Lựa chọn vật liệu - Sự khác biệt giữa thành công và thất bại thảm hại ở -90 độ
Lựa chọn vật liệu quyết định khả năng sống sót trong môi trường đông lạnh nghiêm trọng hơn nhiều so với mức công suất đề xuất. Đây là bài học được rút ra nhiều lần trong lĩnh vực bảo quản dược phẩm, thử nghiệm hàng không vũ trụ và xử lý công nghiệp chuyên biệt nơi nhiệt độ lên tới -90 độ trở xuống.
Hãy xem xét nhiệt độ chuyển tiếp dẻo-sang{1}}giòn-tại điểm mà vật liệu chuyển từ dẻo sang dễ vỡ. Nhiều hợp kim phổ biến vượt qua ngưỡng này một cách chính xác trong phạm vi nhiệt độ mà bộ gia nhiệt hộp mực đông lạnh phải hoạt động. Thép không gỉ tiêu chuẩn 304, mặc dù hoàn toàn phù hợp để sưởi ấm công nghiệp nói chung nhưng ngày càng trở nên giòn khi nhiệt độ giảm xuống dưới -30 độ. Ở -90 độ, các tính chất cơ học của nó suy giảm đáng kể, khiến nó dễ bị nứt dưới tác dụng nhiệt của chu kỳ điện.
Thép không gỉ 316L mang lại hiệu suất được cải thiện nhờ hàm lượng carbon thấp hơn và thành phần niken được tăng cường. Nó duy trì độ dẻo dai tốt hơn và khả năng chống sốc nhiệt theo chu kỳ giữa nhiệt độ cực lạnh và nhiệt độ vận hành. Đối với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất, hợp kim Inconel 600 hoặc 625 mang lại khả năng chống mỏi nhiệt đặc biệt, duy trì tính toàn vẹn cơ học trong các chênh lệch nhiệt độ có thể khiến thép không gỉ tiêu chuẩn bị hỏng. Các hợp kim niken-crom này chống lại hiện tượng giòn gây ra chu trình nhiệt lặp đi lặp lại làm nứt các lớp vỏ thông thường.
Bản thân dây điện trở cũng đòi hỏi sự chú ý như nhau. Hợp kim niken-crom như NiCr 80/20 phải thể hiện tính chất điện ổn định trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ-từ điều kiện khởi động đông lạnh đến nhiệt độ vận hành có thể lên tới vài trăm độ C. Ở -90 độ , giá trị điện trở thay đổi. Hợp kim niken-crom tiêu chuẩn có thể cho thấy điện trở giảm từ 10 đến 15 phần trăm ở nhiệt độ đông lạnh so với điều kiện môi trường xung quanh, nghĩa là tiêu thụ nhiều dòng điện hơn và tạo ra nhiều điện năng hơn ở một điện áp nhất định so với thông số kỹ thuật có thể đề xuất. Hiện tượng này phải được tính đến khi tính toán công suất và thiết kế hệ thống điều khiển.
Lớp cách nhiệt oxit magie lấp đầy bộ gia nhiệt hộp mực đặt ra một thách thức vật liệu khác. Ôxít magie-có độ tinh khiết cao rất lý tưởng để cách điện và dẫn nhiệt, nhưng nó có xu hướng hút ẩm nên trở nên nguy hiểm trong môi trường đóng băng. Độ ẩm bị mắc kẹt trong thân bộ sưởi trong quá trình sản xuất hoặc xâm nhập qua các vòng đệm không hoàn hảo có thể đóng băng và giãn nở ở nhiệt độ đông lạnh. Sự giãn nở thể tích khoảng 9 phần trăm khi nước chuyển sang dạng băng tạo ra áp suất đủ để làm nứt lớp cách nhiệt bị nén hoặc kéo lớp vỏ bọc ra khỏi các vòng đệm cuối.
Các nhà sản xuất cao cấp giải quyết vấn đề này thông qua các quy trình làm đầy chân không-để loại bỏ các khoảng trống, sau đó là bịt kín bằng cách sử dụng các con dấu gốm-đến-kim loại hoặc các hợp chất epoxy chuyên dụng được xếp hạng cho dịch vụ đông lạnh. Quy trình-nướng-sau sản xuất ở nhiệt độ 120 đến 150 độ C đảm bảo độ ẩm còn sót lại được loại bỏ trước khi vận chuyển.
Khi chỉ định bộ gia nhiệt hộp mực cho -môi trường 90 độ, việc lựa chọn vật liệu phải vượt ra ngoài vỏ bọc để bao gồm mọi dây điện trở thành phần, lớp cách điện, vòng đệm và lớp cách điện của dây dẫn. Mỗi vật liệu phải hoạt động đáng tin cậy trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ mà máy sưởi sẽ trải qua.
