Kakvo je bezelektrično poniklavanje u usporedbi s tvrdim kromiranjem za zaštitu površine grijaće ploče?

Gola metalna površina grijaće ploče podložna je koroziji, habanju ili lijepljenju. Bezelektrični nikal i tvrdi krom dvije su uobičajene alternative za presvlačenje koje stvaraju zaštitni i funkcionalni površinski sloj. Svaki ima svoje kvalitete, prikladnije za određene namjene. Za inženjere koji biraju grijaće ploče za preradu hrane, kemijske reaktore, opremu za kalupljenje ili laboratorijske uređaje, razumijevanje kompromisa između neelektričkog nikla i tvrdog kromiranja može osigurati da će odabrani premaz pružiti potreban vijek trajanja i performanse.

Pregled dviju tehnologija oplata
Bezelektrično nikliranje (EN).
Bezelektrično poniklavanje je tehnika autokatalitičkog kemijskog taloženja. Metalna komponenta je uronjena u vodenu otopinu koja sadrži ione nikla i redukcijsko sredstvo (obično natrijev hipofosfit). Pokrivanje legure nikla-fosfora na svim površinama u kontaktu s otopinom bez vanjske električne struje. Premaz je legura nikla-fosfora, obično 5–12% fosfora (visoki-fosfor EN daje najbolju otpornost na koroziju).

EN oplatu karakterizira:

Uniformna debljina - Geometrija dijela ne utječe na brzinu taloženja. Složeni oblici, slijepi otvori, navoji i unutarnji kanali premazani su istom debljinom kao i izložene površine. Ovo je velika prednost u odnosu na galvanizaciju.

Otpornost na koroziju - Neelektrični nikal s visokim sadržajem fosfora (10-12% P) ima izvrsnu otpornost na kloride, kaustične otopine i mnoge kiseline. Amorfna prevlaka nema granice zrna i stoga nema kanala za korozivni napad.

Tvrdoća – Tvrdoća oplata je oko 50-55 HRC (Rockwell C). Toplinska obrada nakon nanošenja (1 sat na 400 stupnjeva je uobičajeno) povećava tvrdoću na 65-70 HRC, što je usporedivo s tvrdim kromom.

Mazivost – EN ima nizak koeficijent trenja (0,1–0,15 u odnosu na čelik kada je suh) i samo-se podmazuje zahvaljujući svojoj glatkoj površini koja ne -nagriza.

Tvrde kromirane prevlake
Tvrdo kromiranje je elektrokemijska tehnika. Metalni dio se stvara kao katoda u kupelji kromne kiseline (CrO₃) i sumporne kiseline. Kroz otopinu prolazi električna struja. Ova struja snižava ione kroma, a na površini se taloži sloj elementarnog kroma. Za razliku od neelektričkog nikla, brzina taloženja ovisi o gustoći struje, što rezultira debljim premazima na vanjskim kutovima i tanjim naslagama u udubljenjima.

Neke od glavnih značajki tvrdog kromiranja su:

Ekstremna tvrdoća - Naslage tvrdog kroma obično su 65–72 HRC kao što su presvučene i ne zahtijevaju toplinsku obradu. Ova tvrdoća daje izvrsnu otpornost na habanje, habanje i habanje ljepila.

Nizak koeficijent trenja - Krom ima vrlo nizak koeficijent trenja na suhom (0,1-0,15 u odnosu na čelik) što ga čini savršenim za klizne primjene.

Slaba otpornost na koroziju - Sloj kroma je katodan čeliku i ima mikroskopske pukotine (zbog unutarnjih napetosti). Ove pukotine izlažu temeljni čelik u prisutnosti elektrolita i izazivaju galvansku koroziju. Tvrdi krom se ne preporuča za sprječavanje korozije osim ako se ispod ne nalazi sloj nikla ili brtva.

Raspon debljine - Tvrdi krom može se taložiti u debljim slojevima (do 0,010 inča / 250 mikrona) od običnog neelektričnog nikla, što ga čini prikladnim za obnovu istrošenih dijelova.

Velika razlika u primjenama grijaćih ploča
Odabir bezelektričnog nikla ili tvrdog kroma na grijaćim pločama ovisi o glavnim opasnostima za površinu ploče, koroziju ili habanje. Grijaće ploče mogu biti izložene kaustičnim proizvodnim tekućinama, kemikalijama za čišćenje ili vlažnoj atmosferi. Ili su mehanički izbrušeni kliznim dijelovima, kontaktom dijelova ili alatom.

Otpornost na koroziju
Za grijaće ploče u teškim uvjetima-kemijske obrade, sanitarnih uvjeta hrane, morske atmosfere ili u kontaktu s kiselim ili kaustičnim otopinama-otpornost na koroziju je ključna.

Bezelektrični nikal (visoki sadržaj fosfora) nudi izuzetnu otpornost na koroziju. Premaz je ne-porozan, amorfan i kemijski inertan. U ispitivanju slanog spreja, EN s visokim sadržajem fosfora otporan je na stvaranje crvene hrđe 500-1,000+ sati (ovisno o debljini i pripremi podloge). Otporan je na djelovanje razrijeđene sumporne kiseline, klorovodične kiseline, kaustične sode i mnogih organskih spojeva.

Tvrdi krom ima nisku urođenu otpornost na koroziju. Mreža mikropukotina (10-1000 pukotina po linearnom centimetru) dopušta korozivnim elektrolitima da dopru do čelične podloge. Kada čelik počne hrđati, sloj kroma iznad može se oljuštiti. Stoga se tvrdi krom rijetko koristi kao jedino sredstvo zaštite od korozije. Ako je potrebna otpornost na koroziju, tada se donja ploča od nikla stavlja prije kroma ili se krom zabrtvi naknadnom obradom.

U praksi, za situacije u kojima dominira korozija, neelektrični nikal je očiti izbor. EN ploča će pouzdano funkcionirati na grijaćoj ploči u tvornici za preradu hrane koja se svakodnevno čisti kloriranim ili kiselim dezinficijensima. Ista atmosfera na tvrdoj kromiranoj ploči vjerojatno bi za nekoliko tjedana imala mrlje hrđe.

Tvrdoća i otpornost na trošenje
Otpornost na habanje važna je za grijaće ploče u mehaničkom kontaktu (na primjer zagrijane ploče u kompresijskom prešanju, prešama za laminiranje ili opremi za toplinsko zavarivanje).

Tvrdi krom je vrlo otporan na habanje. Tvrdoća presvučene ploče je 70 HRC i otporna je na grebanje, žljebljenje i trošenje ljepilom. Grijaće ploče, kromirane, mogu izdržati ponovljeni klizni kontakt s polimernim filmovima, tkaninom ili metalnim alatima bez značajne degradacije površine.

neelektrični nikal kao-posvučen (50-55 HRC) je mekši od tvrdog kroma. Međutim, EN tvrdoća nakon toplinske obrade (400 stupnjeva, 1 sat) je 65-70 HRC, što je blizu kroma. Toplinski obrađeni EN premaz ima dobru otpornost na habanje, iako je njegovo ponašanje trenja malo drugačije.

Imajte na umu da se toplinska obrada EN-a mora obaviti nakon presvlačenja i prije nego što se pričvrste komponente osjetljive na temperaturu (npr. ugrađeni grijači ili senzori). Ako imate sastavljenu grijaću ploču s uključenim patronskim grijačima, toplinska obrada možda neće biti dostupna. U nekim okolnostima,-obložena EN tvrdoća možda neće biti dovoljna za-potrebe s visokim-trošenjem.

Jedna od velikih prednosti neelektričnog nikla je njegova homogenost. Ako grijaća ploča ima komplicirane karakteristike (utore za termoparove, rupe za montiranje s navojem ili konturne površine), EN će ravnomjerno premazati sva područja. Tvrdi krom je linija vidljivosti i taložit će se tanje u udubljenjima i deblje na uglovima, što dovodi do neravnomjernog trošenja i moguće korozije na tankim područjima.

Pokrivenost i ujednačenost
Nijedan drugi proces galvanizacije ne može tako dobro galvanizirati komplicirane geometrije kao neelektrični nikal. Postupkom kemijskog taloženja održava se ista debljina premaza na svim navlaženim površinama. Ovo je vrlo korisno za grijanje ploča sa:

Izbušene rupe za grijače senzora ili patrone

Strojno obrađeni kanali za cirkulaciju tekućine

Rupe s navojem za montažu hardvera

Površine s uzorcima ili teksturom

Budući da je tvrđi krom elektrolitički proces, potrebno je razraditi pričvršćivanje i dodatne anode kako bi se osigurala dosljedna pokrivenost svega osim najjednostavnijeg oblika. Uglovi i rubovi imaju deblje naslage (izgled "pse-kosti"), dok duboke rupe ili udubljenja mogu biti malo ili nimalo presvučene. Bezelektrični nikal daje bolju pokrivenost od većine dizajna grijaćih ploča i rješava problem korozije s neobloženih područja.

Karakteristike mazivosti i ne{0}}prianjanja
Oba premaza pružaju minimalno trenje, iako postoje razlike:

Bezelektrični nikal daje glatku površinu otpornu na žuč koja sprječava prianjanje mnogih materijala. Konkretno, EN s visokim udjelom fosfora ima staklastu strukturu koja sprječava prianjanje polimera, ostataka hrane i kemijskih naslaga.

Drugo svojstvo tvrdog kroma je njegovo nisko trenje i obično se koristi u kalupima i kalupima za sprječavanje lijepljenja oblikovanih dijelova.

Neelektrični nikal često je izbor za prehrambene i farmaceutske primjene zbog svoje ne-toksične prirode i nedostatka heksavalentnog kroma, opasne kemikalije. Tvrdo kromiranje koristi opasne Cr(VI) kupke i premaz može izazvati zabrinutost zbog otpuštanja kroma tijekom nošenja.

Bezelektrični nikal u odnosu na tvrdi krom (usporedna tablica) za grijaće ploče
Bezelektrični nikal (visoki sadržaj fosfora) tvrdi krom
Metoda taloženja Auto-katalitička (kemijska) Elektrolitska (električna struja)
Ujednačenost premaza Izvrsna - ista debljina na svim površinama Loša - deblja na rubovima/kutovima, tanja u udubljenjima
Tipični raspon debljine 0,0005 – 0,010 in (12 – 250 µm) 0,001 – 0,003 in (25 – 75 µm)
Tvrdoća, HRC presvučena 50 – 55 65 – 72
Tvrdoća-obrađene toplinom (HRC) 65 – 70 (nakon 400 stupnjeva /1h) Nije prikladno (toplinska obrada uništava krom)
Otpornost na koroziju (slani sprej) Izvrsna (500 – 1000+ sati do crvene hrđe) Loša (obično < 100 sati bez donje ploče)
Otpornost na kloride Dobra do izvrsna (visoka-P EN) Loša (mikropukotine stvaraju rupičastu podlogu)
Otpornost na kaustične otopine. Dobro
Koeficijent trenja (suho na čeliku) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Maksimalna radna temperatura ~400 stupnjeva (tvrdoća opada iznad) ~400 stupnjeva (počinje oksidacija)
Toksičnost/zabrinutost za okoliš Umjerena (soli nikla, ali bez Cr(VI)) Visoka (karcinogeni heksavalentni krom)
Relativni trošak (po jedinici površine) Umjeren do visok (ovisno o sadržaju fosfora) Nizak do umjeren (iako obrada otpada povećava troškove)
Tipične primjene grijaćih ploča. Ploče za kalupljenje, visoko{0}}istrošene površine, matrice za oblikovanje metala, klizna kontaktna područja Kemijski reaktori, obrada hrane, poluvodička oprema, morsko okruženje
preporuke-za posebne aplikacije.
Gdje neelektrični nikal sjaji
Preporuča se neelektričko poniklavanje za grijaće ploče kada su otpornost na koroziju i ravnomjerno pokrivanje glavna razmatranja. Specifične situacije uključuju:

Kemijska obrada grijaćih ploča - Izloženost kiselinama, alkalijama ili organskim otapalima. Najveća zaštita od korozije postignuta je za EN s visokim udjelom fosfora od 10–12%-P.

Prehrambena i farmaceutska oprema – EN sukladna je FDA (ako je pravilno proizvedena) i otporna je na deterdžente. Izbjegava probleme toksičnosti s heksavalentnim kromom.

Pomorske i obalne instalacije Nezaštićeni čelik ili loše presvučeni krom će brzo zahrđati od slanog spreja i vlage. EN pruža dugotrajnu-zaštitu.

Složene geometrije grijaćih ploča EN pokrivenost je ujednačena na strojno obrađenim kanalima, slijepim rupama i elementima s navojima kako bi se osiguralo da su sve površine zaštićene.

Primjene u poluvodiču i čistim sobama - EN ne sadrži-čestice i otporan je na kemijski napad procesnih plinova i otopina za čišćenje.

U uvjetima-koje dominira korozija, neelektrični nikal je preferirani izbor.

Kada je Hard Chrome pravi izbor
Kada su najvažniji zahtjevi otpornost na habanje i tvrdoća površine, tvrdo kromiranje je proces izbora. Primjeri su:

Ploče za kompresijsko kalupljenje Stalni kontakt s abrazivnim smjesama kalupa ili materijalima ojačanim vlaknima zahtijeva najbolju otpornost na trošenje.

Laminiranje press ploča - Do abrazije dolazi kada klizne ploče materijala trljaju površinu ploče. Tvrdi krom može produžiti vijek trajanja ploča.

Šipke za toplinsko zavarivanje - Moraju imati čvrstu površinu s niskim trenjem za stalni kontakt s folijama za pakiranje i izloženost mehaničkom pritisku.

Obnavljanje istrošenih grijaćih ploča - Tvrdi krom može se premazati mnogo deblje (0,005 do 0,010 in.) kako bi se vratile dimenzije prije konačnog brušenja.

Tvrdi krom izvrstan je izbor za-situacije u kojima dominira habanje. Ako ista primjena dodatno uključuje kloride ili visoku vlažnost, preporuča se donja ploča od nikla kako bi se izbjegla korozija na mikropukotinama.

Hibridne metode
U nekim zahtjevnim primjenama potrebna je i otpornost na koroziju i otpornost na trošenje. Popularni hibrid je donja ploča od nikla bez električne energije (0,0005–0,001 in) preko tankog tvrdog kromiranog gornjeg sloja (0,0002–0,0005 in). EN osigurava zaštitu od korozije i brtvi čeličnu podlogu, a krom daje tvrdu površinu s niskim-trenjem na kraju. Alternativno, toplinski obrađeni neelektrični nikl sam daje tvrdoću blisku kromu s vrlo dobrom otpornošću na koroziju i poželjna je alternativa za jednostruki premaz.

Praktična razmatranja za izradu grijaćih ploča
Prilikom odabira obloge za grijaću ploču potrebno je razmotriti nekoliko praktičnih pitanja:

Vodikova krhkost - Vodik se može unijeti u čelične podloge visoke čvrstoće (npr. kaljeni alatni čelik) putem EN procesa i procesa tvrdog kroma. Potrebno je nekoliko sati pečenja na 190 stupnjeva nakon nanošenja da bi se ispario vodik i spriječilo pucanje od krtosti.

Utjecaj temperature Neelektrični nikal ima vrhunac tvrdoće na 400 stupnjeva, ali se može omekšati na višim temperaturama. Budite oprezni s grijanjem ploča na temperature iznad 350 stupnjeva. Tvrdi krom je tvrd do oko 400C. Osim toga, oksidira.

Debljina i toplinska vodljivost - Oplata povećava toplinsku otpornost Toplinska vodljivost EN premaza od 0,002 inča (50 µm) manja je od 1% od golog čelika i zanemariva je za većinu grijaćih ploča. Krom ima slabiju toplinsku vodljivost od nikla, ali razlika je mala.

Surface preparation – Both procedures must be cleaned and activated well. The substrate must be devoid of oils, oxides and foreign matter for EN. For hard chrome, the part is often reverse-etched to activate the surface. This can impact dimensional tolerances.

Treba napomenuti da se neelektrični nikal može primijeniti na više različitih materijala za podlogu od tvrdog kroma. EN ploče od aluminija, bakra, nehrđajućeg čelika pa čak i ne{1}}vodljivih materijala (nakon odgovarajuće aktivacije). Tvrdi krom zahtijeva vodljivu površinu i općenito je ograničen na čelik, nehrđajući čelik ili legure bakra.

Ekonomska i ekološka razmatranja
Bezelektrični nikal u odnosu na tvrdi krom nije jednostavna usporedba cijena. Tvrdi krom je jeftiniji u kemijskim i energetskim troškovima po jedinici debljine, ali odlaganje otpada šestovalentnog kroma je skupo i strogo regulirano. Tvrdo kromiranje ograničeno je ili se postupno ukida u nekoliko zemalja (EU, Kalifornija, Kina) zbog kancerogenih emisija Cr(VI) i otpadnih voda. Bezelektrični nikal je kemijski skuplji, ali ima niže regulatorno opterećenje i općenito je ekološki prihvatljiviji.

Za grijaće ploče koje moraju biti u skladu sa zahtjevima zaštite okoliša (npr. RoHS, REACH ili ograničenja u kontaktu s hranom), neelektrični nikal često je jedini mogući način.

Sažetak
Izbor neelektričnog nikla ili tvrdog kroma za zaštitu površina grijaćih ploča ovisi o dominantnom mehanizmu kvara koji se očekuje tijekom rada. Bezelektrični nikal pruža najbolju otpornost na koroziju i konzistenciju premaza za kemijsku obradu, kulinarsku opremu, morsko okruženje i ploče složene geometrije. Tvrdi krom ima izvrsnu tvrdoću i otpornost na habanje i stoga je prikladan za primjene s visokim trošenjem kao što su kalupne ploče, preše za laminiranje i klizne kontaktne površine.

Za većinu grijaćih ploča opće namjene gdje su i korozija i trošenje umjereni, toplinski obrađeni nikal osigurava atraktivnu ravnotežu: tvrdoću koja se približava kromnoj, izvrsnu zaštitu od korozije, jednoliku pokrivenost i usklađenost s okolišem. Ako je glavna briga velika abrazija, tvrdi krom (preko podloge od nikla ako je korozija također problem) i dalje je mogući izbor. Odaberite oplatu na temelju dominantnog načina kvara grijaće ploče, korozije ili habanja, kako biste omogućili da zaštitni premaz produži životni vijek i održi integritet procesa.