Cum se compară placarea cu nichel fără electroși cu placarea cu crom dur pentru protecția suprafeței plăcii de încălzire?

O suprafață metalică goală a plăcii de încălzire este supusă coroziunii, uzurii sau lipirii. Nichelul electric și cromul dur sunt două alternative comune de placare care creează un strat de suprafață protector și funcțional. Fiecare are propriile calități, mai potrivite pentru anumite utilizări. Pentru inginerii care aleg plăci de încălzire pentru procesarea alimentelor, reactoare chimice, echipamente de turnare sau dispozitive de laborator, înțelegerea compromisurilor dintre nichelul fără electroși și placarea cu crom dur poate asigura că stratul selectat va oferi durata de viață și performanța necesare.

Studiul celor două tehnologii de placare
Placare cu nichel electroless (EN).
Placarea cu nichel electric este o tehnică de depunere chimică autocatalitică. Componenta metalică este scufundată într-o soluție apoasă care conține ioni de nichel și un agent reducător (de obicei hipofosfit de sodiu). Placare cu aliaj de nichel-fosfor pe toate suprafețele în contact cu soluția fără curent electric extern. Acoperirea este dintr-un aliaj de nichel-fosfor, de obicei 5-12% fosfor (EN-fosfor ridicat oferă cea mai bună rezistență la coroziune).

Placarea EN se caracterizează prin:

Grosimea uniformă - Geometria piesei nu afectează rata de depunere. Formele complexe, găurile oarbe, firele și canalele interne sunt acoperite cu aceeași grosime ca și suprafețele expuse. Acesta este un mare beneficiu față de galvanizare.

Rezistență la coroziune - Nichelul electrostatic cu un nivel ridicat de fosfor (10-12% P) are o rezistență excelentă la cloruri, soluții caustice și mulți acizi. Acoperirea amorfă nu are granițe și, prin urmare, nu are canale pentru atacul coroziv.

Duritate – Duritatea de placare este de aproximativ 50-55 HRC (Rockwell C). Un tratament termic post-placare (o oră la 400 de grade este obișnuit) crește duritatea la 65-70 HRC, ceea ce este comparabil cu cromul dur.

Lubricitate – EN are un coeficient de frecare scăzut (0,1–0,15 față de oțel atunci când este uscat) și este auto-lubrifiant datorită suprafeței sale netede, ne-agățate.

Placări cu crom dur
Cromarea tare este o tehnică electrochimică. Secțiunea metalică este creată catodul într-o baie de acid cromic (CrO₃) și acid sulfuric. Un curent electric trece prin soluție. Acest curent scade ionii de crom, iar la suprafata se depune un strat de crom elementar. Spre deosebire de nichelul electrolips, viteza de depunere depinde de densitatea curentului, rezultând acoperiri mai groase pe colțurile exterioare și depuneri mai subțiri în adâncituri.

Unele dintre principalele caracteristici ale cromării dure sunt:

Duritate extremă - Depunerile de crom dur sunt de obicei de 65–72 HRC, așa cum sunt placate, și nu necesită tratament termic. Această duritate oferă o rezistență excelentă la abraziune, uzură și uzură adezivului.

Coeficient de frecare scăzut - Chrome are un coeficient de frecare uscat foarte scăzut (0,1-0,15 față de oțel), ceea ce îl face perfect pentru aplicații de alunecare.

Rezistență slabă la coroziune - Stratul de crom este catodic față de oțel și prezintă fisuri microscopice (datorită tensiunilor interne). Aceste fisuri expun oțelul subiacent în prezența electroliților și conduc coroziunea galvanică. Cromul dur nu este recomandat pentru prevenirea coroziunii, cu excepția cazului în care există un strat de nichel sau o etanșare.

Intervalul de grosime - Cromul dur poate fi depus în straturi mai groase (până la 0,010 inchi / 250 microni) decât nichelul obișnuit fără electroși, ceea ce îl face potrivit pentru reconstrucția pieselor uzate.

Diferență mare pentru aplicațiile plăcilor de încălzire
Alegerea nichelului fără electroși sau a cromului dur pe plăcile de încălzire este o funcție de principalele pericole pentru suprafața plăcii, coroziune sau uzură. Plăcile de încălzire pot fi supuse fluidelor caustice de fabricație, substanțelor chimice de curățare sau atmosferelor umede. Sau sunt abrazive mecanic de piesele de alunecare, contactul cu piesele sau sculele.

Rezistenta la coroziune
Pentru încălzirea plăcilor în medii dure-prelucrarea chimică, igienizarea alimentelor, atmosfere maritime sau în contact cu soluții acide sau caustice-rezistența la coroziune este esențială.

Nichelul fără electroși (fosfor ridicat) oferă o rezistență excepțională la coroziune. Acoperirea este ne-poroasă, amorfă și inertă din punct de vedere chimic. În testarea cu pulverizare cu sare, EN cu conținut ridicat de fosfor rezistă la formarea de rugină roșie timp de 500-1,000+ ore (în funcție de grosime și de pregătirea substratului). Este rezistent la atacul acidului sulfuric diluat, acid clorhidric, sodă caustică și mulți compuși organici.

Cromul dur are o rezistență înnăscută scăzută la coroziune. Rețeaua de microfisuri (10-1.000 de fisuri pe centimetru liniar) permite electroliților corozivi să ajungă pe substratul de oțel. Când oțelul începe să ruginească, stratul de crom de deasupra se poate desprinde. Prin urmare, cromul dur este rareori folosit ca singur mijloc de protecție împotriva coroziunii. Dacă este necesară rezistența la coroziune, atunci se pune o placă de bază de nichel înaintea cromului sau cromul este sigilat printr-un post-tratament.

În practică, pentru situațiile dominate de coroziune, nichelul electrostatic este alegerea evidentă. Placarea EN va funcționa în mod fiabil pe o placă de încălzire într-o fabrică de prelucrare a alimentelor care este curățată zilnic cu dezinfectanți clorurati sau acizi. Aceeași atmosferă pe o placă de crom dur ar avea probabil pete de rugină în câteva săptămâni.

Duritate și rezistență la uzură
Rezistența la uzură este importantă pentru încălzirea plăcilor sub contact mecanic (de exemplu, plăcile încălzite în turnare prin compresie, prese de laminare sau echipamente de termoetanșare).

Cromul dur este foarte rezistent la uzură. Deoarece duritatea placată este de 70 HRC și rezistă la zgârieturi, crestare și uzură adezivului. Plăcile de încălzire, placate cu crom, pot susține contactul repetat de alunecare cu folii polimerice, țesături sau unelte metalice fără o degradare considerabilă a suprafeței.

nichelul fără electroși, așa cum este placat-(50-55 HRC) este mai moale decât cromul dur. Cu toate acestea, duritatea EN după un tratament termic (400 de grade, 1 oră) este de 65–70 HRC, ceea ce este aproape de crom. Învelișul EN tratat termic posedă o bună rezistență la uzură, deși comportamentul său la frecare este ușor diferit.

Rețineți că tratamentul termic al EN trebuie făcut după placare și înainte de atașarea oricăror componente sensibile la temperatură (de exemplu, încălzitoare sau senzori încorporați). Dacă aveți o placă de încălzire asamblată cu cartuș de încălzire incluse, este posibil ca tratamentul termic să nu fie disponibil. În unele circumstanțe, duritatea EN așa cum este placată-s-ar putea să nu fie suficientă pentru utilizări cu uzură mare-.

Unul dintre marile beneficii ale nichelului electroless este omogenitatea acestuia. Dacă placa de încălzire conține caracteristici complicate (caneluri pentru termocupluri, găuri de montare filetate sau suprafețe conturate) EN va acoperi toate regiunile uniform. Cromul dur este linia vizuală și se va depune mai subțire în adâncituri și mai gros pe colțuri, ceea ce duce la uzură neuniformă și posibilă coroziune în regiunile subțiri.

Acoperire și uniformitate
Niciun alt proces de placare nu poate placa geometrii complicate, precum și nichelul electroless. Procedura de depunere chimică menține aceeași grosime de acoperire pe toate suprafețele umede. Acest lucru este foarte util pentru încălzirea plăcilor cu:

Găuri găurite pentru senzori sau cartușe de încălzire

Canale prelucrate cu circulație a fluidului

Orificii filetate pentru montarea feroneriei

Suprafețe cu modele sau textură

Deoarece cromul mai dur este un proces electrolitic, sunt necesare montaje elaborate și anozi suplimentari pentru a oferi o acoperire consistentă pe orice, în afară de cea mai simplă formă. Colțurile și marginile obțin depuneri mai groase (aspectul „-os de câine”), în timp ce găurile sau adânciturile adânci pot avea o placare mică sau deloc. Nichelul fără electroși oferă o acoperire mai bună decât majoritatea modelelor de plăci de încălzire și rezolvă problema coroziunii din zonele neplacate.

Caracteristici de lubrifiere și anti{0}}aderență
Ambele acoperiri asigură frecare minimă, deși există diferențe:

Nichelul electroless oferă o suprafață netedă, rezistentă la fiere, care descurajează aderarea multor materiale. În special, EN bogat în fosfor are o structură sticloasă care previne aderența polimerilor, a reziduurilor alimentare și a depunerilor chimice.

O altă proprietate a cromului dur este frecarea sa scăzută și este utilizat în mod obișnuit în aplicații de matriță și matriță pentru a preveni lipirea pieselor turnate.

Nichelul fără electricitate este adesea alegerea aplicațiilor alimentare și farmaceutice din cauza naturii sale ne-toxice și a lipsei de crom hexavalent, o substanță chimică periculoasă. Cromarea dură folosește băi periculoase de Cr(VI), iar stratul de acoperire poate crea îngrijorări cu privire la eliberarea de crom în timpul uzurii.

Nichel electroless vs crom dur (tabel de comparație) pentru plăci de încălzire
Crom dur de nichel electroless (fosfor ridicat).
Metoda de depunere Auto-catalitică (chimică) Electrolitică (curent electric)
Uniformitate acoperire Excelent - aceeași grosime pe toate suprafețele Slab - mai gros pe margini/colțuri, mai subțire în adâncituri
Interval tipic de grosime 0,0005 – 0,010 in (12 – 250 µm) 0,001 – 0,003 in (25 – 75 µm)
Duritate, HRC ca placat 50 – 55 65 – 72
Duritate tratată termic-(HRC) 65 – 70 (după 400 de grade/1 h) Nu este potrivit (tratamentul termic distruge cromul)
Rezistență la coroziune (spray de sare) Excelent (500 – 1000+ ore până la rugină roșie) Slab (de obicei < 100 ore fără placa de bază)
Rezistență la cloruri Bună până la remarcabil (P EN ridicat-) Slab (microfisurile produc pitting substrat)
Rezistență la soluții caustice
Coeficient de frecare (uscat pe oțel) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Temperatura maximă de serviciu ~400 de grade (duritatea scade deasupra) ~400 de grade (începe oxidarea)
Toxicitate / Preocupări de mediu Moderat (săruri de nichel, dar fără Cr(VI)) Ridicat (crom hexavalent cancerigen)
Cheltuială relativă (pe unitate de suprafață) Moderat până la mare (în funcție de conținutul de fosfor) Scăzut până la moderat (deși tratarea deșeurilor adaugă cheltuieli)
Aplicații tipice ale plăcilor de încălzire Platine de turnare, suprafețe cu uzură ridicată-, matrițe de formare a metalelor, zone de contact de alunecare Reactoare chimice, procesare alimentară, echipamente semiconductoare, medii maritime
recomandări-specifice aplicației.
Unde nichelul electroless strălucește
Placarea cu nichel fără electricitate este recomandată pentru încălzirea plăcilor atunci când rezistența la coroziune și acoperirea uniformă sunt considerațiile majore. Situațiile specifice includ:

Plăci de încălzire pentru procesare chimică - Expunere la acid, alcali sau la solvenți organici. Cea mai mare protecție la coroziune a fost obținută pentru EN cu 10–12% P cu un conținut ridicat de-fosfor.

Echipamente alimentare și farmaceutice – EN este conform FDA (când este fabricat corect) și rezistent la detergenți. Evită problemele de toxicitate cu cromul hexavalent.

Instalații marine și de coastă Oțelul neprotejat sau cromul prost placat va rugini rapid din cauza pulverizării sărate și a umidității. EN oferă o protecție-de lungă durată.

Geometrii complexe ale plăcilor de încălzire Acoperirea EN este uniformă pe canalele prelucrate, găurile oarbe și caracteristicile filetate pentru a asigura că toate suprafețele sunt protejate.

Aplicații cu semiconductori și camere curate - EN nu prezintă particule și rezistă la atacul chimic din cauza gazelor de proces și a soluțiilor de curățare.

În condițiile dominate de coroziune-, nichelul fără electroși este alegerea preferată.

Când Hard Chrome este alegerea potrivită
Când cele mai importante cerințe sunt rezistența la uzură și duritatea suprafeței, placarea cu crom dur este procesul de alegere. Exemple sunt:

Platine de turnare prin compresie Contactul constant cu compuși abrazivi de matriță sau materiale armate cu fibre necesită cea mai bună rezistență la uzură.

Plăci de presare pentru laminare - Abraziunea are loc atunci când foile de material care alunecă se freacă de suprafața plăcii. Cromul dur poate prelungi durata de viață a plăcilor.

Bare de termoetanșare - Trebuie să aibă o suprafață fermă, cu frecare scăzută, pentru contactul constant cu filmele de ambalare și expuse la presiune mecanică.

Refacerea plăcilor de încălzire uzate - Cromul dur poate fi acoperit mult mai gros (0,005 până la 0,010 inchi) pentru a restabili dimensiunile înainte de șlefuirea finală.

Cromul dur este o alegere excelentă pentru situațiile-dominate cu uzura. Dacă aceeași aplicație include în plus cloruri sau umiditate ridicată, se recomandă o placă de sub nichel pentru a evita coroziunea la microfisuri.

Metode hibride
În unele aplicații solicitante, sunt necesare atât rezistența la coroziune, cât și rezistența la uzură. Un hibrid popular este o placă subțire de nichel fără electroși (0,0005–0,001 inchi) peste un strat de crom dur subțire (0,0002–0,0005 inchi). EN oferă protecție împotriva coroziunii și etanșează substratul de oțel, iar cromul oferă suprafața dură cu frecare redusă-la capăt. În mod alternativ, nichelul electroless tratat termic oferă o duritate apropiată de crom, cu o rezistență foarte bună la coroziune și este o alternativă preferată de acoperire cu un singur strat.

Considerații practice pentru realizarea plăcilor de încălzire
Mai multe aspecte practice trebuie luate în considerare atunci când alegeți o placare pentru o placă de încălzire:

Fragilarea prin hidrogen - Hidrogenul poate fi introdus în substraturi de oțel de înaltă rezistență (de exemplu, oțel de scule întărit) atât prin procesele EN, cât și prin cele de crom dur. Este nevoie de câteva ore de coacere la 190 de grade după placare pentru a elibera hidrogenul și pentru a preveni crăparea prin fragilizare.

Impactul asupra temperaturii Nichelul electroless are un vârf de duritate la 400 de grade, dar poate fi înmuiat la temperaturi mai ridicate. Fiți atenți la încălzirea plăcilor la temperaturi peste 350 de grade. Cromul dur este dur până la aproximativ 400C. Dincolo de aceasta se oxidează.

Grosimea și conductivitatea termică - Placarea adaugă rezistență termică Conductivitatea termică a unei acoperiri EN de 0,002 inchi (50 µm) este mai mică de 1% din cea a oțelului necompletat și este neglijabilă pentru majoritatea plăcilor de încălzire. Cromul are o conductivitate termică mai slabă decât nichelul, însă diferența este mică.

Pregătirea suprafeței – Ambele proceduri trebuie curățate și activate bine. Substratul trebuie să fie lipsit de uleiuri, oxizi și materii străine pentru EN. Pentru cromul dur, piesa este adesea gravată invers-pentru a activa suprafața. Acest lucru poate afecta toleranțele dimensionale.

Trebuie remarcat faptul că nichelul electroless poate fi aplicat pe o varietate mai mare de materiale substrat decât cromul dur. Placi EN aluminiu, cupru, oțel inoxidabil și chiar materiale ne-conductoare (după activarea corespunzătoare). Cromul dur necesită o suprafață conductoare și este în general limitat la oțel, oțel inoxidabil sau aliaje de cupru.

Considerații economice și de mediu
Nichelul electric versus cromul dur nu este o comparație simplă a prețurilor. Cromul dur este mai puțin costisitor în ceea ce privește cheltuielile chimice și energetice pe unitate de grosime, dar eliminarea deșeurilor de crom hexavalent este costisitoare și foarte reglementată. Cromarea tare este limitată sau eliminată treptat în mai multe țări (UE, California, China) din cauza emisiilor sale cancerigene de Cr(VI) și a apelor uzate. Nichelul neelectronic este mai scump din punct de vedere chimic, dar mai scăzut ca sarcină de reglementare și, în general, este acceptabil din punct de vedere al mediului.

Pentru plăcile de încălzire care trebuie să fie conforme cu cerințele de mediu (de exemplu, RoHS, REACH sau restricții de contact cu alimente), nichelul fără electroși este adesea singura cale de a merge.

Abstract
Alegerea placajului cu nichel fără electroși sau cromat dur pentru protecția suprafețelor plăcilor de încălzire depinde de mecanismul dominant de defecțiune așteptat în funcționare. Nichelul electroless oferă cea mai bună rezistență la coroziune și consistență de acoperire pentru prelucrarea chimică, echipamentele culinare, mediile marine și plăcile cu geometrie complexă. Cromul dur are o duritate excelentă și rezistență la uzură și, prin urmare, este potrivit pentru aplicații cu uzură mare, cum ar fi plăcile de turnare, presele de laminare și suprafețele de contact de alunecare.

Pentru cele mai multe plăci de încălzire de uz general, în care coroziunea și uzura sunt ambele moderate, nichelul fără electricitate tratat termic oferă un echilibru atractiv: duritate apropiată de cea a cromului, protecție excelentă împotriva coroziunii, acoperire uniformă și respectarea mediului. Dacă grija principală este abraziunea ridicată, cromul dur (peste o placă de sub nichel dacă coroziunea este, de asemenea, o problemă) este încă o alegere posibilă. Selectați placarea pe baza modului de defectare dominant al plăcii de încălzire, coroziune sau uzură, pentru a permite stratului de protecție să prelungească durata de viață și să mențină integritatea procesului.