Millised pinnatöötlused on{0}}korrosioonikindlate kuumutusplaatide jaoks saadaval?

Roostevabast terasest kuumutusplaadid võivad siiski korrodeeruda, kui nad puutuvad kokku hapete, soolade või puhastuslahustega. Pinnatöötlused annavad plaadile karmides tingimustes kaitsekihi, pikendades kasutusiga ja säilitades soojustõhususe. Õige korrosioonikindla kütteplaadi pinnatöötluse valimiseks peate teadma keemilist kokkupuudet, töötemperatuuri, mehaanilist kulumist ja majanduslikke piiranguid. Selles artiklis analüüsitakse kõige levinumaid katteid-PTFE, elektrivaba niklit, kõvakroomi ja keraamikat- ning pakutakse välja valikukriteeriumid tööstuslikele kuumutusplaatidele.

Miks kütteplaatide pinnatöötlus
Kütteplaadid on tavaliselt valmistatud alumiiniumist, terasest või roostevabast terasest. Roostevabal terasel on märkimisväärne korrosioonikindlus, kuid seda kahjustavad kloriidid (nt soolapihusti, valgendi), võimsad redutseerivad happed ja mõned puhastuskemikaalid. Alumiiniumi võivad rünnata leelised ja happed. Pinnatöötlusel on palju eesmärke:

Keemiline barjäär - Hoidke mitteväärismetall söövitavatest protsessivedelikest, aurudest või puhastuskemikaalidest eemal.

Mittekleepuv -omadused - Vältige kõvenenud vaikude, liimainete või toidu koostisosade kleepumist taldrikule.

Kulumiskindlus - Plaadi pind on kaitstud laadimisest, puhastamisest või osadega kokkupuutest tuleneva kulumise eest.

Dielektriline isolatsioon - Hoiab ära elektrijuhtivuse plaadi ja tundlike komponentide (nt pooljuhtplaatide) vahel.

Peamine oht ja plaadi kasutamise tingimused määravad katte valiku.

Levinud pinnatöötluste võrdlus
Allolev tabel võtab kokku nelja korrosioonikindlate kütteplaatide{0}}tavaliselt kasutatava pinnatöötlusviisi peamised omadused.

Katte tüüp Max pidev temperatuur ( kraad ) Korrosioonikindlus kõvadus (HRC ekvivalent) Suhteline kulu (m2 kohta) Keskmine paksus
PTFE (fluoropolümeer) 260 Suurepärane (lai keemiline valik) Pehme (~R 110 Shore D) Kõrge 0,3–0,8 mm
Elektrivaba nikkel (EN) 400 (difusioon) Mõõdukas – hea (vastupidav enamikele hapetele, kuid mitte tugevatele oksüdeerijatele) ~50 HRC Madal-Mõõdukas 25–75 µm
Kõvakroom 400 Mõõdukas (poorne, vajab hermeetikut) ~70 HRC Mõõdukas 50–250 μm
Keraamiline (Al₂O₃, plasmapihustus) 800+ Suurepärane (kui pole tugevad leelised) ~60-70 HRC Kõrge 100-500 mikronit
1. PTFE (polütetrafluoroetüleen) kate
PTFE (müüakse tavaliselt kaubanime Teflon® all) on fluoropolümeer, mida kasutatakse laialdaselt selle ainulaadse keemilise inertsuse ja mittenakkuva pinna tõttu. PTFE-d kasutatakse plaatide kuumutamiseks vedela dispersiooni või pulbri kujul, mis pihustatakse metallpinnale ja kõveneb kõrgel temperatuuril (tavaliselt 370–400 kraadi).

Eelised: •

Talub peaaegu kõiki kemikaale, sealhulgas tugevaid happeid (vesinikkloriid, väävel, lämmastik), aluseid, lahusteid ja oksüdeerijaid.

Kleepuvus ei takista materjali kinnitumist – sobib suurepäraselt vaiguga kõvendamiseks, toiduainete töötlemiseks ja liimide käitlemiseks.

Madal hõõrdetegur (0,05-0,10) vähendab libisevate osade kulumist.

Hea dielektriline tugevus (umbes 20 kV/mm).

Piirangud:

Maksimaalne pidev temperatuur umbes . 260 kraadi . PTFE laguneb sellest kõrgemal ja eraldab kahjulikke aure.

Pehme pind - on tundlik teravate esemete või kõvade osakeste kriimustuste või hõõrdumise suhtes.

Halb nakkuvus metalliga, vajab kruntimist (tavaliselt PFA või FEP) ja põhjalikku pinna ettevalmistust.

Paksemad katted vähendavad soojusjuhtivust veidi (aga enamiku eesmärkide puhul tühiselt).

Märkused rakenduse kohta:
Tööstuslike kütteplaatide PTFE-katte paksus jääb tavaliselt vahemikku 0,3–0,8 mm. Avadeta-katte saamiseks kantakse mitu kattekihti. Vältida tuleks mehaanilisi vigastusi. Kriimustatud PTFE kate paljastab mitteväärismetalli ja hõlbustab läbilõikava korrosiooni levikut.

2. Elektrivaba nikli (EN) kate
Elektroonilise nikli sadestamiseks kasutatakse auto-katalüütilist keemilist reaktsiooni, et luua homogeenne kate isegi keerukatel geomeetriatel, millel on sisemised augud või pimedad tühimikud. Kate koosneb nikli-fosforisulamist (tavaliselt 6–12% P). Optimaalne korrosioonikindlus saavutatakse kõrge fosforisisaldusega (10–12% P) EN kuumutusplaatidega.

Plussid:

Erakordne ühtlus - paksuse erinevus suurel plaadil on sageli väiksem kui ±10%.

Mõõdukas kuni hea korrosioonikindlus - vastupidav erinevatele hapetele (nt lahjendatud väävel-, äädikhape), leelistele ja soolalahustele. Ei reageeri tugevate oksüdeerijatega nagu lämmastikhape või raudkloriid.

Sadestunud kõvadus on umbes 50 HRC, kuumtöödeldav kuni 65-70 HRC (korrosioonikindlus on kahjustatud).

Nakkub hästi terase, alumiiniumi ja vasesulamitega.

Kuluefektiivne keskmise kuni suurte plaatide jaoks.

Piirangud:

Pole nii keemiliselt vastupidav kui PTFE või kõrgekvaliteediline keraamika. Ebaõige kasutamise korral võib EN kuumuse tsükli ajal avada või puruneda.

Maksimaalne temperatuur on lühiajaliselt umbes 400 kraadi. Kui temperatuuri hoitakse pikka aega üle 300 kraadi, toimub kristalliseerumine ja rabestumine.

Elektrijuhtivus - ei ole dielektrik (võib olla eeliseks maandusel, puuduseks isolatsioonil).

Märkused rakenduste kohta:
Elektrivaba niklit nõutakse tavaliselt pooljuhtide või meditsiiniseadmete tootmises kasutatavate kütteplaatide jaoks, kus tuleb säilitada ranged mõõtmete tolerantsid. Katte paksus on 25–75 µm. Kuumtöötlemine pärast plaatimist (nt . 200 kraadi 2 tundi) suurendab adhesiooni ja minimeerib vesiniku rabedust.

3. Kõva kroomkate
Kõvakroom (mõnikord nimetatakse seda tööstuslikuks kroomiks) on kroomikiht, mida kantakse elektrolüütilise sadestamise teel. See on tuntud oma suure kõvaduse ja kulumiskindluse poolest. Kõvakroomi kasutatakse terasest või roostevabast terasest aluspindadel kütteplaatide jaoks.

Eelised:

Väga kõrge kõvadus (65-70 HRC) – talub kriimustusi, lõhenemist ja abrasiivset kulumist.

Madal hõõrdetegur (0,15-0,20).

Hea soojusjuhtivus (kroom on ~90 W/mK, sama mis teras).

Võib töötada kõrgel temperatuuril (kuni 400 kraadi ilma kahjustusteta).

Piirangud: 1.

Looduslikult poorne. Kroomikiht on mikro-pragunenud, et söövitavad ained jõuaksid mitteväärismetallini. Korrosiooni vältimiseks on vaja hermeetikut, nt õli või muud polümeerset tihendit.

mõõdukas korrosioonikindlus - töötab hästi kergetes tingimustes, kuid ei tööta tugevates hapetes või kloriidides.

Keskkonnaprobleemid - kuuevalentne kroom on ohtlik. Plaat nõuab eriluba ja jäätmekäitlust.

Mitte ühtlane; nõuab järellihvimist-äärte kogunemise tõttu-(koera-konditustamine).

Rakenduse märkused:
Kõvakroom on ette nähtud kõrgsurvelamineerimisplaatide või muude rakenduste jaoks, kus peamine oht on mehaaniline kulumine ja sekundaarne oht on korrosioon. Tüüpilised paksused on 50-250 µm. Pind lihvitakse tavaliselt pärast plaatimist tasaseks, et täita kindlaksmääratud tasasuse tolerantsi. Seejärel võetakse plaat kasutusele pärast tihendustöötlust (nt kastmist korrosioonivastasesse õlisse).

4. Plasmapihustatud alumiiniumoksiidkeraamilised katted
Keraamiliste katete pealekandmiseks kasutatakse termilisi pihustusmeetodeid, kas plasma või HVOF. Pulberkeraamilist materjali, tavaliselt alumiiniumoksiid (Al2O3) või kroomoksiid (Cr2O3), kuumutatakse ja seejärel surutakse plaadi pinnale, et moodustada tihe, kleepuv kate.

Plussid:

Väga kõrge temperatuuri võime, kuni 800C ja üle selle.

Suurepärane keemiline vastupidavus - Al₂O3 on vastupidav enamikule hapetele, leelistele ja lahustitele (v.a tugev vesinikfluoriidhape ja kuumad kontsentreeritud leelised).

Kõrge dielektriline tugevus – pakub elektriisolatsiooni plaadi ja detaili vahel.

Ekvivalent kõvadus Hea 60-70 HRC Hea kulumiskindlus.

Piirangud:

Habras -, mis võib löögi või termilise trauma korral murduda. Värvi praod, mis näitavad põhilist metalli.

Nõuab liimimiseks töötlemata pinna ettevalmistamist (pritspuhastus). Ei sobi peene viimistlusega rakenduste jaoks.

Suhteliselt paks (100-500um) Võib mõjutada mõõtmete tolerantse.

Kallim kui elektrivaba nikkel või kõva kroom.

Rakenduse märkused:
Keraamilisi katteid kasutatakse kuumutusplaatidel kõrge temperatuuriga klaasi vormimiseks, pooljuhtplaatide töötlemiseks (kui on vajalik elektriisolatsioon) ja karmides keemilistes tingimustes üle 260 kraadi (üle PTFE piiri). Suletud keraamiline kiht (nt polümeeriga immutatud) võib vähendada poorsust ja suurendada korrosioonikindlust.

Valikukriteeriumid: katte sobitamine rakendusega
Kütteplaadi korrosioonikindla pinnatöötluse valikut mõjutavad neli peamist tegurit.

Keemiline kokkupuude
Keemiline keskkond: Soovitatav: Pole soovitatav:
Tugevad happed (HCl, H2SO4, HNO3) PTFE, keraamiline kõva kroom, elektrivaba nikkel
Tugevad leelised (NaOH, KOH) PTFE, kõva kroom (suletud) keraamika (kahjub kuumade leeliste poolt), EN soolapihustus (NaCl, merekeskkond) PTFE, elektrivaba NiHard kroom (mitte suletud)
Orgaanilised lahustid (atsetoon, alkoholid) Kõik piisavalt korralikud. - Oksüdeerivad ained (pleegitus, peroksiid) PTFE, keraamiline elektrooniline nikkel (süvendite eemaldamine)
Töötemperatuur
Kuni 260 kraadi – PTFE on ületamatu keemilise vastupidavuse ja mittenakkuvate omaduste poolest.

260–400 kraadi – Elektrooniline nikkel või kõva kroom (koos vajalike hermeetikutega). Keraamika töötab ka, kuid see on kallim.

Üle 400 kraadi - Ainult keraamilised pinnakatted (või teatud sulamitega roostevaba teras) taluvad kuumust.

Mehaaniline kulumine ja erosioon
Suur kulumine (libisevad osad, abrasiivne puhastus) - Kõvakroom või keraamika.

Vähene kulumine (staatiline plaat, pehme pühkimine) - PTFE või elektrivaba nikkel.

Termiline jalgrattasõit ja mehaaniline koormus
Mõõdukas rattasõit (20 kraadi kuni 200 kraadi ja tagasi) tuleb hästi toime PTFE ja elektrivaba nikliga. Kõvakroom võib praguneda, kui aluspind palju paisub. (st kroomi all olev alumiinium - ei ole soovitatav.) Keraamika talub kõige vähem termilist lööki, välja arvatud juhul, kui see asetatakse paksult sobivale-paisuvale aluspinnale (nt Invaril keraamika).

Maksustamise küsimused
Tagasihoidlikuks korrosioonikaitseks on elektrivaba nikkel kõige ökonoomsem. PTFE on kõrgem tänu mitmele kattekihile ja krundinõuetele. Kõvakroomi hind sõltub paksusest ja{2}}lihvimisest. Keraamiline pihusti on spetsialiseeritud seadmete ja madalate sadestusmäärade tõttu tavaliselt kõige kallim.

Praktilised juhised kattekihi määramiseks
Korrosioonikindla -kütteplaadi spetsifikatsiooni väljatöötamisel tuleks lisada järgmine teave:

Aluspinna materjal – alumiinium, teras või roostevaba teras. Alumiinium vajab enne elektrivaba niklit või PTFE-d spetsiaalset eeltöötlust (tsinkimist või anodeerimist).

Katte tüüp ja paksus – nt "PTFE kate, nimipaksus 0,5 mm, nööpnõela -vaba ASTM D714 järgi."

Korrosioonikatse nõue – nt "48-tunnine soolapihustus vastavalt ASTM B117 ilma punase roosteta."

Temperatuuri reiting – "Pidev töö 200 kraadi juures, vahelduv kuni 250 kraadi."

Tasasus pärast katmist – "Kaetud pinna tasasus ei tohi ületada 0,05 mm üle 300 mm."

Servade ja aukude katmine – "Kõik servad ja läbivad{0}}augud peavad olema kaetud ilma katmata aluspinnaga."

Söövitavas keskkonnas on oluline tasakaalustada keemilist vastupidavust mehaanilise vastupidavusega. PTFE{1}}kattega plaat, mida korrapäraselt hõõrutakse abrasiivse padjaga, läheb kiiresti rikki. Ja vastupidi, tugevas happevannis olev kõva kroomplaat korrodeerub läbi oma mikro-pragude nädalate jooksul.

Järeldus
Pinnatöötlused laiendavad oluliselt metallist kuumutusplaatide tööpiirkonda. PTFE-katted tagavad võrreldamatu keemilise vastupidavuse ja mittenakkuvuse kuni 260 kraadini. Elektrivaba nikkel pakub ühtlast,-kulutõhusat kaitset mõõduka korrosiooniga keskkondades. Kõvakroomitud plaat tagab äärmise kulumiskindluse, kuid vajab korrosioonikaitseks tihendamist. Keraamilised katted võimaldavad kasutada kõrgel-temperatuuril ja kõrgel{8}}dielektriliselt. Korrosioonikindla kuumutusplaadi pinnatöötluse valikul tuleb arvestada konkreetse keemilise kokkupuute, temperatuurivahemiku, mehaanilise kulumise ja termilise tsükli tingimusi. Materjali kaitse on küttekeha disaini lahutamatu osa; Õige pinnatöötlus pikendab kasutusiga, vähendab saastumist ja tagab ühtlase termilise jõudluse agressiivsetes tööstusprotsessides.