Hvordan fungerer PTFE-varmere i elektropolerende bad for rustfritt stål?

Rustfritt stål glattes til en blendende,-korrosjonsbestandig glans ved elektropolering, en prosess som involverer nedsenking i et varmt, viskøst syrebad. PTFE er et av få varmematerialer som jevnt kan varme opp denne intense blandingen av fosforsyre og svovelsyre, uten forurensning. Kombinasjonen av PTFE-varmer og elektropoleringsbad har blitt standardalternativet for overflatebehandling når kjemisk treghet og renslighet ikke er-omsettelige.

Bademiljø for elektropolering
Elektropolering av rustfritt stål utføres vanligvis i en oppvarmet kombinasjon av 40 til 70 prosent fosforsyre (H3PO4) og 10 til 30 prosent svovelsyre (H2SO4) med små tilsetninger av tilsetningsstoffer, slik som kromsyre eller organiske overflateaktive stoffer, i visse formuleringer. Badet går mellom 60 og 80 grader -varmt nok til å redusere viskositeten og fremme ionisk ledningsevne, men langt under syrenes kokepunkt.

Ved disse temperaturene er badet tykt og sirupsaktig, med en viskositet som er flere ganger større enn vann. En slik høy viskositet gir unike oppvarmingsproblemer. Hastigheten for varmeoverføring fra nedsenkingsvarmeren til den sure løsningen er lavere enn til vandige pletteringsbad og stagnasjonssoner har en tendens til å dannes på varmeelementets overflater med mindre aktiv omrøring benyttes.

Hvorfor PTFE er bedre enn oppvarming av metallhylster
Elektropoleringsbadene kan raskt ødelegge eller forurense tradisjonelle el-patron med metallkapper av stål, titan eller legering. Fosforsyre og svovelsyre angriper de fleste metaller ved 60-80 grader. Titan vil tåle ren svovelsyre under noen omstendigheter, men vil bli angrepet av konsentrerte fosforsyreblandinger. Mer signifikant frigjør enhver metallisk korrosjon ioner i badekaret. Jern-, nikkel-, krom- eller titanioner. Disse er fanget i det elektropolerte laget og forårsaker overflatefeil, matte flekker eller groper.

PTFE (polytetrafluoretylen) varmeovner løser begge disse bekymringene. Materialet er totalt motstandsdyktig mot fosfor- og svovelsyrer over hele området av driftstemperaturer. Det er ingen kjemisk reaksjon og ingen utlekking av metallioner. Dessuten hindrer den ikke-klebende overflaten til PTFE at den viskøse sirupssyren fester seg eller steker på varmekappen. Denne selvrensende funksjonen lar varmeoverføringseffektiviteten stabiliseres over en periode på måneder for kontinuerlig drift.

I praksis fungerer en PTFE-varmer-elektropoleringsbadarrangement tusenvis av timer uten observerbar nedbrytning av kappematerialet. Den eneste slitasjen som merkes i praktiske installasjoner er lett slitasje fra håndtering eller fra faste partikler suspendert i mye brukte kar.

Termiske ytelsesaspekter
Den maksimale kontinuerlige driftstemperaturen for PTFE er omtrent 110 grader, mye over den øvre grensen på 80 grader for elektropoleringsbad. Dermed er varmeren fri for termisk stress. Den høye viskositeten til badet krever imidlertid en nøye vurdering av watt-tettheten og væskebevegelsen.

Anbefalt watttetthet for PTFE-varmere i elektropolerende bad er mindre enn eller lik 1,2 W/cm2. Ofte brukes en mer konservativ 1,0 W/cm2. Dette er under tillatte 1,5 W/cm2 for godt-rørte vandige løsninger. Det er to grunner:

For viskøse væsker er de konvektive varmeoverføringskoeffisientene lavere, på grunn av at varmen evakueres fra kappen med en lavere hastighet.

Dette kan føre til syrenedbrytning eller lokal koking av vanninnhold som resulterer i bobledannelse på kappen som ytterligere svekker varmeoverføringen.

Omrøring er nødvendig for å oppnå en jevn badtemperatur og for å unngå varme flekker. Vanlige er mekanisk blanding, bunnplasserte rørere eller resirkulasjonspumper. Luftspyling unngås ofte da det introduserer oksygen og fuktighet som kan endre elektrolyttkjemi.