Kuinka PTFE-lämmittimet toimivat ruostumattoman teräksen sähkökiillotuskylvyissä?

Ruostumaton teräs tasoitetaan häikäiseväksi, korroosionkestäväksi-sähkökiillotuksella, prosessilla, jossa upotetaan kuumaan, viskoosiseen happokylpyyn. PTFE on yksi harvoista lämmitinmateriaaleista, jotka voivat lämmittää tasaisesti tätä voimakasta fosfori- ja rikkihapon seosta ilman kontaminaatiota. PTFE-lämmittimen ja sähkökiillotuskylvyn yhdistelmästä on tullut vakiovaihtoehto pinnan viimeistelytoimintoihin, kun kemiallinen inertisyys ja puhtaus ovat kiistattomia.

Kylpyympäristö sähkökiillotukseen
Ruostumattoman teräksen sähkökiillotus suoritetaan yleensä kuumennetussa yhdistelmässä, jossa on 40–70 prosenttia fosforihappoa (H3PO4) ja 10–30 prosenttia rikkihappoa (H2SO4) ja joissa on lisätty pieniä lisäaineita, kuten kromihappoa tai orgaanisia pinta-aktiivisia aineita. Kylpy on 60-80 astetta -riittävän kuumaa viskositeetin vähentämiseksi ja ioninjohtavuuden edistämiseksi, mutta se on paljon happojen kiehumispisteen alapuolella.

Näissä lämpötiloissa kylpy on paksu ja siirappimainen, ja sen viskositeetti on useita kertoja veden viskositeettiin verrattuna. Tällainen korkea viskositeetti aiheuttaa ainutlaatuisia lämmitysongelmia. Lämmönsiirtonopeus uppokuumentimesta happamaan liuokseen on pienempi kuin vesipitoisiin pinnoituskylpyihin, ja lämmittimen pinnoille pyrkii muodostumaan stagnaatiovyöhykkeitä, ellei käytetä aktiivista sekoitusta.

Miksi PTFE on parempi kuin metallivaippalämmitys?
Sähkökiillotuskylvyt voivat nopeasti tuhota tai saastuttaa perinteiset uppolämmittimet, joissa on teräksestä, titaanista tai metalliseoksesta valmistettu metallivaippa. Fosfori- ja rikkihapot hyökkäävät useimpiin metalleihin 60-80 asteessa. Titaani kestää joissain olosuhteissa puhdasta rikkihappoa, mutta väkevät fosforihapposeokset hyökkäävät siihen. Merkittävämpää on, että metallikorroosio vapauttaa ioneja kylpyyn. Rauta-, nikkeli-, kromi- tai titaani-ionit. Ne jäävät loukkuun sähkökiillotettuun kerrokseen ja aiheuttavat pintavirheitä, himmeitä laikkuja tai kuoppia.

PTFE (polytetrafluorieteeni) uppolämmittimet ratkaisevat molemmat ongelmat. Materiaali kestää täysin fosfori- ja rikkihappoja koko käyttölämpötila-alueella. Ei tapahdu kemiallista reaktiota eikä metalli-ionien huuhtoutumista. Lisäksi PTFE:n tarttumaton pinta -estää viskoosia, siirappimaista happoa tarttumasta tai paistumasta lämmittimen vaippaan. Tämän itsepuhdistuvan-ominaisuuden avulla lämmönsiirron tehokkuutta voidaan vakauttaa kuukausiksi jatkuvaa käyttöä varten.

Käytännössä PTFE-lämmittimen sähkökiillotuskylpyjärjestely toimii tuhansia tunteja ilman havaittavaa vaippamateriaalin hajoamista. Ainoa käytännöllisissä asennuksissa havaittu kuluminen on lievä käsittelyn aiheuttama hankaus tai raskaasti käytettyihin altaisiin ripustettu kiinteä hiukkanen.

Lämpötehonäkökohdat
PTFE:n suurin jatkuva käyttölämpötila on noin 110 astetta, mikä on paljon sähkökiillotuskylpyjen 80 asteen ylärajan yläpuolella. Näin lämmitin on vapaa lämpökuormituksesta. Kylvyn korkea viskositeetti vaatii kuitenkin wattitiheyden ja nesteen liikkeen huolellista harkintaa.

Suositeltu wattitiheys PTFE-lämmittimille sähkökiillotuskylvyissä on pienempi tai yhtä suuri kuin 1,2 W/cm2. Usein käytetään konservatiivisempaa 1,0 W/cm2. Tämä on alle 1,5 W/cm2, joka sallitaan hyvin-sekoitetuille vesiliuoksille. Syitä on kaksi:

Viskoosisilla nesteillä konvektiiviset lämmönsiirtokertoimet ovat alhaisemmat, minkä vuoksi lämpö poistuu vaipasta hitaammin.

Tämä voi johtaa hapon hajoamiseen tai vesisisällön paikalliseen kiehumiseen, mikä johtaa kuplien muodostumiseen vaippaan, mikä edelleen heikentää lämmönsiirtoa.

Sekoitusta tarvitaan tasaisen kylvyn lämpötilan saavuttamiseksi ja kuumien läiskien välttämiseksi. Yleisiä ovat mekaaninen sekoitus, pohjasekoittimet tai kierrätyspumput. Ilmaruiskutusta vältetään usein, koska se tuo happea ja kosteutta, jotka voivat muuttaa elektrolyyttikemiaa.