Een verchroomde lijn verving een loden verwarmingselement na tien jaar dienst. De loodverwarmer presteerde naar behoren, maar werd steeds moeilijker te onderhouden.-Het loodoppervlak was geërodeerd, de verwarmingselementen waren op verschillende plaatsen blootgelegd en de vervangende loodvoering werd duur en moeilijk verkrijgbaar. Het onderhoudsteam schakelde over op een PTFE-dompelverwarmer. Het ging zes jaar mee en vereiste minder frequente schoonmaak. Bij de overstap ging het niet alleen om de levensduur-het ging om veiligheid, onderhoud en naleving van de regelgeving.
Lood wordt al tientallen jaren gebruikt als verwarmingselement bij verchromen. Het is bestand tegen chroomzuur, geleidt de warmte redelijk goed en kan in complexe vormen worden gegoten of gevormd. Maar lood heeft aanzienlijke nadelen: het is giftig, het erodeert in gebieden met hoge snelheid, het vervuilt het galvaniseerbad en er wordt steeds meer gereguleerd. PTFE vermijdt al deze problemen en levert tegelijkertijd een vergelijkbare of betere levensduur.
Waarom lood werd gebruikt bij het verchromen
Chroomzuur is een sterk oxiderende chemie. De meeste metalen corroderen daarin snel. Lood is een van de weinige metalen die bestand is tegen chroomzuur omdat het een beschermende loodchromaatfilm op het oppervlak vormt. Die film is stabiel bij de concentraties en temperaturen die worden gebruikt bij decoratief en hardverchromen.
Lood heeft ook een goede thermische geleidbaarheid-ongeveer 35 W/m·K-waardoor het bij hogere wattdichtheden kan werken dan PTFE. Een loodverwarmer kan compacter en goedkoper zijn dan een PTFE-verwarmer met hetzelfde wattage.
| Eigendom | Leiding | PTFE | Voordeel |
|---|---|---|---|
| Thermische geleidbaarheid | 35 W/m·K | 0.25 W/m·K | Leiding |
| Maximale wattdichtheid in chroomzuur | 3–5 W/cm² | 1,0–1,5 W/cm² | Leiding |
| Chroomzuurbestendigheid | Goed (passieve film) | Uitstekend | PTFE |
| Toxiciteit | Hoog | Geen | PTFE |
| Erosiebestendigheid | Arm | Goed | PTFE |
| Vervuiling van het bad | Loodionen | Geen | PTFE |
| Regelgevende status | Beperkt | Onbeperkt | PTFE |
Eigenschappenvergelijking voor lood- en PTFE-dompelaars in verchroomd
Het probleem met looderosie
Lood is een zacht metaal. In gebieden met een hoge stroomsnelheid-in de buurt van pompafvoeren, sproeileidingen of beweging van werkstukken- erodeert het loodoppervlak. Door de erosie komt het interne verwarmingselement bloot te liggen, dat vervolgens snel corrodeert in het chroomzuurbad. Een loodverwarmer die er intact uitziet in gebieden met een lage-stroming, kan diepe erosiekanalen hebben in gebieden met een hoge-stroming.
De geërodeerde looddeeltjes vervuilen het galvaniseerbad. Loodionen in het chroombad kunnen samen met chroom worden afgezet-, waardoor de eigenschappen van de afzetting worden aangetast. Bij decoratief verchromen kan loodverontreiniging donkere strepen of een slechte hechting veroorzaken. Bij hardverchromen kan dit de hardheid en slijtvastheid beïnvloeden.
PTFE erodeert niet in stromend chroomzuur. De mantel blijft glad en intact, zelfs in gebieden met hoge- snelheden. Het polymeer is geen metaal en vervuilt het bad dus niet met metaalionen.
Toxiciteit en naleving van regelgeving
Lood is een giftig zwaar metaal. Het is in de meeste industriële landen gereguleerd en het gebruik ervan in galvaniseerapparatuur wordt steeds meer beperkt. De REACH-regelgeving van de Europese Unie beperkt lood in veel toepassingen. OSHA in de Verenigde Staten stelt strikte blootstellingslimieten voor lood op de werkplek.
Een looddompelverwarmer in een verchroomde tank brengt verschillende risico's met zich mee. Tijdens onderhoud kan contact worden gemaakt met het loodoppervlak, waardoor werknemers aan lood worden blootgesteld. Het lood kan het bad, de werkstukken en de afvalstroom vervuilen. Het afvoeren van een defecte hoofdverwarmer wordt gereguleerd als gevaarlijk afval.
PTFE is niet-giftig en ongereguleerd. Het stelt werknemers niet bloot aan gevaarlijke materialen, vervuilt het bad niet en kan worden afgevoerd als gewoon industrieel afval. De regeldruk van lood wordt geëlimineerd.
Warmteoverdracht en wattdichtheid
Dankzij de hogere thermische geleidbaarheid van lood kan het bij hogere wattdichtheden werken dan PTFE. Een loodverwarmer kan hetzelfde wattage leveren in een kleinere verpakking. In tanks met beperkte verwarmingsruimte kan dit een aanzienlijk voordeel zijn.
De lagere wattdichtheid van PTFE betekent dat er meer oppervlak nodig is voor hetzelfde wattage. Een PTFE-verwarmer van 6 kW bij 1,2 W/cm² heeft een oppervlakte van 5.000 cm² nodig-ongeveer drie tot vier keer de oppervlakte van een hoofdverwarmer met hetzelfde wattage. Bij grote verchroomde tanks is de extra ruimte meestal beschikbaar. In compacte tanks is dit misschien niet het geval.
| Parameter | Loodverwarmer | PTFE-verwarmer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Watt dichtheid | 3–5 W/cm² | 1,0–1,5 W/cm² | Lood is compacter |
| Oppervlakte voor 6 kW | 1.200–2.000 cm² | 4.000–6.000 cm² | PTFE heeft meer ruimte nodig |
| Opwarmtijd- | Snel | Gematigd | Lood reageert sneller |
| Temperatuurregeling | Goed | Goed | Vergelijkbaar |
| Levensduur | 8–12 jaar | 5–8 jaar | Lood gaat langer mee als het niet wordt geërodeerd |
| Onderhoud | Frequente reiniging, erosiereparatie | Periodieke ontkalking | PTFE vereist minder onderhoud |
Prestatievergelijking voor lood- en PTFE-verwarmers in verchroomd
Wanneer PTFE de betere keuze is
PTFE is de betere keuze voor de meeste verchromingstoepassingen. Het elimineert loodvergiftiging en problemen met de regelgeving, is bestand tegen erosie, vervuilt het bad niet en vereist minder onderhoud. De lagere wattdichtheid vereist meer oppervlakte, maar de meeste verchroomde tanks hebben voldoende ruimte.
PTFE is met name voordelig in gebieden met een hoog{0}}debiet waar lood erodeert, in tanks waar de zuiverheid van het bad van cruciaal belang is, en in faciliteiten die onderworpen zijn aan loodregelgeving.
Wanneer lood nog steeds kan worden overwogen
Lood kan nog steeds worden overwogen in toepassingen waar de verwarmingsruimte uiterst beperkt is en de hogere wattdichtheid van lood noodzakelijk is om aan het vereiste wattage te voldoen. Dit kan ook worden overwogen als de initiële kosten de dominante factor zijn en de regeldruk beheersbaar is.
De trend in de industrie is echter weg van lood. Regelgevingsdruk, bezorgdheid over de veiligheid en de beschikbaarheid van PTFE en andere alternatieven zorgen ervoor dat verchromen niet meer nodig is.
Wanneer geen van beide materialen geschikt is voor de toepassing
Sommige verchromingstoepassingen vereisen wattdichtheden of temperatuurmogelijkheden die lood noch PTFE kunnen bieden. In deze gevallen kan siliciumcarbide of titanium worden overwogen, hoewel beide beperkingen hebben op het gebied van chroomzuurgebruik. Een op maat gemaakte PTFE-dompelverwarmerconfiguratie met een lage wattdichtheid, een groot oppervlak en een compact ontwerp met meerdere- doorgangen is geschikt voor toepassingen waarbij de ruimte beperkt is en lood niet acceptabel is. Het specificatieproces vereist de badchemie, bedrijfstemperatuur, tankafmetingen en het vereiste wattage.
