Net nerūdijančio plieno kaitinimo plokštės gali rūdyti veikiamos tam tikrų rūgščių, druskų ar valymo cheminių medžiagų. Paviršiaus apdorojimas suteikia apsauginį barjerą, kuris prailgina plokštės tarnavimo laiką agresyvioje aplinkoje, išlaikant šilumines savybes. Pasirinkus tinkamąkorozijai atsparus šildymo plokštės paviršiaus apdorojimasreikia suprasti cheminį poveikį, darbo temperatūrą, mechaninį nusidėvėjimą ir išlaidų apribojimus. Šiame vadove palyginamos dažniausiai naudojamos dangos-PTFE, beelektrinis nikelis, kietas chromas ir keramika-ir pateikiami pramoninių šildymo plokščių atrankos kriterijai.
Kodėl kaitinimo plokštėms taikomas paviršiaus apdorojimas
Šildymo plokštės paprastai gaminamos iš aliuminio, plieno arba nerūdijančio plieno. Nors nerūdijantis plienas pasižymi vidutiniu atsparumu korozijai, jį atakuoja chloridai (pvz., druskos purškalas, baliklis), stiprios redukuojančios rūgštys ir kai kurios valymo priemonės. Aliuminis yra pažeidžiamas šarmų ir rūgščių. Paviršiaus apdorojimas skirtas įvairiems tikslams:
Cheminis barjeras– Netauriuosius metalus izoliuokite nuo korozinių proceso skysčių, garų ar valymo cheminių medžiagų.
Nepridegančios{0}} savybės– Saugokite, kad sukietėjusios dervos, klijai ar maisto produktai nepriliptų prie plokštelės.
Atsparumas dilimui– Apsaugokite plokštės paviršių nuo dilimo kraunant, valant arba liečiant dalis.
Dielektrinė izoliacija– Neleiskite elektros laidumui tarp plokštės ir jautrių komponentų (pvz., puslaidininkinių plokštelių).
Dangos pasirinkimas priklauso nuo dominuojančios grėsmės ir plokštės eksploatavimo sąlygų.
Įprastų paviršiaus apdorojimo būdų palyginimas
Šioje lentelėje apibendrinami pagrindiniai keturių pirminių paviršiaus apdorojimo būdų, naudojamų korozijai-atsparioms šildymo plokštėms, atributai.
| Dangos tipas | Maksimali nuolatinė temperatūra ( laipsnis ) | Atsparumas korozijai | Kietumas (HRC ekvivalentas) | Santykinė kaina (už m²) | Tipiškas storis |
|---|---|---|---|---|---|
| PTFE (fluoropolimeras) | 260 | Puikus (platus cheminių medžiagų asortimentas) | Minkštas (~R 110 Shore D) | Aukštas | 0,3–0,8 mm |
| Beelektrinis nikelis (EN) | 400 (su difuzija) | Vidutinis – geras (atspari daugeliui rūgščių, nestiprių oksidatorių) | ~50 HRC | Žemas – Vidutinis | 25–75 µm |
| Kietas chromas | 400 | Vidutinis (akytas, reikalingas sandariklis) | ~70 HRC | Vidutinis | 50–250 µm |
| Keramika (Al2O3, plazminis purškimas) | 800+ | Puikus (išskyrus stiprius šarmus) | ~60–70 HRC | Aukštas | 100–500 µm |
1. PTFE (politetrafluoretileno) danga
PTFE, dažnai vadinamas prekės ženklu Teflon®, yra fluorpolimeras, plačiai naudojamas dėl išskirtinio cheminio inertiškumo ir nepridegančio paviršiaus. Šildymo plokštėms PTFE naudojamas kaip skysta dispersija arba milteliai, kurie purškiami ant metalinio paviršiaus ir kietinami aukštoje temperatūroje (paprastai 370–400 laipsnių).
Privalumai:
Atsparus beveik visoms cheminėms medžiagoms, įskaitant stiprias rūgštis (vandenilio chlorido, sieros, azoto), bazes, tirpiklius ir oksidatorius.
Nelipnios savybės neleidžia medžiagai sukibti – idealiai tinka kietinant dervą, perdirbant maistą ir tvarkant klijus.
Mažas trinties koeficientas (0,05–0,10) sumažina slankiojančių dalių susidėvėjimą.
Geras dielektrinis stiprumas (apie 20 kV/mm).
Apribojimai:
Maksimali nuolatinė temperatūra yra maždaug 260 laipsnių. Be to, PTFE skaidosi ir išskiria toksiškus dūmus.
Minkštas paviršius – lengvai subraižomas ar trinantis aštriais daiktais ar kietomis dalelėmis.
Blogas sukibimas su metalu; reikalauja grunto sluoksnio (dažnai PFA arba FEP) ir kruopštaus paviršiaus paruošimo.
Storesnės dangos šiek tiek sumažina šilumos laidumą (bet nereikšmingas daugeliu atvejų).
Paraiškos pastabos:
PTFE dangos storis ant pramoninių šildymo plokščių paprastai yra 0,3–0,8 mm. Dengiami keli sluoksniai, kad būtų užtikrintas neperpučiamas- padengimas. Svarbu vengti mechaninių pažeidimų; subraižyta PTFE danga atidengia netauriuosius metalus, todėl gali plisti korozija.
2. Beelektrinis nikelio (EN) dengimas
Beelektrinis nikelis nusodinamas autokatalizinės cheminės reakcijos metu, todėl susidaro vienodas sluoksnis net ant sudėtingų geometrijų su vidinėmis skylėmis ar aklinomis ertmėmis. Danga yra nikelio -fosforo lydinys (paprastai 6–12 % P). Šildymo plokštėms, siekiant didžiausio atsparumo korozijai, pageidautina naudoti didelį -fosforo EN (10–12 % P).
Privalumai:
Išskirtinis vienodumas – storio pokytis didelėje plokštėje paprastai yra mažesnis nei ±10%.
Atsparumas korozijai nuo vidutinio iki gero – atsparus daugeliui rūgščių (pvz., praskiestų sieros, acto), šarmų ir druskų tirpalams. Neatsparus stipriems oksidatoriams, tokiems kaip azoto rūgštis ar geležies chloridas.
Apytiksliai 50 HRC kietumas{1}}deponuotas; gali būti termiškai -apdorotas iki 65–70 HRC (tačiau tai sumažina atsparumą korozijai).
Geras sukibimas su plienu, aliuminiu ir vario lydiniais.
Ekonomiška-naudinga vidutinėms-ir-didelėms plokštėms.
Apribojimai:
Ne toks atsparus chemikalams kaip PTFE ar aukščiausios klasės{0}}keramika. EN gali įtrūkti arba įtrūkti veikiant šiluminiam ciklui, jei jis netinkamai naudojamas.
Maksimali temperatūra yra apie 400 laipsnių trumpą laiką; ilgalaikis poveikis virš 300 laipsnių gali sukelti kristalizaciją ir trapumą.
Elektros laidumas – netinka kaip dielektrikas (gali būti privalumas įžeminimui, trūkumas izoliacijai).
Paraiškos pastabos:
Beelektrinis nikelis dažnai nurodomas kaitinimo plokštėms, naudojamoms puslaidininkių arba medicinos prietaisų gamyboje, kur turi būti išlaikytas griežtas matmenų nuokrypis. Dangos storis svyruoja nuo 25 iki 75 µm. Terminis apdorojimas po dengimo (pvz., 200 laipsnių 2 valandas) pagerina sukibimą ir sumažina vandenilio trapumą.
3. Kietas chromavimas
Kietasis chromas (taip pat vadinamas pramoniniu chromu) yra elektrolitiniu būdu nusodintas chromo sluoksnis. Jis vertinamas dėl ypatingo kietumo ir atsparumo dilimui. Plokštėms šildyti kietas chromas dengiamas ant plieno arba nerūdijančio plieno pagrindų.
Privalumai:
Labai didelis kietumas (65–70 HRC) – atsparus įbrėžimams, dilimui ir abrazyviniam nusidėvėjimui.
Mažas trinties koeficientas (0,15–0,20).
Geras šilumos laidumas (chromas ~90 W/m·K, artimas plienui).
Galimybė aukštai temperatūrai (iki 400 laipsnių be degradacijos).
Apribojimai:
Iš prigimties porėtas. Chromo sluoksnyje yra mikro-įtrūkimų, dėl kurių koroziniai skysčiai gali pasiekti netauriuosius metalus. Norint užtikrinti atsparumą korozijai, reikalingas sandariklis (pvz., alyva arba polimerinis sandariklis).
Vidutinis atsparumas korozijai – gerai veikia švelnioje aplinkoje, bet neveikia stipriose rūgštyse ar chloriduose.
Aplinkosaugos problemos – šešiavalentis chromas yra toksiškas; dengimui reikalingas specialus leidimas ir atliekų apdorojimas.
Nevienodas; statyti-kraštuose (šuo-kaulinimas) reikalauja po-šlifavimo.
Paraiškos pastabos:
Kietasis chromas yra skirtas aukšto{0} slėgio laminavimo plokštėms arba bet kokiam naudojimui, kai mechaninis susidėvėjimas yra pagrindinė grėsmė, o korozija yra antrinė. Įprastas 50–250 µm storis. Po padengimo paviršius paprastai šlifuojamas lygiai, kad būtų pasiektas reikiamas lygumo tolerancija. Prieš pradedant naudoti plokštę, taikomas sandarinimo apdorojimas (pvz., panardinimas į koroziją{8}}sustabdančią alyvą).
4. Keraminės dangos (aliuminio oksidas, plazminis purškalas)
Keraminės dangos dengiamos terminio purškimo būdu (plazma arba HVOF). Miltelių pavidalo keramikos medžiaga -paprastai aliuminio oksidas (Al2O3) arba chromo oksidas (Cr₂O3)- išlydoma ir greitėja ant plokštės paviršiaus, suformuojant tankų, prilipusį sluoksnį.
Privalumai:
Itin aukšta temperatūra – iki 800 laipsnių ar aukštesnė.
Puikus cheminis atsparumas – Al₂O3 atsparus daugumai rūgščių, šarmų ir tirpiklių (išskyrus stiprią vandenilio fluorido rūgštį ir karštus koncentruotus šarmus).
Didelis dielektrinis stiprumas – užtikrina elektros izoliaciją tarp plokštės ir detalės.
Geras kietumas (60–70 HRC ekvivalentas) ir atsparumas dilimui.
Apribojimai:
Trapus – jautrus įtrūkimams po smūgio ar terminio šoko. Įtrūkimai atskleidžia netauriuosius metalus.
Sukibimui reikalingas šiurkštus paviršiaus paruošimas (smėliavimo srove), o tai gali netikti smulkiai -apdailai.
Santykinai storas (100–500 µm) ir gali turėti įtakos matmenų nuokrypiams.
Didesnė kaina nei beelektrinio nikelio ar kieto chromo.
Paraiškos pastabos:
Keraminės dangos naudojamos ant kaitinimo plokščių aukštoje -temperatūroje stiklo liejimui, puslaidininkių plokštelių apdorojimui (kai elektros izoliacija yra labai svarbi) ir agresyvioje cheminėje aplinkoje, aukštesnėje nei 260 laipsnių temperatūroje (viršijant PTFE ribą). Sandarus keraminis sluoksnis (pvz., impregnuotas polimeru) gali sumažinti poringumą ir pagerinti atsparumą korozijai.
Pasirinkimo kriterijai: dangos atitikimas pritaikymui
Pasirinkimas akorozijai atsparus šildymo plokštės paviršiaus apdorojimasvadovaujasi keturiais pagrindiniais veiksniais.
Cheminis poveikis
| Cheminė aplinka | Rekomenduojama danga | Nerekomenduojama |
|---|---|---|
| Stiprios rūgštys (HCl, H2SO4, HNO3) | PTFE, keramika | Beelektrinis nikelis, kietas chromas |
| Stiprūs šarmai (NaOH, KOH) | PTFE, kietas chromas (užsandarintas) | Keramika (atakuojama karštų šarmų), EN |
| Druskos purškalas (NaCl, jūros aplinka) | PTFE, beelektrinis nikelis | Kietas chromas (neužsandarintas) |
| Organiniai tirpikliai (acetonas, alkoholiai) | Visi veikia tinkamai | – |
| Oksidatoriai (balikliai, peroksidai) | PTFE, keramika | Beelektrinis nikelis (duobės) |
Darbinė temperatūra
Žemiau 260 laipsnių– PTFE pasižymi geriausiu cheminiu atsparumu ir-nelipniomis savybėmis.
260-400 laipsnių– Tinka beelektrinis nikelis arba kietas chromas (su atitinkamais sandarikliais). Keramika taip pat tinka, bet yra brangesnė.
Virš 400 laipsnių– Gali išlikti tik keraminės dangos (arba plikas nerūdijantis plienas su specialiais lydiniais).
Mechaninis susidėvėjimas ir dilimas
Didelis susidėvėjimas (slankios dalys, abrazyvinis valymas)– Kietas chromas arba keramika.
Mažas susidėvėjimas (statiška plokštė, švelnus valymas)– PTFE arba beelektrinis nikelis.
Terminis važiavimas dviračiu ir mechaninis stresas
Dažni terminiai ciklai (nuo 20 laipsnių iki 200 laipsnių ir atgal)– PTFE ir beelektrinis nikelis toleruoja vidutinį važiavimą dviračiu. Kietasis chromas gali įtrūkti, jei pagrindas labai išsiplečia (pvz., aliuminis po chromu – nerekomenduojama). Keramika mažiausiai toleruoja šiluminį smūgį, nebent ji būtų storai užtepta ant suderinto -išsiplečiančio pagrindo (pvz., keramikos ant Invar).
Išlaidų svarstymai
Beelektrinis nikelis yra ekonomiškiausia{0}}vidutinė apsauga nuo korozijos. PTFE yra didesnis dėl kelių dangų sluoksnių ir grunto reikalavimų. Kietojo chromo kaina priklauso nuo storio ir po{3}}šlifavimo. Keramikos purškalas paprastai yra brangiausias dėl specializuotos įrangos ir mažo nusodinimo greičio.
Praktinės dangos nustatymo gairės
Rašydami korozijai{0}}atsparios kaitinimo plokštės specifikaciją, turėtumėte įtraukti šią informaciją:
Pagrindo medžiaga– Aliuminis, plienas arba nerūdijantis plienas. Prieš naudojant beelektrinį nikelį arba PTFE, aliuminį reikia specialiai apdoroti (cinkuoti arba anoduoti).
Dangos tipas ir storis– pvz., „PTFE danga, 0,5 mm vardinio storio, be skylės pagal ASTM D714“.
Korozijos bandymo reikalavimas– pvz., „48 valandų druskos purškimas pagal ASTM B117 be raudonų rūdžių“.
Temperatūros įvertinimas– „Nuolatinis veikimas 200 laipsnių kampu, su pertrūkiais iki 250 laipsnių“.
Plokštumas po dengimo– "Padengto paviršiaus lygumas neturi viršyti 0,05 mm virš 300 mm."
Kraštų ir skylių uždengimas– „Visi kraštai ir kiaurymės{0}}turi būti padengti be atviro pagrindo“.
Korozinėje aplinkoje svarbu suderinti cheminį atsparumą ir mechaninį patvarumą. PTFE-dengta plokštė, kuri reguliariai šveičiama abrazyviniu padu, greitai suges. Ir atvirkščiai, stiprios rūgšties vonioje esanti kieto chromo plokštė per kelias savaites išrūdys per mikro-įtrūkimus.
Išvada
Paviršiaus apdorojimas žymiai išplečia metalinių šildymo plokščių veikimo apimtį. PTFE dangos užtikrina neprilygstamą cheminį atsparumą ir neprilimpančią veikimą iki 260 laipsnių kampu. Beelektrinis nikelis užtikrina vienodą, ekonomišką{4}}apsaugą vidutinio sunkumo korozijos aplinkoje. Kietas chromas užtikrina didelį atsparumą dilimui, tačiau jį reikia sandarinti, kad būtų apsaugota nuo korozijos. Keraminės dangos leidžia naudoti aukštoje-temperatūroje ir aukštoje{8}}dielektrikoje. Pasirinkimas akorozijai atsparus šildymo plokštės paviršiaus apdorojimasturi atsižvelgti į specifinį cheminį poveikį, temperatūros diapazoną, mechaninį nusidėvėjimą ir terminio ciklo sąlygas. Medžiagų apsauga yra neatsiejama šildytuvo konstrukcijos dalis; teisingas paviršiaus apdorojimas prailgina tarnavimo laiką, sumažina užterštumą ir užtikrina pastovų šiluminį efektyvumą agresyviuose pramonės procesuose.
