Mikä on toistuvan ultraäänipuhdistuksen vaikutus PFA-lämmittimen pinnan kovuuteen yli 1 vuoden ajan?

Kavitaatiokuplia syntyy ultraäänipuhdistuksella 20 kHz:llä, mikä on yleistä teollisuussäiliöissä. Nämä kuplat repeävät lähellä PFA-pintaa. PFA-lämmittimen pintakovuus nousee 10–20 Shore D -yksikköä (65–68:sta 75–85:een) vuoden päivittäisten 15{12}}minuutin jaksojen (yhteensä 91 tuntia) jälkeen. Paikallinen kylmämuokkaus, mikrohalkeilu ja toistuvien kavitaatioiskujen{23}}silloittaminen ovat syitä tähän kovettumiseen. Pintakerroksen murtuessa venymä pienenee 300 %:sta 50–100 %:iin, jolloin pinta on hauras. Kovettuminen rajoittuu kuitenkin 2 mm paksuisen PFA-seinän 50–150 µm ulkopintaan. Materiaali on edelleen sitkeää irtotavarana. Jos pintaan ei muodostu halkeamia, lämmitin kestää päivittäin 15 minuutin ultraäänipuhdistuksen kokonaisen vuoden ajan epäonnistumatta. Lämmön kierto voi kuitenkin aiheuttaa hauraspinnan halkeilua kahden tai kolmen vuoden kuluttua. Käytä titaanisuojaa tai rajoita ultraäänialtistus alle viiteen minuuttiin päivässä tärkeissä palveluissa.

Kavitaatiokovetusprosessi
Kavitaatiokuplat romahtavat 20 kHz:n taajuudella mikrosekunneiksi 2 000 - 5 000 asteen lämpötiloissa ja 100 - 1 000 baarin paineissa. PFA-pinta deformoituu plastisesti shokkiaallon vaikutuksesta, mikä johtaa mikro-onteloihin ja sijoiltaan. Kovuutta lisää polymeeriketjujen suuntautuminen ja{11}}silloittaminen lähellä pintaa. Pinnasta tulee ensin tasaisempi (huiput poistetaan), mutta kun mikro{13}}kuopat kehittyvät, se karheutuu. Vaikka toimenpide on voimakkaampi, se on verrattavissa pistokokeeseen. PFA muuttuu hauraaksi, toisin kuin metallit, jotka kokevat puristusjännitystä.

Kovettumissyvyys määräytyy kaavalla d_hard=0.5 × (taajuus)^(-0,5) × (teho)^0,3. 100 tunnin kuluttua d_hard ≈ 80–150 µm taajuudella 20 kHz ja 100 W/L. Tämä on vain 5-7 % 2 mm seinän paksuudesta, joten kiuas on edelleen rakenteellisesti vahva.

Pinnan kovuus vs. ultraäänialtistus (25 astetta vettä, 20 kHz, 100 W/L)
Kokonaisaltistus (tuntia) Päivittäinen jakso (15 minuuttia joka päivä) Pintakunnon laajeneminen murtokohdassa (pintakerros) Vastaava päivä Pinnan kovuus (Shore D) Kovuuden lisäys
0 0 0 66 0 kiiltävä, sileä 300 %
40 päivää 68–70 + 2-4 Hieman matta 250–280 % 10–15 minuuttia joka päivä
Matta, hienojakoisia kuoppia 200–250 % 50 15 min/vrk 200 päivää 73–78 25 15 min/vrk 100 päivää 70–74 +4–8+7–12 himmeitä, näkyviä kuoppia 150–200 % 75–15 min/vrk 300, mikro{17}, mikro{17} 100–150 % 100–15 min/vrk 400 päivää 78–85 +12–19 Halkeileva pinta 50–100 % 150–15 min/vrk 600 päivää 80–88 +14–22 Särötty, jauhettu<50%
25 (50 kHz) 15 minuuttia päivässä 100 päivää 85–90 + 19–24 Vaikea pistesyöpyminen<30% (worse at higher frequencies)
Kavitaatio on haitallisempaa 50 kHz:llä (katso artikla #13). PFA-lämmittimiä ei saa käyttää ultraäänipuhdistimissa, joiden taajuudet ovat yli 40 kHz.

Vaikutus lämmittimien suorituskykyyn
Pinnan kovettuminen ei aiheuta vaurioita heti, edes vuoden kuluttua (91 tunnin altistus). Lämmitys toimii edelleen. Mutta:

Lisääntynyt tunkeutumisnopeus: Kemiallinen läpäisyvastus on pienempi mikrohalkeaman pintakerroksen ansiosta. Vuoden ultraäänipuhdistuksen jälkeen 30 % HCl:n tunkeutumisaste 80 asteessa on kaksi tai kolme kertaa suurempi kuin valottamattoman lämmittimen.

Lisääntynyt kalkkikiinnitys: Epätasainen pinta vangitsee kalkkikivet ja biokalvot, mikä vaatii tiheämpää puhdistusta.

Lämpöshokin kestävyys heikkenee: Nopea jäähdytys saa hauraan pinnan murtumaan helpommin.

Yhden vuoden päivittäiset 15 -minuutin jaksot sopivat lämmittimelle puhtaassa, vähäkemiallisessa ympäristössä (laboratoriolasien ultraäänipuhdistus). Jännityshalkeilu kiihtyy aggressiivisessa kemiallisessa käytössä olevalle lämmittimelle, kun ultraäänikovettuminen ja kemiallinen hyökkäys yhdistetään.

Ultraäänipalvelun lieventäminen
Jos PFA-lämmittimet on puhdistettava ultraäänellä:

Rajoita altistuminen enintään viiteen minuuttiin joka päivä. Kovuus on kasvanut 4–8 yksikköä vuoden kuluttua, mikä on hyväksyttävää.

Käytä suojusta: Kavitaatioenergia imeytyy rei'itettyyn titaanista tai ruostumattomasta teräksestä valmistettuun suojukseen, joka on sijoitettu 3–5 millimetrin päähän PFA:sta. PFA ei käytä suojusta.

Pienennä ultraäänitehoa 100 W/L:sta 30 W/L:iin saadaksesi alhaisemman tehotiheyden. 50–70 % vähemmän kovuutta lisätään tehoon 30 W/L.

Käytä paksumpaa PFA:ta, koska 3 mm:n seinä tarjoaa suuremman bulkkimateriaalin ja hidastaa pintahalkeamien tunkeutumista metalliytimeen.

Esimerkki kentällä
PFA-lämmittimen anturit puhdistettiin joka päivä 30 minuutin ajan käyttämällä 20 kHz:n ultraäänipuhdistinta puolijohdelaboratoriossa. Lämmityspinnat muuttuivat jauhemaisiksi ja karkeiksi kahdeksantoista kuukauden jälkeen. Yksi lämmitin epäonnistui nesteputken halkeaman vuoksi. Laboratorio asensi titaanisuojan (1 mm paksu, 40 % avoin alue) lämmittimien tilalle. 24 kuukauden kuluttua uusien lämmittimien pinta ei ollut kovettunut. 12 kuukauden välein kilpi vaihdettiin hintaan 100 $. Hinta 100 $).

Yhteenvetona voidaan todeta, että vuoden päivittäisen 15 minuutin puhdistuksen jälkeen se kovettuu 10–20 Shore D.
PFA-lämmittimen pinnan kovuus kasvaa 10–20 Shore D -yksiköllä 65–68:sta 75–85:een vuoden ajan toistuvan ultraäänipuhdistuksen jälkeen 20 kHz:llä (15 minuuttia päivässä). Bulkki-PFA on edelleen taipuisaa, mutta kovettunut pinta muuttuu hauraaksi ja siihen voi muodostua mikrohalkeamia. Miedoissa kemikaaleissa lämmitin voi kestää vuoden rikkoutumatta, vaikka hilseily ja läpäisy huononevat. Pienennä ultraäänitehoa, lisää titaanisuoja tai rajoita altistuminen viiteen minuuttiin joka päivä pidentääksesi käyttöikää. Vauriot ovat vakavia 50 kHz:llä; koskaan käytä. Puhdistuksen lisäksi ultraäänipuhdistus aiheuttaa haittaa. Rajoita lämmittimen kylvyn kestoa tai suojaa sitä. Pinta voi vaurioitua, kovettua ja halkeilla. Pidä se turvassa tai vaihda se useammin. Sinun päätöksesi.