Hur jämför elektrolös nickelplätering med hårdkromplätering för ytskydd för värmeplåt?

En värmeplattas yta av bar metall utsätts för korrosion, slitage eller vidhäftning. Elektrofritt nickel och hårdkrom är två vanliga pläteringsalternativ som skapar ett skyddande och funktionellt ytskikt. Var och en har sina egna egenskaper, bättre lämpade för vissa användningsområden. För ingenjörer som väljer värmeplattor för livsmedelsbearbetning, kemiska reaktorer, formningsutrustning eller laboratorieutrustning, kan förståelse av kompromisserna mellan strömlös nickel och hårdförkromning säkerställa att den valda beläggningen ger den nödvändiga livslängden och prestanda.

Översikt över de två pläteringsteknikerna
Elektrofri nickelplätering (EN).
Elektrofri nickelplätering är en autokatalytisk kemisk deponeringsteknik. Metallkomponenten är nedsänkt i en vattenlösning innehållande nickeljoner och ett reduktionsmedel (vanligtvis natriumhypofosfit). Nickel-fosforlegering på alla ytor i kontakt med lösningen utan en extern elektrisk ström. Beläggningen är en nickel-fosforlegering, vanligtvis 5–12 % fosfor (hög-fosfor EN ger den bästa korrosionsbeständigheten).

EN-plätering kännetecknas av:

Enhetlig tjocklek - Delens geometri påverkar inte avsättningshastigheten. Komplexa former, blinda hål, gängor och invändiga kanaler är belagda till samma tjocklek som exponerade ytor. Detta är en stor fördel jämfört med elektroplätering.

Korrosionsbeständighet - Elektrofritt nickel med hög fosfor (10-12 % P) har utmärkt motståndskraft mot klorider, kaustiklösningar och många syror. Den amorfa beläggningen har inga korngränser och därför inga kanaler för frätande angrepp.

Hårdhet – Pläteringshårdheten är cirka 50-55 HRC (Rockwell C). En värmebehandling efter plätering (1 timme vid 400 grader är vanligt) ökar hårdheten till 65-70 HRC, vilket är jämförbart med hårdkrom.

Smörjande – EN har en låg friktionskoefficient (0,1–0,15 mot stål när det är torrt) och är själv-smörjande på grund av sin släta, icke-smörjande yta.

Hård förkromning
Hårdkromplätering är en elektrokemisk teknik. Metallsektionen skapas katoden i ett bad av kromsyra (CrO₃) och svavelsyra. En elektrisk ström passerar genom lösningen. Denna ström sänker kromjonerna och en beläggning av elementärt krom avsätts på ytan. Till skillnad från strömlöst nickel är avsättningshastigheten strömtäthetsberoende, vilket resulterar i tjockare beläggningar på yttre hörn och tunnare avlagringar i urtag.

Några av de viktigaste egenskaperna hos hårdförkromning är:

Extrem hårdhet - Hårdkromavlagringar är vanligtvis 65–72 HRC som pläterade och kräver ingen värmebehandling. Denna hårdhet ger utmärkt motståndskraft mot nötning, nötning och adhesivt slitage.

Låg friktionskoefficient - Krom har en mycket låg torrfriktionskoefficient (0,1-0,15 mot stål) vilket gör den perfekt för glidapplikationer.

Dålig korrosionsbeständighet - Kromskiktet är katodiskt för stål och har mikroskopiska sprickor (på grund av inre spänningar). Dessa sprickor exponerar det underliggande stålet i närvaro av elektrolyter och driver galvanisk korrosion. Hård krom rekommenderas inte för att förhindra korrosion om det inte finns en underliggande nickelbeläggning eller tätning.

Tjockleksområde - Hård krom kan avsättas i tjockare lager (upp till 0,010 tum / 250 mikron) än vanligt strömlöst nickel, vilket gör det lämpligt för att bygga om slitna delar.

Stor skillnad för värmeplattor
Valet av strömlöst nickel eller hårdkrom på värmeplattor är en funktion av de huvudsakliga farorna för plåtytan, korrosion eller slitage. Värmeplattor kan utsättas för frätande tillverkningsvätskor, rengöringskemikalier eller fuktig atmosfär. Eller så nöts de mekaniskt av glidande delar, delkontakt eller verktyg.

Motståndskraft mot korrosion
För uppvärmning av plattor i tuffa miljöer är -kemisk bearbetning, livsmedelshygien, maritima atmosfärer eller i kontakt med sura eller kaustiklösningar-avgörande korrosionsbeständighet.

Elektrofritt nickel (hög fosfor) erbjuder exceptionell korrosionsbeständighet. Beläggningen är icke-porös, amorf och kemiskt inert. I saltspraytestning motstår EN med högt fosforinnehåll rödrostbildning i 500-1,000+ timmar (beroende på tjocklek och substratförberedelse). Den är resistent mot angrepp av utspädd svavelsyra, saltsyra, kaustiksoda och många organiska föreningar.

Hård krom har en låg medfödd korrosionsbeständighet. Mikrospricknätverket (10-1 000 sprickor per linjär centimeter) tillåter korrosiva elektrolyter att nå stålsubstratet. När stålet börjar rosta kan kromskiktet ovanför flagna. Därför används hårt krom sällan som det enda medlet för korrosionsskydd. Om korrosionsbeständighet krävs, läggs en underplåt av nickel före krom, eller så förseglas kromen med en efterbehandling.

I praktiken är strömlöst nickel det självklara valet för korrosionsdominerade situationer. EN-plätering kommer att fungera tillförlitligt på en värmeplatta i en livsmedelsfabrik som rengörs dagligen med klorerade eller sura desinficeringsmedel. Samma atmosfär på en hårdkromad platta skulle förmodligen få rostfläckar inom några veckor.

Hårdhet och slitstyrka
Slitstyrkan är viktig för uppvärmning av plattor under mekanisk kontakt (till exempel uppvärmda plattor i formpressning, lamineringspressar eller värmeförseglingsutrustning).

Hård krom är mycket motståndskraftig mot slitage. Eftersom pläterad hårdhet är 70 HRC och motstår repor, mejsling och vidhäftande slitage. Värmeplattor, förkromade, kan upprätthålla upprepad glidkontakt med polymerfilmer, tyg eller metallverktyg utan betydande ytförsämring.

strömlöst nickel som -pläterat (50-55 HRC) är mjukare än hårdkrom. EN-hårdheten efter en värmebehandling (400 grader, 1 timme) är dock 65–70 HRC, vilket är nära krom. Den värmebehandlade EN-beläggningen har en god slitstyrka, även om dess friktionsbeteende är något annorlunda.

Observera att värmebehandlingen av EN måste göras efter plätering och innan några temperaturkänsliga komponenter (t.ex. inbyggda värmare eller sensorer) monteras. Om du har en monterad värmeplatta med patronvärmare ingår kanske värmebehandling inte är tillgänglig. Under vissa omständigheter kanske den -pläterade EN-hårdheten inte räcker till för användningar med högt-slitage.

En av de stora fördelarna med strömlöst nickel är dess homogenitet. Om värmeplattan har komplicerade egenskaper (spår för termoelement, gängade monteringshål eller konturerade ytor) kommer EN att täcka alla områden jämnt. Hård krom är siktlinje och kommer att avsätta tunnare i urtag och tjockare på hörn, vilket leder till ojämnt slitage och eventuell korrosion i tunna områden.

Täckning och enhetlighet
Ingen annan pläteringsprocess kan plätera komplicerade geometrier lika bra som strömlöst nickel. Den kemiska avsättningsproceduren bibehåller samma beläggningstjocklek på alla våta ytor. Detta är mycket användbart för att värma plattor med:

Hål borrade för sensor- eller patronvärmare

Vätskecirkulationsbearbetade kanaler

Gängade hål för hårdvarumontering

Ytor med mönster eller struktur

Eftersom hårdare krom är en elektrolytisk process, är komplicerad fixtur och kompletterande anoder nödvändiga för att ge konsekvent täckning på allt annat än den enklaste formen. Hörn och kanter får tjockare avlagringar ("hund-ben"-utseendet), medan djupa hål eller fördjupningar kan få liten eller ingen plätering. Elektrofritt nickel ger bättre täckning än de flesta värmeplattor och löser problemet med korrosion från opläterade områden.

Smörjbarhet och non-stick-egenskaper.-
Båda beläggningarna ger minimal friktion, även om det finns skillnader:

Elektrofritt nickel ger en slät, gallbeständig yta som motverkar vidhäftning av många material. I synnerhet har EN med hög fosforhalt en glasartad struktur som förhindrar vidhäftning av polymerer, matrester och kemiska avlagringar.

En annan egenskap hos hårdkrom är dess låga friktion och den används ofta i form- och formapplikationer för att förhindra att gjutna delar fastnar.

Elektrofritt nickel är ofta valet av livsmedel och läkemedel på grund av dess icke-toxiska natur och bristen på sexvärt krom, en farlig kemikalie. Hårdkromplätering använder farliga Cr(VI)-bad och beläggningen kan orsaka oro för kromfrigöring under slitage.

Elektrofritt nickel vs hårdkrom (jämförelsetabell) för värmeplattor
Elektrofri nickel (högfosfor) hårdkrom
Deponeringsmetod Auto-katalytisk (kemisk) Elektrolytisk (elektrisk ström)
Beläggningslikformighet Utmärkt - samma tjocklek på alla ytor Dålig - tjockare på kanter/hörn, tunnare i urtag
Typiskt tjockleksområde 0,0005 – 0,010 tum (12 – 250 µm) 0,001 – 0,003 tum (25 – 75 µm)
Hårdhet, HRC som pläterad 50 – 55 65 – 72
Värme-Behandlad hårdhet (HRC) 65 – 70 (efter 400 grader /1h) Ej lämplig (värmebehandling förstör krom)
Korrosionsbeständighet (saltspray) Utmärkt (500 – 1000+ timmar till rödrost) Dålig (vanligtvis < 100 timmar utan underplåt)
Beständighet mot klorider Bra till enastående (hög-P EN) Dålig (mikroprickor ger substratets gropbildning)
Resistance to Caustic SolutionsGoodFair
Friktionskoefficient (torrt på stål) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Maximal servicetemperatur ~400 grader (hårdheten sjunker över) ~400 grader (oxidationen startar)
Toxicitet / Miljöhänsyn Måttlig (nickelsalter, men inga Cr(VI)) Hög (cancerframkallande sexvärt krom)
Relativ kostnad (per ytenhet) Måttlig till hög (beroende på fosforhalt) Låg till måttlig (även om avfallsbehandling ökar kostnaden)
Typiska användningsområden för värmeplattor Gjutplattor, hög-nötningsytor, metallformar, glidande kontaktytor Kemiska reaktorer, livsmedelsbearbetning, halvledarutrustning, maritima miljöer
programspecifika-rekommendationer.
Där elektrolöst nickel lyser
Elektrofri nickelplätering rekommenderas för uppvärmning av plattor när korrosionsbeständighet och enhetlig beläggning är de viktigaste övervägandena. Specifika situationer inkluderar:

Kemisk bearbetning värmeplattor - Exponering för syra, alkali eller organiska lösningsmedel. Det högsta korrosionsskyddet erhölls för 10–12 % P hög-fosfor EN.

Livsmedels- och läkemedelsutrustning – EN är FDA-kompatibel (när den är korrekt tillverkad) och resistent mot rengöringsmedel. Det undviker toxicitetsproblemen med sexvärt krom.

Marin- och kustinstallationer Oskyddat stål eller dåligt pläterat krom rostar snabbt från saltstänk och fukt. EN ger långvarigt-skydd.

Komplexa geometrier för värmeplattor EN-täckningen är enhetlig på bearbetade kanaler, blinda hål och gängade funktioner för att säkerställa att alla ytor är skyddade.

Halvledar- och renrumsapplikationer - EN är icke-partikelformiga och motstår kemiska angrepp från processgaser och rengöringslösningar.

I korrosionsdominerade-förhållanden är strömlöst nickel det föredragna valet.

När hård krom är rätt val
När de viktigaste kraven är slitstyrka och ythårdhet, är hårdförkromning den process man väljer. Exempel är:

Formpressningsplattor Konstant kontakt med slipande formblandningar eller fiberförstärkta material kräver den bästa slitstyrkan.

Lamineringspressplattor - Nötning uppstår när skjutbara materialark gnider mot plattans yta. Hård krom kan förlänga plattornas livslängd.

Värmeförseglingsstänger - De måste ha en fast yta med låg friktion för konstant kontakt med förpackningsfilmerna och utsatta för mekaniskt tryck.

Återuppbyggnad av slitna värmeplattor - Hårdkrom kan beläggas mycket tjockare (0,005 till 0,010 tum) för att återställa dimensionerna innan den slutliga slipningen.

Hård krom är ett utmärkt val för slitagedominerade-situationer. Om samma applikation dessutom innehåller klorider eller hög luftfuktighet, rekommenderas en nickelunderplåt för att undvika korrosion vid mikrosprickor.

Hybridmetoder
I vissa krävande applikationer är både korrosionsbeständighet och slitstyrka nödvändiga. En populär hybrid är en strömlös nickelunderplåt (0,0005–0,001 tum) över en tunn hårdkromtäckfärg (0,0002–0,0005 tum). EN ger korrosionsskydd och tätar stålsubstratet och kromet ger den hårda låg-friktionsytan i änden. Alternativt ger värmebehandlat strömlöst nickel enbart hårdhet nära krom med mycket god korrosionsbeständighet och är ett föredraget alternativ för enkelbeläggning.

Praktiska överväganden för att göra värmeplattor
Flera praktiska frågor måste övervägas när du väljer en plätering för en värmeplatta:

Väteförsprödning - Väte kan införas i höghållfasta stålsubstrat (t.ex. härdat verktygsstål) via både EN- och hårdkromprocessen. Det kräver flera timmars gräddning vid 190 grader efter plätering för att avgasa väte och förhindra sprickbildning.

Temperaturpåverkan Elektrofritt nickel har en hårdhetstopp på 400 grader men kan mjukas upp vid högre temperaturer. Var försiktig med värmeplattor till temperaturer över 350 grader. Hårt krom är hårt upp till ca 400C. Utöver detta oxiderar det.

Tjocklek och värmeledningsförmåga - Plätering ger värmemotstånd Värmeledningsförmågan för en 0,002 tum (50 µm) EN-beläggning är mindre än 1 % av den för rent stål och är försumbar för de flesta värmeplåtar. Krom har sämre värmeledningsförmåga än nickel, men skillnaden är liten.

Ytförberedelse – Båda procedurerna måste rengöras och aktiveras väl. Underlaget måste vara fritt från oljor, oxider och främmande ämnen för EN. För hård krom är delen ofta omvänd-etsat för att aktivera ytan. Detta kan påverka dimensionstoleranserna.

Det bör noteras att strömlöst nickel kan appliceras på ett större antal substratmaterial än hård krom. EN-plattor aluminium, koppar, rostfritt stål och även icke-ledande material (efter korrekt aktivering). Hård krom kräver en ledande yta och är vanligtvis begränsad till stål, rostfritt stål eller kopparlegeringar.

Ekonomiska och miljömässiga överväganden
Elektrofritt nickel kontra hård krom är inte en enkel prisjämförelse. Hård krom är billigare i kemikalie- och energikostnader per enhet tjocklek, men avfallshantering av sexvärt krom är dyrt och mycket reglerat. Hårdkromplätering begränsas eller fasas ut i flera länder (EU, Kalifornien, Kina) på grund av dess cancerframkallande Cr(VI)-utsläpp och avloppsvatten. Elektrofritt nickel är dyrare kemiskt, men lägre i regulatorisk belastning och mer allmänt acceptabelt för miljön.

För värmeplattor som måste uppfylla miljökrav (t.ex. RoHS, REACH eller begränsningar för kontakt med livsmedel) är strömlöst nickel ofta den enda vägen att gå.

Abstrakt
Valet av strömlös nickel- eller hårdkromplätering för skydd av värmeplåtsytor beror på den dominerande felmekanismen som förväntas under drift. Elektrofritt nickel ger den bästa korrosionsbeständigheten och beläggningskonsistensen för kemisk bearbetning, kulinarisk utrustning, marina miljöer och komplexa geometriplattor. Hårdkrom har utmärkt hårdhet och nötningsbeständighet och är därför lämplig för applikationer med högt slitage såsom formpressar, lamineringspressar och glidande kontaktytor.

För de flesta värmeplattor för allmänna ändamål där korrosion och slitage båda är måttliga, ger värmebehandlat strömlöst nickel en attraktiv balans: hårdhet som närmar sig krom, utmärkt korrosionsskydd, enhetlig beläggning och miljövänlighet. Om den övervägande oro är hög nötning, är hård krom (över en nickelunderplåt om korrosion också är ett problem) fortfarande ett möjligt val. Välj plätering baserat på det dominerande felläget för värmeplattan, korrosion eller slitage, så att den skyddande beläggningen förlänger livslängden och bibehåller processens integritet.