Яке нікелювання без гальванічного нанесення порівняно з твердим хромуванням для захисту поверхні нагрівальної пластини?

Гола металева поверхня нагрівальної пластини піддається корозії, зношенню або прилипанню. Безелектричний нікель і твердий хром є двома поширеними альтернативами покриття, які створюють захисний і функціональний поверхневий шар. Кожен має свої властивості, які краще підходять для певного використання. Для інженерів, які обирають нагрівальні пластини для харчової промисловості, хімічних реакторів, обладнання для формування чи лабораторних пристроїв, розуміння компромісу між безгальовим нікелюванням і твердим хромуванням може гарантувати, що вибране покриття забезпечить необхідний термін служби та продуктивність.

Огляд двох технологій покриття
Безелектричне нікельування (EN).
Безелектричне нікелювання — це техніка автокаталітичного хімічного осадження. Металевий компонент занурюють у водний розчин, що містить іони нікелю та відновник (зазвичай гіпофосфіт натрію). Покриття з нікель-фосфорного сплаву на всіх поверхнях, що контактують із розчином, без зовнішнього електричного струму. Покриття являє собою нікель-фосфорний сплав, зазвичай 5–12% фосфору (високий-фосфор EN забезпечує найкращу стійкість до корозії).

EN покриття характеризується:

Рівномірна товщина - Геометрія деталі не впливає на швидкість осадження. Складні форми, глухі отвори, різьби та внутрішні канали покриваються такою ж товщиною, що й відкриті поверхні. Це велика перевага в порівнянні з гальванічним покриттям.

Стійкість до корозії - Неелектричний нікель із високим вмістом фосфору (10-12% P) має чудову стійкість до хлоридів, їдких розчинів і багатьох кислот. Аморфне покриття не має меж зерен і, отже, каналів для корозійного впливу.

Твердість – Твердість покриття становить приблизно 50-55 HRC (Роквелл С). Термічна обробка після покриття (зазвичай 1 година при 400 градусах) підвищує твердість до 65-70 HRC, що можна порівняти з твердим хромом.

Змащувальна здатність – EN має низький коефіцієнт тертя (0,1–0,15 проти сталі в сухому стані) і само-змащується завдяки своїй гладкій поверхні, що не-задирається.

Тверді хромовані покриття
Жорстке хромування є електрохімічним методом. Металеву секцію створюють катодом у ванні з хромовою кислотою (CrO₃) і сірчаною кислотою. Через розчин пропускають електричний струм. Цей струм знижує кількість іонів хрому, і на поверхні утворюється шар елементарного хрому. На відміну від неелектричного нікелю, швидкість осадження залежить від щільності струму, що призводить до більш товстих покриттів на зовнішніх кутах і тонших відкладень у виїмках.

Деякі з основних особливостей твердого хромування:

Надзвичайна твердість - Відкладення твердого хрому зазвичай мають 65–72 HRC після покриття й не потребують термічної обробки. Ця твердість забезпечує відмінну стійкість до стирання, задирів і адгезивного зношування.

Низький коефіцієнт тертя - Chrome має дуже низький коефіцієнт сухого тертя (0,1-0,15 проти сталі), що робить його ідеальним для ковзання.

Низька корозійна стійкість - Шар хрому є катодом сталі та має мікроскопічні тріщини (через внутрішні напруги). Ці тріщини оголюють підстилаючу сталь у присутності електролітів і викликають гальванічну корозію. Твердий хром не рекомендується використовувати для запобігання корозії, якщо під ним немає нікелевого покриття або ущільнення.

Діапазон товщини - Твердий хром можна наносити більш товстими шарами (до 0,010 дюйма / 250 мікрон), ніж звичайний нікель без електролітичної обробки, що робить його придатним для відновлення зношених деталей.

Велика різниця для нагрівальних пластин
Вибір нікелю чи твердого хрому на нагрівальних пластинах залежить від основної небезпеки для поверхні пластини, корозії чи зносу. Нагрівальні пластини можуть піддаватися дії їдких виробничих рідин, хімікатів для чищення або вологого середовища. Або вони механічно стираються ковзаючими частинами, контактом частин або інструментом.

Стійкість до корозії
Для нагрівання пластин у суворих умовах-хімічної обробки, харчової санітарії, морської атмосфери або контакту з кислотними чи їдкими розчинами-корозійна стійкість має вирішальне значення.

Безелектричний нікель (з високим вмістом фосфору) забезпечує виняткову стійкість до корозії. Покриття не-пористе, аморфне та хімічно інертне. Під час тестування на сольовий туман EN з високим вмістом фосфору протистоїть утворенню червоної іржі протягом 500-1, 000+ годин (залежно від товщини та підготовки основи). Він стійкий до дії розведеної сірчаної кислоти, соляної кислоти, каустичної соди та багатьох органічних сполук.

Твердий хром має низьку вроджену стійкість до корозії. Мережа мікротріщин (10-1000 тріщин на погонний сантиметр) дозволяє корозійним електролітам досягати сталевої основи. Коли сталь починає іржавіти, верхній шар хрому може відшаруватися. Тому твердий хром рідко використовується як єдиний засіб захисту від корозії. Якщо необхідна стійкість до корозії, то нікелеву нижню пластину встановлюють перед хромуванням або хром запечатують після обробки.

На практиці, для ситуацій, де переважає корозія, очевидним вибором є нікель без електроліту. EN покриття надійно функціонуватиме на нагрівальній плиті на харчовому заводі, яку щодня очищають хлорованими або кислотними дезінфікуючими засобами. Така сама атмосфера на твердій хромованій пластині, ймовірно, матиме плями іржі протягом кількох тижнів.

Твердість і зносостійкість
Зносостійкість важлива для нагрівальних плит при механічному контакті (наприклад, нагріті плити під час пресування, преси для ламінування або обладнання для термозварювання).

Твердий хром має високу стійкість до зносу. Твердість покриття становить 70 HRC і стійка до подряпин, подряпин і зносу клею. Нагрівальні пластини, хромовані, можуть витримувати багаторазовий ковзний контакт з полімерними плівками, тканиною або металевими інструментами без значного пошкодження поверхні.

нікель із -покриттям (50-55 HRC) м’якший за твердий хром. Однак твердість EN після термічної обробки (400 градусів, 1 година) становить 65–70 HRC, що близько до хрому. Термічно оброблене покриття EN має хорошу зносостійкість, хоча його поведінка при терті дещо відрізняється.

Зауважте, що термічну обробку EN слід проводити після нанесення покриття та перед приєднанням будь-яких чутливих до температури компонентів (наприклад, вбудованих нагрівачів або датчиків). Якщо у вас зібрана нагрівальна плита з картриджними нагрівачами, термообробка може бути недоступна. У деяких випадках твердість-за стандартом EN може бути недостатньою для -використання з високим зносом.

Однією з значних переваг нікелю без електроліту є його однорідність. Якщо нагрівальна пластина має складні характеристики (канавки для термопар, різьбові монтажні отвори або контурні поверхні), EN рівномірно покриє всі ділянки. Твердий хром – це пряма видимість, він буде тоншим у виїмках і товщим на кутах, що призведе до нерівномірного зносу та можливої ​​корозії на тонких ділянках.

Покриття та однорідність
Жоден інший процес гальванічного покриття не може так добре гальмувати нікель зі складною геометричною формою, як неелектролітичний нікель. Процедура хімічного осадження підтримує однакову товщину покриття на всіх зволожених поверхнях. Це дуже корисно для нагрівання плит з:

Просвердлені отвори для сенсорних або картриджних нагрівачів

Оброблені канали циркуляції рідини

Різьбові отвори для кріплення фурнітури

Поверхні з візерунками або текстурою

Since harder chrome is an electrolytic process, elaborate fixturing and supplementary anodes are necessary to provide consistent coverage on anything but the simplest shape. Corners and edges get thicker deposits (the "dog-bone" look), while deep holes or recesses may get little or no plating. Electroless nickel gives better coverage than most heating plate designs and solves the problem of corrosion from unplated areas.

Змащуюча здатність і антипригарні-характеристики
Обидва покриття забезпечують мінімальне тертя, хоча є відмінності:

Нікель без електричного струму забезпечує гладку поверхню, стійку до пошкоджень, що перешкоджає прилипанню багатьох матеріалів. Зокрема, EN з високим вмістом фосфору має склоподібну структуру, яка запобігає прилипанню полімерів, залишків їжі та хімічних відкладень.

Іншою властивістю твердого хрому є його низьке тертя, і його зазвичай використовують у формах і матрицях, щоб запобігти прилипанню формованих деталей.

Неелектричний нікель часто використовують у харчових продуктах і фармацевтиці через його не-токсичну природу та відсутність шестивалентного хрому, небезпечної хімікати. Для твердого хромування використовуються небезпечні ванни Cr(VI), і покриття може викликати занепокоєння щодо виділення хрому під час носіння.

Безелектричний нікель проти твердого хрому (порівняльна таблиця) для нагрівальних плит
Безелектричний нікель (з високим вмістом фосфору) твердий хром
Метод осадження Авто-каталітичний (хімічний) Електролітичний (електричний струм)
Рівномірність покриття Відмінна - однакова товщина на всіх поверхнях Погана - товщі на краях/кутах, тонші в поглибленнях
Типовий діапазон товщини 0,0005–0,010 дюйма (12–250 мкм) 0,001–0,003 дюйма (25–75 мкм)
Твердість, HRC при покритті 50 – 55 65 – 72
Твердість -термічної обробки (HRC) 65–70 (після 400 градусів/1 год) Не підходить (теплова обробка руйнує хром)
Стійкість до корозії (сольовий спрей) Відмінна (500 – 1000+ годин до появи червоної іржі) Погана (зазвичай < 100 годин без підкладки)
Стійкість до хлоридів Від хорошої до відмінної (висока-P EN) Погана (мікротріщини спричиняють піттинг на підкладці)
Стійкість до їдких розчинів
Коефіцієнт тертя (сухий на сталі) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Максимальна робоча температура ~400 градусів (твердість падає вище) ~400 градусів (починається окислення)
Токсичність/Занепокоєння для навколишнього середовища Помірна (солі нікелю, але без Cr(VI)) Висока (канцерогенний шестивалентний хром)
Відносні витрати (на одиницю площі) Від помірного до високого (залежно від вмісту фосфору) Від низького до помірного (хоча переробка відходів збільшує витрати)
Типове застосування нагрівальних плит. Формувальні плити, поверхні зі -високим зносом, матриці для формування металу, зони ковзного контакту. Хімічні реактори, харчова промисловість, напівпровідникове обладнання, морське середовище
рекомендації-для окремих програм.
Де сяє безелектричний нікель
Безелектричне нікелювання рекомендується для нагрівальних пластин, коли основними міркуваннями є стійкість до корозії та рівномірне покриття. Конкретні ситуації включають:

Хімічна обробка нагрівальних пластин - Вплив кислот, лугів або органічних розчинників. Найвищий захист від корозії було отримано для 10–12% P-фосфору EN.

Харчове та фармацевтичне обладнання – EN відповідає FDA (за умови правильного виробництва) і стійке до миючих засобів. Це дозволяє уникнути проблем з токсичністю шестивалентного хрому.

Морські та прибережні установки Незахищена сталь або погано покритий хром швидко іржавіє від соляних бризок і вологості. EN забезпечує-тривалий захист.

Складна геометрія нагрівальних пластин EN рівномірне покриття на оброблених каналах, глухих отворах і різьбових елементах, щоб забезпечити захист усіх поверхонь.

Застосування для напівпровідників і чистих приміщень - EN не містить-частинок і стійкий до хімічного впливу технологічних газів і розчинів для очищення.

В умовах-переважання корозії нікель без електроліту є кращим вибором.

Коли Hard Chrome – це правильний вибір
Якщо найважливішими вимогами є зносостійкість і твердість поверхні, тверде хромування є процесом вибору. Приклади:

Плити для пресування. Постійний контакт із абразивними формами або матеріалами, армованими волокнами, вимагає найкращої зносостійкості.

Ламінування пресових пластин - Стирання відбувається, коли ковзаючі листи матеріалу треться об поверхню пластини. Твердий хром може продовжити термін служби плит.

Термозварювальні стрижні - Вони повинні мати міцну поверхню з низьким коефіцієнтом тертя для постійного контакту з пакувальними плівками та механічного тиску.

Відновлення зношених нагрівальних пластин - На твердий хром можна нанести набагато товщі покриття (від 0,005 до 0,010 дюйма), щоб відновити розміри перед остаточним шліфуванням.

Твердий хром є чудовим вибором для-ситуацій, де переважає знос. Якщо таке ж застосування додатково включає хлориди або високу вологість, рекомендується використовувати нікелеву нижню пластину, щоб уникнути корозії в мікротріщинах.

Гібридні методи
У деяких вимогливих сферах застосування необхідні як стійкість до корозії, так і зносостійкість. Популярним гібридом є безелектрична нікелева підкладка (0,0005–0,001 дюйма) поверх тонкого твердого хромованого верхнього покриття (0,0002–0,0005 дюйма). EN забезпечує захист від корозії та ущільнює сталеву підкладку, а хром створює тверду поверхню з низьким -тертям на кінці. Як альтернатива, термічно оброблений нікель сам по собі забезпечує твердість, близьку до хрому, з дуже хорошою стійкістю до корозії та є кращою альтернативою для одного покриття.

Практичні міркування щодо виготовлення нагрівальних плит
При виборі покриття для нагрівальної плити необхідно враховувати кілька практичних моментів:

Водневе окрихчення - Водень можна вводити у високоміцні сталеві підкладки (наприклад, загартовану інструментальну сталь) за допомогою процесу EN та твердого хрому. Це вимагає кількох годин випікання при 190 градусах після покриття, щоб виділити водень і запобігти крихкому розтріскуванню.

Температурний вплив Нікель без гальванічного впливу має пік твердості при 400 градусах, але його можна пом’якшити при вищих температурах. Будьте обережні з нагріванням пластин до температур вище 350 градусів. Твердий хром твердий приблизно до 400C. Крім того, він окислюється.

Товщина та теплопровідність - Покриття додає термічного опору. Теплопровідність EN-покриття товщиною 0,002 дюйма (50 мкм) становить менше 1% від порожньої сталі та є незначною для більшості нагрівальних пластин. Хром має гіршу теплопровідність, ніж нікель, але різниця невелика.

Підготовка поверхні – обидві процедури необхідно добре очистити та активувати. Субстрат не повинен містити масел, оксидів і сторонніх речовин для EN. Для твердого хрому деталь часто протравлюється-зворотним шляхом, щоб активувати поверхню. Це може вплинути на допуски на розміри.

Слід зазначити, що неелектричний нікель можна наносити на більш широкий спектр матеріалів підкладки, ніж твердий хром. EN пластини з алюмінію, міді, нержавіючої сталі та навіть не-провідних матеріалів (після відповідної активації). Для твердого хрому потрібна провідна поверхня, і він зазвичай обмежується сталлю, нержавіючої сталлю або мідними сплавами.

Економічні та екологічні міркування
Безелектричний нікель і твердий хром — це не просте порівняння цін. Твердий хром є менш дорогим у хімічних та енергетичних витратах на одиницю товщини, але утилізація відходів шестивалентного хрому є дорогою та суворо регулюється. У кількох країнах (ЄС, Каліфорнія, Китай) тверде хромування обмежується або припиняється через канцерогенні викиди Cr(VI) і стічні води. Неелектричний нікель є дорожчим з хімічної точки зору, але з нижчим нормативним навантаженням і більш прийнятним для навколишнього середовища.

Для нагрівальних плит, які повинні відповідати екологічним вимогам (наприклад, RoHS, REACH або обмеження щодо контакту з харчовими продуктами), часто єдиним виходом є нікель без електричного струму.

Анотація
Вибір безгальванічного нікелю або твердого хромування для захисту поверхонь нагрівальних пластин залежить від основного механізму пошкодження, який очікується під час експлуатації. Електричний нікель забезпечує найкращу стійкість до корозії та консистенцію покриття для хімічної обробки, кулінарного обладнання, морських середовищ і пластин складної геометричної форми. Твердий хром має чудову твердість і зносостійкість, тому підходить для застосувань із високим зносом, таких як преси для формування, ламінування та ковзні контактні поверхні.

Для більшості нагрівальних пластин загального призначення, де корозія та знос є помірними, термічно оброблений нікель забезпечує привабливий баланс: твердість, що наближається до хрому, чудовий захист від корозії, рівномірне покриття та екологічна відповідність. Якщо основним занепокоєнням є високий рівень стирання, твердий хром (поверх нікелевої нижньої пластини, якщо корозія також є проблемою) все ще є можливим вибором. Вибирайте покриття на основі домінуючого режиму відмови нагрівальної пластини, корозії або зносу, щоб дозволити захисному покриттю подовжити термін служби та зберегти цілісність процесу.