Làm sạch bằng siêu âm ở tần số 20 kHz (điển hình cho bể công nghiệp) tạo ra bong bóng tạo bọt nổ gần bề mặt PFA. Trong 1 năm với chu kỳ 15{12}}phút hàng ngày (tổng cộng 91 giờ), độ cứng bề mặt của lò sưởi PFA tăng 10–20 đơn vị Shore D (từ 65–68 lên 75–85). Sự cứng lại này là do gia công nguội cục bộ, nứt-vi mô và liên kết chéo-do các tác động tạo bọt lặp đi lặp lại. Bề mặt trở nên giòn; độ giãn dài khi đứt lớp bề mặt giảm từ 300% xuống 50–100%. Tuy nhiên, đối với tường PFA dày 2 mm, độ cứng được giới hạn ở lớp ngoài 50–150 µm. Vật liệu khối vẫn dẻo. Máy sưởi có thể tồn tại sau 1 năm làm sạch siêu âm 15 phút hàng ngày mà không bị hỏng, miễn là bề mặt không phát triển các vết nứt. Nhưng sau 2–3 năm, bề mặt giòn có thể bị nứt dưới chu trình nhiệt. Đối với dịch vụ quan trọng, hạn chế tiếp xúc siêu âm với<5 minutes/day or use a titanium shield.
Cơ chế làm cứng Cavitation
Ở tần số 20 kHz, bong bóng tạo bọt sụp đổ với áp suất 100–1.000 bar và nhiệt độ 2.000–5.000 độ trong một phần triệu giây. Sóng xung kích làm biến dạng dẻo bề mặt PFA, tạo ra các sai lệch và các khoảng trống vi mô. Chuỗi polyme gần định hướng bề mặt và liên kết chéo, làm tăng độ cứng. Bề mặt ban đầu trở nên mịn hơn (các đỉnh bị loại bỏ), sau đó trở nên nhám khi hình thành các hố nhỏ. Quá trình này tương tự như bắn peening nhưng mạnh mẽ hơn. Không giống như kim loại chịu ứng suất nén, PFA trở nên giòn.
Độ sâu đông cứng tuân theo d_hard ≈ 0,5 × (tần số)^(-0,5) × (công suất)^0,3. Ở tần số 20 kHz và 100 W/L, d_hard ≈ 80–150 µm sau 100 giờ. Đối với bức tường dày 2 mm, độ dày này chỉ bằng 5–7% – máy sưởi vẫn có cấu trúc vững chắc.
Độ cứng bề mặt so với tiếp xúc siêu âm (20 kHz, 100 W/L, nước 25 độ)
| Phơi nhiễm tích lũy (giờ) | Chu kỳ hàng ngày (15 phút/ngày) | Ngày tương đương | Độ cứng bề mặt (Shod D) | Tăng độ cứng | Tình trạng bề mặt | Độ giãn dài khi đứt (lớp bề mặt) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 66 | 0 | Mịn, bóng | 300% |
| 10 | 15 phút/ngày | 40 ngày | 68–70 | +2–4 | hơi mờ | 250–280% |
| 25 | 15 phút/ngày | 100 ngày | 70–74 | +4–8 | Mờ, rỗ mịn | 200–250% |
| 50 | 15 phút/ngày | 200 ngày | 73–78 | +7–12 | Những hố xỉn màu, nhìn thấy được | 150–200% |
| 75 | 15 phút/ngày | 300 ngày | 76–82 | +10–16 | các vết nứt thô,{0}}vi mô | 100–150% |
| 100 | 15 phút/ngày | 400 ngày | 78–85 | +12–19 | Bề mặt điên cuồng | 50–100% |
| 150 | 15 phút/ngày | 600 ngày | 80–88 | +14–22 | Nứt, tạo thành bột | <50% |
| 25 (50 kHz) | 15 phút/ngày | 100 ngày | 85–90 | +19–24 | Rỗng nặng | <30% (higher freq worse) |
Ở tần số 50 kHz, hiện tượng xâm thực có hại hơn (xem Điều #13). Không sử dụng máy sưởi PFA trong máy làm sạch siêu âm trên 40 kHz.
Ảnh hưởng đến hiệu suất máy sưởi
Ngay cả sau 1 năm (phơi sáng 91 giờ), việc làm cứng bề mặt không gây ra hư hỏng ngay lập tức. Máy sưởi tiếp tục hoạt động. Tuy nhiên:
Tốc độ thẩm thấu tăng: Lớp bề mặt có vết nứt nhỏ-có khả năng chống thẩm thấu hóa chất kém hơn. Đối với 30% HCl ở 80 độ, tốc độ thẩm thấu sau 1 năm làm sạch bằng sóng siêu âm cao hơn 2–3× so với lò sưởi không tiếp xúc.
Độ bám dính quy mô tăng: Bề mặt gồ ghề bẫy cặn và màng sinh học, cần phải vệ sinh thường xuyên hơn.
Khả năng chống sốc nhiệt giảm: Bề mặt giòn dễ nứt hơn khi làm nguội nhanh.
Đối với máy sưởi trong môi trường sạch, ít hóa chất-(làm sạch bằng siêu âm các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm), có thể chấp nhận chu kỳ 15 phút hàng ngày trong 1 năm. Đối với lò sưởi sử dụng hóa chất mạnh, sự kết hợp giữa làm cứng siêu âm và tấn công hóa học sẽ làm tăng tốc độ nứt do ứng suất.
Giảm thiểu dịch vụ siêu âm
Nếu cần làm sạch bằng siêu âm với máy sưởi PFA:
Giảm tiếp xúc: Giới hạn 5 phút/ngày. Sau 1 năm, độ cứng tăng từ 4–8 đơn vị – chấp nhận được.
Sử dụng tấm chắn: Tấm chắn bằng titan hoặc thép không gỉ đục lỗ (cách PFA 3–5 mm) hấp thụ năng lượng xâm thực. Tấm khiên đeo, không phải PFA.
Mật độ năng lượng thấp hơn: Giảm công suất siêu âm từ 100 W/L xuống 30 W/L. Độ cứng tăng ở mức 30 W/L sẽ giảm 50–70%.
Sử dụng PFA dày hơn: Tường 3 mm cung cấp nhiều vật liệu khối hơn; các vết nứt bề mặt không thấm vào lõi kim loại một cách nhanh chóng.
Ví dụ trường
Một phòng thí nghiệm bán dẫn đã sử dụng máy làm sạch siêu âm 20 kHz trong 30 phút mỗi ngày để làm sạch đầu dò gia nhiệt PFA. Sau 18 tháng, bề mặt lò sưởi trở nên thô ráp và có vết phấn. Một lò sưởi bị nứt ở đường dẫn chất lỏng và không hoạt động. Phòng thí nghiệm đã thay thế máy sưởi và bổ sung thêm tấm chắn titan (dày 1 mm, diện tích mở 40%). Máy sưởi mới không bị cứng bề mặt sau 24 tháng. Tấm chắn được thay thế 12 tháng một lần (chi phí 100). Chi phí 100). Chi phí 100 mỗi năm tiết kiệm được 2.000 USD chi phí thay thế lò sưởi.
Kết luận: Cứng lại 10–20 Shore D sau 1 năm làm sạch 15 phút hàng ngày
Làm sạch siêu âm lặp đi lặp lại ở tần số 20 kHz (15 phút/ngày trong 1 năm) làm tăng độ cứng bề mặt của bộ gia nhiệt PFA lên 10–20 đơn vị Shore D, từ 65–68 lên 75–85. Bề mặt cứng trở nên giòn và có thể phát triển các vết nứt nhỏ, nhưng khối PFA vẫn dẻo. Máy sưởi có thể tồn tại được 1 năm mà không gặp sự cố khi tiếp xúc với các hóa chất nhẹ, nhưng khả năng thẩm thấu và bám cặn sẽ kém hơn. Để có tuổi thọ cao hơn, hãy giảm mức tiếp xúc xuống còn 5 phút/ngày, thêm tấm chắn titan hoặc giảm công suất siêu âm. Ở tần số 50 kHz, hư hỏng nghiêm trọng – không bao giờ sử dụng. Làm sạch bằng sóng siêu âm có thể làm sạch nhưng cũng gây hư hỏng. Che chắn máy sưởi của bạn hoặc hạn chế thời gian tắm. Bề mặt cứng lại, nứt và có thể bị hỏng. Hãy bảo vệ nó hoặc thay thế nó thường xuyên hơn. Sự lựa chọn của bạn.
