Bagaimana Pelapisan Nikel Tanpa Listrik Dibandingkan dengan Pelapisan Krom Keras untuk Perlindungan Permukaan Pelat Pemanas?

Permukaan pelat pemanas logam dapat mengalami korosi, keausan, atau lengket. Nikel tanpa listrik dan krom keras adalah dua alternatif pelapisan umum yang menciptakan lapisan permukaan pelindung dan fungsional. Masing-masing memiliki kualitas tersendiri, lebih cocok untuk kegunaan tertentu. Bagi para insinyur yang memilih pelat pemanas untuk pemrosesan makanan, reaktor kimia, peralatan cetakan, atau perangkat laboratorium, memahami perbedaan antara pelapisan nikel tanpa listrik dan pelapisan krom keras dapat memastikan bahwa lapisan yang dipilih akan memberikan masa pakai dan kinerja yang dibutuhkan.

Survei dua teknologi pelapisan
Pelapisan Nikel Tanpa Listrik (EN).
Pelapisan nikel tanpa listrik adalah teknik deposisi kimia autokatalitik. Komponen logam direndam dalam larutan berair yang mengandung ion nikel dan zat pereduksi (biasanya natrium hipofosfit). Pelapisan paduan nikel-fosfor pada semua permukaan yang bersentuhan dengan larutan tanpa arus listrik eksternal. Lapisannya adalah paduan nikel-fosfor, biasanya 5–12% fosfor (EN-fosfor tinggi memberikan ketahanan korosi terbaik).

Pelapisan EN ditandai dengan:

Ketebalan seragam - Geometri bagian tidak mempengaruhi laju deposisi. Bentuk kompleks, lubang buta, benang dan saluran internal dilapisi dengan ketebalan yang sama dengan permukaan terbuka. Ini adalah keuntungan besar dibandingkan pelapisan listrik.

Ketahanan terhadap korosi - Nikel tanpa listrik dengan fosfor tinggi (10-12% P) memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap klorida, larutan kaustik, dan banyak asam. Penutup amorf tidak memiliki batas butir dan oleh karena itu tidak ada saluran untuk serangan korosif.

Kekerasan – Kekerasan pelapisan sekitar 50-55 HRC (Rockwell C). Perlakuan panas pasca pelapisan (biasanya 1 jam pada suhu 400 derajat) meningkatkan kekerasan hingga 65-70 HRC, yang sebanding dengan hard chrome.

Pelumasan – EN memiliki koefisien gesekan yang rendah (0,1–0,15 terhadap baja saat kering) dan dapat melumasi sendiri-karena permukaannya yang halus dan tidak-galing.

Pelapisan Krom Keras
Pelapisan krom keras adalah teknik elektrokimia. Bagian logam dibuat katoda dalam rendaman asam kromat (CrO₃) dan asam sulfat. Arus listrik dialirkan melalui larutan. Arus ini menurunkan ion kromium, dan lapisan unsur kromium diendapkan pada permukaan. Tidak seperti nikel tanpa listrik, laju pengendapan bergantung pada kerapatan arus, sehingga menghasilkan lapisan yang lebih tebal di sudut luar dan endapan yang lebih tipis di ceruk.

Beberapa fitur utama pelapisan krom keras adalah:

Kekerasan ekstrim - Endapan krom keras biasanya memiliki lapisan 65–72 HRC, dan tidak memerlukan perlakuan panas. Kekerasan ini memberikan ketahanan yang sangat baik terhadap abrasi, kerusakan dan keausan perekat.

Koefisien gesekan rendah - Chrome memiliki koefisien gesekan kering yang sangat rendah (0,1-0,15 terhadap baja) sehingga cocok untuk aplikasi geser.

Ketahanan korosi yang buruk - Lapisan kromium bersifat katodik terhadap baja dan memiliki celah mikroskopis (karena tegangan internal). Retakan ini mengekspos baja di bawahnya terhadap adanya elektrolit dan mendorong korosi galvanik. Krom keras tidak disarankan untuk pencegahan korosi kecuali terdapat lapisan atau segel nikel di bawahnya.

Kisaran ketebalan - Krom keras dapat disimpan dalam lapisan yang lebih tebal (hingga 0,010 inci / 250 mikron) dibandingkan nikel tanpa listrik biasa, sehingga cocok untuk membangun kembali komponen yang aus.

Perbedaan Besar untuk Aplikasi Pelat Pemanas
Pemilihan nikel tanpa listrik atau krom keras pada pelat pemanas merupakan fungsi dari bahaya utama pada permukaan pelat, korosi atau keausan. Pelat pemanas mungkin terkena cairan produksi kaustik, bahan kimia pembersih, atau atmosfer lembab. Atau terkikis secara mekanis oleh bagian yang tergelincir, kontak bagian, atau perkakas.

Ketahanan terhadap Korosi
Untuk pelat pemanas di lingkungan yang keras-proses kimia, sanitasi makanan, atmosfer laut, atau kontak dengan larutan asam atau kaustik-ketahanan terhadap korosi sangat penting.

Nikel Tanpa Listrik (Fosfor Tinggi) menawarkan ketahanan korosi yang luar biasa. Lapisan ini tidak-berpori, amorf, dan lembam secara kimia. Dalam pengujian semprotan garam, EN dengan kandungan fosfor tinggi tahan terhadap pembentukan karat merah selama 500-1,000+ jam (tergantung pada ketebalan dan persiapan media). Ia tahan terhadap serangan asam sulfat encer, asam klorida, soda api dan banyak senyawa organik.

Krom keras memiliki ketahanan korosi bawaan yang rendah. Jaringan retakan mikro (10-1.000 retakan per sentimeter linier) memungkinkan elektrolit korosif mencapai substrat baja. Ketika baja mulai berkarat, lapisan krom di atasnya bisa terkelupas. Oleh karena itu, hard chrome jarang digunakan sebagai satu-satunya cara perlindungan korosi. Jika ketahanan terhadap korosi diperlukan, maka pelat bawah nikel dipasang sebelum krom, atau krom tersebut disegel dengan perawatan pasca.

Dalam praktiknya, untuk situasi yang didominasi korosi, nikel tanpa listrik adalah pilihan yang tepat. Pelapisan EN akan berfungsi dengan baik pada pelat pemanas di pabrik pengolahan makanan yang dibersihkan setiap hari dengan pembersih yang mengandung klorin atau asam. Suasana yang sama pada pelat krom keras mungkin akan menimbulkan bintik-bintik karat dalam beberapa minggu.

Kekerasan dan Ketahanan Aus
Ketahanan aus penting untuk pelat pemanas yang mengalami kontak mekanis (misalnya pelat yang dipanaskan dalam cetakan kompresi, mesin laminating, atau peralatan penyekat panas).

Krom keras sangat tahan aus. Karena kekerasan berlapis adalah 70 HRC dan tahan terhadap goresan, pencongkelan, dan keausan perekat. Pelat pemanas, berlapis krom, dapat mempertahankan kontak geser berulang kali dengan film polimer, kain, atau peralatan logam tanpa degradasi permukaan yang berarti.

nikel tanpa listrik yang dilapisi-(50-55 HRC) lebih lembut dibandingkan krom keras. Namun, kekerasan EN setelah perlakuan panas (400 derajat, 1 jam) adalah 65–70 HRC, mendekati krom. Lapisan EN yang diberi perlakuan panas memiliki ketahanan aus yang baik, meskipun perilaku gesekannya sedikit berbeda.

Perhatikan bahwa perlakuan panas EN harus dilakukan setelah pelapisan dan sebelum komponen sensitif terhadap suhu (misalnya pemanas atau sensor tertanam) dipasang. Jika Anda memiliki pelat pemanas rakitan dengan pemanas kartrid yang disertakan, perlakuan panas mungkin tidak tersedia. Dalam beberapa kondisi, kekerasan EN-berlapis mungkin tidak cukup untuk penggunaan-keausan tinggi.

Salah satu manfaat besar nikel tanpa listrik adalah homogenitasnya. Jika pelat pemanas memiliki karakteristik yang rumit (alur untuk termokopel, lubang pemasangan berulir, atau permukaan berkontur) EN akan melapisi seluruh area secara merata. Krom keras saling berhadapan dan akan mengendap lebih tipis di ceruk dan lebih tebal di sudut, menyebabkan keausan tidak merata dan kemungkinan korosi pada bagian tipis.

Cakupan dan Keseragaman
Tidak ada proses pelapisan lain yang dapat melapisi geometri rumit selain nikel tanpa listrik. Prosedur pengendapan kimia mempertahankan ketebalan lapisan yang sama pada semua permukaan yang dibasahi. Ini sangat berguna untuk memanaskan pelat dengan:

Lubang dibor untuk sensor atau pemanas kartrid

Saluran mesin sirkulasi cairan

Lubang berulir untuk pemasangan perangkat keras

Permukaan dengan pola atau tekstur

Karena krom yang lebih keras merupakan proses elektrolitik, pemasangan yang rumit dan anoda tambahan diperlukan untuk memberikan cakupan yang konsisten pada apa pun kecuali bentuk yang paling sederhana. Sudut dan tepinya menghasilkan endapan yang lebih tebal (tampilan "tulang anjing"), sedangkan lubang atau ceruk yang dalam mungkin memiliki sedikit atau tanpa pelapisan. Nikel tanpa listrik memberikan cakupan yang lebih baik daripada kebanyakan desain pelat pemanas dan memecahkan masalah korosi dari area yang tidak dilapisi.

Karakteristik Pelumasan dan Anti Lengket
Kedua lapisan tersebut memberikan gesekan minimal, meskipun terdapat perbedaan:

Nikel tanpa listrik menghasilkan permukaan yang halus dan tahan empedu sehingga tidak banyak bahan yang menempel. Secara khusus, EN yang mengandung fosfor tinggi memiliki struktur seperti kaca yang mencegah adhesi polimer, sisa makanan, dan endapan kimia.

Sifat lain dari hard chrome adalah gesekannya yang rendah dan biasanya digunakan dalam aplikasi cetakan dan cetakan untuk mencegah bagian cetakan saling menempel.

Nikel tanpa listrik sering kali menjadi pilihan aplikasi makanan dan farmasi karena sifatnya yang tidak-toksik dan kurangnya kromium heksavalen, yang merupakan bahan kimia berbahaya. Pelapisan krom keras menggunakan rendaman Cr(VI) yang berbahaya dan lapisan tersebut dapat menimbulkan kekhawatiran tentang pelepasan kromium selama keausan.

Nikel Tanpa Listrik vs Krom Keras (Tabel Perbandingan) untuk Pelat Pemanas
Krom Keras Nikel Tanpa Listrik (Fosfor Tinggi).
Metode Deposisi Otomatis-katalitik (kimia) Elektrolitik (arus listrik)
Keseragaman Pelapisan Sangat Baik - ketebalan sama pada semua permukaan Buruk - lebih tebal pada bagian tepi/sudut, lebih tipis pada bagian lekukan
Kisaran Ketebalan Khas 0,0005 – 0,010 inci (12 – 250 µm) 0,001 – 0,003 inci (25 – 75 µm)
Kekerasan, HRC berlapis 50 – 55 65 – 72
Panas-Kekerasan yang Diolah (HRC) 65 – 70 (setelah 400 derajat /1 jam) Tidak cocok (perlakuan panas menghancurkan kromium)
Ketahanan Korosi (Semprotan Garam) Sangat baik (500 – 1000+ jam hingga karat merah) Buruk (biasanya < 100 jam tanpa pelat bawah)
Ketahanan terhadap Klorida Baik hingga luar biasa (P EN tinggi-) Buruk (retak mikro menyebabkan substrat berlubang)
Resistensi terhadap Solusi KaustikGoodFair
Koefisien Gesekan (kering pada baja) 0,10 – 0.15 0.10 – 0,15
Suhu Servis Maksimum ~400 derajat (kekerasan turun di atas) ~400 derajat (oksidasi dimulai)
Toksisitas / Masalah Lingkungan Sedang (garam nikel, tetapi tidak ada Cr(VI)) Tinggi (kromium heksavalen karsinogenik)
Biaya relatif (per satuan luas) Sedang hingga tinggi (tergantung kandungan fosfor) Rendah hingga sedang (walaupun pengolahan limbah menambah biaya)
Aplikasi Pelat Pemanas Umum Pelat cetakan, permukaan-keausan tinggi, cetakan pembentuk logam, area kontak geser Reaktor kimia, pemrosesan makanan, peralatan semikonduktor, lingkungan maritim
rekomendasi khusus aplikasi-.
Dimana Nikel Tanpa Listrik Bersinar
Pelapisan nikel tanpa listrik direkomendasikan untuk pelat pemanas ketika ketahanan terhadap korosi dan penutup yang seragam merupakan pertimbangan utama. Situasi khusus meliputi:

Pelat pemanas pemrosesan kimia - Paparan asam, alkali, atau pelarut organik. Perlindungan korosi tertinggi diperoleh untuk EN fosfor-tinggi P 10–12%.

Peralatan makanan dan farmasi – EN mematuhi FDA (jika diproduksi dengan benar) dan tahan terhadap deterjen. Ini menghindari masalah toksisitas dengan kromium heksavalen.

Instalasi kelautan dan pesisir Baja yang tidak terlindungi atau lapisan kromium yang buruk akan cepat berkarat akibat semprotan garam dan kelembapan. EN memberikan-perlindungan jangka panjang.

Geometri kompleks pelat pemanas Cakupan EN seragam pada saluran mesin, lubang buta, dan fitur berulir untuk memastikan semua permukaan terlindungi.

Aplikasi semikonduktor dan ruang bersih - EN tidak-berpartikel dan tahan terhadap serangan bahan kimia dari gas proses dan larutan pembersih.

Dalam kondisi-yang didominasi korosi, nikel tanpa listrik adalah pilihan yang lebih baik.

Saat Hard Chrome Adalah Pilihan Yang Tepat
Ketika persyaratan yang paling penting adalah ketahanan aus dan kekerasan permukaan, pelapisan krom keras adalah proses pilihannya. Contohnya adalah:

Pelat Cetakan Kompresi Kontak terus-menerus dengan senyawa cetakan abrasif atau bahan yang diperkuat serat memerlukan ketahanan aus terbaik.

Pelat Tekan Laminasi - Abrasi terjadi ketika lembaran bahan yang digeser bergesekan dengan permukaan pelat. Krom keras dapat memperpanjang umur pelat.

Batang penyegel panas - Batang penyegel harus memiliki permukaan yang kuat dan gesekan rendah agar dapat terus bersentuhan dengan lapisan film kemasan dan terkena tekanan mekanis.

Membangun Kembali Pelat Pemanas yang Aus - Krom keras dapat dilapisi lebih tebal (0,005 hingga 0,010 inci) untuk mengembalikan dimensi sebelum penggilingan akhir.

Hard chrome adalah pilihan tepat untuk-situasi yang didominasi keausan. Jika aplikasi yang sama juga mengandung klorida atau kelembapan tinggi, disarankan untuk menggunakan pelat bawah nikel untuk menghindari korosi pada retakan mikro.

Metode Hibrida
Dalam beberapa aplikasi yang menuntut, ketahanan terhadap korosi dan ketahanan aus diperlukan. Hibrida yang populer adalah pelat bawah nikel tanpa listrik (0,0005–0,001 inci) di atas lapisan atas krom keras yang tipis (0,0002–0,0005 inci). EN memberikan perlindungan terhadap korosi dan menyegel substrat baja, sedangkan krom memberikan permukaan-gesekan rendah yang keras di bagian ujungnya. Sebagai alternatif, nikel tanpa listrik yang diberi perlakuan panas saja memberikan kekerasan yang mendekati krom dengan ketahanan korosi yang sangat baik dan merupakan alternatif pelapisan tunggal yang lebih disukai.

Pertimbangan Praktis untuk Membuat Pelat Pemanas
Beberapa masalah praktis perlu dipertimbangkan ketika memilih pelapis untuk pelat pemanas:

Penggetasan hidrogen - Hidrogen dapat dimasukkan ke dalam substrat baja berkekuatan tinggi (misalnya baja perkakas yang diperkeras) melalui proses EN dan hard chrome. Diperlukan beberapa jam pemanggangan pada suhu 190 derajat setelah pelapisan untuk mengeluarkan gas hidrogen dan mencegah retaknya penggetasan.

Dampak suhu Nikel tanpa listrik memiliki puncak kekerasan pada 400 derajat namun dapat melunak pada suhu yang lebih tinggi. Berhati-hatilah dengan pelat pemanas pada suhu di atas 350 derajat. Kromium keras akan keras hingga suhu sekitar 400C. Di luar itu, ia teroksidasi.

Ketebalan dan konduktivitas termal - Pelapisan menambah ketahanan termal Konduktivitas termal lapisan EN 0,002 inci (50 µm) kurang dari 1% konduktivitas termal baja polos dan dapat diabaikan untuk sebagian besar pelat pemanas. Krom memiliki konduktivitas panas yang lebih buruk dibandingkan nikel, namun perbedaannya kecil.

Persiapan permukaan – Kedua prosedur harus dibersihkan dan diaktifkan dengan baik. Substrat harus bebas dari minyak, oksida, dan benda asing untuk EN. Untuk hard chrome, bagian tersebut sering kali digores-terbalik untuk mengaktifkan permukaannya. Hal ini dapat memengaruhi toleransi dimensi.

Perlu dicatat bahwa nikel tanpa listrik dapat diterapkan pada lebih banyak jenis bahan substrat daripada krom keras. EN pelat aluminium, tembaga, baja tahan karat, dan bahkan-bahan non-konduktif (setelah aktivasi yang benar). Krom keras memerlukan permukaan konduktif dan umumnya terbatas pada baja, baja tahan karat, atau paduan tembaga.

Pertimbangan Ekonomi & Lingkungan
Nikel tanpa listrik versus krom keras bukanlah perbandingan harga yang sederhana. Krom keras lebih murah dalam biaya bahan kimia dan energi per satuan ketebalan, namun pembuangan limbah kromium heksavalen mahal dan diatur dengan ketat. Pelapisan krom keras sedang dibatasi atau dihapuskan secara bertahap di beberapa negara (UE, Kalifornia, Tiongkok) karena emisi Cr(VI) yang bersifat karsinogenik dan air limbah. Nikel tanpa listrik lebih mahal secara kimia, tetapi beban peraturannya lebih rendah, dan secara umum lebih ramah lingkungan.

Untuk pelat pemanas yang harus mematuhi persyaratan lingkungan (misalnya RoHS, REACH, atau pembatasan kontak makanan), nikel tanpa listrik seringkali merupakan satu-satunya pilihan yang tepat.

Abstrak
Pilihan pelapisan nikel tanpa listrik atau pelapisan krom keras untuk perlindungan permukaan pelat pemanas bergantung pada mekanisme kegagalan dominan yang diperkirakan terjadi dalam servis. Nikel tanpa listrik memberikan ketahanan korosi dan konsistensi lapisan terbaik untuk pemrosesan kimia, peralatan kuliner, lingkungan kelautan, dan pelat geometri kompleks. Krom keras memiliki kekerasan dan ketahanan aus yang sangat baik sehingga sesuai untuk aplikasi dengan keausan tinggi seperti pelat cetakan, mesin laminating, dan permukaan kontak geser.

Untuk sebagian besar pelat pemanas tujuan umum yang korosi dan keausannya sedang, nikel tanpa listrik yang diberi perlakuan panas memberikan keseimbangan yang menarik: kekerasan mendekati kekerasan krom, perlindungan korosi yang sangat baik, lapisan yang seragam, dan kepatuhan terhadap lingkungan. Jika kekhawatiran utama adalah abrasi yang tinggi, krom keras (di atas pelat bawah nikel jika korosi juga merupakan masalah) masih merupakan pilihan yang memungkinkan. Pilih pelapisan berdasarkan mode kegagalan dominan pelat pemanas, korosi atau keausan, agar lapisan pelindung dapat memperpanjang masa pakai dan menjaga integritas proses.