Sut Mae'r Anghydweddiad Ehangu Thermol Rhwng PFA a'r Craidd Metel Mewnol yn Newid Uniondeb yr Haen Bondio o dan Beicio Thermol?

Mae gan bob gwresogydd trochi PFA-graidd gwresogi metel, fel arfer Incoloy 825, titaniwm neu ddur di-staen 316, wedi'i amgylchynu gan haen o PFA. Mae'r haen PFA naill ai'n cael ei allwthio'n uniongyrchol ar y metel neu'n cael ei rhoi fel tiwb crebachu gwres gyda haen bondio gludiog canolraddol. Mae'r haen bondio hon fel arfer yn 0.05-0.20 mm o drwch mewn gwresogyddion masnachol ac mae ganddi ddwy swyddogaeth bwysig: mae'n cludo gwres o'r craidd metel i'r wain PFA allanol, ac mae'n atal delamination a all arwain at ymwthiad lleithder a gollyngiadau trydanol. Mae gan y PFA (100-120 ppm / gradd ) a chraidd metel (14-18 ppm / gradd ) gyfernod ehangu thermol (CTE) sy'n amrywio tua ffactor o chwech. Dros hyd o 30 cm mae'r PFA yn ceisio ehangu 0.8-1.2% yn fwy na'r craidd metel yn ystod pob cylch gwresogi o'r amgylchedd i'r tymheredd gweithio (ee, 25 gradd i 150 gradd ar gyfer baddonau asid tymheredd uchel). Mae'r gwahaniaeth hwn mewn ehangu yn arwain at straen cneifio cylchol yn y rhyngwyneb metel PFA, sy'n canolbwyntio ar bennau'r rhanbarth bondio. Rhaid i'r haen bondio, yn aml yn fflworopolymer wedi'i addasu neu hyrwyddwr adlyniad seiliedig ar silane, dderbyn y straen cneifio cylchol hwn heb fethiant (cydlynol neu ludiog). Mae beicio tymheredd dro ar ôl tro yn dinistrio'r haen bondio yn araf trwy fecanweithiau blinder, gan achosi dadlaminiad lleol a methiant cynamserol gwresogydd yn y pen draw.

Datblygu Straen Cneifio ar Ryngwyneb Bondio a Achoswyd gan CTE Mismatch.
Mae'r gwahaniaeth yn y cyfernodau ehangu thermol yn cynhyrchu maes straen anunffurf, er ei fod yn un lleol iawn, ar bennau'r rhanbarth bondio. Cymerwch wresogydd gyda chraidd metel 50cm o hyd wedi'i amgáu'n gyfan gwbl â PFA. Byddai'r PFA rhad ac am ddim (heb ei fondio) yn ymestyn tua 0.125 mm y cm o hyd (CTE 110 ppm/ gradd × 125 gradd=0.01375 mm/cm) neu 0.69 mm dros 50 cm pan gaiff ei gynhesu o 25 gradd i 150 gradd . Byddai'r craidd metel rhydd yn ehangu 0.020 mm y cm (CTE 16 ppm/ gradd × 125 gradd=0.002 mm/cm) neu 0.10 mm dros 50 cm. Mae'n rhaid gwneud iawn am y gwahaniaeth hwn o 0.59 mm trwy ddadffurfiad cneifio'r haen bondio. Ar gyfer haen fondio o hyd 50 cm, dim ond 0.59 mm / 50 cm=0.0012 (0.12%) yw'r straen cneifio ar gyfartaledd, sy'n ddibwys. Fodd bynnag, nid yw'r haen bondio wedi'i ddadffurfio'n unffurf dros ei hyd. Yng nghanol yr ardal fondio mae'r PFA a'r metel yn cael eu gorfodi i deithio gyda'i gilydd ac mae'r dadleoliad cymharol yn sero. Rhaid i bennau'r rhanbarth bondio ymdrin â'r 0.59 mm cyfan o ehangiad gwahaniaethol dros bellter byr-yn nodweddiadol 2-5 mm o ddiwedd y bond. Mae hyn yn arwain at ffactor crynodiad yn y straen cneifio o 50 i 100 gwaith y straen nodweddiadol. Mae modelu elfen gyfyngedig o wresogydd ar-fetel PFA confensiynol gyda haen bondio 0.10 mm o drwch yn rhagweld pwysau cneifio brig o tua 15-25% ar bennau'r bond ar gyfer codiad tymheredd o 125 gradd.

Ar gyfer y rhan fwyaf o gludyddion fflworopolymer wedi'u haddasu, mae straen cneifio o 15-25% yn yr haen bondio yn cyfateb i straen cneifio o 3-6 MPa, yn seiliedig ar fodwlws cneifio (tua 20-30 MPa mewn cyflwr rwber uwchlaw'r tymheredd trawsnewid gwydr). Mae'r lefel straen hon yn is na chryfder cneifio eithaf haen fondio sydd wedi'i chymhwyso'n ffres (8-12 MPa fel arfer). Mae'r haen bondio yn goroesi un cylch gwres. Fodd bynnag, ailadroddir yr un straen cneifio brig bob cylch gan achosi difrod blinder i'w gychwyn. Gellir disgrifio bywyd blinder yr haen bondio gan gyfraith pŵer: Nf=A × (σshear)−b, lle mae b yn gyffredin rhwng 5 ac 8 ar gyfer gludyddion fflworopolymer. Gall straen o 5 MPa achosi methiant ar 10,000 o gylchredau ond gall tensiwn o 3 MPa roi bywydau y tu hwnt i 50,000 o gylchoedd. Yn ymarferol, mae hyn yn golygu y bydd gan wresogyddion sy'n gweithredu gyda siglen tymheredd o 125 gradd (ee . 25 gradd i 150 gradd) oes blinder haen bondio o 5,000-15,000 cylchred, ond bydd gwresogydd â swing o 60 gradd (ee . 30 gradd i 90 gradd) yn para 5,000-15,000 cylchred.

Mecanweithiau a Canfod Lluosogi Delamination
Unwaith y bydd y difrod blinder yn cychwyn ar y bond yn dod i ben, mae'r delamination yn lluosogi yn fewnol ar hyd y rhyngwyneb trwy ddau lwybr. Y mecanwaith cyntaf yw blinder cneifio cylchol. Ym mhob cylch gwres mae'r un dosbarthiad straen cneifio yn cael ei gymhwyso ac mae blaen y crac yn cael ei luosogi 10-50 $\\mu$m fesul cylch yn dibynnu ar y ffactor dwyster straen yn y blaen crac. Wrth i'r delamination ddatblygu'n hirach, mae'r hyd bond yn mynd yn fyrrach ac mae'r straen cneifio yn y blaen crac newydd yn cynyddu gan fod yn rhaid darparu ar gyfer y dadleoliad gwahaniaethol cyffredinol ar draws hyd bond byrrach sy'n weddill. Mae'r adborth cadarnhaol hwn yn cynyddu ymlediad: mae dadlaminiad a ddatblygir i 10% o hyd y bond cyfan yn profi straen cneifio blaen hollt 10–20% yn uwch na diwedd y bond cychwynnol, gan achosi iddo luosogi'n gyflymach. Yr ail ddull yw ymosodiad ar yr amgylchedd. Mewn gwasanaethau cyrydol fel baddonau asid, toddiannau glanhau costig neu osodiadau clorin gwlyb, mae'r cyfrwng ymosodol yn mynd i mewn i'r bwlch delamination trwy weithredu capilari. Mae'r rhywogaethau cemegol yn ymosod ar naill ai'r haen bondio ei hun neu arwyneb y craidd metel, gan newid y dadlaminiad o doriad blinder mecanyddol yn unig i grac â chymorth cyrydiad. Mae dadansoddiad methiant maes o wresogyddion PFA a ddefnyddir mewn meinciau gwlyb lled-ddargludyddion yn dangos bod 70% o fethiannau delamination ar ben bondiau sy'n agored i hylif y broses o'i gymharu â 30% ar ben bond sych (uwch) uwchben y llinell hylif. Mae hyn yn dangos bod wicking amgylcheddol yn lluosogi'r methiant gan ffactor o 3-5.

Mae angen profion trydanol cyfnodol i ganfod dadlaminiad yr haen bondio cyn cwymp trychinebus. Mae'r cynhwysedd rhwng y craidd metel ac electrod daear allanol gwresogydd PFA wedi'i fondio'n llawn gyda PFA cyfan yn gyson trwy gydol amser. Yn y broses delamination, mae bwlch aer yn cael ei gynhyrchu ar y rhyngwyneb. Mae cysonyn deuelectrig aer tua 1.0 yn fras, a chysonyn PFA yw 2.1. Felly, mae cyfran wedi'i dilamineiddio yn cael ei hamlygu fel adran -capasiti is. Mesurwch y cynhwysedd ar hyd hyd y gwresogydd naill ai gan ddefnyddio electrod allanol segmentiedig neu drwy gyfieithu clamp electrod sengl. Mae delamination lleol yn cael ei ddangos gan newid cynhwysedd o fwy na 15% rhwng adrannau 5 cm cyfagos. Os oes gan y gwresogydd awyren ddaear wedi'i hymgorffori y tu mewn i'r wain PFA (sy'n gyffredin i ddyluniadau â sgôr diogelwch), mesurwch y gwrthiant inswleiddio rhwng y craidd metel a'r plân daear. Gostyngodd y gwerthoedd o 100–500 MΩ i 10–50 MΩ dros 6–12 mis, sy’n dynodi dadlaminiad sylweddol ac ymdreiddiad lleithder i’r bwlch.

Amrywiadau mewn Dyluniad Haen Bondio ac Ymddygiad Blinder
Nid yw pob dull PFA i-fondio metel yr un mor effeithiol o dan gylchrediad tymheredd. Mae pedair strategaeth adeiladu nodweddiadol, pob un yn defnyddio ymateb gwahanol i straen diffyg cyfatebiaeth CTE. Mae'r dull cyntaf, sy'n gallu gwrthsefyll blinder, yn cyfuno craidd metel wedi'i ysgythru'n gemegol â haen preimio o PFA wedi'i addasu gyda grwpiau adweithiol (anhydrid maleic neu gyfryngau cyplu tebyg). Mae'r paent preimio yn adweithio'n gemegol â'r haen metel ocsid i greu rhyngwyneb cofalent, nid rhyngwyneb gludiog yn unig. Mae'r strwythur hwn yn rhoi 50,000 i 100,000 o gylchoedd o haen bondio bywyd blinder cneifio ar ΔT=100 gradd . Mae'r ail ddull yn cynnwys cyd-gloi mecanyddol, lle mae'r craidd metel wedi'i sgwrio â thywod i arwyneb garw (Ra=3–5 µm) ac mae'r PFA yn cael ei allwthio'n uniongyrchol i'r arwyneb garw heb glud ychwanegol. Mae'r PFA yn treiddio i aperities arwyneb gan achosi clo mecanyddol. Mae'r dull hwn yn arwain at oes flinder o 20,000-40,000 o gylchredau, ond yn methu trwy fecanwaith gwahanol, hy mae'r PFA yn rhwygo allan o'r asperities yn hytrach na bod yr haen bond yn methu'n gydlynol. Mae'r trydydd dull yn seiliedig ar gywasgu cylchyn gweddilliol o ffit crebachu o diwb PFA sydd wedi crebachu â gwres dros graidd metel llyfn heb unrhyw driniaeth arwyneb. Mae'r bywyd blinder yn amrywio'n fawr, o 2,000 i 15,000 o gylchoedd, yn dibynnu ar y cemeg gludiog.

Mae'r tabl canlynol yn dangos amcangyfrif o fywyd blinder yr haen bondio ar gyfer pob dull saernïo fel swyddogaeth o faint cylch thermol (ΔT), tymheredd gweithredu uchaf a difrifoldeb yr amgylchedd cemegol.

Bondio Dull Adeiladu Uchafswm ΔT y Cylch ( gradd )