Jak działają grzejniki PTFE w kąpielach do elektropolerowania stali nierdzewnej?

Stal nierdzewna jest wygładzana do olśniewającego,-odpornego na korozję połysku poprzez elektropolerowanie – proces polegający na zanurzeniu w gorącej, lepkiej kąpieli kwasowej. PTFE jest jednym z niewielu materiałów grzewczych, które mogą równomiernie ogrzać tę intensywną mieszaninę kwasów fosforowego i siarkowego, bez zanieczyszczeń. Połączenie podgrzewacza PTFE i kąpieli do elektropolerowania stało się standardową opcją w przypadku czynności związanych z wykańczaniem powierzchni, gdy obojętność chemiczna i czystość nie podlegają-negocjacjom.

Środowisko kąpieli do elektropolerowania
Elektropolerowanie stali nierdzewnej zwykle przeprowadza się przy użyciu ogrzewanej kombinacji 40 do 70 procent kwasu fosforowego (H₃PO₄) i 10 do 30 procent kwasu siarkowego (H₂SO₄) z niewielkimi dodatkami, takimi jak kwas chromowy lub organiczne środki powierzchniowo czynne, w niektórych formułach. Kąpiel ma temperaturę od 60 do 80 stopni -wystarczająco gorącą, aby zmniejszyć lepkość i zwiększyć przewodność jonową, ale znacznie poniżej temperatury wrzenia kwasów.

W tych temperaturach kąpiel jest gęsta i syropowata, o lepkości kilkakrotnie większej niż woda. Tak wysoka lepkość powoduje wyjątkowe problemy z ogrzewaniem. Szybkość przenoszenia ciepła z grzałki zanurzeniowej do kwaśnego roztworu jest mniejsza niż w przypadku wodnych kąpieli galwanicznych, a na powierzchniach grzejnika mają tendencję do tworzenia się stref stagnacji, chyba że zastosuje się aktywne mieszanie.

Dlaczego PTFE jest lepszy niż ogrzewanie osłoną metalową
Kąpiele elektropolerujące mogą szybko zniszczyć lub zanieczyścić tradycyjne grzałki zanurzeniowe z metalowymi osłonami ze stali, tytanu lub stopu. Kwasy fosforowy i siarkowy atakują większość metali w temperaturze 60-80 stopni. Tytan w pewnych okolicznościach wytrzyma czysty kwas siarkowy, ale będzie atakowany przez mieszaniny stężonych kwasów fosforowych. Co ważniejsze, jakakolwiek korozja metaliczna uwalnia jony do kąpieli. Jony żelaza, niklu, chromu lub tytanu. Są one uwięzione w elektropolerowanej warstwie i powodują wady powierzchni, matowe plamy lub wżery.

Grzejniki zanurzeniowe z PTFE (politetrafluoroetylenu) rozwiązują oba te problemy. Materiał jest całkowicie odporny na kwasy fosforowe i siarkowe w całym zakresie temperatur pracy. Nie zachodzi żadna reakcja chemiczna ani wymywanie jonów metali. Ponadto nieprzywierająca-powierzchnia PTFE zapobiega przywieraniu lub przypalaniu lepkiego, syropowatego kwasu na osłonie grzejnika. Ta funkcja-samooczyszczania umożliwia stabilizację wydajności wymiany ciepła na przestrzeni miesięcy w przypadku ciągłej pracy.

W praktyce układ kąpieli elektropolerującej z podgrzewaczem PTFE działa przez tysiące godzin bez zauważalnej degradacji materiału osłony. Jedynym zużyciem zauważonym w praktycznych instalacjach jest lekkie ścieranie spowodowane manipulacją lub cząstkami stałymi zawieszonymi w intensywnie używanych wannach.

Aspekty wydajności cieplnej
Maksymalna ciągła temperatura robocza PTFE wynosi około 110 stopni, znacznie powyżej górnej granicy 80 stopni dla kąpieli do elektropolerowania. Dzięki temu grzejnik jest wolny od naprężeń termicznych. Jednakże wysoka lepkość kąpieli wymaga dokładnego uwzględnienia gęstości watów i ruchu płynu.

Zalecana gęstość watów dla grzejników PTFE w kąpielach do elektropolerowania jest mniejsza lub równa 1,2 W/cm2. Często stosuje się bardziej konserwatywne 1,0 W/cm2. Jest to wartość poniżej 1,5 W/cm2 dopuszczalna dla-dobrze mieszanych roztworów wodnych. Są dwa powody:

W przypadku cieczy lepkich współczynniki konwekcyjnego przenikania ciepła są niższe, przez co ciepło jest odprowadzane z osłony wolniej.

Może to prowadzić do rozkładu kwasu lub miejscowego wrzenia zawartej wody, co powoduje powstawanie pęcherzyków na powłoce, co dodatkowo pogarsza przenoszenie ciepła.

Aby uzyskać jednolitą temperaturę kąpieli i uniknąć gorących plam, konieczne jest mieszanie. Powszechnie stosowane jest mieszanie mechaniczne, mieszadła umieszczone na dnie lub pompy recyrkulacyjne. Często unika się przepłukiwania powietrzem, ponieważ wprowadza ono tlen i wilgoć, które mogą zmienić skład chemiczny elektrolitu.