Płyta dociskowa narażona na ciągłe zużycie ślizgowe spowodowane ściernymi częściami polimerowymi wymaga twardej i trwałej powierzchni roboczej. Stosowane są dwie popularne powłoki przemysłowe: nikiel bezprądowy, jednolity stop osadzany chemicznie i twardy chrom, jasny, galwanizowany metal. Obydwa można polerować do lustrzanego wykończenia, ale ich struktura wewnętrzna, twardość i odporność na powolne pełzanie korozji są zasadniczo różne. Wybór między nimi to walka czystej, kruchej twardości z delikatniejszym, ale bardziej chroniącym chemicznie uściskiem. ZrozumienieNikiel bezprądowy a twardość płyty z twardego chromuporównanie jest niezbędne przy wyborze właściwej obróbki powierzchni zapewniającej długoterminową niezawodność płyty dociskowej.
Twarde chromowanie: czysta, krucha twardość
Jak twardy jest stosowany chrom
Twardy chrom nanosi się w procesie galwanizacji. Płytę dociskową zanurza się w kąpieli zawierającej trójtlenek chromu (sześciowartościowy chrom) i mocny kwas, a prąd elektryczny redukuje jony chromu do metalicznego chromu na powierzchni. Powstały osad to czysty, krystaliczny chrom. Typowa grubość twardego chromowania waha się od 0,01 mm do 0,1 mm (0,0004–0,004 cala), w zależności od wymagań dotyczących zużycia.
Twardość i odporność na zużycie
Twardy chrom zapewnia twardość Vickersa przekraczającą 700 HV, co przekłada się na około 70 Rockwell C (HRC). Ta bardzo wysoka twardość zapewnia doskonałą odporność na zużycie przy niskim tarciu w przypadku ściernych związków polimerowych, wypełnionych tworzyw sztucznych i części metalowych. Powierzchnię można szlifować i polerować do lustrzanego wykończenia przy bardzo niskim współczynniku tarcia. Jednakże twardy chrom jest kruchy i posiada charakterystyczną sieć mikropęknięć, które naturalnie powstają podczas procesu galwanizacji. Pęknięcia te nie pogarszają odporności na zużycie w czystych i suchych warunkach, ale umożliwiają przedostanie się czynników korozyjnych,-takich jak wilgoć, kwasy lub rozpuszczalniki czyszczące,-do znajdującej się pod spodem stalowej podstawy. Gdy korozja zacznie się od pęknięcia, warstwa chromu może się unieść lub odpryskać.
Niklowanie bezprądowe-Fosforowanie: jednolita warstwa podatna na obróbkę cieplną
Jak stosuje się nikiel bezprądowy
Nikiel bezprądowy (EN) to stop niklowo-fosforowy osadzany w procesie redukcji chemicznej bez użycia zewnętrznego prądu elektrycznego. Płytę zanurza się w wodnym roztworze zawierającym jony niklu i środek redukujący (zwykle podfosforyn sodu). Reakcja redukcji zachodzi równomiernie na wszystkich zwilżonych powierzchniach, powodując osadzanie się stopu niklowo-fosforowego. Kluczową zaletą EN jest to, że pokrywa każdą powierzchnię-wewnątrz otworów, wokół krawędzi i w ślepych wnękach-o idealnie jednolitej grubości. Nie są wymagane żadne pola elektryczne ani złożone kształty anod. Typowa grubość poszycia EN wynosi od 0,025 mm do 0,075 mm (0,001–0,003 cala), chociaż możliwe są grubsze osady.
Twardość po platerowaniu i obróbka cieplna
Nikiel bezprądowy pokryty powłoką ma twardość około 500 HV, czyli około 50 HRC. To znacznie mniej niż w przypadku twardego chromu o twardości 70 HRC. Jednakże prosta obróbka cieplna po płytce w temperaturze 400 stopni (750 stopni F) przez jedną godzinę powoduje wytrącenie cząstek twardego fosforku niklu (Ni₃P) w całej matrycy amorficznego niklu. To utwardzanie wydzieleniowe podnosi twardość do 700 HV (70 HRC)-co odpowiada twardemu chromowi. W przeciwieństwie do twardego chromu, poddana obróbce cieplnej warstwa EN stanowi ciągłą, nieporowatą barierę przed korozją. Nie zawiera mikropęknięć, a osnowa niklowo-fosforowa jest znacznie mniej krucha niż czysty chrom. W przypadku płyty dociskowej, na której występuje zarówno zużycie ślizgowe, jak i żrące opary (np. powstające w wyniku degradacji gorącego polimeru lub środków czyszczących), nikiel bezprądowy poddany obróbce cieplnej jest często lepszym i wszechstronnym wyborem.
Twardy chrom to krucha, twarda jak diament tarcza; Nikiel bezprądowy to wytrzymała, odporna na korozję powłoka, którą można utwardzić do tej samej ostrości w prostym cyklu piekarnika.
Bezpośrednie porównanie: kluczowe właściwości
| Nieruchomość | Twardy chrom | Nikiel bezprądowy (obrobiony cieplnie) |
|---|---|---|
| Twardość (w zależności od zastosowania) | 70 HRC | 50 HRC |
| Twardość (po obróbce cieplnej) | Nie dotyczy (kruchy we wszystkich stanach) | 70 HRC |
| Mikrostruktura | Krystaliczny z mikropęknięciami | Amorficzny z rozproszonymi cząsteczkami Ni₃P, bez pęknięć |
| Odporność na korozję | Słaba (pęknięcia odsłaniają stal bazową) | Doskonały (bariera ciągła) |
| Siła rzucania (jednorodność) | Słaby (nagromadzone krawędzie, wgłębienia nie platerowane) | Doskonały (idealnie jednolity) |
| Maksymalna praktyczna grubość | 0,1 mm | 0,075 mm (może być grubszy przy wielu warstwach) |
| Kruchość | Wysoki | Niski (nawet po obróbce cieplnej) |
| Wpływ na środowisko | Wysoka (sześciowartościowy chrom, substancja rakotwórcza) | Umiarkowane (sole niklu, ale bez Cr⁶⁺) |
Dokładność techniczna: krytyczne uwagi dotyczące aplikacji
Grubość i żywotność
W przypadku większości płyt grzewczych grubość 0,05 mm (0,002 cala) jest wystarczająca dla obu powłok. Zaletą twardego chromu jest to, że można go nakładać grubiej (do 0,5 mm w niektórych zastosowaniach przemysłowych), ale na precyzyjnej płycie dociskowej nadmierna grubość grozi zniekształceniem. Jednorodność niklu bezprądowego ułatwia utrzymanie wąskich tolerancji płaskości na całej powierzchni płyty.
Mechanizmy korozji
Płyta dociskowa prasy lub maszyny formierskiej jest często narażona na działanie gorących gazów odlotowych polimerów (np. PVC emituje chlorowodór, nylony emitują aminy, poliuretany emitują izocyjaniany), czyszczenie parą lub wycieki chłodziwa. Mikropęknięcia twardego chromu pozwalają tym korozyjnym cząstkom dotrzeć do stalowej podstawy, prowadząc do korozji podposzycia i ewentualnego łuszczenia się. Bezprądowy nikiel poddany obróbce cieplnej, pozbawiony pęknięć, całkowicie blokuje ten atak. W środowiskach wilgotnych lub agresywnych chemicznie preferowanym wyborem jest EN.
Obróbka cieplna Uwaga
Temperatura obróbki cieplnej wynosząca 400 stopni jest niższa od zakresu odpuszczania większości stali narzędziowych (np. stali formierskich A2, D2 lub P20) i nie ma wpływu na twardość metalu podstawowego. Jeśli jednak płyta dociskowa była wcześniej hartowana i odpuszczana, należy zastosować obróbkę cieplną EN, aby uniknąć przegrzania. W przypadku płyt aluminiowych obróbka cieplna nie jest możliwa; zastosowano powłokę EN (50 HRC) lub wybrano inną twardą powłokę.
Względy ochrony środowiska i bezpieczeństwa
Chromowanie twarde jest procesem mniej przyjaznym dla środowiska ze względu na zastosowanie sześciowartościowego chromu (Cr⁶⁺), znanego czynnika rakotwórczego i niebezpiecznej substancji zanieczyszczającej powietrze objętej przepisami. Wiele jurysdykcji (UE, Kalifornia, Chiny) ogranicza lub wycofuje dekoracyjne i funkcjonalne twarde chromowanie na rzecz alternatyw. W procesach bezprądowych niklu wykorzystuje się sole niklu i podfosforyn, które są mniej toksyczne i łatwiejsze w obróbce. Z punktu widzenia zgodności z przepisami, EN jest coraz bardziej preferowany.
Wniosek: klasyczny kompromis
Wybór między twardym chromem a niklem bezprądowym to klasyczny kompromis: czysta, krucha twardość w porównaniu z jednolitą, poddającą się obróbce cieplnej i odporną na korozję wytrzymałością. Twardy chrom zapewnia doskonałą twardość po osadzeniu i niskie tarcie, ale jest narażony na mikropęknięcia i wady środowiskowe. Nikiel bezprądowy po obróbce cieplnej osiąga tę samą twardość, zapewniając jednocześnie barierę pozbawioną pęknięć, odporną na korozję i doskonałą jednorodność. W przypadku płyty grzewczej, która jest narażona zarówno na zużycie, jak i narażenie chemiczne, nikiel bezprądowy poddany obróbce cieplnej jest bardziej niezawodnym i długoterminowym rozwiązaniem. Najlepsza powierzchnia płyty to taka, która jest wystarczająco twarda, aby wytrzymać zużycie, i wystarczająco wytrzymała, aby wytrzymać działanie chemikaliów,-a nikiel bezprądowy po prostym cyklu piekarnika zapewnia jedno i drugie.
