Ako sa porovnáva bezprúdové niklovanie s tvrdým chrómovaním na ochranu povrchu vyhrievacej platne?

Holý kovový povrch vykurovacej platne podlieha korózii, opotrebovaniu alebo lepeniu. Bezprúdový nikel a tvrdý chróm sú dve bežné alternatívy pokovovania, ktoré vytvárajú ochrannú a funkčnú povrchovú vrstvu. Každý z nich má svoje vlastné kvality, vhodnejšie na určité použitie. Inžinierom, ktorí si vyberajú ohrievacie platne na spracovanie potravín, chemické reaktory, formovacie zariadenia alebo laboratórne zariadenia, pochopenie kompromisov medzi bezprúdovým niklom a tvrdým chrómovaním môže zabezpečiť, že vybraný povlak poskytne potrebnú životnosť a výkon.

Prehľad dvoch technológií pokovovania
Bezproudové pokovovanie niklom (EN).
Bezprúdové pokovovanie niklom je technika autokatalytického chemického nanášania. Kovová zložka je ponorená do vodného roztoku obsahujúceho ióny niklu a redukčné činidlo (zvyčajne fosfornan sodný). Pokovovanie niklom-zliatina fosforu na všetkých povrchoch, ktoré sú v kontakte s roztokom, bez vonkajšieho elektrického prúdu. Povlak je zliatina niklu-fosforu, bežne 5–12 % fosforu (vysoký-fosfor EN poskytuje najlepšiu odolnosť proti korózii).

EN pokovovanie sa vyznačuje:

Rovnomerná hrúbka - Geometria dielu neovplyvňuje rýchlosť nanášania. Zložité tvary, slepé otvory, závity a vnútorné kanály sú potiahnuté rovnakou hrúbkou ako exponované povrchy. To je veľká výhoda oproti galvanickému pokovovaniu.

Odolnosť proti korózii - Bezprúdový nikel s vysokým obsahom fosforu (10-12 % P) má vynikajúcu odolnosť voči chloridom, žieravinám a mnohým kyselinám. Amorfný obal nemá žiadne hranice zŕn, a teda žiadne kanály pre korozívny útok.

Tvrdosť – Tvrdosť pokovovania je približne 50-55 HRC (Rockwell C). Tepelné spracovanie po pokovovaní (zvyčajná 1 hodina pri 400 stupňoch) zvyšuje tvrdosť na 65-70 HRC, čo je porovnateľné s tvrdým chrómom.

Mazivosť – EN má nízky koeficient trenia (0,1 – 0,15 proti oceli, keď je suchá) a je samo-mazací vďaka svojmu hladkému- povrchu, ktorý sa nezadiera.

Tvrdé chrómované pokovovanie
Tvrdé chrómovanie je elektrochemická technika. Kovová časť je vytvorená katódou v kúpeli kyseliny chrómovej (CrO3) a kyseliny sírovej. Roztokom prechádza elektrický prúd. Tento prúd znižuje ióny chrómu a na povrchu sa ukladá vrstva elementárneho chrómu. Na rozdiel od bezprúdového niklu je rýchlosť nanášania závislá od prúdovej hustoty, výsledkom čoho sú hrubšie povlaky na vonkajších rohoch a tenšie usadeniny vo vybraniach.

Niektoré z hlavných vlastností tvrdého chrómovania sú:

Extrémna tvrdosť - Tvrdé chrómové usadeniny sú zvyčajne 65 – 72 HRC ako pokovované a nevyžadujú žiadne tepelné spracovanie. Táto tvrdosť poskytuje vynikajúcu odolnosť proti oderu, odieraniu a opotrebeniu lepidlom.

Nízky koeficient trenia - Chróm má veľmi nízky koeficient trenia za sucha (0,1 – 0,15 proti oceli), vďaka čomu je ideálny pre klzné aplikácie.

Slabá odolnosť proti korózii - Vrstva chrómu je katódová voči oceli a má mikroskopické trhliny (v dôsledku vnútorného napätia). Tieto trhliny odhaľujú základnú oceľ v prítomnosti elektrolytov a spôsobujú galvanickú koróziu. Tvrdý chróm sa neodporúča na ochranu proti korózii, pokiaľ nie je pod ňou niklový povlak alebo tesnenie.

Rozsah hrúbok - Tvrdý chróm sa môže nanášať v hrubších vrstvách (až 0,010 palca / 250 mikrónov) ako bežný bezprúdový nikel, vďaka čomu je vhodný na obnovu opotrebovaných dielov.

Veľký rozdiel v aplikáciách vyhrievacích platní
Voľba bezprúdového niklu alebo tvrdého chrómu na vyhrievacích platniach je funkciou hlavných nebezpečenstiev pre povrch platne, korózie alebo opotrebovania. Vyhrievacie platne môžu byť vystavené žieravým výrobným kvapalinám, čistiacim chemikáliám alebo vlhkej atmosfére. Alebo sú mechanicky obrúsené klznými časťami, kontaktom dielov alebo nástrojmi.

Odolnosť proti korózii
Pre ohrievacie platne v drsnom prostredí-je rozhodujúca odolnosť proti korózii-chemickému spracovaniu, sanitácii potravín, morskej atmosfére alebo pri kontakte s kyslými alebo žieravými roztokmi-.

Bezprúdový nikel (s vysokým obsahom fosforu) ponúka výnimočnú odolnosť proti korózii. Povlak je neporézny, amorfný a chemicky inertný. Pri testovaní soľným postrekom EN s vysokým obsahom fosforu odoláva tvorbe červenej hrdze 500-1,000+ hodín (v závislosti od hrúbky a prípravy substrátu). Je odolný voči napadnutiu zriedenou kyselinou sírovou, kyselinou chlorovodíkovou, lúhom sodným a mnohými organickými zlúčeninami.

Tvrdý chróm má nízku prirodzenú odolnosť proti korózii. Sieť mikrotrhlín (10-1 000 trhlín na lineárny centimeter) umožňuje korozívnym elektrolytom dostať sa k oceľovému substrátu. Keď oceľ začne hrdzavieť, chrómová vrstva sa môže odlupovať. Tvrdý chróm sa preto ako jediný prostriedok ochrany proti korózii používa len zriedka. Ak sa vyžaduje odolnosť proti korózii, potom sa pred chróm umiestni niklová podložka alebo sa chróm utesní dodatočnou úpravou.

V praxi je v situáciách, kde dominuje korózia, jasnou voľbou bezprúdový nikel. EN pokovovanie bude spoľahlivo fungovať na ohrievacej platni v továrni na spracovanie potravín, ktorá sa denne čistí chlórovanými alebo kyslými dezinfekčnými prostriedkami. Rovnaká atmosféra na tvrdom chrómovom plechu by pravdepodobne mala v priebehu týždňov hrdzavé škvrny.

Tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu
Odolnosť proti opotrebeniu je dôležitá pre ohrev platní pri mechanickom kontakte (napríklad ohrievané platne v lisovaní, laminovacích lisoch alebo zariadení na tepelné zváranie).

Tvrdý chróm je vysoko odolný voči opotrebovaniu. Tvrdosť pokovovania je 70 HRC a odoláva poškriabaniu, ryhovaniu a opotrebovaniu lepidlom. Vyhrievacie platne, pochrómované, dokážu udržať opakovaný klzný kontakt s polymérovými filmami, tkaninou alebo kovovými nástrojmi bez výraznej degradácie povrchu.

bezprúdový nikel ako-pokovovaný (50-55 HRC) je mäkší ako tvrdý chróm. Avšak tvrdosť EN po tepelnom spracovaní (400 stupňov, 1 hodina) je 65–70 HRC, čo je blízko chrómu. Tepelne spracovaný EN povlak má dobrú odolnosť proti opotrebeniu, hoci jeho trecie správanie je mierne odlišné.

Upozorňujeme, že tepelné spracovanie EN sa musí vykonať po pokovovaní a pred pripevnením akýchkoľvek komponentov citlivých na teplotu (napr. vstavané ohrievače alebo snímače). Ak máte zmontovanú ohrievaciu platňu so zahrnutými ohrievačmi kaziet, tepelné spracovanie nemusí byť dostupné. Za určitých okolností-pokovovaná tvrdosť EN nemusí byť dostatočná na použitie s vysokým-opotrebením.

Jednou z veľkých výhod bezprúdového niklu je jeho homogenita. Ak má ohrievacia platňa komplikované vlastnosti (drážky pre termočlánky, závitové montážne otvory alebo tvarované povrchy), EN pokryje všetky oblasti rovnomerne. Tvrdý chróm je priamočiary a tenšie sa usadzuje vo vybraniach a hrubšie v rohoch, čo vedie k nerovnomernému opotrebovaniu a možnej korózii v tenkých oblastiach.

Pokrytie a jednotnosť
Žiadny iný proces pokovovania nedokáže pokovovať komplikované geometrie tak dobre ako bezprúdový nikel. Postup chemickej depozície zachováva rovnakú hrúbku povlaku na všetkých navlhčených povrchoch. To je veľmi užitočné pri ohreve platní s:

Vyvŕtané otvory pre ohrievače snímača alebo kazety

Obrobené kanály na cirkuláciu tekutín

Závitové otvory pre montáž hardvéru

Povrchy so vzormi alebo textúrou

Pretože tvrdší chróm je elektrolytický proces, sú potrebné komplikované upevňovacie prvky a doplnkové anódy, aby sa zabezpečilo konzistentné pokrytie čohokoľvek, len nie najjednoduchšieho tvaru. Na rohoch a hranách sa vytvárajú hrubšie nánosy (vzhľad „psej-kosti“), zatiaľ čo hlboké diery alebo priehlbiny môžu mať len malé alebo žiadne pokovovanie. Bezprúdový nikel poskytuje lepšie pokrytie ako väčšina návrhov vykurovacích platní a rieši problém korózie z nepokovovaných oblastí.

Mazacie vlastnosti a-nelepivé vlastnosti
Oba povlaky poskytujú minimálne trenie, aj keď existujú rozdiely:

Bezprúdový nikel poskytuje hladký povrch odolný voči otrasom, ktorý zabraňuje priľnavosti mnohých materiálov. Najmä EN s vysokým obsahom fosforu má sklovitú štruktúru, ktorá zabraňuje priľnavosti polymérov, zvyškov potravín a chemických usadenín.

Ďalšou vlastnosťou tvrdého chrómu je jeho nízke trenie a bežne sa používa pri aplikáciách foriem a foriem, aby sa zabránilo prilepeniu lisovaných častí.

Bezprúdový nikel je často voľbou pre potravinárske a farmaceutické aplikácie pre jeho netoxickú{0}}povahu a nedostatok šesťmocného chrómu, nebezpečnej chemikálie. Tvrdé chrómovanie používa nebezpečné Cr(VI) kúpele a povlak môže vyvolávať obavy z uvoľňovania chrómu počas opotrebovania.

Bezprúdový nikel vs tvrdý chróm (porovnávacia tabuľka) pre vyhrievacie platne
Bezproudový nikel (s vysokým obsahom fosforu) tvrdý chróm
Spôsob nanášania Auto-katalytický (chemický) Elektrolytický (elektrický prúd)
Rovnomernosť náteru Výborná - rovnaká hrúbka na všetkých povrchoch Slabá - hrubšia na hranách/rohoch, tenšia vo vybraniach
Typický rozsah hrúbky 0,0005 – 0,010 palca (12 – 250 µm) 0,001 – 0,003 palca (25 – 75 µm)
Tvrdosť, HRC ako pokovované 50 – 55 65 – 72
Tepelne{0}}upravená tvrdosť (HRC) 65 – 70 (po 400 stupňoch /1h) Nevhodné (tepelná úprava ničí chróm)
Odolnosť proti korózii (soľný sprej) Výborná (500 – 1000+ hodín do červenej hrdze) Nízka (zvyčajne < 100 hodín bez podložky)
Odolnosť voči chloridom Dobrá až vynikajúca (vysoká-P EN) Slabá (mikrotrhliny spôsobujú jamkovitosť substrátu)
Odolnosť voči leptavým riešeniamGoodFair
Koeficient trenia (suchý na oceli) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Maximálna prevádzková teplota ~400 stupňov (tvrdosť klesne nad) ~400 stupňov (začína oxidácia)
Toxicita / environmentálne obavy Mierne (soli niklu, ale bez Cr(VI)) Vysoká (karcinogénny šesťmocný chróm)
Relatívne náklady (na jednotku plochy) Stredné až vysoké (v závislosti od obsahu fosforu) Nízke až stredné (hoci spracovanie odpadu zvyšuje náklady)
Typické aplikácie vyhrievacích platní Formovacie platne, povrchy s vysokým-opotrebením, formy na tvárnenie kovov, oblasti klzného kontaktu Chemické reaktory, spracovanie potravín, polovodičové zariadenia, námorné prostredie
odporúčania pre-konkrétne aplikácie.
Kde svieti bezelektrický nikel
Bezprúdové niklovanie sa odporúča pre ohrievacie platne, keď sú hlavnými faktormi odolnosť proti korózii a rovnomerné pokrytie. Medzi špecifické situácie patria:

Vyhrievacie platne na chemické spracovanie - Vystavenie kyselinám, zásadám alebo organickým rozpúšťadlám. Najvyššia ochrana proti korózii bola dosiahnutá pre 10–12 % P s vysokým -fosforom EN.

Potravinárske a farmaceutické zariadenia – EN je v súlade s FDA (ak je správne vyrobené) a je odolné voči čistiacim prostriedkom. Vyhýba sa problémom s toxicitou šesťmocného chrómu.

Námorné a pobrežné inštalácie Nechránená oceľ alebo zle pokovený chróm rýchlo zhrdzavejú od soľnej hmly a vlhkosti. EN poskytuje dlhotrvajúcu-ochranu.

Komplexné geometrie vykurovacích platní EN pokrytie je jednotné na opracovaných kanáloch, slepých otvoroch a závitových prvkoch, aby sa zabezpečila ochrana všetkých povrchov.

Aplikácie pre polovodiče a čisté priestory - EN nepráši-a častice a odoláva chemickému napadnutiu procesnými plynmi a čistiacimi roztokmi.

V podmienkach s prevahou-korózie je preferovanou voľbou bezprúdový nikel.

Keď je tvrdý chróm tou správnou voľbou
Ak sú najdôležitejšími požiadavkami odolnosť proti opotrebeniu a tvrdosť povrchu, procesom voľby je tvrdé chrómovanie. Príklady sú:

Lisovacie platne Neustály kontakt s abrazívnymi formovacími zmesami alebo vláknami vystuženými materiálmi vyžaduje najlepšiu odolnosť proti opotrebovaniu.

Laminovanie lisovacích platní - Obrusovanie nastáva, keď sa posuvné hárky materiálu otierajú o povrch platne. Tvrdý chróm môže predĺžiť životnosť platní.

Tepelne zváracie tyče - Musia mať pevný povrch s nízkym trením, aby boli v neustálom kontakte s obalovými fóliami a aby boli vystavené mechanickému tlaku.

Prestavba opotrebovaných vyhrievacích platní - Tvrdý chróm môže byť potiahnutý oveľa hrubšou vrstvou (0,005 až 0,010 palca), aby sa obnovili rozmery pred konečným brúsením.

Tvrdý chróm je vynikajúcou voľbou pre situácie, v ktorých-prevláda opotrebovanie. Ak rovnaká aplikácia navyše obsahuje chloridy alebo vysokú vlhkosť, odporúča sa niklová podložka, aby sa zabránilo korózii na mikrotrhlinách.

Hybridné metódy
V niektorých náročných aplikáciách je potrebná odolnosť proti korózii a odolnosť proti opotrebovaniu. Populárnym hybridom je bezprúdová niklová podložka (0,0005–0,001 palca) na tenkom tvrdochrómovom vrchnom nátere (0,0002–0,0005 palca). EN poskytuje ochranu proti korózii a utesňuje oceľový podklad a chróm poskytuje tvrdý povrch s nízkym -trením na konci. Alternatívne tepelne spracovaný bezprúdový nikel samotný poskytuje tvrdosť blízku chrómu s veľmi dobrou odolnosťou proti korózii a je preferovanou alternatívou jediného povlaku.

Praktické úvahy o výrobe vykurovacích platní
Pri výbere pokovovania pre vyhrievaciu platňu je potrebné zvážiť niekoľko praktických otázok:

Vodíkové skrehnutie - Vodík sa môže zavádzať do oceľových substrátov s vysokou pevnosťou (napr. kalená nástrojová oceľ) prostredníctvom procesov EN aj tvrdochrómu. Vyžaduje niekoľko hodín pečenia pri 190 stupňoch po pokovovaní, aby sa uvoľnil vodík a zabránilo sa praskaniu skrehnutia.

Vplyv teploty Bezprúdový nikel má vrchol tvrdosti pri 400 stupňoch, ale môže byť zmäkčený pri vyšších teplotách. Pri zahrievaní platní pri teplotách nad 350 stupňov buďte opatrní. Tvrdý chróm je tvrdý do cca 400C. Okrem toho oxiduje.

Hrúbka a tepelná vodivosť - Pokovovanie zvyšuje tepelnú odolnosť Tepelná vodivosť povlaku EN s hrúbkou 0,002 palca (50 µm) je menšia ako 1 % v porovnaní s holou oceľou a je zanedbateľná pre väčšinu vykurovacích dosiek. Chróm má horšiu tepelnú vodivosť ako nikel, rozdiel je však malý.

Príprava povrchu – Oba postupy musia byť dobre vyčistené a aktivované. Podklad musí byť zbavený olejov, oxidov a cudzích látok pre EN. V prípade tvrdého chrómu je časť často obrátene-leptaná, aby sa aktivoval povrch. To môže ovplyvniť rozmerové tolerancie.

Treba poznamenať, že bezprúdový nikel môže byť aplikovaný na širšiu škálu substrátových materiálov ako tvrdý chróm. EN platne hliník, meď, nehrdzavejúca oceľ a dokonca aj -nevodivé materiály (po správnej aktivácii). Tvrdý chróm vyžaduje vodivý povrch a vo všeobecnosti sa obmedzuje na oceľ, nehrdzavejúcu oceľ alebo zliatiny medi.

Ekonomické a environmentálne hľadiská
Bezprúdový nikel verzus tvrdý chróm nie je jednoduché porovnanie cien. Tvrdý chróm je lacnejší z hľadiska nákladov na chemikálie a energie na jednotku hrúbky, ale likvidácia odpadu šesťmocného chrómu je nákladná a vysoko regulovaná. V niekoľkých krajinách (EÚ, Kalifornia, Čína) sa tvrdé chrómovanie obmedzuje alebo sa vyraďuje z dôvodu jeho karcinogénnych emisií Cr(VI) a odpadových vôd. Bezprúdový nikel je chemicky drahší, má však nižšiu regulačnú záťaž a je všeobecne prijateľnejší pre životné prostredie.

Pre ohrievacie platne, ktoré musia byť v súlade s environmentálnymi požiadavkami (napr. RoHS, REACH alebo obmedzenia kontaktu s potravinami), je často jedinou cestou bezprúdový nikel.

Abstraktné
Voľba bezprúdového niklu alebo tvrdého chrómovania na ochranu povrchu vykurovacích platní závisí od dominantného mechanizmu poruchy očakávaného v prevádzke. Bezprúdový nikel poskytuje najlepšiu odolnosť proti korózii a konzistenciu povlaku pre chemické spracovanie, kulinárske vybavenie, morské prostredie a dosky s komplexnou geometriou. Tvrdý chróm má vynikajúcu tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu, a preto je vhodný pre aplikácie s vysokým opotrebovaním, ako sú formovacie dosky, laminovacie lisy a klzné kontaktné plochy.

Pre väčšinu ohrievacích platní na všeobecné použitie, kde je korózia a opotrebovanie mierne, poskytuje tepelne spracovaný bezprúdový nikel atraktívnu rovnováhu: tvrdosť blížiacu sa tvrdosti chrómu, vynikajúcu ochranu proti korózii, rovnomerné pokrytie a súlad so životným prostredím. Ak je prvoradým problémom vysoká abrázia, je stále možnou voľbou tvrdý chróm (na niklovej podložke, ak je problémom aj korózia). Vyberte pokovovanie na základe dominantného spôsobu poruchy vykurovacej dosky, korózie alebo opotrebovania, aby ochranný povlak mohol predĺžiť životnosť a zachovať integritu procesu.