چه روش‌های سطحی برای صفحات گرمایشی مقاوم در برابر خوردگی{0} موجود است؟

صفحات گرمایشی از جنس استنلس استیل در صورت قرار گرفتن در معرض برخی اسیدها، نمک ها یا محلول های تمیز کننده همچنان می توانند خورده شوند. درمان های سطحی در شرایط سخت، یک لایه محافظ به صفحه می بخشد، عمر سرویس را افزایش می دهد و عملکرد حرارتی را حفظ می کند. برای انتخاب درمان سطح صفحه گرمایش مقاوم در برابر خوردگی مناسب، باید میزان قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، دمای عملیاتی، سایش مکانیکی و محدودیت‌های اقتصادی را بدانید. این مقاله رایج‌ترین پوشش‌های-PTFE، نیکل الکترولس، کروم سخت و سرامیک- را تحلیل می‌کند و معیارهای انتخاب صفحات گرمایش صنعتی را ارائه می‌دهد.

چرا صفحات گرمایش سطحی
صفحات گرمایش معمولا از آلومینیوم، فولاد یا فولاد ضد زنگ ساخته می شوند. فولاد ضد زنگ مقاومت قابل توجهی در برابر خوردگی دارد، اما توسط کلریدها (مانند اسپری نمک، سفید کننده)، اسیدهای کاهنده قوی و برخی مواد شیمیایی پاک کننده آسیب می بیند. آلومینیوم می تواند توسط قلیاها و اسیدها مورد حمله قرار گیرد. درمان های سطحی اهداف زیادی دارند:

سد شیمیایی - فلز پایه را از مایعات فرآیند خورنده، دود یا مواد شیمیایی تمیزکننده دور نگه دارید.

ویژگی‌های نچسب - از چسبیدن رزین‌های پخته شده، چسب‌ها یا مواد غذایی به بشقاب جلوگیری کنید.

مقاومت در برابر سایش - سطح صفحه در برابر سایش ناشی از بارگیری، تمیز کردن یا تماس با قطعات محافظت می شود.

عایق دی الکتریک - از هدایت الکتریکی بین صفحه و اجزای حساس (مانند ویفرهای نیمه هادی) جلوگیری می کند.

تهدید اصلی و شرایطی که در آن صفحه قرار است استفاده شود، انتخاب پوشش را تعیین می کند.

مقایسه درمان‌های سطحی رایج
جدول زیر خصوصیات اصلی چهار عملیات سطحی متداول مورد استفاده برای صفحات گرمایشی مقاوم در برابر خوردگی-را خلاصه می‌کند.

نوع پوشش حداکثر دمای پیوسته (درجه) سختی مقاومت در برابر خوردگی (HRC معادل) هزینه نسبی (در هر متر مربع) ضخامت متوسط
PTFE (فلوروپلیمر) 260 عالی (محدوده شیمیایی وسیع) نرم (~R 110 Shore D) بالا 0.3-0.8 میلی متر
نیکل الکترولس (EN) 400 (انتشار) متوسط ​​- خوب (در برابر اکثر اسیدها مقاومت می کند، اما در برابر اکسید کننده قوی نیست) ~50 HRC کم-متوسط ​​25-75 میکرومتر
کروم سخت 400 متوسط ​​(متخلخل، به درزگیر نیاز دارد) ~70 HRC متوسط ​​50-250 میکرومتر
سرامیک (Al2O3، اسپری پلاسما) 800+ عالی (مگر در موارد قلیایی قوی) ~60-70 HRC بالا 100-500 میکرون
1. پوشش PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن).
PTFE (معمولاً با نام تجاری تفلون فروخته می شود) یک فلوروپلیمر است که به طور گسترده به دلیل بی اثر بودن شیمیایی منحصر به فرد و سطح نچسب-ش استفاده می شود. PTFE برای گرم کردن صفحات به شکل پراکندگی مایع یا پودر استفاده می شود که روی سطح فلز اسپری می شود و در دمای بالا (معمولاً 370-400 درجه) پخت می شود.

مزایا: •

تقریباً در برابر هر ماده شیمیایی از جمله اسیدهای قوی (کلریدریک، سولفوریک، نیتریک)، بازها، حلال ها و اکسید کننده ها مقاومت می کند.

بدون چسبندگی مانع از چسباندن مواد می شود - مناسب برای پخت رزین، پردازش مواد غذایی و جابجایی چسب.

ضریب اصطکاک پایین (0.05-0.10) باعث کاهش سایش قطعات لغزنده می شود.

قدرت دی الکتریک خوب (حدود 20 کیلو ولت بر میلی متر).

محدودیت ها:

حداکثر دمای پیوسته تقریباً. 260 درجه. PTFE در بالای این قسمت خراب می شود و بخارات مضر منتشر می کند.

سطح نرم - در برابر خراشیدگی یا ساییدگی توسط اقلام تیز یا ذرات سخت آسیب پذیر است.

چسبندگی ضعیف به فلز، نیاز به پوشش پرایمینگ (معمولا PFA یا FEP) و آماده سازی کامل سطح دارد.

پوشش‌های ضخیم‌تر هدایت حرارتی را اندکی کاهش می‌دهند (اما برای بیشتر اهداف به میزان ناچیزی).

نکات مربوط به برنامه:
ضخامت پوشش PTFE روی صفحات گرمایش صنعتی معمولاً در محدوده 0.3-0.8 میلی متر است. چندین پوشش برای به دست آوردن یک سوراخ{3}}روکش آزاد اعمال می شود. از آسیب های مکانیکی باید اجتناب شود. پوشش PTFE خراشیده فلز پایه را در معرض دید قرار می دهد و انتشار خوردگی زیر برشی را تسهیل می کند.

2. پوشش نیکل الکترولس (EN).
نیکل بدون الکترود با استفاده از یک واکنش شیمیایی کاتالیزوری خودکار- رسوب می‌کند تا پوششی همگن حتی روی هندسه‌های پیچیده با سوراخ‌های داخلی یا حفره‌های کور ایجاد کند. پوشش از یک آلیاژ نیکل{2}}فسفر (معمولاً 6-12٪ P) تشکیل شده است. مقاومت بهینه در برابر خوردگی با فسفر بالا (10-12٪ P) EN برای صفحات گرمایش به دست می آید.

جوانب مثبت:

یکنواختی استثنایی - واریانس ضخامت در یک صفحه بزرگ اغلب کمتر از 10% است.

مقاومت متوسط ​​تا خوب در برابر خوردگی - مقاوم در برابر اسیدهای مختلف (به عنوان مثال رقیق سولفوریک، استیک)، قلیایی ها و محلول های نمکی. نسبت به اکسید کننده های قوی مانند اسید نیتریک یا کلرید آهن واکنش نشان نمی دهد.

از آنجایی که سختی رسوبی در حدود 50 HRC است، قابل عملیات حرارتی تا 65-70 HRC (مقاومت در برابر خوردگی به خطر افتاده است).

به خوبی به فولاد، آلومینیوم و آلیاژهای مس می چسبد.

مقرون به صرفه برای صفحات با اندازه متوسط ​​تا بزرگ.

محدودیت ها:

به اندازه PTFE یا سرامیک های سطح بالا از نظر شیمیایی مقاوم نیست. در صورت استفاده نادرست، EN می تواند در حین چرخه گرما سوراخ شود یا بشکند.

حداکثر دما برای مدت کوتاهی حدود 400 درجه است. اگر دما برای مدت طولانی بالای 300 درجه نگه داشته شود، تبلور و شکنندگی رخ می دهد.

رسانایی الکتریکی - دی الکتریک نیست (ممکن است برای اتصال به زمین مزیت داشته باشد و برای عایق کاری ضرر دارد).

نکاتی در مورد برنامه های کاربردی:
نیکل الکترولس معمولاً برای صفحات گرمایشی مورد استفاده در صنایع تولید نیمه هادی یا تجهیزات پزشکی که در آن تحمل ابعادی محکمی باید حفظ شود، مورد نیاز است. ضخامت پوشش بین 25 تا 75 میکرومتر است. عملیات حرارتی پس از آبکاری (مثلاً{5}} درجه به مدت 2 ساعت) باعث افزایش چسبندگی و به حداقل رساندن شکنندگی هیدروژن می شود.

3. پوشش کروم سخت
کروم سخت (گاهی اوقات به عنوان کروم صنعتی شناخته می شود) یک لایه کروم است که توسط رسوب الکترولیتی اعمال می شود. به دلیل سختی زیاد و مقاومت در برابر سایش مشهور است. کروم سخت بر روی بسترهای فولادی یا فولادی ضد زنگ برای صفحات گرمایش استفاده می شود.

مزایا:

سختی بسیار بالا (65{1}}70 HRC) - در برابر خراشیدگی، خراشیدگی و سایش مقاوم است.

ضریب اصطکاک کم (0.15-0.20).

هدایت گرمایی خوب (کروم 90 W/mK است، مانند فولاد).

می تواند در دمای بالا (تا 400 درجه بدون هیچ آسیبی) کار کند.

محدودیت ها: 1.

به طور طبیعی متخلخل. لایه کروم برای رسیدن مواد خورنده به فلز پایه میکرو-ترک خورده است. یک درزگیر برای جلوگیری از خوردگی مورد نیاز است، به عنوان مثال روغن یا سایر سیلرهای پلیمری.

مقاومت خوردگی متوسط ​​- در شرایط ملایم به خوبی عمل می کند اما در اسیدها یا کلریدهای قوی شکست می خورد.

نگرانی های زیست محیطی - کروم شش ظرفیتی خطرناک است. آبکاری نیاز به مجوزهای ویژه و تصفیه زباله دارد.

یکنواخت نیست؛ به دلیل تجمع-در لبه ها (سگ-استخوان شدن) به پست-سوز کردن نیاز دارد.

نکات کاربردی:
کروم سخت برای صفحات لمینیت با فشار بالا یا هر کاربرد دیگری که خطر اصلی آن سایش مکانیکی و تهدید ثانویه خوردگی است تعیین شده است. ضخامت های معمولی 50-250 میکرومتر است. سطح معمولاً پس از آبکاری صاف می شود تا تحمل صافی مشخص شده را برآورده کند. سپس صفحه پس از عملیات آب بندی (به عنوان مثال فرو بردن در روغن بازدارنده خوردگی) در خدمت قرار می گیرد.

4. پوشش های سرامیکی اکسید آلومینیوم پلاسما اسپری شده
برای اعمال پوشش های سرامیکی از روش های اسپری حرارتی، پلاسما یا HVOF استفاده می شود. یک ماده سرامیکی پودری، معمولاً اکسید آلومینیوم (Al2O3) یا اکسید کروم (Cr2O3) حرارت داده می شود و سپس روی سطح صفحه رانده می شود تا یک پوشش متراکم و چسبنده تشکیل شود.

جوانب مثبت:

قابلیت دمای بسیار بالا تا 800 درجه سانتیگراد و بالاتر.

مقاومت شیمیایی عالی - Al2O3 در برابر اکثر اسیدها، قلیایی ها و حلال ها (به استثنای اسید هیدروفلوئوریک قوی و قلیاهای غلیظ داغ) مقاوم است.

استحکام دی الکتریک بالا - عایق الکتریکی بین صفحه و یک قطعه را ارائه می دهد.

سختی معادل خوب 60-70 HRC مقاومت در برابر سایش خوب.

محدودیت ها:

شکننده - مستعد شکستگی در اثر ضربه یا ضربه حرارتی. ترک هایی در رنگ که فلز پایه را نشان می دهد.

برای اتصال به آماده سازی سطح خشن (گریت بلاست) نیاز دارد. برای کاربردهای ریز مناسب نیست.

نسبتاً ضخیم (100-500 میلی متر) می تواند بر تحمل ابعادی تأثیر بگذارد.

گرانتر از نیکل الکترولس یا کروم سخت.

نکات کاربردی:
پوشش‌های سرامیکی روی صفحات گرمایشی برای قالب‌گیری شیشه‌ای با دمای بالا، پردازش ویفر نیمه‌رسانا (جایی که عایق الکتریکی مورد نیاز است) و در شرایط شیمیایی سخت بالای 260 درجه (بالاتر از حد PTFE) استفاده می‌شود. یک لایه سرامیکی مهر و موم شده (به عنوان مثال، آغشته به پلیمر) می تواند تخلخل را کاهش دهد و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش دهد.

معیارهای انتخاب: تطبیق پوشش با برنامه
انتخاب درمان سطح مقاوم در برابر خوردگی صفحه گرمایش تحت تأثیر چهار عامل اصلی است.

قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی
محیط شیمیایی: پیشنهادی: پیشنهاد نمی شود:
اسیدهای قوی (HCl، H2SO4، HNO3) PTFE، کروم سخت سرامیکی، نیکل الکترولس
قلیاهای قوی (NaOH، KOH) PTFE، کروم سخت (مهر شده) سرامیک (مورد حمله قلیایی داغ)، اسپری نمک EN (NaCl، محیط دریایی) PTFE، کروم NiHard الکترولس (بدون مهر و موم)
حلال های آلی (استون، الکل ها) همه به اندازه کافی مناسب هستند. - عوامل اکسید کننده (سفید کننده، پراکسید) PTFE، نیکل الکترولس سرامیکی (حفره دار)
دمای عملیاتی
تا 260 درجه - PTFE از نظر مقاومت شیمیایی و ویژگی های نچسب بی نظیر است.

260-400 درجه - نیکل بدون الکترو یا کروم سخت (با درزگیرهای لازم). سرامیک هم جواب میده ولی گرون تره.

بیش از 400 درجه - فقط پوشش‌های سرامیکی (یا فولاد ضد زنگ لخت با آلیاژهای خاص) در برابر گرما مقاومت می‌کنند.

سایش و فرسایش مکانیکی
سایش بالا (قطعات کشویی، تمیز کردن ساینده) - کروم سخت یا سرامیک.

سایش کم (صفحه استاتیک، پاک کردن نرم) - PTFE یا نیکل الکترولس.

چرخه حرارتی و بار مکانیکی
دوچرخه سواری متوسط ​​(20 درجه تا 200 درجه و عقب) به خوبی توسط PTFE و نیکل الکترولس اداره می شود. اگر بستر بسیار منبسط شود، کروم سخت ممکن است ترک بخورد. (یعنی آلومینیوم زیر کروم - توصیه نمی شود.) سرامیک ها کمترین تحمل را در برابر شوک حرارتی دارند مگر اینکه به صورت ضخیم بر روی یک زیرلایه انبساط منطبق- قرار گیرند (مثلاً سرامیک روی Invar).

مسائل هزینه یابی
برای حفاظت در برابر خوردگی متوسط، نیکل الکترولس مقرون به صرفه ترین است. PTFE به دلیل لایه‌های پوشش متعدد و نیازهای پرایمر بالاتر است. هزینه‌های کروم سخت بسته به ضخامت و{2}}خرد کردن پست متفاوت است. اسپری سرامیکی به دلیل تجهیزات تخصصی و نرخ رسوب پایین معمولاً گرانترین است.

دستورالعمل های عملی برای تعیین یک پوشش
هنگام ایجاد مشخصات برای صفحه گرمایش{0}مقاوم در برابر خوردگی، اطلاعات زیر باید درج شود:

مواد بستر - آلومینیوم، فولاد یا فولاد ضد زنگ. آلومینیوم قبل از الکترولس نیکل یا PTFE به پیش تصفیه ویژه (روی یا آنودایز) نیاز دارد.

نوع و ضخامت پوشش - به عنوان مثال، "پوشش PTFE، ضخامت اسمی 0.5 میلی متر، سوراخ سوزنی{3}} آزاد در هر ASTM D714."

الزامات تست خوردگی - به عنوان مثال، "48 ساعت نمک پاشی در هر ASTM B117 بدون زنگ قرمز."

درجه حرارت - "عملکرد مداوم در 200 درجه، متناوب تا 250 درجه."

صافی پس از پوشش - "صافی سطح پوشش داده شده نباید بیش از 0.05 میلی متر بیش از 300 میلی متر باشد."

پوشش لبه و سوراخ - "همه لبه‌ها و سوراخ‌های عبوری باید بدون لایه باز پوشانده شوند."

در محیط های خورنده، تعادل مقاومت شیمیایی با دوام مکانیکی مهم است. یک صفحه با روکش PTFE{1}} که مرتباً با یک پد ساینده ساییده می شود، به سرعت از بین می رود. برعکس، یک صفحه کروم سخت در یک حمام اسید قوی در عرض چند هفته از طریق شکاف‌های میکرو{3}}ش خورده می‌شود.

نتیجه گیری
عملیات سطح به طور قابل توجهی پوشش عملیاتی صفحات گرمایش فلزی را گسترش می دهد. روکش‌های PTFE مقاومت شیمیایی بی‌نظیری و عملکرد نچسب تا 260 درجه ارائه می‌کنند. نیکل بدون الکتریسیته حفاظتی یکنواخت و مقرون به صرفه برای محیط‌های خوردگی متوسط ​​ارائه می‌کند. آبکاری کروم سخت مقاومت در برابر سایش را ایجاد می کند اما برای محافظت در برابر خوردگی نیاز به آب بندی دارد. پوشش‌های سرامیکی کاربردهای دی‌الکتریک{7}}در دمای بالا و{8}}بالا را امکان‌پذیر می‌کنند. انتخاب یک درمان سطح صفحه حرارتی مقاوم در برابر خوردگی باید قرار گرفتن در معرض شیمیایی خاص، محدوده دما، سایش مکانیکی و شرایط چرخه حرارتی را در نظر بگیرد. حفاظت از مواد بخشی جدایی ناپذیر از طراحی بخاری است. درمان صحیح سطح عمر مفید را افزایش می دهد، آلودگی را کاهش می دهد و عملکرد حرارتی ثابت را در فرآیندهای صنعتی تهاجمی تضمین می کند.