Po dziesięciu latach pracy linia do chromowania zastąpiła ołowianą grzałkę zanurzeniową. Grzejnik ołowiowy działał prawidłowo, ale jego konserwacja była coraz trudniejsza.-Powierzchnia ołowiana uległa erozji, elementy grzejne zostały odsłonięte w kilku miejscach, a wymienna ołowiana wykładzina stawała się kosztowna i trudna do zdobycia. Zespół konserwacyjny przeszedł na grzałkę zanurzeniową z PTFE. Trwało to sześć lat i wymagało rzadszego czyszczenia. W zmianie nie chodziło tylko o żywotność-ale o bezpieczeństwo, konserwację i zgodność z przepisami.
Od dziesięcioleci ołów jest używany jako materiał do podgrzewania zanurzeniowego w procesie chromowania. Jest odporny na kwas chromowy, dość dobrze przewodzi ciepło i można go odlewać lub formować w złożone kształty. Ołów ma jednak istotne wady: jest toksyczny, ulega erozji w obszarach-dużych prędkości, zanieczyszcza kąpiel galwaniczną i podlega coraz większym regulacjom. PTFE pozwala uniknąć wszystkich tych problemów, zapewniając porównywalną lub lepszą żywotność.
Dlaczego do chromowania używano ołowiu
Kwas chromowy jest substancją silnie utleniającą. Większość metali szybko w nim koroduje. Ołów jest jednym z niewielu metali odpornych na kwas chromowy, ponieważ tworzy na swojej powierzchni ochronną warstwę chromianu ołowiu. Powłoka ta jest stabilna w stężeniach i temperaturach stosowanych przy chromowaniu dekoracyjnym i twardym.
Ołów ma również dobrą przewodność cieplną-około 35 W/m·K-, co pozwala mu pracować przy większej gęstości watów niż PTFE. Grzejnik ołowiowy może być bardziej kompaktowy i tańszy niż grzejnik PTFE o tej samej mocy.
| Nieruchomość | Ołów | PTFE | Korzyść |
|---|---|---|---|
| Przewodność cieplna | 35 W/m·K | 0.25 W/m·K | Ołów |
| Maksymalna gęstość watów w kwasie chromowym | 3–5 W/cm² | 1,0–1,5 W/cm² | Ołów |
| Odporność na kwas chromowy | Dobry (folia pasywna) | Doskonały | PTFE |
| Toksyczność | Wysoki | Nic | PTFE |
| Odporność na erozję | Słaby | Dobry | PTFE |
| Zanieczyszczenie kąpieli | Jony ołowiu | Nic | PTFE |
| Stan prawny | Ograniczony | Nieograniczony | PTFE |
Porównanie właściwości grzałek zanurzeniowych ołowiowych i PTFE w chromowaniu
Problem z erozją ołowiu
Ołów jest miękkim metalem. W obszarach o dużej prędkości przepływu-w pobliżu wylotów pomp, rur płuczkowych lub ruchu przedmiotu obrabianego-powierzchnia ołowiu ulega erozji. Erozja odsłania wewnętrzny element grzejny, który następnie szybko koroduje w kąpieli kwasu chromowego. Grzejnik ołowiowy, który wygląda na nienaruszony w obszarach o małym-przepływie, może mieć głębokie kanały erozji w obszarach-o dużym przepływie.
Zerodowane cząstki ołowiu zanieczyszczają kąpiel galwaniczną. Jony ołowiu w kąpieli chromowej mogą-wspólnie osadzać się z chromem, wpływając na właściwości osadu. W przypadku chromowania dekoracyjnego zanieczyszczenie ołowiem może powodować ciemne smugi lub słabą przyczepność. W przypadku twardego chromowania może to wpływać na twardość i odporność na zużycie.
PTFE nie ulega erozji w płynącym kwasie chromowym. Osłona pozostaje gładka i nienaruszona nawet w obszarach-o dużej prędkości. Polimer nie jest metalem, więc nie zanieczyszcza kąpieli jonami metali.
Toksyczność i zgodność z przepisami
Ołów jest toksycznym metalem ciężkim. Jest regulowany w większości krajów uprzemysłowionych, a jego zastosowanie w urządzeniach do galwanizacji jest coraz bardziej ograniczone. Przepisy Unii Europejskiej REACH ograniczają ołów w wielu zastosowaniach. OSHA w Stanach Zjednoczonych ustala rygorystyczne limity narażenia na ołów w miejscu pracy.
Ołówowa grzałka zanurzeniowa w chromowanym zbiorniku stwarza kilka zagrożeń. Podczas konserwacji można zetknąć się z powierzchnią ołowiu, narażając pracowników na działanie ołowiu. Ołów może zanieczyścić wannę, przedmioty obrabiane i strumień odpadów. Utylizacja uszkodzonego grzejnika ołowiowego jest traktowana jako odpad niebezpieczny.
PTFE jest nie-toksyczny i nie podlega przepisom. Nie naraża pracowników na kontakt z materiałami niebezpiecznymi, nie zanieczyszcza wanny i można go utylizować jak zwykłe odpady przemysłowe. Wyeliminowano obciążenia regulacyjne dotyczące ołowiu.
Przenikanie ciepła i gęstość watowa
Wyższa przewodność cieplna ołowiu pozwala na pracę przy wyższych gęstościach watów niż PTFE. Grzejnik ołowiowy może zapewnić tę samą moc w mniejszym opakowaniu. W zbiornikach z ograniczoną przestrzenią na grzejnik może to być znacząca zaleta.
Niższa gęstość watów PTFE oznacza, że do uzyskania tej samej mocy wymagana jest większa powierzchnia. Grzejnik PTFE o mocy 6 kW i mocy 1,2 W/cm² wymaga 5000 cm² powierzchni-w przybliżeniu trzy do czterech razy większej niż powierzchnia grzejnika ołowiowego o tej samej mocy. W dużych zbiornikach chromowanych zazwyczaj dostępna jest dodatkowa przestrzeń. W zbiornikach kompaktowych może tak nie być.
| Parametr | Grzejnik ołowiowy | Podgrzewacz PTFE | Notatki |
|---|---|---|---|
| Gęstość watów | 3–5 W/cm² | 1,0–1,5 W/cm² | Ołów jest bardziej zwarty |
| Powierzchnia dla 6 kW | 1200–2000 cm² | 4 000–6 000 cm² | PTFE wymaga więcej miejsca |
| Czas nagrzewania | Szybko | Umiarkowany | Ołów reaguje szybciej |
| Kontrola temperatury | Dobry | Dobry | Porównywalny |
| Żywotność | 8–12 lat | 5–8 lat | Ołów wytrzymuje dłużej, jeśli nie ulega erozji |
| Konserwacja | Częste czyszczenie, usuwanie erozji | Okresowe odkamienianie | PTFE wymaga mniej konserwacji |
Porównanie wydajności grzejników ołowiowych i PTFE w chromowaniu
Kiedy PTFE jest lepszym wyborem
PTFE jest lepszym wyborem w przypadku większości zastosowań związanych z chromowaniem. Eliminuje toksyczność ołowiu i problemy regulacyjne, jest odporny na erozję, nie zanieczyszcza wanny i wymaga mniej konserwacji. Jego niższa gęstość watów wymaga większej powierzchni, ale większość chromowanych zbiorników ma odpowiednią przestrzeń.
PTFE jest szczególnie korzystny w obszarach-o dużym przepływie, gdzie ołów ulega erozji, w zbiornikach, w których czystość kąpieli ma kluczowe znaczenie, oraz w obiektach podlegających przepisom dotyczącym ołowiu.
Kiedy ołów może być nadal brany pod uwagę
Ołów można nadal brać pod uwagę w zastosowaniach, w których przestrzeń na grzejnik jest bardzo ograniczona, a do uzyskania wymaganej mocy konieczna jest większa gęstość watowa ołowiu. Można to również rozważyć w przypadku, gdy dominującym czynnikiem jest koszt początkowy, a obciążenie regulacyjne jest możliwe do opanowania.
Jednak trend w branży jest odwrotny od ołowiu. Naciski regulacyjne, względy bezpieczeństwa oraz dostępność PTFE i innych alternatyw wypierają ołów z chromowania.
Gdy żaden materiał nie pasuje do zastosowania
Niektóre zastosowania chromowania wymagają gęstości watów lub możliwości temperaturowych, których nie może zapewnić ani ołów, ani PTFE. W takich przypadkach można rozważyć zastosowanie węglika krzemu lub tytanu, choć oba mają ograniczenia w zastosowaniu kwasu chromowego. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE o niskiej gęstości mocy, dużej powierzchni i kompaktowej konstrukcji wieloprzebiegowej jest przeznaczona do zastosowań, w których przestrzeń jest ograniczona i ołów nie jest akceptowany. Proces specyfikacji wymaga składu chemicznego kąpieli, temperatury roboczej, wymiarów zbiornika i wymaganej mocy.
