Pat nerūsējošā tērauda sildīšanas plāksnes var korodēt, ja tās tiek pakļautas noteiktām skābēm, sāļiem vai tīrīšanas ķimikālijām. Virsmas apstrāde nodrošina aizsargbarjeru, kas pagarina plāksnes kalpošanas laiku agresīvā vidē, vienlaikus saglabājot siltuma veiktspēju. Izvēloties atbilstošokorozijizturīga sildīšanas plākšņu virsmas apstrādenepieciešama izpratne par ķīmisko iedarbību, darba temperatūru, mehānisko nodilumu un izmaksu ierobežojumiem. Šajā rokasgrāmatā ir salīdzināti visizplatītākie pārklājumi-PTFE, bezelektriskais niķelis, cietais hroms un keramika-, kā arī sniegti rūpniecisko sildīšanas plākšņu atlases kritēriji.
Kāpēc sildīšanas plāksnēm tiek piemērota virsmas apstrāde?
Sildīšanas plāksnes parasti tiek izgatavotas no alumīnija, tērauda vai nerūsējošā tērauda. Lai gan nerūsējošais tērauds nodrošina mērenu izturību pret koroziju, to uzbrūk hlorīdi (piemēram, sāls aerosols, balinātājs), spēcīgas reducējošās skābes un daži tīrīšanas līdzekļi. Alumīnijs ir jutīgs pret sārmiem un skābēm. Virsmas apstrādei ir vairāki mērķi:
Ķīmiskā barjera– Izolējiet parasto metālu no korozīviem procesa šķidrumiem, tvaikiem vai tīrīšanas ķimikālijām.
Ne{0}}nepiedeguma īpašības– Novērsiet sacietējušu sveķu, līmvielu vai pārtikas produktu pielipšanu pie plāksnes.
Nodilumizturība– Aizsargājiet plāksnes virsmu no noberšanās iekraušanas, tīrīšanas vai saskares ar detaļām laikā.
Dielektriskā izolācija– Novērst elektrisko vadītspēju starp plāksni un jutīgām sastāvdaļām (piem., pusvadītāju plāksnēm).
Pārklājuma izvēle ir atkarīga no dominējošā apdraudējuma un plāksnes darbības apstākļiem.
Kopējo virsmas apstrādes veidu salīdzinājums
Tālāk esošajā tabulā ir apkopoti četru primāro virsmas apstrādes veidu galvenie atribūti, ko izmanto pret koroziju izturīgām -sildīšanas plāksnēm.
| Pārklājuma veids | Maksimālā nepārtrauktā temperatūra ( grāds ) | Izturība pret koroziju | Cietība (HRC ekvivalents) | Relatīvās izmaksas (par m²) | Tipisks biezums |
|---|---|---|---|---|---|
| PTFE (fluorpolimērs) | 260 | Lielisks (plašs ķīmiskais klāsts) | Mīksts (~R 110 Shore D) | Augsts | 0,3–0,8 mm |
| Bezelektrisks niķelis (EN) | 400 (ar difūziju) | Vidēji – labi (izturīgs pret daudzām skābēm, nevis spēcīgiem oksidētājiem) | ~50 HRC | Zems – mērens | 25–75 µm |
| Ciets hroms | 400 | Mērens (porains, nepieciešams hermētiķis) | ~70 HRC | Mērens | 50–250 µm |
| Keramika (Al₂O3, plazmas aerosols) | 800+ | Lieliski (izņemot stiprus sārmus) | ~60–70 HRC | Augsts | 100–500 µm |
1. PTFE (politetrafluoretilēna) pārklājums
PTFE, ko bieži dēvē ar zīmolu Teflon®, ir fluorpolimērs, ko plaši izmanto tā izcilās ķīmiskās inerces un nepiedegošās virsmas dēļ. Sildīšanas plāksnēm PTFE tiek uzklāts kā šķidra dispersija vai pulveris, ko izsmidzina uz metāla virsmas un pēc tam sacietē augstā temperatūrā (parasti 370–400 grādi).
Priekšrocības:
Iztur gandrīz visas ķīmiskās vielas, tostarp spēcīgas skābes (sālsskābe, sērskābe, slāpekļskābe), bāzes, šķīdinātājus un oksidētājus.
Ne{0}}piedeguma īpašības novērš materiāla saķeri — ideāli piemērots sveķu konservēšanai, pārtikas pārstrādei un līmju apstrādei.
Zems berzes koeficients (0,05–0,10) samazina bīdāmo detaļu nodilumu.
Laba dielektriskā izturība (apmēram 20 kV/mm).
Ierobežojumi:
Maksimālā nepārtrauktā temperatūra ir aptuveni 260 grādi. Virs tam PTFE noārdās un izdala toksiskus izgarojumus.
Mīksta virsma – viegli saskrāpēta vai noberzta ar asiem priekšmetiem vai cietām daļiņām.
Slikta saķere ar metālu; nepieciešams grunts slānis (bieži PFA vai FEP) un rūpīga virsmas sagatavošana.
Biezāki pārklājumi nedaudz samazina siltumvadītspēju (bet nenozīmīgi vairumam lietojumu).
Piezīmes par pieteikumu:
PTFE pārklājuma biezums uz rūpnieciskajām sildīšanas plāksnēm parasti ir 0,3–0,8 mm. Tiek uzklāti vairāki slāņi, lai panāktu{3}}bezcaurumu pārklājumu. Ir svarīgi izvairīties no mehāniskiem bojājumiem; saskrāpēts PTFE pārklājums atsedz parasto metālu, ļaujot izplatīties zemādas korozijai.
2. Bezelektriskā niķeļa (EN) pārklājums
Bezelektroniskais niķelis tiek nogulsnēts autokatalītiskās ķīmiskās reakcijas rezultātā, veidojot vienmērīgu slāni pat uz sarežģītām ģeometrijām ar iekšējiem caurumiem vai akliem dobumiem. Pārklājums ir niķeļa-fosfora sakausējums (parasti 6–12% P). Sildīšanas plāksnēm priekšroka ir augsta -fosfora EN (10–12% P), lai nodrošinātu maksimālu izturību pret koroziju.
Priekšrocības:
Izcila viendabīgums – biezuma atšķirības lielā plāksnē parasti ir mazākas par ±10%.
Vidēja līdz laba izturība pret koroziju – iztur daudzām skābēm (piemēram, atšķaidītu sērskābi, etiķskābi), sārmiem un sāls šķīdumiem. Neiztur spēcīgus oksidētājus, piemēram, slāpekļskābi vai dzelzs hlorīdu.
Cietība aptuveni 50 HRC pēc noguldījuma; var termiski-apstrādāt līdz 65–70 HRC (lai gan tas samazina izturību pret koroziju).
Laba saķere ar tēraudu, alumīniju un vara sakausējumiem.
Izmaksu{0}}efektīvs vidējam-līdz-lielām plāksnēm.
Ierobežojumi:
Nav tik ķīmiski izturīgs kā PTFE vai augstākās klases keramika. LV var izveidot caurumu vai ieplaisāt termiskā cikla laikā, ja tas nav pareizi uzklāts.
Maksimālā temperatūra ir ap 400 grādiem īslaicīgi; ilgstoša iedarbība virs 300 grādiem var izraisīt kristalizāciju un trauslumu.
Elektrovadītspēja – neder kā dielektriķis (var būt priekšrocība zemēšanai, trūkums izolācijai).
Piezīmes par pieteikumu:
Bezelektriskais niķelis bieži tiek norādīts sildīšanas plāksnēm, ko izmanto pusvadītāju vai medicīnas ierīču ražošanā, kur ir jāsaglabā stingras izmēru pielaides. Pārklājuma biezums svārstās no 25 līdz 75 µm. Pēc-pārklājuma termiskā apstrāde (piem., 200 grādu temperatūrā 2 stundas) uzlabo saķeri un samazina ūdeņraža trauslumu.
3. Cietā hromēšana
Cietais hroms (saukts arī par rūpniecisko hromu) ir elektrolītiski uzklāts hroma slānis. Tas tiek novērtēts par ārkārtēju cietību un nodilumizturību. Sildīšanas plāksnēm cietais hroms tiek uzklāts uz tērauda vai nerūsējošā tērauda pamatnēm.
Priekšrocības:
Ļoti augsta cietība (65–70 HRC) – iztur skrāpējumus, skrāpējumus un abrazīvu nodilumu.
Zems berzes koeficients (0,15–0,20).
Laba siltumvadītspēja (hroms ir ~90 W/m·K, tuvu tēraudam).
Augstas temperatūras spēja (līdz 400 grādiem bez degradācijas).
Ierobežojumi:
Pēc būtības porains. Hroma slānī ir mikro-plaisas, kas var ļaut korozīviem šķidrumiem sasniegt parasto metālu. Lai nodrošinātu izturību pret koroziju, ir nepieciešams hermētiķis (piemēram, eļļa vai polimēru blīvētājs).
Vidēja izturība pret koroziju – labi darbojas vieglā vidē, bet nedarbojas stiprās skābēs vai hlorīdos.
Vides problēmas – sešvērtīgais hroms ir toksisks; apšuvumam nepieciešama īpaša atļauja un atkritumu apstrāde.
Nav vienveidīgs; uzlikšana-malās (suņa-atkaulošana) nepieciešama pēc-slīpēšana.
Piezīmes par pieteikumu:
Cietais hroms ir paredzēts augstspiediena laminēšanas plāksnēm- vai jebkuram lietojumam, kur mehāniskais nodilums ir galvenais drauds un korozija ir sekundāra. Bieži sastopams 50–250 µm biezums. Pēc apšuvuma virsma parasti tiek slīpēta līdzenai, lai sasniegtu nepieciešamo līdzenuma pielaidi. Pirms plāksnes nodošanas ekspluatācijā tiek veikta blīvēšanas apstrāde (piemēram, iegremdēšana koroziju{8}}inhibējošā eļļā).
4. Keramikas pārklājumi (alumīnija oksīds, plazmas aerosols)
Keramikas pārklājumi tiek uzklāti, izmantojot termiskās izsmidzināšanas procesus (plazmas vai HVOF). Pulverveida keramikas materiāls -parasti alumīnija oksīds (Al2O3) vai hroma oksīds (Cr₂O3)- tiek izkausēts un paātrināts uz plāksnes virsmas, veidojot blīvu, pielipušos slāni.
Priekšrocības:
Īpaši augstas temperatūras spēja - līdz 800 grādiem vai augstāka.
Lieliska ķīmiskā izturība – Al₂O3 iztur lielāko daļu skābju, sārmu un šķīdinātāju (izņemot stipru fluorūdeņražskābi un karsti koncentrētus sārmus).
Augsta dielektriskā izturība – nodrošina elektrisko izolāciju starp plāksni un detaļu.
Laba cietība (60–70 HRC ekvivalents) un nodilumizturība.
Ierobežojumi:
Trausls – jutīgs pret plaisāšanu trieciena vai termiskā trieciena ietekmē. Plaisas atklāj parasto metālu.
Adhēzijai ir nepieciešama raupja virsmas sagatavošana (strūklas strūkla), kas var nebūt piemērota smalkai -apstrādei.
Salīdzinoši biezs (100–500 µm) un var ietekmēt izmēru pielaides.
Augstākas izmaksas nekā bezelektroniskais niķelis vai cietais hroms.
Piezīmes par pieteikumu:
Keramikas pārklājumi tiek izmantoti uz sildīšanas plāksnēm augstas -temperatūras stikla formēšanai, pusvadītāju plāksnīšu apstrādei (kur elektriskā izolācija ir kritiska) un agresīvā ķīmiskā vidē virs 260 grādiem (pārsniedzot PTFE ierobežojumu). Aizzīmogots keramikas slānis (piemēram, piesūcināts ar polimēru) var samazināt porainību un uzlabot izturību pret koroziju.
Atlases kritēriji: pārklājuma atbilstība lietojumam
Izvēle akorozijizturīga sildīšanas plākšņu virsmas apstrādeto nosaka četri galvenie faktori.
Ķīmiskā iedarbība
| Ķīmiskā vide | Ieteicamais pārklājums | Nav ieteicams |
|---|---|---|
| Spēcīgas skābes (HCl, H₂SO4, HNO3) | PTFE, keramika | Bezelektrisks niķelis, cietais hroms |
| Spēcīgi sārmi (NaOH, KOH) | PTFE, cietais hroms (aizzīmogots) | Keramika (uzbrūk karstiem sārmiem), EN |
| Sāls aerosols (NaCl, jūras vide) | PTFE, bezelektrisks niķelis | Cietais hroms (neaizzīmogots) |
| Organiskie šķīdinātāji (acetons, spirti) | Visi darbojas adekvāti | – |
| Oksidētāji (balinātāji, peroksīdi) | PTFE, keramika | Bezelektroniskais niķelis (bedres) |
Darba temperatūra
Zem 260 grādiem– PTFE nodrošina vislabāko ķīmisko izturību un ne{0}}piedeguma īpašības.
260-400 grādi– Piemērots ir bezelektroniskais niķelis vai cietais hroms (ar atbilstošiem hermētiķiem). Keramika arī darbojas, bet ir dārgāka.
Virs 400 grādiem– Var izturēt tikai keramikas pārklājumi (vai nerūsējošais tērauds ar īpašiem sakausējumiem).
Mehāniskais nodilums un nodilums
Augsts nodilums (bīdāmās daļas, abrazīvā tīrīšana)– Ciets hroms vai keramika.
Zems nodilums (statiska plāksne, maiga tīrīšana)– PTFE vai bezelektroniskais niķelis.
Termiskā riteņbraukšana un mehāniskais stress
Bieži termiskie cikli (no 20 līdz 200 grādiem un atpakaļ)– PTFE un bezelektroniskais niķelis pieļauj mērenu braukšanu ar velosipēdu. Cietais hroms var saplaisāt, ja pamatne ievērojami izplešas (piemēram, alumīnijs zem hroma – nav ieteicams). Keramika ir vismazāk izturīga pret termisko triecienu, ja vien tā nav biezi uzklāta uz saskaņota -izplešanās substrāta (piemēram, keramika uz Invar).
Izmaksu apsvērumi
Bezelektroniskais niķelis ir visrentablākā{0}}vidēja aizsardzība pret koroziju. PTFE ir augstāks vairāku pārklājuma slāņu un gruntskrāsu prasību dēļ. Cietā hroma izmaksas atšķiras atkarībā no biezuma un pēc-slīpēšanas. Keramikas aerosols parasti ir visdārgākais specializētā aprīkojuma un zemā nogulsnēšanās ātruma dēļ.
Praktiski norādījumi pārklājuma noteikšanai
Rakstot specifikāciju korozijizturīgai{0}sildplāksnei, ir jāiekļauj šāda informācija:
Pamatnes materiāls– Alumīnijs, tērauds vai nerūsējošais tērauds. Alumīnijam ir nepieciešama īpaša pirmapstrāde (cinkēšana vai anodēšana) pirms bezelektroniskā niķeļa vai PTFE.
Pārklājuma veids un biezums– piemēram, "PTFE pārklājums, 0,5 mm nominālais biezums, bez cauruma -atbilstoši ASTM D714."
Korozijas pārbaudes prasība– piemēram, "48 stundu sāls izsmidzināšana atbilstoši ASTM B117 bez sarkanās rūsas."
Temperatūras novērtējums– "Nepārtraukta darbība 200 grādu leņķī, ar pārtraukumiem līdz 250 grādiem."
Līdzenums pēc pārklājuma– "Pārklātās virsmas līdzenums nedrīkst pārsniegt 0,05 mm virs 300 mm."
Malu un caurumu pārklājums– "Visām malām un caurumiem- jābūt pārklātām ar atklātu substrātu."
Korozīvā vidē ir svarīgi līdzsvarot ķīmisko izturību ar mehānisko izturību. PTFE-pārklāta plāksne, kas regulāri tiek berzta ar abrazīvu spilventiņu, ātri sabojājas. Un otrādi, cietā hroma plāksne, kas atrodas stipras skābes vannā, dažu nedēļu laikā sarūsēs cauri mikro-plaisām.
Secinājums
Virsmas apstrāde ievērojami paplašina metālisko sildplākšņu darbības aploksni. PTFE pārklājumi nodrošina nepārspējamu ķīmisko izturību un ne{1}}pielipšanas veiktspēju līdz pat 260 grādiem. Bezelektroniskais niķelis nodrošina vienmērīgu,-ekonomisku aizsardzību mērenām korozijas vidēm. Cietais hromētais pārklājums nodrošina ārkārtēju nodilumizturību, taču tam ir nepieciešams blīvējums aizsardzībai pret koroziju. Keramikas pārklājumi nodrošina augstas-temperatūras un augstas{8}dielektriskas izmantošanas iespējas. Izvēle akorozijizturīga sildīšanas plākšņu virsmas apstrādejāņem vērā īpašā ķīmiskā iedarbība, temperatūras diapazons, mehāniskais nodilums un termiskā cikla apstākļi. Materiālu aizsardzība ir neatņemama sildītāja konstrukcijas sastāvdaļa; pareiza virsmas apstrāde pagarina kalpošanas laiku, samazina piesārņojumu un nodrošina nemainīgu termisko veiktspēju agresīvos rūpnieciskos procesos.
