Как се сравнява безелектрическото никелиране с твърдото хромиране за защита на повърхността на нагревателната плоча?

Голата метална повърхност на нагревателната плоча е обект на корозия, износване или залепване. Безелектрическият никел и твърдият хром са две общи алтернативи за покритие, които създават защитен и функционален повърхностен слой. Всеки има свои собствени качества, по-подходящи за определени употреби. За инженерите, които избират нагревателни плочи за обработка на храни, химически реактори, оборудване за формоване или лабораторни устройства, разбирането на компромисите между неелектротехнически никел и твърдо хромиране може да гарантира, че избраното покритие ще осигури необходимия експлоатационен живот и производителност.

Обзор на двете технологии за покритие
Безелектрическо никелиране (EN).
Безелектрическото никелиране е техника за автокаталитично химическо отлагане. Металният компонент се потапя във воден разтвор, съдържащ никелови йони и редуциращ агент (обикновено натриев хипофосфит). Покритие с никел-фосфорна сплав върху всички повърхности в контакт с разтвора без външен електрически ток. Покритието е никел-фосфорна сплав, обикновено 5–12% фосфор (високо-фосфор EN осигурява най-добра устойчивост на корозия).

EN покритието се характеризира с:

Равномерна дебелина - Геометрията на частта не влияе на скоростта на отлагане. Сложни форми, глухи отвори, резби и вътрешни канали са покрити със същата дебелина като откритите повърхности. Това е голямо предимство пред галванопластиката.

Устойчивост на корозия - Безелектрическият никел с високо съдържание на фосфор (10-12% P) има отлична устойчивост на хлориди, разтвори на каустик и много киселини. Аморфното покритие няма граници на зърната и следователно няма канали за корозивно нападение.

Твърдост – Твърдостта на покритието е около 50-55 HRC (Rockwell C). Топлинна обработка след нанасяне на покритие (обикновено 1 час при 400 градуса) повишава твърдостта до 65-70 HRC, което е сравнимо с твърдия хром.

Смазваща способност – EN има нисък коефициент на триене (0,1–0,15 спрямо стомана, когато е сух) и е само-смазващ се поради гладката си, не-надраскваща повърхност.

Твърди хромирани покрития
Твърдото хромиране е електрохимична техника. Металната секция се създава като катод във вана от хромна киселина (CrO₃) и сярна киселина. През разтвора се пропуска електрически ток. Този ток намалява хромните йони и върху повърхността се отлага покритие от елементарен хром. За разлика от безелектрическия никел, скоростта на отлагане зависи от плътността на тока, което води до по-дебели покрития на външните ъгли и по-тънки отлагания във вдлъбнатините.

Някои от основните характеристики на твърдото хромиране са:

Изключителна твърдост - Отлаганията от твърд хром обикновено са 65–72 HRC при покритие и не изискват термична обработка. Тази твърдост дава отлична устойчивост на абразия, протриване и адхезивно износване.

Нисък коефициент на триене - Chrome има много нисък коефициент на триене в сухо състояние (0,1-0,15 спрямо стомана), което го прави идеален за плъзгащи приложения.

Слаба устойчивост на корозия - Хромният слой е катоден спрямо стоманата и има микроскопични пукнатини (поради вътрешни напрежения). Тези пукнатини излагат подлежащата стомана в присъствието на електролити и предизвикват галванична корозия. Твърдият хром не се препоръчва за предотвратяване на корозия, освен ако няма основно никелово покритие или уплътнение.

Диапазон на дебелината - Твърдият хром може да се нанася на по-дебели слоеве (до 0,010 инча / 250 микрона) от обикновения никел без електролитно покритие, което го прави подходящ за възстановяване на износени части.

Голяма разлика при приложенията на нагревателните плочи
Изборът на безелектрически никел или твърд хром върху нагревателните плочи зависи от основните опасности за повърхността на плочата, корозия или износване. Нагревателните плочи могат да бъдат подложени на разяждащи производствени течности, почистващи химикали или влажна атмосфера. Или се абразивират механично чрез плъзгащи се части, контакт с части или инструменти.

Устойчивост на корозия
За нагревателни плочи в тежки среди-химическа обработка, санитарни условия на храна, морски атмосфери или в контакт с киселинни или разяждащи разтвори-устойчивостта на корозия е от решаващо значение.

Безелектрическият никел (високо съдържание на фосфор) предлага изключителна устойчивост на корозия. Покритието не е-поресто, аморфно и химически инертно. При тестване със солен спрей EN с високо съдържание на фосфор издържа на образуването на червена ръжда за 500-1, 000+ часа (в зависимост от дебелината и подготовката на основата). Устойчив е на атаки от разредена сярна киселина, солна киселина, сода каустик и много органични съединения.

Твърдият хром има ниска вродена устойчивост на корозия. Мрежата от микропукнатини (10-1000 пукнатини на линеен сантиметър) позволява на корозивните електролити да достигнат до стоманената основа. Когато стоманата започне да ръждясва, хромираният слой отгоре може да се отлепи. Поради това твърдият хром рядко се използва като единственото средство за защита от корозия. Ако се изисква устойчивост на корозия, тогава се поставя никелова основа преди хром или хромът се запечатва чрез последваща обработка.

На практика, за ситуации, доминирани от корозия, безелектрическият никел е очевидният избор. EN покритието ще функционира надеждно върху нагревателна плоча във фабрика за преработка на храни, която се почиства ежедневно с хлорирани или киселинни дезинфектанти. Същата атмосфера върху твърда хромирана плоча вероятно ще има петна от ръжда след седмици.

Твърдост и износоустойчивост
Устойчивостта на износване е важна за нагревателните плочи при механичен контакт (например нагрети плочи при пресоване под налягане, преси за ламиниране или оборудване за топлинно запечатване).

Твърдият хром е много устойчив на износване. Твърдостта на покритието е 70 HRC и е устойчива на надраскване, нарязване и износване от лепило. Нагревателните плочи, хромирани, могат да поддържат многократен плъзгащ се контакт с полимерни филми, плат или метални инструменти без значително увреждане на повърхността.

без електролитно покритие от никел (50-55 HRC) е по-мек от твърдия хром. Твърдостта по EN обаче след топлинна обработка (400 градуса, 1 час) е 65–70 HRC, което е близко до хрома. Термично обработеното EN покритие притежава добра устойчивост на износване, въпреки че поведението му при триене е малко по-различно.

Обърнете внимание, че термичната обработка на EN трябва да се извърши след нанасяне на покритие и преди да бъдат прикрепени чувствителни към температура компоненти (напр. вградени нагреватели или сензори). Ако имате сглобена нагревателна плоча с включени патронни нагреватели, топлинната обработка може да не е налична. При някои обстоятелства, -покритата EN твърдост може да не е достатъчна за-употреби с високо износване.

Едно от големите предимства на безелектрическия никел е неговата хомогенност. Ако нагревателната плоча има сложни характеристики (жлебове за термодвойки, отвори с резба за монтаж или контурни повърхности), EN ще покрие равномерно всички области. Твърдият хром е пряка видимост и ще се отложи по-тънък във вдлъбнатините и по-дебел в ъглите, което води до неравномерно износване и възможна корозия в тънките области.

Покритие и еднородност
Никой друг процес на нанасяне на покритие не може да обработи сложни геометрии така добре, както без електролитния никел. Процедурата на химическо отлагане поддържа същата дебелина на покритието върху всички намокрени повърхности. Това е много полезно за нагряване на плочи с:

Пробити отвори за сензорни или патронни нагреватели

Обработени канали за циркулация на течности

Отвори с резба за монтаж на хардуер

Повърхности с шарки или текстура

Тъй като по-твърдият хром е електролитен процес, сложното закрепване и допълнителните аноди са необходими, за да осигурят последователно покритие върху всичко, освен най-простата форма. Ъглите и ръбовете получават по-дебели отлагания (изглед на „куче-кост“), докато дълбоките дупки или вдлъбнатини могат да получат малко или никакво покритие. Безелектрическият никел осигурява по-добро покритие от повечето дизайни на нагревателни плочи и решава проблема с корозията от непокритите зони.

Смазваща способност и незалепващи-характеристики
И двете покрития осигуряват минимално триене, въпреки че има разлики:

Електрическият никел осигурява гладка, устойчива на жлъчка повърхност, която обезсърчава залепването на много материали. По-специално, EN с високо съдържание на фосфор има стъклена структура, която предотвратява адхезията на полимери, остатъци от храна и химически отлагания.

Друго свойство на твърдия хром е ниското му триене и обикновено се използва в приложения за матрици и матрици, за да се предотврати залепването на формованите части.

Безелектрическият никел често е изборът за хранителни и фармацевтични приложения поради неговата не-токсична природа и липсата на шествалентен хром, опасен химикал. Твърдото хромиране използва опасни Cr(VI) вани и покритието може да предизвика опасения относно отделянето на хром по време на износване.

Безелектрически никел срещу твърд хром (сравнителна таблица) за нагревателни плочи
Електрически никел (с високо съдържание на фосфор) твърд хром
Метод на отлагане Авто-каталитичен (химичен) Електролитен (електрически ток)
Еднородност на покритието Отлично - еднаква дебелина на всички повърхности Лошо - по-дебело по ръбовете/ъглите, по-тънко във вдлъбнатините
Типичен диапазон на дебелината 0,0005 – 0,010 in (12 – 250 µm) 0,001 – 0,003 in (25 – 75 µm)
Твърдост, HRC като покритие 50 – 55 65 – 72
Твърдост-обработена с топлина (HRC) 65 – 70 (след 400 градуса/1 час) Неподходяща (топлинната обработка унищожава хрома)
Устойчивост на корозия (солен спрей) Отлична (500 – 1000+ часа до червена ръжда) Лоша (обикновено < 100 часа без подложка)
Устойчивост на хлориди Добра до изключителна (високо-P EN) Лоша (микропукнатините предизвикват хлътване на субстрата)
Устойчивост на разяждащи разтвори. Добър
Коефициент на триене (сухо върху стомана) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Максимална работна температура ~400 градуса (твърдостта спада над) ~400 градуса (започва окисляване)
Токсичност/загриженост за околната среда Умерена (никелови соли, но без Cr(VI)) Висока (канцерогенен шествалентен хром)
Относителен разход (на единица площ) Умерен до висок (в зависимост от съдържанието на фосфор) Нисък до умерен (въпреки че обработката на отпадъци добавя разходи)
Типични приложения за нагревателни плочи Формовъчни плочи, високо{0}}износващи се повърхности, матрици за формоване на метал, плъзгащи се контактни зони Химически реактори, обработка на храни, полупроводниково оборудване, морска среда
препоръки за-конкретно приложение.
Където безелектрическият никел блести
Безелектрическото никелиране се препоръчва за нагревателни плочи, когато устойчивостта на корозия и равномерното покритие са основните съображения. Специфичните ситуации включват:

Нагревателни плочи за химическа обработка - Излагане на киселина, основа или органичен разтворител. Най-високата защита от корозия е получена за 10–12% P с високо-фосфор EN.

Хранително и фармацевтично оборудване – EN е съвместимо с FDA (когато е правилно произведено) и е устойчиво на детергенти. Той избягва проблемите с токсичността на шествалентния хром.

Морски и крайбрежни инсталации Незащитената стомана или лошо покритият хром ще ръждясват бързо от солени пръски и влага. EN осигурява дълготрайна-защита.

Сложни геометрии на нагревателни плочи EN покритието е еднакво върху машинно обработени канали, глухи отвори и елементи с резба, за да се гарантира, че всички повърхности са защитени.

Приложения в полупроводници и чисти помещения - EN не-съдържа частици и е устойчив на химическо нападение от технологични газове и почистващи разтвори.

При условия,-доминирани от корозия, никелът без електричество е предпочитаният избор.

Когато твърдият Chrome е правилният избор
Когато най-важните изисквания са устойчивост на износване и твърдост на повърхността, предпочитаният процес е твърдото хромиране. Примери за това са:

Пластини за формоване под налягане Постоянният контакт с абразивни форми или материали, подсилени с влакна, изисква най-добра устойчивост на износване.

Ламиниране на пресови плочи - Абразията се получава, когато плъзгащи се листове материал се търкат по повърхността на плочата. Твърдият хром може да удължи живота на плочите.

Решетки за топлинно запечатване - Те трябва да имат твърда повърхност с ниско триене за постоянен контакт с опаковъчните фолиа и излагане на механичен натиск.

Възстановяване на износени нагревателни плочи - Твърдият хром може да бъде покрит с много по-голяма дебелина (0,005 до 0,010 инча), за да се възстановят размерите преди окончателното шлайфане.

Твърдият хром е отличен избор за-ситуации, в които преобладава износването. Ако същото приложение включва допълнително хлориди или висока влажност, се препоръчва никелова подложка, за да се избегне корозия при микропукнатини.

Хибридни методи
В някои взискателни приложения са необходими както устойчивост на корозия, така и устойчивост на износване. Популярен хибрид е безелектрическа никелова подложка (0,0005–0,001 инча) върху тънък твърд хромиран горен слой (0,0002–0,0005 инча). EN осигурява защита от корозия и запечатва стоманената основа, а хромът осигурява твърдата повърхност с ниско-триене в края. Като алтернатива, термично обработеният без електролит никел сам по себе си дава твърдост, близка до хрома, с много добра устойчивост на корозия и е предпочитана алтернатива за единично покритие.

Практически съображения за изработване на нагревателни плочи
При избора на покритие за нагревателна плоча трябва да се вземат предвид няколко практически въпроса:

Водородна крехкост - Водородът може да бъде въведен в стоманени субстрати с висока якост (напр. закалена инструментална стомана) както чрез EN, така и чрез процеси с твърд хром. Изисква няколко часа печене при 190 градуса след покритие, за да се отдели водород и да се предотврати напукване от крехкост.

Температурни въздействия. Електрическият никел има пик на твърдост при 400 градуса, но може да бъде смекчен при по-високи температури. Бъдете внимателни с нагревателните плочи до температури над 350 градуса. Твърдият хром е твърд до около 400C. Освен това се окислява.

Дебелина и топлопроводимост - Покритието добавя термична устойчивост Топлинната проводимост на 0,002 инча (50 µm) EN покритие е по-малко от 1% от тази на гола стомана и е незначителна за повечето нагревателни плочи. Хромът има по-лоша топлопроводимост от никела, но разликата е малка.

Подготовка на повърхността – И двете процедури трябва да се почистят и активират добре. Субстратът трябва да е лишен от масла, оксиди и чужди вещества за EN. При твърдия хром частта често е обратно-гравирана, за да активира повърхността. Това може да повлияе на допустимите отклонения на размерите.

Трябва да се отбележи, че безелектрическият никел може да се нанася върху по-голямо разнообразие от субстратни материали, отколкото твърдия хром. EN плочи от алуминий, мед, неръждаема стомана и дори не-проводими материали (след правилно активиране). Твърдият хром изисква проводима повърхност и обикновено се ограничава до стомана, неръждаема стомана или медни сплави.

Икономически и екологични съображения
Безелектрически никел срещу твърд хром не е просто сравнение на цените. Твърдият хром е по-евтин като химически и енергийни разходи за единица дебелина, но изхвърлянето на отпадъци от шествалентен хром е скъпо и силно регулирано. Твърдото хромиране е ограничено или постепенно премахнато в няколко страни (ЕС, Калифорния, Китай) поради канцерогенните емисии на Cr(VI) и отпадните води. Безелектрическият никел е по-скъп от химическа гледна точка, но е с по-ниско регулаторно натоварване и като цяло е приемлив за околната среда.

За нагревателни плочи, които трябва да отговарят на изискванията за околната среда (напр. RoHS, REACH или ограничения за контакт с храни), безелектрическият никел често е единственият начин.

Резюме
Изборът на безелектрическо никелиране или твърдо хромирано покритие за защита на повърхностите на нагревателните плочи зависи от доминиращия механизъм на повреда, очакван при експлоатация. Електрическият никел осигурява най-добрата устойчивост на корозия и консистенция на покритието за химическа обработка, кулинарно оборудване, морска среда и плочи със сложна геометрия. Твърдият хром има отлична твърдост и устойчивост на износване и следователно е подходящ за приложения с високо износване като формовъчни плочи, преси за ламиниране и плъзгащи се контактни повърхности.

За повечето нагревателни плочи с общо предназначение, където и корозията, и износването са умерени, термично обработеният без електролит никел осигурява привлекателен баланс: твърдост, близка до тази на хрома, отлична защита от корозия, равномерно покритие и екологично съответствие. Ако основното безпокойство е високата абразия, твърдият хром (върху никелова подложка, ако корозията също е проблем) все още е възможен избор. Изберете покритие въз основа на доминиращия режим на повреда на нагревателната плоча, корозия или износване, за да позволите на защитното покритие да удължи експлоатационния живот и да поддържа целостта на процеса.