Isegi roostevabast terasest kütteplaadid võivad teatud hapete, soolade või puhastuskemikaalidega kokkupuutel korrodeeruda. Pinnatöötlused tagavad kaitsebarjääri, mis pikendab plaadi kasutusiga agressiivses keskkonnas, säilitades samal ajal termilise jõudluse. Sobiva valiminekorrosioonikindel kütteplaadi pinnatöötlusnõuab arusaamist keemilisest kokkupuutest, töötemperatuurist, mehaanilisest kulumisest ja kulupiirangutest. Selles juhendis võrreldakse levinumaid katteid-PTFE, elektrivaba niklit, kõvakroomi ja keraamikat- ning esitatakse tööstuslike kütteplaatide valikukriteeriumid.
Miks kasutatakse kütteplaatidele pinnatöötlust?
Kütteplaadid on tavaliselt valmistatud alumiiniumist, terasest või roostevabast terasest. Kuigi roostevaba teras pakub mõõdukat korrosioonikindlust, ründavad seda kloriidid (nt soolapihusti, pleegitus), tugevad redutseerivad happed ja mõned puhastusained. Alumiinium on tundlik leeliste ja hapete suhtes. Pinnatöötlusel on mitu eesmärki:
Keemiline barjäär– Isoleerige mitteväärismetall söövitavatest protsessivedelikest, aurudest või puhastuskemikaalidest.
Mittekleepuvad{0}}omadused– Vältige kõvenenud vaikude, liimide või toiduainete kleepumist plaadile.
Kulumiskindlus– Kaitske plaadi pinda hõõrdumise eest laadimise, puhastamise või osadega kokkupuutumise ajal.
Dielektriline isolatsioon– Vältige elektrijuhtivust plaadi ja tundlike komponentide (nt pooljuhtplaadid) vahel.
Katte valik sõltub domineerivast ohust ja plaadi töötingimustest.
Levinud pinnatöötluste võrdlus
Järgmine tabel võtab kokku nelja peamise pinnatöötluse põhiatribuudid, mida kasutatakse korrosioonikindlate{0}}kuumutusplaatide jaoks.
| Katte tüüp | Maksimaalne pidev temperatuur ( kraad ) | Korrosioonikindlus | Kõvadus (HRC ekvivalent) | Suhteline kulu (m² kohta) | Tüüpiline paksus |
|---|---|---|---|---|---|
| PTFE (fluoropolümeer) | 260 | Suurepärane (lai keemiline valik) | Pehme (~R 110 Shore D) | Kõrge | 0,3–0,8 mm |
| Elektrivaba nikkel (EN) | 400 (hajutusega) | Mõõdukas – hea (vastupidav paljudele hapetele, mitte tugevatele oksüdeerijatele) | ~50 HRC | Madal – mõõdukas | 25–75 µm |
| Kõva kroom | 400 | Mõõdukas (poorne, vajab hermeetikut) | ~70 HRC | Mõõdukas | 50–250 µm |
| Keraamiline (Al2O3, plasmapihustus) | 800+ | Suurepärane (välja arvatud tugevad leelised) | ~60–70 HRC | Kõrge | 100–500 µm |
1. PTFE (polütetrafluoroetüleen) kate
PTFE, millele sageli viidatakse kaubamärgi Teflon® all, on fluoropolümeer, mida kasutatakse laialdaselt selle erakordse keemilise inertsuse ja mittenakkuva pinna tõttu. Plaatide soojendamiseks kantakse PTFE vedela dispersiooni või pulbrina, mis pihustatakse metallpinnale ja seejärel kõveneb kõrgel temperatuuril (tavaliselt 370–400 kraadi).
Eelised:
Talub peaaegu kõiki kemikaale, sealhulgas tugevaid happeid (vesinikkloriid, väävel, lämmastik), aluseid, lahusteid ja oksüdeerijaid.
Mittenakkuvad omadused takistavad materjali nakkumist – ideaalne vaiguga kõvenemiseks, 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 on ligikaudu 260 kraadi. Peale selle laguneb PTFE ja eraldab mürgiseid aure.
Pehme pind – teravate esemete või kõvade osakeste poolt kergesti kriimustatud või hõõrutav.
halb nakkuvus metalliga; nõuab krundikihti (sageli PFA või FEP) ja hoolikat pinna ettevalmistamist.
Paksemad katted vähendavad veidi soojusjuhtivust (kuid enamiku rakenduste puhul tühine).
Rakenduse märkused:
Tööstuslike kütteplaatide PTFE katte paksus on tavaliselt 0,3–0,8 mm. Nööpauguvaba-katvuse saavutamiseks kantakse peale mitu kihti. Oluline on vältida mehaanilisi kahjustusi; kriimustatud PTFE-kate paljastab mitteväärismetalli, võimaldades korrosioonil levida.
2. Elektrivaba nikli (EN) katmine
Elektrooniline nikkel sadestatakse autokatalüütilise keemilise reaktsiooniga, tekitades ühtlase kihi isegi keerukatel sisemiste aukude või pimedate õõnsustega geomeetriatel. Kate on nikli-fosforisulam (tavaliselt 6–12% P). Kütteplaatide puhul on maksimaalse korrosioonikindluse tagamiseks eelistatud kõrge -fosforisisaldusega EN (10–12% P).
Eelised:
Erakordne ühtlus – paksuse kõikumine suurel plaadil on tavaliselt väiksem kui ±10%.
Mõõdukas kuni hea korrosioonikindlus – peab vastu paljudele hapetele (nt lahjendatud väävel-, äädikhape), leelistele ja soolalahustele. Ei talu tugevaid oksüdeerijaid nagu lämmastikhape või raudkloriid.
Kõvadus umbes 50 HRC{1}}sadestamisel; saab kuum{2}}töödelda 65–70 HRC-ni (kuigi see vähendab korrosioonikindlust).
Hea nake terase, alumiiniumi ja vasesulamitega.
Tasulik-keskmiste-kuni-suurte plaatide jaoks.
Piirangud:
Pole nii keemiliselt vastupidav kui PTFE või kõrgekvaliteediline{0}}keraamika. ET võib termilise tsükli ajal torke tekkida või praguneda, kui seda ei kasutata õigesti.
Maksimaalne temperatuur on lühiajaliselt umbes 400 kraadi; pikaajaline kokkupuude üle 300 kraadi võib põhjustada kristalliseerumist ja murenemist.
Elektrijuhtivus – ei sobi dielektrikuks (võib olla eeliseks maandusel, puuduseks isolatsioonil).
Rakenduse märkused:
Elektrivaba niklit on sageli ette nähtud pooljuhtide või meditsiiniseadmete tootmisel kasutatavate kuumutusplaatide jaoks, kus tuleb säilitada ranged mõõtmete tolerantsid. Katte paksus on vahemikus 25 kuni 75 µm. Plaadimisjärgne kuumtöötlus (nt 200 kraadi juures 2 tundi) parandab nakkumist ja vähendab vesiniku haprust.
3. kõva kroomimine
Kõvakroom (nimetatakse ka tööstuslikuks kroomiks) on elektrolüütiliselt sadestatud kroomikiht. Seda hinnatakse äärmise kõvaduse ja kulumiskindluse poolest. Plaatide soojendamiseks kantakse terasest või roostevabast terasest aluspindadele kõva kroom.
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/m·K, lähedane terasele).
Kõrge temperatuurivõime (kuni 400 kraadi ilma lagunemiseta).
Piirangud:
Oma olemuselt poorne. Kroomikiht sisaldab mikro-pragusid, mis võimaldavad söövitavatel vedelikel jõuda mitteväärismetallini. Korrosioonikindluse tagamiseks on vaja hermeetikut (nt õli või polümeerset tihendit).
Mõõdukas korrosioonikindlus – toimib hästi kergetes keskkondades, kuid ei tööta tugevates hapetes või kloriidides.
Keskkonnaprobleemid – kuuevalentne kroom on mürgine; plaadistamine nõuab eriluba ja jäätmekäitlust.
Mitte ühtlane; servade ülesehitamine-(koera-konditustamine) nõuab järel-lihvimist.
Rakenduse märkused:
Kõvakroom on ette nähtud kõrgsurvelamineerimisplaatideks{0}}või muudeks rakendusteks, kus mehaaniline kulumine on peamine oht ja korrosioon on teisejärguline. Tavaline on paksus 50–250 µm. Pärast plaatimist lihvitakse pind tavaliselt tasaseks, et saavutada nõutav tasasuse tolerants. Enne plaadi kasutuselevõttu rakendatakse tihendustöötlust (nt sukeldamine korrosioonitõkestavasse õli{8}}).
4. Keraamilised katted (alumiiniumoksiid, plasmapihustus)
Keraamilised katted kantakse peale termilise pihustamise (plasma või HVOF) abil. Pulberkeraamiline materjal -tavaliselt alumiiniumoksiid (Al2O3) või kroomoksiid (Cr₂O3)- sulatatakse ja kiirendatakse plaadi pinnale, moodustades tiheda kleepuva kihi.
Eelised:
Ülikõrge temperatuurivõime – kuni 800 kraadi või rohkem.
Suurepärane keemiline vastupidavus – Al₂O3 peab vastu enamikule hapetele, leelistele ja lahustitele (v.a tugev vesinikfluoriidhape ja kuumad kontsentreeritud leelised).
Kõrge dielektriline tugevus – tagab elektriisolatsiooni plaadi ja detaili vahel.
Hea kõvadus (60–70 HRC ekvivalent) ja kulumiskindlus.
Piirangud:
Habras – löögi või termilise šoki korral vastuvõtlik pragunemisele. Praod paljastavad mitteväärismetalli.
Nõuab nakkumiseks kareda pinna ettevalmistamist (pritspritsiga töötlemine), mis ei pruugi sobida peenete{0}}viimistlustööde jaoks.
Suhteliselt paks (100–500 µm) ja võib mõjutada mõõtmete tolerantse.
Kõrgem hind kui elektrooniline nikkel või kõva kroom.
Rakenduse märkused:
Keraamilisi katteid kasutatakse kuumutusplaatidel kõrgel-temperatuuril klaasi vormimisel, pooljuhtplaatide töötlemisel (kus elektriisolatsioon on kriitiline) ja agressiivses keemilises keskkonnas temperatuuril üle 260 kraadi (üle PTFE piiri). Suletud keraamiline kiht (nt polümeeriga immutatud) võib vähendada poorsust ja parandada korrosioonikindlust.
Valikukriteeriumid: Katte sobitamine rakendusega
Valik akorrosioonikindel kütteplaadi pinnatöötlusjuhindub neljast peamisest tegurist.
Keemiline kokkupuude
| Keemiline keskkond | Soovitatav kate | Ei ole soovitatav |
|---|---|---|
| Tugevad happed (HCl, H2SO4, HNO3) | PTFE, keraamiline | Elektrooniline nikkel, kõva kroom |
| Tugevad leelised (NaOH, KOH) | PTFE, kõva kroom (suletud) | Keraamika (rünnak kuumade leeliste poolt), EN |
| Soolapihustus (NaCl, merekeskkond) | PTFE, elektrivaba nikkel | Kõva kroom (pitseerimata) |
| Orgaanilised lahustid (atsetoon, alkoholid) | Kõik toimivad adekvaatselt | – |
| Oksüdeerivad ained (pleegitus, peroksiidid) | PTFE, keraamiline | Elektrivaba nikkel (süvendid) |
Töötemperatuur
Alla 260 kraadi– PTFE pakub parimat keemilist vastupidavust ja -nakkumatuid omadusi.
260-400 kraadi– Sobilik on elektrivaba nikkel või kõva kroom (koos sobivate hermeetikutega). Keraamika töötab ka, kuid on kallim.
Üle 400 kraadi– Ainult keraamilised pinnakatted (või spetsiaalsete sulamitega roostevaba teras) võivad püsida.
Mehaaniline kulumine ja hõõrdumine
Suur kulumine (libisevad osad, abrasiivne puhastus)– kõva kroom või keraamika.
Vähene kulumine (staatiline plaat, õrn pühkimine)– PTFE või elektrivaba nikkel.
Termorattasõit ja mehaaniline stress
Sagedased termilised tsüklid (20 kraadi kuni 200 kraadi ja tagasi)– PTFE ja elektrooniline nikkel taluvad mõõdukat jalgrattasõitu. Kõvakroom võib praguneda, kui aluspind oluliselt paisub (nt alumiinium kroomi all – pole soovitatav). Keraamika talub kõige vähem termilist šokki, välja arvatud juhul, kui seda kantakse paksult sobivale -paisuvale substraadile (nt Invari keraamika).
Kulude kaalutlused
Elektrivaba nikkel on mõõduka korrosioonikaitse{0}}kulutõhusaim. PTFE on kõrgem tänu mitmele kattekihile ja krundinõuetele. Kõvakroomi maksumus sõltub paksusest ja{3}}lihvimisest. Keraamiline pihusti on spetsialiseeritud seadmete ja madalate sadestusmäärade tõttu tavaliselt kõige kallim.
Praktilised juhised kattekihi määramiseks
Korrosioonikindla -kütteplaadi spetsifikatsiooni kirjutamisel tuleks lisada järgmised üksikasjad:
Substraadi 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, katkendlik 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 substraadiga."
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. Valik akorrosioonikindel kütteplaadi pinnatöötluspeab arvestama konkreetse keemilise kokkupuute, temperatuurivahemiku, mehaanilise kulumise ja termilise tsükli tingimustega. Materjali kaitse on küttekeha disaini lahutamatu osa; õige pinnatöötlus pikendab kasutusiga, vähendab saastumist ja tagab ühtlase termilise jõudluse agressiivsetes tööstusprotsessides.
