Cikel strganja, ki se nikoli ne konča
Nadzornik vzdrževanja v objektu za brezelektrično proizvodnjo niklja ima rutino. Vsak petek popoldne njegova ekipa potegne PTFE grelne plošče iz 85-stopinjskih kopeli in začne strgati. Obloge niklja se odstranijo v kosih, vendar ne čisto-vsak prehod pusti mikroskopske praske. Gladka PTFE površina se postopoma spremeni v mat, luknjičasto zmešnjavo. Življenjska doba plošče se je zmanjšala s 5 let na 18 mesecev. Proračun za nadurno delo se porabi na delovnem mestu.
Ta objekt ni edinstven. Brezelektrične usedline niklja so trde in oprijemljive. Odstranitev brez poškodb PTFE je skoraj nemogoča. Toda ena plošča v kotnem rezervoarju pripoveduje drugačno zgodbo. Deluje že 22 mesecev in je še vedno skoraj nov. razlika? Pasivacija površine-kemična obdelava, uporabljena med proizvodnjo, ki spremeni način vezave usedlin na PTFE.
Zakaj se depoziti držijo PTFE
Po večini standardov je površinska energija PTFE približno 18-20 mN/m-. Toda brezelektrični nikelj ne potrebuje visoke površinske energije za oprijem. Proces nanašanja aktivno nukleira na razpoložljivih mestih - mikroskopske pore, površinske napake in področja z nekoliko višjo energijo. Ko se začne nukleacija, usedlina hitro raste in se zaklene na površino PTFE.
Mehanizem oprijema je delno mehanski. Nanos zapolni površinske nepravilnosti in ustvari prepleteno strukturo. Zato se na hrapavih površinah usedline nabirajo hitreje kot na gladkih-več nepravilnosti pomeni več mest nukleacije in močnejšo mehansko vez. Postopek strganja, ki odstranjuje usedline, ustvarja tudi nove nepravilnosti, kar pospeši prihodnje nastajanje usedlin.
Površinska pasivizacija spremeni igro. Kemična obdelava spremeni najbolj oddaljeno molekularno plast, zapolni površinske nepravilnosti in zmanjša površinsko energijo na 14-16 mN/m. Manj mest nukleacije pomeni počasnejše nastajanje usedlin. Šibkejša vezava pomeni, da se obloge med čiščenjem lažje sprostijo.
| Površinsko stanje | Površinska energija (mN/m) | Mesta nukleacije | Pogostost čiščenja | Pričakovana življenjska doba |
|---|---|---|---|---|
| Standardno kot-ulit | 18-20 | visoko | 2-3 tedne | 2,5-3,5 leta |
| Kemično pasiviran | 14-16 | Nizka | 6-8 tednov | 4-5 let |
| Mehansko opraskan | 18-22 (nedosledno) | Zelo visoko | 1-2 tedna | 1,5-2,5 leta |
| Prevlečen s-PFA | 16-18 | Zelo nizko | 8-12 tednov | 5-7 let |
Postopek uporabe pasivizacije
Pasivacija ni prevleka-, temveč modifikacija površine, ki kemično spremeni PTFE na molekularni ravni. Obdelava veže vrste,-ki vsebujejo fluor, na površino in ustvari gosto, nizko{3}}energijsko pregradno plast. Plast je nanometrov debela, vendar izjemno vzdržljiva pri brezelektrični uporabi niklja.
Aplikacija poteka med proizvodnjo. Plošča je očiščena in nato pod nadzorovanimi pogoji izpostavljena pasivacijski kemiji. Obdelava ne vpliva na lastnosti mase PTFE-, trdnost, prožnost in toplotna odpornost ostanejo nespremenjene. Spremeni se samo površinska kemija.
Za obstoječe plošče je možna pasivizacija kot naknadna vgradnja. Ploščo je treba odstraniti, temeljito očistiti, da se odstranijo vse usedline, nato obdelati. Postopek doda 2-3 dni ciklu vzdrževanja, vendar lahko podaljša življenjsko dobo plošče za 2-3 leta.
Rezultati polja iz pasiviranih plošč
Objekt z 18 brezelektričnimi rezervoarji za nikelj je spremljal delovanje pred in po pasivaciji. Številke pripovedujejo prepričljivo zgodbo. Pred zdravljenjem je ustanova porabila 8.000 $ letno za nadomestne plošče in 12.000 $ za čiščenje. Po pasivizaciji so letni stroški zamenjave padli na 3000 USD, delo pri čiščenju pa na 6000 USD.
Sam proces čiščenja se je spremenil. Namesto tedenskega strganja z abrazivnimi blazinicami operaterji zdaj izvajajo 20-minutno namakanje s kislino vsakih 6 tednov. Kislina raztopi morebitni tanek film, ki je nastal, in pasivirana površina ostane nedotaknjena. Brez mehanskega čiščenja ni površinskih poškodb, kar pomeni, da pasivna plast še naprej ščiti ploščo.
Omejitve in kompromisi-
Pasivacija ni univerzalna. V kopeli z visoko vsebnostjo reducentov ali stabilizatorjev se lahko pasivacijska plast razgradi hitreje, kot je bilo pričakovano. Iste kemične vrste, ki spodbujajo odlaganje niklja, lahko napadejo pasivni sloj. Redno spremljanje pogostosti čiščenja-če se intervali začnejo krajšati, se lahko pasivna plast poslabša.
Začetni stroški so višji. Pasivirane plošče delujejo 15-25% več kot standardne plošče. Povračilo prihaja z zmanjšanim vzdrževalnim delom in podaljšano življenjsko dobo. V zgornjem objektu je bila vračilna doba 8 mesecev.
Pasivacija ne odpravi v celoti čiščenja-usedline še vedno nastajajo, vendar so tanjše in slabše oprijemljive. Ključni premik je prekinitev kroga mehanskih poškodb. Ko je površina plošče opraskana, se poškodbe pospešijo. Pasivacija prepreči začetek tega cikla.
Kdaj navesti pasivizacijo
Nove brezelektrične linije niklja morajo že od samega začetka določati pasivirane plošče. 15-25-odstotna premija se izravna z zmanjšanim vzdrževanjem v prvem letu. Pri obstoječih linijah se naknadna vgradnja pasivacije splača, če trenutne plošče odpovedujejo zaradi poškodb, povezanih z usedlinami. Postopek zahteva 2-3-dnevno zaustavitev na ploščo, vendar podaljšana življenjska doba običajno upraviči izpad.
Nekateri obrati uporabljajo hibridni pristop: pasivizirajo polovico svojih plošč in primerjajo zmogljivost-druga-druga ob drugi. Podatki dosledno kažejo, da so pasivirane plošče daljše od standardnih plošč za 2-3 leta, z znatno nižjimi stroški čiščenja. Za objekt, ki je navdihnil ta članek, je pasivizacija prekinila petkov cikel strganja – in vzdrževalna ekipa je končno dobila nazaj svoje popoldneve.
