Le cycle de vidange du bain
Un bain de nickelage brillant accumule des impuretés métalliques au fil du temps. Le fer provenant des radiateurs en acier inoxydable corrodés, le cuivre des égouttements des barres omnibus, le zinc provenant de la -dissolution des pièces moulées sous pression-chaque contaminant finit par atteindre une concentration où la qualité du dépôt est compromise. Le bain doit être partiellement ou complètement vidé et remplacé par des produits chimiques frais.
Une partie importante de la charge de contamination provient de l'échangeur de chaleur. Une bobine d'acier inoxydable corrodée à raison de 0,15 mm/an dans un bain de nickel de 8 000 litres libère environ 1,5 kg de fer par an. Cet apport continu de fer raccourcit l'intervalle entre les vidanges du bain. Si le bain pouvait durer 12 mois sans contamination par le fer, il pourrait ne durer que 6 mois avec le chauffage apportant du fer.
Les échangeurs de chaleur en PTFE ne dégagent aucune contamination métallique. L'élimination de cette source continue de contaminants prolonge l'intervalle entre les vidanges des bains, réduisant ainsi les coûts d'achat de produits chimiques, les coûts d'élimination des déchets et les temps d'arrêt de production pour le remplacement du bain.
Le calcul de la prolongation de la durée de vie du bain
L'intervalle de vidange du bain est déterminé par le temps nécessaire pour que la concentration du contaminant atteigne le seuil où la qualité du dépôt devient inacceptable. Le seuil dépend du contaminant et du processus de placage. Pour le fer dans le nickel brillant, le seuil est d'environ 25 ppm.
Sans corrosion du réchauffeur, le taux d'accumulation de fer est déterminé uniquement par l'entraînement-des pièces à usiner et la contamination atmosphérique-généralement de 1 à 2 ppm par semaine. A partir d'une concentration initiale de 5 ppm (bain frais), il faut 10 à 20 semaines pour atteindre 25 ppm, correspondant à une durée de vie du bain de 10 à 20 semaines soit environ 3 à 5 mois.
Avec la corrosion du réchauffeur ajoutant 0,15 mm/an de dissolution du fer, l'apport supplémentaire est d'environ 3 ppm par semaine. Le taux d'accumulation total devient de 4 à 5 ppm par semaine. Le temps pour atteindre 25 ppm à partir de 5 ppm est de 4 à 5 semaines. La durée de vie du bain est réduite à environ un mois.
Tableau 1 : Comparaison de la durée de vie et des coûts du bain - avec et sans chauffage-Contamination par le fer dérivé (bain de nickel brillant de 8 000 litres)
| Paramètre | Avec chauffage en acier inoxydable | Avec échangeur de chaleur en PTFE |
|---|---|---|
| Accumulation de fer provenant du radiateur (ppm/semaine) | 3 | 0 |
| Accumulation de fer provenant d'autres sources (ppm/semaine) | 1.5 | 1.5 |
| Taux d’accumulation total de fer (ppm/semaine) | 4.5 | 1.5 |
| Temps du seuil de Fe de 5 ppm à 25 ppm (semaines) | 4.4 | 13.3 |
| Décharges de bain par an | 11.8 | 3.9 |
| Coût des produits chimiques du bain par déversement (5 $/L × 8 000 L partiel) | 12 000 $ (vidage partiel de 30 %) | $12,000 |
| Coût annuel des produits chimiques pour le bain | $141,600 | $46,800 |
| Coût annuel d'élimination des déchets (1,50 $/L × volume déversé) | $42,480 | $14,040 |
| Coût annuel lié au bain- | $184,080 | $60,840 |
| Économies annuelles avec le PTFE | – | $123,240 |
La valeur de stabilité des performances du bain
Au-delà des économies directes sur les coûts de produits chimiques et d’élimination, la durée de vie prolongée du bain offre des avantages opérationnels. Chaque déversement de bain perturbe la production. Le nouveau bain nécessite plusieurs jours de fonctionnement pour atteindre l'équilibre chimique. Pendant cette période de rodage-, la qualité du dépôt peut être plus variable et le taux de placage peut différer de celui du bain vieilli.
Moins de vidanges de bain signifient moins de périodes de rodage-, une qualité de production plus constante et des ajustements de processus moins fréquents. Ces avantages sont réels mais plus difficiles à quantifier que les économies directes en produits chimiques. Ils contribuent au dossier financier global pour la conversion au PTFE.
L’impact plus large de la contamination
La corrosion des radiateurs métalliques libère non seulement du fer mais aussi du nickel et du chrome. Le chrome est particulièrement problématique à de faibles concentrations - aussi peu que 5 ppm peuvent affecter l'apparence brillante des dépôts de nickel. Une bobine en acier inoxydable libérant du chrome à une fraction de son taux de libération de fer peut toujours déclencher des problèmes de qualité qui obligent à vider le bain avant que le seuil de fer ne soit atteint.
Le PTFE élimine toute contamination métallique de l'échangeur de chaleur. Les seules sources de contamination sont les pièces à usiner, les anodes et les sources de dépôts atmosphériques-qui peuvent être gérées par des pratiques standard de prétraitement et d'entretien ménager sans la contribution cachée et continue du réchauffeur corrosif.
Résumé
L'élimination de la contamination métallique des thermoplongeurs corrodés grâce à la conversion en PTFE prolonge la durée de vie du bain de nickel brillant d'environ 4-5 semaines à 13+ semaines entre les décharges. La durée de vie prolongée du bain réduit les coûts annuels de produits chimiques et d'élimination d'environ 123 000 dollars pour un seul bain de 8 000 litres, soit plus que le coût de l'échangeur thermique en PTFE.
L'impact financier de la fréquence réduite de vidange du bain, combiné à l'avantage en termes de stabilité opérationnelle d'un nombre réduit de changements de bain, fait de l'élimination de la contamination l'un des avantages financiers les plus importants de la conversion du PTFE dans les applications de placage sensibles aux impuretés métalliques.
Une analyse technique pour quantifier la prolongation de la durée de vie du bain dans des processus de placage spécifiques est disponible sur soumission de la fréquence actuelle de vidange du bain, du volume du bain et du coût de la chimie, des seuils de contaminants et de toute donnée historique sur la contamination dérivée du chauffage.
