Ultraäänipuhdistus 20 kHz:llä (tyypillinen teollisuussäiliöille) synnyttää kavitaatiokuplia, jotka räjähtävät lähellä PFA-pintaa. PFA-lämmittimen pintakovuus kasvaa 10–20 Shore D -yksiköllä (65–68:sta 75–85:een) yhden vuoden päivittäisten 15{12}minuutin jaksojen (yhteensä 91 tuntia) aikana. Tämä kovettuminen johtuu paikallisesta kylmämuokkauksesta, mikro-halkeilusta ja toistuvista kavitaatioiskuista johtuvista{26}}silloituksista. Pinta muuttuu hauraaksi; pintakerroksen murtovenymä laskee 300 %:sta 50–100 %:iin. Kuitenkin 2 mm paksuisella PFA-seinällä karkaisu on rajoitettu ulompaan 50–150 µm:iin. Bulkkimateriaali pysyy sitkeänä. Lämmitin kestää 1 vuoden päivittäisen 15 minuutin ultraäänipuhdistuksen ilman vikaa, mikäli pintaan ei muodostu halkeamia. Mutta 2–3 vuoden kuluttua hauras pinta voi halkeilla lämpösyklin vaikutuksesta. Rajoita ultraäänialtistus kriittistä huoltoa varten<5 minutes/day or use a titanium shield.
Kavitaatiokovetusmekanismi
20 kHz:n taajuudella kavitaatiokuplat romahtavat 100–1 000 baarin paineilla ja 2 000–5 000 asteen lämpötiloissa mikrosekuntien ajan. Iskuaalto muuttaa PFA:n pintaa plastisesti ja aiheuttaa sijoiltaan siirtymiä ja mikrotyhjiöitä. Polymeeriketjut lähellä pintaa suuntautuvat ja silloittavat{11}}, mikä lisää kovuutta. Pinnasta tulee aluksi tasaisempi (huiput irtoavat), sitten karheutuu, kun muodostuu mikrokuoppia. Prosessi on samanlainen kuin haukunpoisto, mutta aggressiivisempi. Toisin kuin metallit, jotka saavat puristusjännityksen, PFA muuttuu hauraaksi.
Kovettumissyvyys seuraa arvoa d_hard ≈ 0,5 × (taajuus)^ (-0,5) × (teho)^ 0,3. 20 kHz:llä ja 100 W/L:lla, d_hard ≈ 80–150 µm 100 tunnin kuluttua. 2 mm seinälle tämä on vain 5–7 % paksuudesta – kiuas pysyy rakenteellisesti ehjänä.
Pinnan kovuus vs. ultraäänialtistus (20 kHz, 100 W/L, 25 astetta vesi)
| Kumulatiivinen altistuminen (tuntia) | Päivittäinen kierto (15 min/päivä) | Vastaavat päivät | Pinnan kovuus (Shore D) | Kovuuden lisäys | Pinnan kunto | Murtovenymä (pintakerros) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 66 | 0 | Sileä, kiiltävä | 300% |
| 10 | 15 min/päivä | 40 päivää | 68–70 | +2–4 | Hieman mattapintainen | 250–280% |
| 25 | 15 min/päivä | 100 päivää | 70–74 | +4–8 | Matta, hienoja kuoppia | 200–250% |
| 50 | 15 min/päivä | 200 päivää | 73–78 | +7–12 | Tylsiä, näkyviä kuoppia | 150–200% |
| 75 | 15 min/päivä | 300 päivää | 76–82 | +10–16 | Karkea, mikro{0}}halkeamia | 100–150% |
| 100 | 15 min/päivä | 400 päivää | 78–85 | +12–19 | Hullu pinta | 50–100% |
| 150 | 15 min/päivä | 600 päivää | 80–88 | +14–22 | Säröillä, jauhettu | <50% |
| 25 (50 kHz) | 15 min/päivä | 100 päivää | 85–90 | +19–24 | Vaikea kuoppaus | <30% (higher freq worse) |
50 kHz:llä kavitaatio on vahingollisempaa (katso artikla #13). Älä käytä PFA-lämmittimiä yli 40 kHz:n ultraäänipuhdistimissa.
Vaikutus lämmittimen suorituskykyyn
Jopa 1 vuoden (91 tunnin altistus) jälkeen pinnan kovettuminen ei aiheuta välitöntä vikaa. Lämmitin jatkaa toimintaansa. Kuitenkin:
Läpäisynopeus kasvaa: Mikro-säröillä oleva pintakerros kestää vähemmän kemiallista läpäisyä. 30-prosenttiselle HCl:lle 80 asteessa läpäisynopeus yhden vuoden ultraäänipuhdistuksen jälkeen on 2–3 kertaa suurempi kuin valottamattoman lämmittimen.
Suodattimen tarttuvuus kasvaa: Karkea pinta vangitsee hilsettä ja biofilmejä, mikä vaatii useammin puhdistamista.
Lämpöshokin kestävyys pienenee: Hauras pinta halkeilee helpommin nopean jäähdytyksen aikana.
Jos lämmitin on puhtaassa, vähäkemiallisessa ympäristössä (laboratoriolasien ultraäänipuhdistus), 1 vuoden päivittäiset 15 minuutin jaksot ovat hyväksyttäviä. Aggressiivisessa kemiallisessa käytössä olevalle lämmittimelle ultraäänikarkaisun ja kemiallisen hyökkäyksen yhdistelmä nopeuttaa jännityshalkeilua.
Ultraäänipalvelun lieventäminen
Jos ultraäänipuhdistus tarvitaan PFA-lämmittimien kanssa:
Vähennä altistumista: Rajoita 5 minuuttiin/päivä. Vuoden kuluttua kovuuden lisäys on 4–8 yksikköä – hyväksyttävä.
Käytä suojaa: Rei'itetty titaanista tai ruostumattomasta teräksestä valmistettu suojus (3–5 mm:n päässä PFA:sta) imee kavitaatioenergiaa. Kilpi kuluu, ei PFA.
Pienempi tehotiheys: Pienennä ultraäänitehoa 100 W/L:sta 30 W/L:aan. Kovuuden kasvu 30 W/L:lla on 50–70 % pienempi.
Käytä paksumpaa PFA:ta: 3 mm seinä tarjoaa enemmän irtotavaraa; pintahalkeamat eivät tunkeudu metalliytimeen yhtä nopeasti.
Esimerkki kentästä
Puolijohdelaboratorio käytti 20 kHz:n ultraäänipuhdistinta 30 minuuttia päivittäin PFA-lämmittimen antureiden puhdistamiseen. 18 kuukauden kuluttua lämmittimen pinnat olivat karkeita ja kalkkimaisia. Yhdelle lämmittimelle muodostui halkeama nestelinjaan ja se epäonnistui. Laboratorio vaihtoi lämmittimet ja lisäsi titaanisuojan (1 mm paksu, 40 % avointa aluetta). Uudet lämmittimet eivät osoittaneet pinnan kovettumista 24 kuukauden jälkeen. Suojus vaihdettiin 12 kuukauden välein (100 hintaa). 100 hintaa. 100 vuodessa säästi 2 000 dollaria lämmittimen vaihdoissa.
Päätelmä: Kovettuu 10–20 Shore D 1 vuoden päivittäisen 15 minuutin puhdistuksen jälkeen
Toistuva ultraäänipuhdistus 20 kHz:llä (15 minuuttia/päivä 1 vuoden ajan) lisää PFA-lämmittimen pinnan kovuutta 10–20 Shore D -yksiköllä 65–68:sta 75–85:een. Kovettunut pinta muuttuu hauraaksi ja siihen voi muodostua mikro-halkeamia, mutta bulkki PFA pysyy sitkeänä. Lämmitin voi selviytyä 1 vuoden ilman vikaa miedoissa kemikaaleissa, mutta läpäisy ja kalkkikiinnitys huononevat. Pidentääksesi käyttöikää, vähennä altistusta 5 minuuttiin/päivä, lisää titaanisuoja tai alenna ultraäänitehoa. 50 kHz:llä vauriot ovat vakavia – älä koskaan käytä. Ultraäänipuhdistus puhdistaa, mutta myös vahingoittaa. Suojaa lämmitin tai rajoita sen kylpyaikaa. Pinta kovettuu, halkeilee ja saattaa vaurioitua. Suojaa se tai vaihda se useammin. Sinun valintasi.
