ET pakub kauakestvat-kaitset.

Kütteplaatide keeruka geomeetriaga EN katvus on töödeldud kanalite, pimeaukude ja keermestatud detailide puhul ühtlane, et tagada kõigi pindade kaitse.

Pooljuhtide ja puhaste ruumide rakendused - EN ei sisalda osakesi- ja on vastupidav protsessigaaside ja puhastuslahuste keemilisele rünnakule.

Korrosiooniga{0}}domineerivates tingimustes on eelistatud valik elektrivaba nikkel.

Kui Hard Chrome on õige valik
Kui kõige olulisemad nõuded on kulumiskindlus ja pinna kõvadus, on kõva kroomimine valikuprotsess. Näited on järgmised:

Survevormimisplaadid Pidev kokkupuude abrasiivsete vormiühendite või kiududega tugevdatud materjalidega nõuab parimat kulumiskindlust.

Pressplaatide lamineerimine - Hõõrdumine toimub siis, kui materjali libisevad lehed hõõruvad vastu plaadi pinda. Kõva kroom võib pikendada plaatide eluiga.

Kuumtihendusvardad - Neil peab olema kindel, vähese hõõrdumisega pind, mis on pidevaks kokkupuuteks pakendikiledega ja mehaanilise surve all.

Kulunud kütteplaatide taastamine - Kõvakroomi saab katta palju paksemaks (0,005–0,010 tolli), et taastada mõõtmed enne lõplikku lihvimist.

Kõvakroom on suurepärane valik{0}}olukordades, kus valitseb kulumine. Kui sama rakendus sisaldab lisaks kloriide või kõrget niiskust, on mikropragude korrosiooni vältimiseks soovitatav kasutada niklist alusplaati.

Hübriidmeetodid
Mõnes nõudlikus rakenduses on vajalik nii korrosioonikindlus kui ka kulumiskindlus. Populaarne hübriid on õhukese kõva kroomkatte (0,0002–0,0005 tolli) peal elektrooniline niklist alusplaat (0,0005–0,001 tolli). EN tagab korrosioonikaitse ja tihendab terasest aluspinda ning kroom annab otsas kõva, madala hõõrdumisega pinna{6}}. Alternatiivina annab kuumtöödeldud elektrooniline nikkel üksinda kroomile lähedase kõvaduse ja väga hea korrosioonikindluse ning on eelistatud ühe kattekihi alternatiiv.

Praktilised kaalutlused kütteplaatide valmistamisel
Kütteplaadi plaadistuse valimisel tuleb arvestada mitmete praktiliste küsimustega:

Vesinikhaprus - Vesinikku saab viia kõrgtugevasse terasest aluspindadesse (nt karastatud tööriistateras) nii EN kui ka kõvakroomi protsesside kaudu. See nõuab mitu tundi küpsetamist 190 kraadi juures pärast katmist, et väljutada vesinik ja vältida murenemist.

Temperatuuri mõju Elektrivaba nikli kõvadus on 400 kraadi juures, kuid seda saab pehmendada kõrgematel temperatuuridel. Olge ettevaatlik plaatide kuumutamisel temperatuurini üle 350 kraadi. Kõvakroom on kõva kuni umbes 400C. Peale selle see oksüdeerub.

Paksus ja soojusjuhtivus - Plaatimine lisab soojustakistust 0,002-tollise (50 µm) EN-katte soojusjuhtivus on alla 1% palja terase omast ja enamiku kuumutusplaatide puhul on see tühine. Kroomil on kehvem soojusjuhtivus kui niklil, kuid erinevus on väike.

Pinna ettevalmistamine – Mõlemad protseduurid peavad olema hästi puhastatud ja aktiveeritud. EN jaoks ei tohi aluspind olla õlide, oksiidide ja võõrkehadeta. Kõvakroomi puhul söövitatakse osa pinna aktiveerimiseks sageli tagurpidi-. See võib mõjutada mõõtmete tolerantse.

Tuleb märkida, et elektrivaba niklit saab kanda laiemale erinevatele alusmaterjalidele kui kõva kroomi. EN plaadid alumiiniumist, vasest, roostevabast terasest ja isegi mittejuhtivatest materjalidest (pärast nõuetekohast aktiveerimist). Kõvakroom nõuab juhtivat pinda ja piirdub tavaliselt terase, roostevaba terase või vasesulamitega.

Majandus- ja keskkonnakaalutlused
Elektrivaba nikkel versus kõva kroom ei ole lihtne hinnavõrdlus. Kõvakroom on keemiliselt ja energialt odavam paksuseühiku kohta, kuid kuuevalentse kroomi jäätmete kõrvaldamine on kallis ja rangelt reguleeritud. Mitmes riigis (EL, California, Hiina) piiratakse või lõpetatakse kõvakroomiga katmine selle kantserogeense Cr(VI) heitkoguse ja heitvee tõttu. Elektrivaba nikkel on keemiliselt kallim, kuid väiksema regulatsioonikoormusega ja üldiselt keskkonnasõbralikum.

Kütteplaatide puhul, mis peavad vastama keskkonnanõuetele (nt RoHS, REACH või toiduga kokkupuutumise piirangud), on sageli ainsaks teeks elektrooniline nikkel.

Abstraktne
Elektrivaba nikli või kõva kroomkatte valik kütteplaatide pindade kaitseks sõltub domineerivast rikkemehhanismist, mida töö käigus oodatakse. Elektrivaba nikkel tagab parima korrosioonikindluse ja katte konsistentsi keemilise töötlemise, kulinaariaseadmete, merekeskkonna ja keeruka geomeetriaga plaatide jaoks. Kõvakroomil on suurepärane kõvadus ja kulumiskindlus ning seepärast sobib see suure kulumisega rakendustele, nagu vormimisplaadid, lamineerimispressid ja libisevad kontaktpinnad.

Enamiku üldotstarbeliste kütteplaatide puhul, kus korrosioon ja kulumine on mõõdukad, tagab kuumtöödeldud elektrooniline nikkel atraktiivse tasakaalu: kroomi kõvadus, suurepärane korrosioonikaitse, ühtlane kate ja keskkonnanõuetele vastavus. Kui peamine mure on suur hõõrdumine, on kõva kroom (nikli alusplaadi kohal, kui korrosioon on samuti probleem) siiski võimalik valik. Valige plaat, mis põhineb kütteplaadi domineerival rikkerežiimil, korrosioonil või kulumisel, et võimaldada kaitsekatte kasutusiga pikendada ja säilitada protsessi terviklikkus.