Ciència dels materials: associació de la funda de l'escalfador del cartutx amb el medi ambient

Quan es tracta d'escalfadors de cartutxos, les especificacions solen ser només alguns paràmetres elèctrics i de mida: tensió, potència, diàmetre i longitud. Són importants, però la composició metal·lúrgica de la funda exterior és sovint el factor més important de seguretat i fiabilitat a llarg termini. És un gran error pensar en la funda com un recipient genèric i buit. La funda és el principal que evita que l'entorn del procés dur a l'exterior arribi a l'entorn intern sever dels elements elèctrics d'alta-temperatura. Escollir el material de la funda equivocat per a la feina gairebé sempre portarà a un fracàs; les úniques coses que poden canviar són com i quan succeeix.

L'estàndard: Acers inoxidables austenítics


Per a la majoria d'usos industrials que requereixen un escalfament net i sec dels metalls, inclosa la incrustació en motlles d'acer, platines d'alumini o matrius de llautó, els acers inoxidables austenítics com el tipus 304 (AISI 304) o el seu homòleg estabilitzat tipus 321 són les millors i més barates opcions. Aquests aliatges tenen un revestiment d'òxid de crom (Cr₂O₃) fort i auto-curatiu a la seva superfície que els protegeix de l'oxidació general (escala) a temperatures de fins a uns 700 graus (1290 graus F). El tipus 321, que té titani afegit, és millor per resistir la sensibilització i la corrosió intergranular en el rang de temperatura de 425-870 graus (800-1600 graus F). Això és important per als escalfadors que passen per molts cicles tèrmics. És per això que molta gent el tria per a aplicacions tèrmiques que són dures però no corrosives.

El problema: Entorns corrosius i bruts

Quan el procés afegeix agents corrosius, el paisatge operatiu s'altera molt. Només tenir una humitat elevada és un problema perquè pot provocar condensació. Però la presència de clorurs, que estan molt estesos a les atmosferes costaneres, alguns productes químics de procés o agents de neteja, és una amenaça greu per als acers inoxidables típics de la sèrie 300-. És molt probable que aquests materials tinguin esquerdes per corrosió per tensió de clorur (Cl-SCC) quan els ions de clorur, la humitat i l'esforç de tracció (que sempre està present en un escalfador adequat) estan presents alhora. Aquest estil de fallada pot permetre que la funda es trenqui sobtadament i fàcilment, sense que la paret s'aprima gaire, la qual cosa pot provocar una fallada catastròfica i freqüentment mortal.

En aquest tipus de llocs, cal actualitzar a un superaliatge de níquel-crom-ferro. Incoloy 800/800H o Incoloy 840 són exemples de materials que es fabriquen per fer front a aquest tipus de problemes. Aquests aliatges tenen molt més níquel (normalment entre un 30 i un 35% o més), cosa que els fa molt més resistents a l'esquerdament per corrosió per tensió causada pel clorur. A més, mantenen una escala d'òxids més estable i protectora a altes temperatures, cosa que els fa millors per resistir l'oxidació, la carburació i la sulfuració en atmosferes complicades. Quan es treballa amb solucions càustiques, com ara el processament químic o alguns procediments de revestiment, aquests aliatges-a base de níquel són generalment l'única opció que aturarà ràpidament l'atac alcalí.

La necessitat d'usos d'-alta tensió

En sistemes d'alta tensió, com els escalfadors de cartutxos de 700 V, els efectes de la fallada de la funda són encara pitjors. En aquest cas, el treball de la funda com a aïllant elèctric és tan important com el seu treball com a barrera contra la corrosió. Una fuita de forat per corrosió per picats o una esquerda per tensió deixa entrar la humitat i escurça l'element interior. Fa un camí directe de baixa-resistència per a tota la tensió de línia (700 V o més) per alimentar les eines, el fluid de procés o el bastidor de la màquina circumdants. Aquest és un risc de descàrrega elèctrica molt perillós per als treballadors, pot destruir l'electrònica de control sensible i podria provocar un incendi en productes químics de procés volàtils. La integritat de la funda no es refereix només al temps que duren els escalfadors d'alta tensió-; també és un criteri de seguretat important que demana l'ús dels metalls més forts i més resistents a la corrosió{10}.

Els recobriments i l'enginyeria de superfícies són usos especialitzats.

Es poden afegir tractaments superficials especialitzats a l'aliatge base per satisfer les necessitats específiques del procés. En el processament d'aliments, productes farmacèutics o polímers (com el PTFE), l'adherència del producte, la contaminació i la facilitat de neteja són les coses més importants. En determinades situacions, una funda metàl·lica normal, encara que no s'oxidi, pot ser que no sigui la millor opció. Podeu fer que la funda d'un escalfador de cartutx sigui anti-adherent, inert i fàcil de netejar posant-hi un recobriment de PTFE (Teflon®) de grau-alimentari, conforme a la FDA-o un sofisticat recobriment nano-ceràmic. Aquests recobriments impedeixen que s'acumuli material carbonitzat, estalvien temps de manteniment i asseguren que el producte sigui pur. Són una barreja de ciència metal·lúrgica i de materials que ajuda a resoldre determinades dificultats d'interfície.

Conclusió: escollir el rendiment predictiu amb antelació

L'últim pas per assegurar-se que un escalfador és prou fort és consultar una guia de resistència a la corrosió o parlar amb un expert en materials per comparar les alternatives d'aliatge de la funda amb les condicions químiques, de temperatura i ambientals exactes del treball. Aquesta petita inversió proactiva en ciència dels materials paga molt en convertir l'escalfador del cartutx d'un consumible previsible a un -fiable integrat en part del procés. La funda adequada assegura que l'energia tèrmica s'enviï sempre a la peça de treball i l'escalfador en si es manté com un recipient fort i segur que pot gestionar l'entorn per al qual va ser creat.