Jak se bezproudové niklování srovnává s tvrdým chromováním pro povrchovou ochranu topné desky?

Holý kovový povrch topné desky podléhá korozi, opotřebení nebo lepení. Bezproudový nikl a tvrdý chrom jsou dvě běžné alternativy pokovování, které vytvářejí ochrannou a funkční povrchovou vrstvu. Každý z nich má své vlastní vlastnosti, lépe se hodí pro určité použití. Pro inženýry, kteří si vybírají topné desky pro zpracování potravin, chemické reaktory, formovací zařízení nebo laboratorní zařízení, pochopení kompromisů mezi bezproudovým niklováním a tvrdým chromováním může zajistit, že vybraný povlak poskytne potřebnou životnost a výkon.

Přehled dvou technologií pokovování
Bezproudové pokovování niklem (EN).
Bezproudové niklování je technika autokatalytického chemického nanášení. Kovová složka je ponořena do vodného roztoku obsahujícího ionty niklu a redukční činidlo (obvykle fosfornan sodný). Nikl-slitina fosforu na všech površích, které jsou v kontaktu s roztokem, bez vnějšího elektrického proudu. Povlak je slitina niklu-fosforu, obvykle 5–12 % fosforu (vysoký-fosfor EN poskytuje nejlepší odolnost proti korozi).

EN pokovování se vyznačuje:

Jednotná tloušťka - Geometrie součásti neovlivňuje rychlost nanášení. Složité tvary, slepé otvory, závity a vnitřní kanály jsou potaženy stejnou tloušťkou jako exponované povrchy. To je velká výhoda oproti galvanickému pokovování.

Odolnost proti korozi - Bezproudový nikl s vysokým obsahem fosforu (10–12 % P) má vynikající odolnost vůči chloridům, louhům a mnoha kyselinám. Amorfní povlak nemá žádné hranice zrn, a proto žádné kanály pro korozivní napadení.

Tvrdost – Tvrdost pokovování je asi 50-55 HRC (Rockwell C). Tepelné zpracování po pokovení (obvyklá 1 hodina při 400 stupních) zvyšuje tvrdost na 65-70 HRC, což je srovnatelné s tvrdochromem.

Mazivost – EN má nízký koeficient tření (0,1–0,15 proti oceli, když je suchá) a je samo-mazací díky svému hladkému,-nedráždícímu povrchu.

Tvrdé chromování
Tvrdé chromování je elektrochemická technika. Kovovou sekci tvoří katoda v lázni kyseliny chromové (CrO3) a kyseliny sírové. Roztokem prochází elektrický proud. Tento proud snižuje ionty chrómu a na povrchu se ukládá vrstva elementárního chrómu. Na rozdíl od bezproudového niklu je rychlost nanášení závislá na proudové hustotě, což má za následek silnější povlaky na vnějších rozích a tenčí usazeniny ve vybráních.

Některé z hlavních vlastností tvrdého chromování jsou:

Extrémní tvrdost - Usazeniny tvrdého chromu jsou obvykle 65–72 HRC po pokovení a nevyžadují žádné tepelné zpracování. Tato tvrdost poskytuje vynikající odolnost proti oděru, zadření a adhezivnímu opotřebení.

Nízký koeficient tření - Chrom má velmi nízký koeficient tření za sucha (0,1–0,15 proti oceli), díky čemuž je ideální pro kluzné aplikace.

Špatná odolnost proti korozi - Vrstva chrómu je katodická vůči oceli a má mikroskopické trhliny (v důsledku vnitřního napětí). Tyto trhliny odhalují podkladovou ocel v přítomnosti elektrolytů a způsobují galvanickou korozi. Tvrdý chrom se nedoporučuje jako prevence proti korozi, pokud není pod niklovým povlakem nebo těsněním.

Rozsah tloušťky - Tvrdý chrom lze nanášet v silnějších vrstvách (až 0,010 palce / 250 mikronů) než běžný bezproudový nikl, takže je vhodný pro obnovu opotřebovaných dílů.

Velký rozdíl pro aplikace topných desek
Volba bezproudového niklu nebo tvrdého chromu na topných deskách závisí na hlavních nebezpečích pro povrch desky, korozi nebo opotřebení. Topné desky mohou být vystaveny žíravým výrobním kapalinám, čisticím chemikáliím nebo vlhkému prostředí. Nebo jsou mechanicky obroušeny kluznými díly, kontaktem dílů nebo nástroji.

Odolnost proti korozi
U ohřívacích desek v drsném prostředí-je rozhodující chemická úprava, sanitace potravin, námořní atmosféra nebo při styku s kyselými či žíravými roztoky-zásadní odolnost proti korozi.

Bezproudový nikl (High Phosphorus) nabízí výjimečnou odolnost proti korozi. Povlak je neporézní, amorfní a chemicky inertní. Při testování v solné mlze odolává EN s vysokým obsahem fosforu tvorbě červené rzi po dobu 500-1,000+ hodin (v závislosti na tloušťce a přípravě substrátu). Je odolný vůči napadení zředěnou kyselinou sírovou, kyselinou chlorovodíkovou, louhem sodným a mnoha organickými sloučeninami.

Tvrdý chrom má nízkou vrozenou odolnost proti korozi. Síť mikrotrhlin (10-1000 trhlin na lineární centimetr) umožňuje korozivním elektrolytům proniknout k ocelovému substrátu. Když ocel začne rezavět, může se horní vrstva chromu odlupovat. Tvrdý chrom se proto jako jediný prostředek ochrany proti korozi používá jen zřídka. Pokud je požadována odolnost proti korozi, pak se před chrom umístí niklový podklad nebo se chrom utěsní dodatečnou úpravou.

V praxi je pro situace s převládající korozí jasnou volbou bezproudový nikl. EN pokovování bude spolehlivě fungovat na topné desce v továrně na zpracování potravin, která je denně čištěna chlorovanými nebo kyselými dezinfekčními prostředky. Stejná atmosféra na tvrdé chromované desce by pravděpodobně měla během týdnů rezavé skvrny.

Tvrdost a odolnost proti opotřebení
Odolnost proti opotřebení je důležitá pro ohřívání desek při mechanickém kontaktu (například ohřívané desky v lisování, laminovací lisy nebo zařízení pro tepelné svařování).

Tvrdý chrom je vysoce odolný proti opotřebení. Tvrdost pokovu je 70 HRC a odolává poškrábání, rýhování a opotřebení lepidlem. Topné desky, pochromované, vydrží opakovaný kluzný kontakt s polymerovými fóliemi, tkaninou nebo kovovými nástroji bez výrazné degradace povrchu.

bezproudový nikl -pokovený (50-55 HRC) je měkčí než tvrdý chrom. Tvrdost EN po tepelném zpracování (400 stupňů, 1 hodina) je však 65–70 HRC, což je blízko chromu. Tepelně zpracovaný EN povlak má dobrou odolnost proti opotřebení, i když jeho třecí chování je mírně odlišné.

Všimněte si, že tepelné zpracování EN musí být provedeno po pokovení a před připojením jakýchkoli teplotně citlivých komponent (např. zabudovaných topných těles nebo senzorů). Pokud máte sestavenou topnou desku s přiloženými topnými tělesy, tepelné zpracování nemusí být k dispozici. Za určitých okolností-pokovená tvrdost EN nemusí být dostatečná pro použití s ​​vysokým-opotřebením.

Jednou z velkých výhod bezproudového niklu je jeho homogenita. Pokud má topná deska komplikované vlastnosti (drážky pro termočlánky, závitové montážní otvory nebo tvarované povrchy), EN pokryje všechny oblasti rovnoměrně. Tvrdý chrom je viditelný a bude se usazovat tenčí ve vybráních a silnější v rozích, což vede k nerovnoměrnému opotřebení a možné korozi v tenkých oblastech.

Pokrytí a jednotnost
Žádný jiný proces pokovování nedokáže pokovovat komplikované geometrie tak dobře jako bezproudový nikl. Postup chemické depozice zachovává stejnou tloušťku povlaku na všech smáčených površích. To je velmi užitečné pro ohřev desek s:

Vyvrtané otvory pro ohřívače senzorů nebo patron

Obráběné kanály pro cirkulaci kapaliny

Závitové otvory pro montáž hardwaru

Povrchy se vzory nebo texturou

Vzhledem k tomu, že tvrdší chrom je elektrolytický proces, jsou nezbytné komplikované upevnění a doplňkové anody, aby bylo zajištěno konzistentní pokrytí čehokoli kromě nejjednoduššího tvaru. Rohy a hrany tvoří silnější nánosy (vzhled „psí-kost“), zatímco hluboké díry nebo prohlubně mohou mít jen malé nebo žádné pokovení. Bezproudový nikl poskytuje lepší pokrytí než většina konstrukcí topných desek a řeší problém koroze z nepokovených oblastí.

Mazací a{0}}nelepivé vlastnosti
Oba povlaky poskytují minimální tření, i když existují rozdíly:

Bezproudový nikl poskytuje hladký, otěruvzdorný povrch, který brání přilnutí mnoha materiálů. Zejména EN s vysokým obsahem fosforu má skelnou strukturu, která zabraňuje adhezi polymerů, zbytků potravin a chemických usazenin.

Další vlastností tvrdého chromu je jeho nízké tření a běžně se používá v aplikacích forem a matric, aby se zabránilo slepování lisovaných dílů.

Bezproudový nikl je často volbou pro potravinářské a farmaceutické aplikace kvůli jeho netoxické povaze- a nedostatku šestimocného chrómu, nebezpečné chemikálie. Tvrdé chromování používá nebezpečné Cr(VI) lázně a povlak může vyvolávat obavy z uvolňování chrómu během opotřebení.

Bezproudový nikl vs tvrdý chrom (srovnávací tabulka) pro topné desky
Bezproudový nikl (s vysokým obsahem fosforu) tvrdý chrom
Metoda depozice Auto-katalytická (chemická) Elektrolytická (elektrický proud)
Rovnoměrnost povlaku Výborná - stejná tloušťka na všech površích Špatná - silnější na hranách/rohách, tenčí v prohlubních
Typický rozsah tloušťky 0,0005 – 0,010 palce (12 – 250 µm) 0,001 – 0,003 palce (25 – 75 µm)
Tvrdost, HRC po pokovení 50 – 55 65 – 72
Tepelně{0}}zpracovaná tvrdost (HRC) 65 – 70 (po 400 stupních /1h) Nevhodné (tepelná úprava ničí chrom)
Odolnost proti korozi (solný sprej) Výborná (500 – 1000+ hodin do červené rzi) Špatná (obvykle < 100 hodin bez podložky)
Odolnost vůči chloridům Dobrá až vynikající (vysoká-P EN) Špatná (mikrotrhliny způsobují důlkovou korozi substrátu)
Odolnost vůči žíravým řešenímGoodFair
Koeficient tření (suchý na oceli) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Maximální provozní teplota ~400 stupňů (tvrdost klesne výše) ~400 stupňů (začne oxidace)
Toxicita / obavy o životní prostředí Střední (soli niklu, ale bez Cr(VI)) Vysoká (karcinogenní šestimocný chrom)
Relativní náklady (na jednotku plochy) Střední až vysoké (v závislosti na obsahu fosforu) Nízké až střední (ačkoli zpracování odpadu zvyšuje náklady)
Typické aplikace topných desek Formovací desky, povrchy s vysokým{0}}opotřebením, tvářecí nástroje pro tváření kovů, plochy s kluzným kontaktem Chemické reaktory, zpracování potravin, polovodičová zařízení, námořní prostředí
doporučení pro konkrétní-aplikaci.
Kde září bezproudový nikl
Bezproudové niklování se doporučuje pro topné desky, když jsou hlavními hledisky odolnost proti korozi a rovnoměrné pokrytí. Mezi konkrétní situace patří:

Tepelné desky pro chemické zpracování - Expozice kyselinám, zásadám nebo organickým rozpouštědlům. Nejvyšší antikorozní ochrana byla získána pro 10–12 % P s vysokým-fosforem EN.

Potravinářské a farmaceutické vybavení – EN odpovídá FDA (pokud je správně vyrobeno) a je odolné vůči detergentům. Vyhýbá se problémům s toxicitou šestimocného chrómu.

Námořní a pobřežní instalace Nechráněná ocel nebo špatně pokovený chrom rychle zreziví působením slané vody a vlhkosti. EN poskytuje dlouhotrvající-ochranu.

Komplexní geometrie topných desek EN pokrytí je jednotné na obrobených kanálech, slepých otvorech a závitových prvcích, aby byla zajištěna ochrana všech povrchů.

Aplikace pro polovodiče a čisté prostory - EN neprodukuje-částice a odolává chemickému napadení procesními plyny a čisticími roztoky.

V podmínkách-převládající koroze je preferovanou volbou bezproudový nikl.

Když je tvrdý chrom tou správnou volbou
Pokud jsou nejdůležitějšími požadavky odolnost proti opotřebení a tvrdost povrchu, je procesem volby tvrdé chromování. Příklady:

Lisovací desky Neustálý kontakt s abrazivními formovacími směsmi nebo materiály vyztuženými vlákny vyžaduje nejlepší odolnost proti opotřebení.

Laminovací lisovací desky - K oděru dochází, když se kluzné listy materiálu otírají o povrch desky. Tvrdý chrom může prodloužit životnost desek.

Tepelně lepicí tyče - Musí mít pevný povrch s nízkým třením, aby byl trvale v kontaktu s obalovými fóliemi a aby byly vystaveny mechanickému tlaku.

Přestavba opotřebovaných topných desek - Tvrdý chrom lze nanést mnohem silnější (0,005 až 0,010 palce), aby se obnovily rozměry před konečným broušením.

Tvrdý chrom je vynikající volbou pro situace, kde-dominuje opotřebení. Pokud stejná aplikace navíc obsahuje chloridy nebo vysokou vlhkost, doporučuje se niklová podložka, aby se zabránilo korozi na mikrotrhlinách.

Hybridní metody
V některých náročných aplikacích je nezbytná jak odolnost proti korozi, tak odolnost proti opotřebení. Oblíbeným hybridem je bezproudový niklový podklad (0,0005–0,001 palce) na tenkém tvrdém chromovém vrchním nátěru (0,0002–0,0005 palce). EN poskytuje ochranu proti korozi a utěsňuje ocelový podklad a chrom poskytuje tvrdý povrch s nízkým třením na konci. Alternativně tepelně zpracovaný bezproudový nikl samotný poskytuje tvrdost blízkou chromu s velmi dobrou odolností proti korozi a je preferovanou alternativou jediného povlaku.

Praktické úvahy pro výrobu topných desek
Při výběru pokovení pro topnou desku je třeba zvážit několik praktických otázek:

Vodíková křehkost - Vodík lze zavádět do vysokopevnostních ocelových substrátů (např. tvrzená nástrojová ocel) jak pomocí EN, tak i procesu tvrdochromu. Vyžaduje několik hodin pečení při 190 stupních po pokovení, aby se uvolnil vodík a zabránilo se praskání z křehnutí.

Vlivy teploty Bezproudový nikl má vrchol tvrdosti při 400 stupních, ale může být změkčen při vyšších teplotách. Buďte opatrní s ohřívacími deskami na teploty nad 350 stupňů. Tvrdý chrom je tvrdý do cca 400C. Kromě toho oxiduje.

Tloušťka a tepelná vodivost - Pokovování zvyšuje tepelnou odolnost Tepelná vodivost povlaku EN o tloušťce 0,002 palce (50 µm) je menší než 1 % hodnoty u holé oceli a je u většiny topných desek zanedbatelná. Chrom má horší tepelnou vodivost než nikl, nicméně rozdíl je malý.

Příprava povrchu – Oba postupy musí být dobře vyčištěny a aktivovány. Podklad musí být zbaven olejů, oxidů a cizích látek pro EN. U tvrdého chromu je součást často reverzně-leptána, aby se aktivoval povrch. To může ovlivnit rozměrové tolerance.

Je třeba poznamenat, že bezproudový nikl může být aplikován na širší škálu substrátových materiálů než na tvrdý chrom. EN desky hliník, měď, nerezová ocel a dokonce i -nevodivé materiály (po správné aktivaci). Tvrdý chrom vyžaduje vodivý povrch a je obecně omezen na ocel, nerezovou ocel nebo slitiny mědi.

Ekonomické a ekologické aspekty
Bezproudový nikl versus tvrdý chrom není jednoduché cenové srovnání. Tvrdý chrom je levnější z hlediska nákladů na chemikálie a energii na jednotku tloušťky, ale likvidace odpadu šestimocného chromu je nákladná a vysoce regulovaná. Tvrdé chromování je v několika zemích (EU, Kalifornie, Čína) omezeno nebo vyřazeno z důvodu jeho karcinogenních emisí Cr(VI) a odpadních vod. Bezproudový nikl je chemicky dražší, ale s nižší regulační zátěží a obecněji přijatelný pro životní prostředí.

Pro topné desky, které musí být v souladu s požadavky na ochranu životního prostředí (např. RoHS, REACH nebo omezení kontaktu s potravinami), je bezproudový nikl často jedinou možností.

Abstraktní
Volba bezproudového niklování nebo tvrdého chromování pro ochranu povrchů topných desek závisí na dominantním mechanismu selhání očekávaného v provozu. Bezproudový nikl poskytuje nejlepší odolnost proti korozi a konzistenci povlaku pro chemické zpracování, kulinářské vybavení, mořské prostředí a desky se složitou geometrií. Tvrdý chrom má vynikající tvrdost a odolnost proti opotřebení a je proto vhodný pro aplikace s vysokým opotřebením, jako jsou formovací desky, laminovací lisy a kluzné kontaktní plochy.

Pro většinu ohřívacích desek pro všeobecné použití, kde je koroze i opotřebení mírné, poskytuje tepelně zpracovaný bezproudový nikl atraktivní rovnováhu: tvrdost blížící se tvrdosti chromu, vynikající ochranu proti korozi, rovnoměrné pokrytí a dodržování životního prostředí. Pokud je hlavním problémem vysoká abraze, je stále možnou volbou tvrdý chrom (přes niklovou podložku, pokud je také problémem koroze). Vyberte pokovení na základě dominantního způsobu poruchy topné desky, korozi nebo opotřebení, aby ochranný povlak prodloužil životnost a zachoval integritu procesu.