Quins tractaments superficials estan disponibles per a plaques de calefacció resistents a la corrosió-?

Les plaques de calefacció d'acer inoxidable encara es poden corroir quan s'exposen a alguns àcids, sals o solucions de neteja. Els tractaments superficials donen una capa protectora a la placa en entorns durs, allargant la vida útil i mantenint el rendiment tèrmic. Per triar el tractament de superfície de placa de calefacció resistent a la corrosió adequat, cal conèixer l'exposició química, la temperatura de funcionament, el desgast mecànic i les limitacions econòmiques. En aquest article s'analitza els recobriments més freqüents-PTFE, níquel sense electros, crom dur i ceràmica-i ofereix criteris de selecció per a plaques de calefacció industrials.

Per què el tractament de superfícies de plaques de calefacció
Les plaques de calefacció generalment estan fetes d'alumini, acer o acer inoxidable. L'acer inoxidable té una resistència considerable a la corrosió, però està danyat pels clorurs (p. ex., esprai de sal, lleixiu), àcids reductors potents i alguns productes químics de neteja. L'alumini pot ser atacat per àlcalis i àcids. Els tractaments superficials tenen molts objectius:

Barrera química - Mantingueu el metall base allunyat de fluids de procés corrosius, fums o productes químics de neteja.

-Característiques antiadherents - Eviteu que les resines curades, els adhesius o els ingredients alimentaris s'enganxin al plat.

Resistència a l'abrasió - La superfície de la placa està protegida contra el desgast de la càrrega, la neteja o el contacte amb les peces.

Aïllament dielèctric - Impedeix la conducció elèctrica entre la placa i els components sensibles (p. ex. hòsties de semiconductors).

La principal amenaça i les condicions en què s'ha d'utilitzar la placa dicten l'elecció del recobriment.

Comparació de tractaments superficials comuns
La taula següent resumeix les característiques principals dels quatre tractaments superficials d'ús habitual per a plaques de calefacció resistents a la corrosió{0}}.

Tipus de recobriment Temperatura contínua màxima (graus) Resistència a la corrosió Duresa (equivalent HRC) Cost relatiu (per m2) Gruix mitjà
PTFE (fluoropolímer) 260 Excel·lent (ampli rang químic) Suau (~R 110 Shore D) Alt 0,3–0,8 mm
Níquel sense electros (EN) 400 (difusió) Moderat – Bo (resisteix a la majoria dels àcids, però no als oxidants forts) ~50 HRC Baix-Moderat 25-75 µm
Crom dur 400 Moderat (porós, requereix segellador) ~70 HRC Moderat 50–250 μm
Ceràmica (Al₂O₃, esprai de plasma) 800+ Excel·lent (tret que àlcalis forts) ~ 60-70 HRC Alt 100-500 micres
1. Recobriment de PTFE (politetrafluoroetilè).
El PTFE (es ven normalment amb el nom comercial de Teflon®) és un fluoropolímer àmpliament utilitzat per la seva inercia química única i la seva superfície anti{0}}adherent. El PTFE s'utilitza per escalfar plaques en forma de dispersió líquida o en pols que s'aboca sobre la superfície metàl·lica i es cura a alta temperatura (generalment 370-400 graus).

Beneficis: •

Resisteix gairebé qualsevol producte químic, inclosos els àcids forts (clorhídric, sulfúric, nítric), bases, dissolvents i oxidants.

Cap adherència impedeix la fixació del material: perfecte per a la curació de la resina, el processament d'aliments i la manipulació d'adhesius.

El baix coeficient de fricció (0,05-0,10) disminueix el desgast de les peces lliscants.

Bona rigidesa dielèctrica (al voltant de 20 kV/mm).

Limitacions:

Temperatura contínua màxima d'uns . 260 graus . El PTFE es trenca per sobre d'això i emet fums nocius.

Superfície suau - vulnerable a les ratllades o l'abrasió per part d'articles punxants o partícules dures.

Poca adherència al metall, necessita una capa d'imprimació (generalment PFA o FEP) i una preparació minuciosa de la superfície.

Els recobriments més gruixuts redueixen lleugerament la conductivitat tèrmica (però insignificant per a la majoria de propòsits).

Notes sobre l'aplicació:
El gruix del recobriment de PTFE a les plaques d'escalfament industrial està normalment entre 0,3 i 0,8 mm. S'apliquen diversos recobriments per obtenir un recobriment lliure de forats-. S'han d'evitar danys mecànics. Una coberta de PTFE ratllada deixa al descobert el metall base i facilita la propagació de la corrosió de socavació.

2. Revestiment de níquel electrolític (EN).
Els dipòsits de níquel no electrolítics mitjançant una reacció química auto-catalítica, per produir un recobriment homogeni fins i tot en geometries complexes amb forats interns o buits cecs. El recobriment consisteix en un aliatge de níquel-fòsfor (normalment 6-12% P). La resistència a la corrosió òptima s'obté amb un alt nivell de fòsfor (10–12% P) EN per escalfar plaques.

Avantatges:

Uniformitat excepcional - la variació del gruix sobre una placa gran sovint és inferior al ±10%.

Resistència a la corrosió de moderada a bona - resistent a diversos àcids (per exemple, sulfúric diluït, acètic), àlcalis i solucions salines. No reacciona cap a oxidants forts com l'àcid nítric o el clorur fèrric.

Com a duresa dipositada d'uns 50 HRC, es pot tractar tèrmicament a 65-70 HRC (la resistència a la corrosió està compromesa).

S'adhereix bé a l'acer, l'alumini i els aliatges de coure.

Rentable per a plats de mida mitjana i gran.

Limitacions:

No tan resistent químicament com el PTFE o la ceràmica de gamma alta. Si s'aplica de manera incorrecta, l'EN pot perforar-se o trencar-se durant el cicle de calor.

La temperatura màxima és d'uns 400 graus durant una curta durada. Si la temperatura es manté per sobre de 300 graus durant molt de temps, es produirà la cristal·lització i la fragilitat.

La conductivitat elèctrica - no és un dielèctric (pot ser un avantatge per a la connexió a terra, un desavantatge per a l'aïllament).

Notes sobre les aplicacions:
Normalment, el níquel sense electros es demana per a plaques de calefacció utilitzades a les indústries de producció de semiconductors o dispositius mèdics on s'han de mantenir unes toleràncies dimensionals estrictes. El gruix del recobriment és d'entre 25 i 75 µm. El tractament tèrmic després del revestiment (per exemple, . 200 grau durant 2 hores) augmenta l'adhesió i minimitza la fragilitat de l'hidrogen.

3. Revestiment de crom dur
El crom dur (de vegades conegut com a crom industrial) és una capa de crom aplicada per deposició electrolítica. És conegut per la seva gran duresa i resistència al desgast. El crom dur s'utilitza en substrats d'acer o d'acer inoxidable per escalfar plaques.

Beneficis:

Duresa molt alta (65-70 HRC): resisteix les ratllades, les escombraries i el desgast abrasiu.

Baix coeficient de fricció (0,15-0,20).

Bona conductivitat tèrmica (el crom és ~ 90 W/mK, igual que l'acer).

Pot funcionar a altes temperatures (fins a 400 graus sense cap dany).

Limitacions: 1.

Naturalment porós. La capa de crom està micro-esquerda perquè les substàncies corrosives arribin al metall base. Es necessita un segellador per evitar la corrosió, per exemple, oli o un altre segellador polimèric.

resistència a la corrosió moderada - funciona bé en condicions suaus, però falla en àcids o clorurs forts.

Preocupacions mediambientals - El crom hexavalent és perillós. El revestiment requereix un permís especial i un tractament de residus.

No uniforme; requereix un post-molt a causa de l'acumulació-a les vores (desossament-de gossos).

Notes d'aplicació:
El crom dur està dissenyat per a plaques de laminació d'alta pressió o qualsevol aplicació on el principal perill és el desgast mecànic i l'amenaça secundària és la corrosió. Els gruixos típics són de 50-250 µm. La superfície sol ser plana després del revestiment per tal de complir la tolerància de planitud especificada. La placa es posa en servei després d'un tractament de segellat (p. ex. submergir-se en un oli inhibidor de la corrosió).

4. Revestiments ceràmics d'òxid d'alumini amb polvorització de plasma
Els mètodes de polvorització tèrmica, ja sigui plasma o HVOF, s'utilitzen per aplicar recobriments ceràmics. Un material ceràmic en pols, generalment òxid d'alumini (Al2O3) o òxid de crom (Cr2O3) s'escalfa i després s'impulsa a la superfície de la placa per formar un recobriment dens i adherent.

Avantatges:

Capacitat de temperatura molt alta, fins a 800C i més.

Excel·lent resistència química - Al₂O₃ és resistent a la majoria d'àcids, àlcalis i dissolvents (excepte l'àcid fluorhídric fort i els àlcalis concentrats calents).

Alta rigidesa dielèctrica: ofereix un aïllament elèctric entre la placa i una peça.

Duresa equivalent Bona 60-70 HRC Bona resistència al desgast.

Limitacions:

Fràgil - propens a fracturar-se quan se sotmet a un impacte o un trauma tèrmic. Esquerdes a la pintura que mostren metall bàsic.

Requereix una preparació de la superfície rugosa (granat) per a l'enllaç. No apte per a aplicacions d'acabat fi.

Relativament gruixut (100-500um) Pot influir en les toleràncies dimensionals.

Més costós que el níquel sense electros o el crom dur.

Notes d'aplicació:
Els recobriments ceràmics s'utilitzen en plaques de calefacció per a l'emmotllament de vidre a alta temperatura, el processament d'hòsties de semiconductors (on es requereix un aïllament elèctric) i en condicions químiques dures per sobre dels 260 graus (per sobre del límit de PTFE). Una capa de ceràmica segellada (per exemple, impregnada amb un polímer) pot reduir la porositat i augmentar la resistència a la corrosió.

Criteris de selecció: Coincidència del recobriment amb l'aplicació
La selecció del tractament superficial resistent a la corrosió de la placa de calefacció està influenciada per quatre factors principals.

Exposició química
Entorn químic: Suggerit: No suggerit:
Àcids forts (HCl, H₂SO₄, HNO₃) PTFE, crom dur ceràmic, níquel sense electros
Àlcalis forts (NaOH, KOH) PTFE, Crom dur (segellat) Ceràmica (atacat per àlcalis calents), EN Spray de sal (NaCl, medi marí) PTFE, Crom NiHard electroless (no segellat)
Dissolvents orgànics (acetona, alcohols) Tots prou decents. – Agents oxidants (llexiu, peròxid) PTFE, ceràmica níquel electroless (pitting)
Temperatura de funcionament
Fins a 260 graus: el PTFE és insuperable en resistència química i característiques antiadherents-.

260-400 graus: níquel o crom dur (amb els segelladors necessaris). La ceràmica també funciona però és més cara.

Més de 400 graus - Només els recobriments ceràmics (o l'acer inoxidable nu amb aliatges específics) resistiran la calor.

Desgast mecànic i erosió
Alt desgast (parts lliscants, neteja abrasiva) - Crom dur o ceràmica.

Baix desgast (placa estàtica, neteja suau) - PTFE o níquel sense electros.

Cicle tèrmic i càrrega mecànica
El ciclisme moderat (de 20 graus a 200 graus i enrere) es gestiona bé amb PTFE i níquel electroless. El crom dur pot trencar-se si el substrat s'expandeix molt. (és a dir, no s'aconsella l'alumini sota crom -.) Les ceràmiques són les menys tolerants al xoc tèrmic tret que es posen gruixuda sobre un substrat-d'expansió igualat (p. ex. ceràmica a Invar).

Problemes de costos
Per a una protecció contra la corrosió modesta, el níquel electroless és el més econòmic. El PTFE és més elevat a causa de les múltiples capes de recobriment i els requisits d'imprimació. Els costos del crom dur varien segons el gruix i el post-molt. L'esprai de ceràmica és normalment el més car a causa dels equips especialitzats i les baixes taxes de deposició.

Pautes pràctiques per especificar un recobriment
Quan es desenvolupi una especificació per a una placa de calefacció-resistent a la corrosió, s'ha d'incloure la informació següent:

Material del substrat: alumini, acer o acer inoxidable. L'alumini requereix un pretractament especial (zincat o anoditzat) abans del níquel sense electros o PTFE.

Tipus i gruix de recobriment: per exemple, "Recobriment de PTFE, 0,5 mm de gruix nominal, sense forats-per ASTM D714".

Requisit de prova de corrosió: per exemple, "48 hores d'esprai de sal segons ASTM B117 sense òxid vermell".

Classificació de temperatura: "Funcionament continu a 200 graus, intermitent a 250 graus".

Planitud després del recobriment: "La planitud de la superfície recoberta no ha de superar els 0,05 mm sobre 300 mm".

Cobertura de vores i forats: "Totes les vores i els-forats passants s'han de revestir sense substrat exposat".

En ambients corrosius, és important equilibrar la resistència química amb la durabilitat mecànica. Una placa recoberta de PTFE-que es frega regularment amb un coixinet abrasiu fallarà ràpidament. Per contra, una placa de crom dur en un bany d'àcid fort es corroirà a través de les seves micro-esquerdes en poques setmanes.

Conclusió
Els tractaments superficials amplien significativament l'envolupant operatiu de les plaques escalfadores metàl·liques. Els recobriments de PTFE proporcionen una resistència química inigualable i un rendiment antiadherent de fins a 260 graus. El níquel sense electros ofereix una protecció uniforme i rendible-per a entorns de corrosió moderada. El cromat dur ofereix una resistència al desgast extrema, però requereix un segellat per a la protecció contra la corrosió. Els recobriments ceràmics permeten aplicacions d'alta-temperatura i alt-dielèctric. La selecció d'un tractament superficial de placa de calefacció resistent a la corrosió ha de tenir en compte l'exposició química específica, el rang de temperatura, el desgast mecànic i les condicions de cicle tèrmic. La protecció del material és una part integral del disseny de l'escalfador; el tractament correcte de la superfície allarga la vida útil, redueix la contaminació i assegura un rendiment tèrmic constant en processos industrials agressius.