چرا خوردگی باعث تخریب المنت‌ میله‌ای می‌شود؟

خوردگی در المنت میله‌ای: ما نحوه انتخاب یک پوشش محافظ و محافظت از المنت‌ میله‌ای در برابر خوردگی با استفاده از آبکاری نیکل، ‌سرامیک، مینا و فلوروپلیمرها را توضیح می‌دهیم.

خوردگی المنت‌ میله‌ای نتیجه واکنش‌های الکتروشیمیایی سخت بین فلز و محیط خورنده است.

آب، به ویژه آب بسیار معدنی، حاوی یون‌های کلر، سولفات و اکسیژن است که به عنوان الکترولیت عمل می‌کنند.

پس از تماس با سطح فلز، یک جفت گالوانیک ایجاد می‌شود: نواحی آند اکسید می‌شوند و الکترون آزاد می‌کنند، در حالی که نواحی کاتد، مانند لایه‌های اکسید، یون‌های اطراف را کاهش می‌دهند.

در اسیدها یا قلیاها، این فرآیندها به طور قابل توجهی تسریع می‌شوند، حتی فولاد ضد زنگ می‌تواند در عرض چند ماه با لکه‌های زنگ مستور شود.

دما و رطوبت به عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند: هرچه محیط گرم‌تر و غلظت بخار بیشتر باشد، واکنش‌های اکسیداسیون فعال‌تر می‌شوند.

به عنوان مثال، در یک دیگ بخار با آب سخت، یک المنت گرمایشی محافظت نشده به سرعت با رسوب پر می‌شود و در زیر این رسوب، خوردگی حفره‌ای آغاز می‌شود و در نهایت فلز را می‌بلعد.

میزان خوردگی همچنین به بارهای مکانیکی روی دستگاه بستگی دارد: ارتعاش و ذرات ساینده لایه‌های اکسید محافظ المنت را از بین می‌برند.

انواع پوشش‌های محافظ برای جلوگیری از خوردگی المنت

برای مقابله با خوردگی المنت، از موانع چند لایه برای جداسازی فلز ار محیط استفاده می‌شود. انتخاب ماده به شرایط عملیاتی بستگی دارد:

آبکاری نیکل (گالوانیک)

• ضخامت: 15 تا 30 میکرومتر
• خواص: چسبندگی بالا (≥20 مگاپاسکال)، مقاومت در برابر حرارت تا 400 درجه سانتی‌گراد، مقاومت در برابر PH 5-9.
• محدودیت‌ها: برای اسیدهای غلیظ مناسب نیست.

پوشش نیکل گالوانیک، یک لایه متراکم و یکنواخت با ساختار کریستالی روی سطح المنت حرارتی ایجاد می‌کند و دسترسی یون‌های مهاجم به پایه فلزی را مسدود می‌کند.

به دلیل چسبندگی بالا و تخلخل کم، این مانع به طور مؤثری در برابر آب، قلیاهای ضعیف و مواد شوینده خانگی مقاومت می‌کند.

با این حال، هنگامی که در معرض اسیدهای غلیظ قرار می‌گیرد، نیکل به طور فعال حل می‌شود و کلریدها را تشکیل می‌دهد و استفاده از آن را در صنایع شیمیایی محدود می‌کند.

در شرایط خانگی، المنت‌های حرارتی آبکاری با نیکل 5 تا 7 سال دوام می‌آورند، اما نیاز به رسوب‌زدایی منظم دارند که می‌تواند به صورت موضعی به لایه محافظ آسیب برساند.

پوشش‌های سرامیکی (Al₂O_3، ZrO₂₎ برای محافظت از المنت در برابر خوردگی

• ضخامت: 100 تا 200 میکرومتر.
• خواص: مقاومت در برابر حرارت تا 800 درجه سانتی‌گراد، مقاومت در برابر سایش.

سرامیک‌های پاشش پلاسمایی یک “پوسته” مقاوم در برابر حرارت روی المنت‌های گرمایشی تشکیل می‌دهند که قادر به تحمل دما تا 800 درجه سانتی‌گراد و فشار مکانیکی ناشی از ذرات ساینده هستند.

ساختار ریز متخلخل اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) یا اکسید زیرکونیوم (ZrO₂) رسانایی حرارتی بالایی را تضمین می‌کند و خطر گرم شدن بیش از حد پایه فلزی را کاهش می‌دهد.

چنین پوشش‌هایی در کوره‌های سرامیکی صنعتی یا راکتورها، جایی که المنت‌های گرمایشی با نمک‌های مذاب و سرباره‌ها در تماس هستند، ضروری هستند.

به عنوان مثال، در ریخته‌گری‌ها، المنت‌های گرمایشی سرامیکی سه برابر بیشتر از همتایان فولادی خود عمر می‌کنند.

مینا (سرامیک شیشه‌ای)

• ضخامت: 80 تا 150 میکرومتر.
• ویژگی‌ها: مناسب برای مواد غذایی، مقاوم در برابر کلرید در دمای ≤100 درجه سانتی‌گراد.
• محدودیت‌ها: شکنندگی تحت بارهای ضربه‌ای.

لعاب شیشه-سرامیک، که با اسپری کردن و به دنبال آن پخت در دمای 850 تا 900 درجه سانتی‌گراد اعمال می‌شود، یک لایه صاف و از نظر شیمیایی بی‌اثر روی سطح المنت حرارتی ایجاد می‌کند.

این پوشش مطابق با الزامات ایمنی مواد غذایی مطابق با GOST R 51698-2000 است و آن را برای المنت‌های حرارتی مورد استفاده در صنایع غذایی ایده‌آل می‌کند.

با این حال، تغییرات ناگهانی دما یا ضربه می‌تواند باعث ترک لعاب شود و فلز را نمایان کند و این المنت‌های حرارتی را برای نصب‌های ارتعاشی نامناسب کند.

در محیط‌های نسبتاً تهاجمی، المنت‌های حرارتی لعاب‌دار می‌توانند تا 10 سال دوام بیاورند، اما در هنگام نصب نیاز به محافظت در برابر آسیب مکانیکی دارند.

فلوروپلیمرها (PTFE، PFA)

• ضخامت: 25 تا 50 میکرومتر.
• خواص: در برابر اسیدها و قلیاها بی‌اثر است، محدوده دمایی: -70 درجه سانتی‌گراد تا +260 درجه سانتی‌گراد.

پوشش‌های فلوروپلیمر، مانند تفلون یا فلوروپلاستیک، با پلیمریزاسیون در دمای 350 تا 400 درجه سانتی‌گراد تشکیل می‌شوند و یک لایه انعطاف‌پذیر و از نظر شیمیایی بی‌اثر با ضخامت 25 میکرون تشکیل می‌دهند.

به دلیل پیوندهای قوی بین کربن و فلوئور، این مواد حتی با اسیدها و قلیاهای غلیظ واکنش نمی‌دهند و همین امر آنها را درحمام‌های گالوانیک برای اعمال پوشش‌های کرومی یا در راکتورهای دارویی که استریل بودن مورد نیاز است، ضروری می‌کند.

با این حال، در دماهای بالاتر از 260 درجه سانتی‌گراد، فلوروپلیمرها شروع به تجزیه می‌کنند و گازهای سمی آزاد می‌کنند، بنابراین فقط در فرآیندهای دمای پایین و متوسط استفاده می‌شوند.

برای بهبود مقاومت در برابر سایش، اغلب پرکننده‌هایی به ترکیب اضافه می‌شوند: به عنوان مثال، 15 تا 25 درصد فایبرگلاس، که امکان استفاده از چنین عناصر گرمایشی را در تأسیساتی با سوسپانسیون‌های ساینده فراهم می‌کند.

چگونه یک پوشش المنت را برای جلوگیری از خوردگی المنت انتخاب کنیم؟

انتخاب محافظ با تجزیه و تحلیل محیطی که المنت حرارتی در آن کار خواهد کرد، آغاز می‌شود.

معیارهای انتخاب شامل ترکیب شیمیایی محیط، دما و فشار مکانیکی است.

برای آب آشامیدنی، که ایمنی در اولویت است، آبکاری نیکل یا لعاب مخصوص مواد غذایی مناسب هستند. آنها مواد مضر منتشر نمی‌کنند.

برای آب دریا یا آب نمک، که نمک و رطوبت غالب است، پوشش تیتانیوم یا تفلون انتخاب‌های بهتری هستند. این مواد در برابر کلریدها مقاوم هستند.

در صنایع شیمیایی، که المنت‌های حرارتی ممکن است با اسیدها یا قلیاها موجه شوند، سرامیک یا فلوروپلاستیک یک مانع قابل اعتماد ایجاد می‌کنند.

برای چنین محیط‌هایی، پوشش‌های چند لایه توصیه می‌شوند و به جای تمیز کردن مکانیکی با مواد ساینده، مهارکننده‌های خوردگی برای المنت توصیه می‌شوند.

فناوری‌های کاربردی: از گالوانیک تا پلاسما

آبکاری نیکل

1. چربی‌زدایی
2. حکاکی و فعال‌سازی
3. رسوب نیکل از الکترولیت

این فرآیند با آماده‌سازی دقیق سطح آغاز می‌شود. چربی‌زدایی، آلودگی‌ها را از بین می‌برد و اچینگ در محلول اسید سولفوریک 10%، یک برجستگی ریز برای بهبود چسبندگی ایجاد می‌کند.

نیکل با چگالی جریان 3 تا 5 آمپر بر دسی‌متر مربع از الکترولیت رسوب می‌کند و یک لایه یکنواخت بدون حفره یا لایه لایه شدن را تضمین می‌کند.

پاشش پلاسمایی سرامیک‌ها 

1. ذوب پودر سرامیک
2. عملیات سطحی با پلاسمای آرگون

در یک مشعل پلاسما، آرگون توسط قوسی با قدرت 40 تا 60 کیلووات یونیزه می‌شود و پلاسمایی با دمای بیش از 10000 درجه سانتی‌گراد تولید می‌کند که پودر سرامیکی ریز را ذوب می‌کند.

ذرات سرامیکی که تا 500 متر بر ثانیه شتاب می‌گیرند، به سطح المنت می‌روند و یک لایه متراکم با قدرت چسبندگی ≥50 مگاپاسکال تشکیل می‌دهند.

انتخاب محافظ مناسب برای المنت حرارتی، ترکیبی از علم و عمل است.

که در آن درک عمیق از فرآیندهای خوردگی با توانایی تطبیق راه حل‌های تکنولوژیکی با شرایط عملیاتی خاص ترکیب می‌شود.

پلیمریزاسیون فلوروپلیمرها در خوردگی المنت 

1. اعمال سیستم تعلیق
2. خشک کردن در دمای 100 درجه سانتی‌گراد
3. تف‌جوشی در دمای 380 درجه سانتی‌گراد

سوسپانسیون PTFE با اسپری کردن یا غوطه‌وری اعمال می‌شود، سپس در دمای 100 درجه سانتی‌گراد خشک می‌شود تا حلال‌ها تبخیر شوند.

پخت در دمای 380 درجه سانتی‌گراد در اتمسفر نیتروژن، اتصال عرضی مولکول‌های فلوروپلیمر را فعال می‌کند و یک فیلم متوالی با تخلخل کمتر از 1% ایجاد می‌کند.

نیتروژن از اکسیداسیون فلوروپلیمر جلوگیری می‌کند و بی‌اثری شیمیایی آن را حفظ می‌کند. یک ویژگی کلیدی برای عملکرد در محیط‌های تهاجمی.

نتیجه

طول عمر المنت‌های گرمایشی نتیجه انتخاب محافظ مناسب است.

درک مکانیسم‌های خوردگی و خواص پوشش‌های محافظ نه تنها عمر المنت را افزایش می‌دهد، بلکه ایمنی و کارایی کل سیستم را نیز تضمین می‌کند.

انتخابی که بر اساس تحلیل دقیق شرایط عملیاتی باشد، سرمایه‌گذاری در قابلیت اطمینان و حفظ منابع است.

در حال حاضر، هیچ راه حل کاملی وجود ندارد. هر نوع پوشش نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارد.

ترکیب فناوری‌های مختلف و استفاده از اقدامات حفاظتی اضافی، مانند مهارکننده‌های خوردگی یا سیستم‌های کنترل کیفیت آب، می‌تواند به نتایج بهینه دست یابد.

تنها در این صورت است که المنت حرارتی می‌تواند خدمات طولانی مدت و قابل اعتمادی ارائه دهد و عملکرد مورد نظر خود را بدون خرابی یا از کار افتادگی انجام دهد.