إذا دخلت في أي مناقشة حول التدفئة الصناعية، فسوف يذكر أحدهم "الفولاذ المقاوم للصدأ" كما لو كان مادة واحدة. في الواقع، يختار مصنعو سخانات الخرطوشة من بين مجموعة من السبائك، كل منها مُحسّن لنطاقات درجات حرارة وبيئات كيميائية محددة. بالنسبة لتطبيقات -40 درجة، تحدد اختيارات المواد هذه ما إذا كان السخان سيبقى لسنوات أو يفشل في غضون أشهر.
يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 304 بمثابة المادة العمودية للتطبيقات الصناعية العامة. يوفر محتواه من الكروم بنسبة 18% والنيكل بنسبة 8% مقاومة أكسدة ممتازة تصل إلى 800 درجة مع الحفاظ على المتانة في درجات الحرارة المبردة. يمنع الهيكل الأوستنيتي التحول من -الليونة إلى-التحول الهش الذي يصيب الفولاذ الكربوني، مما يضمن عدم تشقق الغلاف أثناء بدء التشغيل البارد أو التدوير الحراري. بالنسبة إلى معظم-التطبيقات الصناعية للطقس البارد-توفر الآلات الخارجية ومعدات التبريد والتدفئة العامة للعمليات 304 أفضل توازن بين الأداء والتكلفة.
يضيف الفولاذ المقاوم للصدأ 316L 2-3% من الموليبدينوم إلى التركيبة الأساسية 304، مما يحسن بشكل كبير مقاومة الكلوريدات والمواد الكيميائية الصناعية. يصبح هذا أمرًا بالغ الأهمية في البيئات البحرية، أو المعالجة الكيميائية، أو التطبيقات الغذائية حيث تهاجم المنظفات الملحية أو الحمضية الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي. يشير التصنيف "L" إلى محتوى منخفض من الكربون (أقل من 0.03%)، مما يمنع ترسيب الكربيد أثناء اللحام الذي قد يؤدي إلى إنشاء نقاط بدء التآكل. بالنسبة لسخانات الخرطوشة المعرضة لكل من -40 درجة والأجواء المسببة للتآكل، يوفر 316L فترة خدمة ممتدة تبرر علاوة التكلفة بنسبة 20-30%.
يمثل Incoloy 800 و840 المستوى المتميز للتطبيقات كثيرة المتطلبات. تحتوي سبائك النيكل-الحديد-الكروم هذه على 30-35% نيكل مقارنةً بـ 8-10% من الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يوفر مقاومة فائقة للأكسدة والكربنة في درجات الحرارة العالية. والأهم من ذلك بالنسبة للخدمة في الطقس البارد، أنها تحافظ على قوة ميكانيكية استثنائية وليونة عبر نطاقات درجات الحرارة القصوى. يوفر محتوى النيكل العالي أيضًا مقاومة للصدمات الحرارية الناتجة عن التغيرات السريعة في درجات الحرارة - وهو بالضبط ما يحدث عندما يعمل السخان في ظروف محيطة تبلغ -40 درجة.
تستخدم المكونات الداخلية مواد محددة بنفس القدر. سلك المقاومة عادةً ما يكون NiCr 80/20-80% نيكل، 20% كروم- تم اختياره لخصائص المقاومة المستقرة ومقاومة الأكسدة حتى 1200 درجة. توفر السبائك البديلة مثل FeCrAl (الحديد-الكروم والألمنيوم) درجات حرارة قصوى أعلى بتكلفة أقل ولكنها تعاني من انخفاض الليونة وتغير المقاومة بشكل أسرع مع دورة درجة الحرارة. للحصول على أداء يمكن التنبؤ به عبر نطاقات -40 درجة إلى +800 درجة، يظل NiCr 80/20 هو المعيار الصناعي.
قد يبدو عزل أكسيد المغنيسيوم كسلعة، لكن مستويات النقاء تختلف بشكل كبير. يحتوي-الدرجة الفنية MgO على شوائب تقلل من التوصيل الحراري وقوة العزل الكهربائي. MgO عالي النقاء-من الموردين المتخصصين-Tateho من اليابان، UCM من المملكة المتحدة-يوفر موصلية حرارية أعلى من 6 واط/م·ك مع الحفاظ على مقاومة العزل أعلى من 10¹⁴ أوم·سم عند 20 درجة. يصبح هذا النقاء أمرًا بالغ الأهمية في التصميمات عالية الكثافة-واط-حيث يجب أن تتدفق الحرارة بكفاءة من السلك إلى الغلاف مع منع الانهيار الكهربائي.
ربما يواجه عزل أسلاك الرصاص التحدي الأصعب في اختيار المواد. ويجب أن يظل مرنًا عند درجة -40 درجة بينما يظل في درجة حرارة 250 درجة عند نقطة توصيل المدفأة. يفشل PVC القياسي في كلتا الحالتين، ويصبح هشًا تحت -10 درجة ويذوب عند 105 درجة. يوفر مطاط السيليكون مرونة -60 درجة وتصنيف مستمر 200 درجة ولكنه يفتقر إلى مقاومة التآكل الميكانيكي. الحل هو جديلة مركبة من الألياف الزجاجية لمقاومة درجات الحرارة مع طلاء السيليكون أو التيفلون للحماية من الرطوبة والمواد الكيميائية. بالنسبة للبيئات القاسية، يوفر سلك النيكل النقي مع العزل المعدني (كابل MI) إمكانية من -200 درجة إلى +600 درجة مع مناعة مطلقة للرطوبة.
تستخدم المسامير الطرفية والوصلات الداخلية سبائك النيكل-المنغنيز أو النيكل النقي لمطابقة خصائص التمدد الحراري للغلاف المقاوم للصدأ مع توفير مسارات كهربائية مقاومة للتآكل-. على الرغم من أن المحطات النحاسية أو النحاسية أرخص، فإنها تنتج خلايا تآكل كلفانية عند إقرانها بالفولاذ المقاوم للصدأ وتعاني من تصلب العمل- أثناء التدوير الحراري الذي يؤدي إلى فشل الاتصال.
