تستخدم Umicore Electroplating في ألمانيا أنودات إلكتروليتية ذات درجة حرارة عالية.في هذه العملية، يتم ترسيب البلاتين على مواد أساسية مثل التيتانيوم والنيوبيوم والتنتالوم والموليبدينوم والتنغستن والفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل في حمام ملح منصهر عند درجة حرارة 550 درجة مئوية تحت الأرجون.
الشكل 2: يحتفظ أنود البلاتين/التيتانيوم المطلي بدرجة حرارة عالية بشكله على مدى فترة طويلة من الزمن.
الشكل 3: توسيع شبكة الأنود Pt/Ti.توفر الشبكة المعدنية الموسعة النقل الأمثل للكهارل.يمكن تقليل المسافة بين مكونات الأنود والكاثود وزيادة كثافة التيار.النتيجة: جودة أفضل في وقت أقل.
الشكل 4: يمكن تعديل عرض الشبكة على أنود الشبكة المعدنية الموسعة.توفر الشبكة زيادة في دوران الإلكتروليت وإزالة أفضل للغاز.
تتم مراقبة الرصاص عن كثب في جميع أنحاء العالم.وفي الولايات المتحدة، تلتزم السلطات الصحية وأماكن العمل بتحذيراتها.على الرغم من سنوات الخبرة التي تتمتع بها شركات الطلاء الكهربائي في التعامل مع المواد الخطرة، لا يزال يُنظر إلى المعادن بشكل أكثر انتقادًا.
على سبيل المثال، يجب على أي شخص يستخدم أنودات الرصاص في الولايات المتحدة أن يسجل في السجل الفيدرالي لإطلاق المواد الكيميائية السامة التابع لوكالة حماية البيئة.إذا كانت شركة الطلاء الكهربائي تعالج فقط حوالي 29 كجم من الرصاص سنويًا، فلا يزال التسجيل مطلوبًا.
ولذلك، فمن الضروري البحث عن بديل في الولايات المتحدة الأمريكية.لا يبدو مصنع طلاء الكروم الصلب لأنود الرصاص رخيصًا للوهلة الأولى فحسب، بل هناك أيضًا العديد من العيوب:
تعتبر الأنودات المستقرة الأبعاد بديلاً مثيرًا للاهتمام لطلاء الكروم الصلب (انظر الشكل 2) مع سطح بلاتيني على التيتانيوم أو النيوبيوم كركيزة.
توفر الأنودات المطلية بالبلاتين العديد من المزايا مقارنة بالطلاء بالكروم الصلب.وتشمل هذه الفوائد التالية:
للحصول على نتائج مثالية، قم بتكييف الأنود مع تصميم الجزء المراد طلائه.وهذا يجعل من الممكن الحصول على أنودات ذات أبعاد ثابتة (ألواح، أسطوانات، على شكل حرف T وعلى شكل حرف U)، في حين أن أنودات الرصاص هي في الأساس صفائح أو قضبان قياسية.
لا تحتوي أنودات Pt/Ti وPt/Nb على أسطح مغلقة، بل تحتوي على صفائح معدنية موسعة ذات حجم شبكي متغير.وهذا يؤدي إلى توزيع جيد للطاقة، ويمكن أن تعمل المجالات الكهربائية داخل الشبكة وحولها (انظر الشكل 3).
ولذلك، كلما كانت المسافة بينالأنودوالكاثود، وارتفاع كثافة تدفق الطلاء.يمكن تطبيق الطبقات بشكل أسرع: يتم زيادة العائد.يمكن أن يؤدي استخدام الشبكات ذات المساحة السطحية الفعالة الكبيرة إلى تحسين ظروف الفصل بشكل كبير.
يمكن تحقيق استقرار الأبعاد من خلال الجمع بين البلاتين والتيتانيوم.يوفر كلا المعدنين المعلمات المثالية لطلاء الكروم الصلب.مقاومة البلاتين منخفضة جدًا، فقط 0.107 أوم×مم2/م.قيمة الرصاص تقريبًا ضعف قيمة الرصاص (0.208 أوم × مم 2 / م).يتمتع التيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل، ولكن تقل هذه القدرة في وجود الهاليدات.على سبيل المثال، يتراوح جهد انهيار التيتانيوم في الشوارد المحتوية على الكلوريد من 10 إلى 15 فولت، اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني.وهذا أعلى بكثير من النيوبيوم (35 إلى 50 فولت) والتنتالوم (70 إلى 100 فولت).
للتيتانيوم عيوب من حيث مقاومة التآكل في الأحماض القوية مثل أحماض الكبريتيك والنيتريك والهيدروفلوريك والأكساليك والميثان سلفونيك.لكن،التيتانيوملا يزال خيارًا جيدًا نظرًا لقابليته للتصنيع والسعر.
من الأفضل إجراء ترسيب طبقة من البلاتين على ركيزة من التيتانيوم بطريقة كهروكيميائية عن طريق التحليل الكهربائي بدرجة حرارة عالية (HTE) في الأملاح المنصهرة.تضمن عملية HTE المتطورة طلاءًا دقيقًا: في حمام منصهر بدرجة حرارة 550 درجة مئوية مصنوع من خليط من سيانيد البوتاسيوم والصوديوم يحتوي على ما يقرب من 1% إلى 3% من البلاتين، يتم ترسيب المعدن الثمين كهروكيميائيًا على التيتانيوم.يتم قفل الركيزة في نظام مغلق مع الأرجون، ويتم وضع حمام الملح في بوتقة مزدوجة.توفر التيارات من 1 إلى 5 A/dm2 معدل عزل يتراوح من 10 إلى 50 ميكرون في الساعة مع شد طلاء يتراوح من 0.5 إلى 2 فولت.
لقد تفوقت الأنودات المبلطة باستخدام عملية HTE بشكل كبير على الأنودات المطلية بالكهرباء المائية.تصل نسبة نقاء طلاءات البلاتين من الملح المنصهر إلى 99.9% على الأقل، وهي أعلى بكثير من طبقات البلاتين المترسبة من المحاليل المائية.تم تحسين الليونة والالتصاق ومقاومة التآكل بشكل كبير مع الحد الأدنى من التوتر الداخلي.
عند النظر في تحسين تصميم الأنود، فإن الأمر الأكثر أهمية هو تحسين هيكل الدعم ومصدر طاقة الأنود.الحل الأفضل هو تسخين ولف طبقة التيتانيوم على قلب النحاس.يعد النحاس موصلًا مثاليًا بمقاومة تبلغ حوالي 9٪ فقط من مقاومة سبائك Pb / Sn.يضمن مصدر الطاقة CuTi الحد الأدنى من فقدان الطاقة فقط على طول الأنود، وبالتالي فإن توزيع سمك الطبقة على مجموعة الكاثود هو نفسه.
تأثير إيجابي آخر هو توليد حرارة أقل.يتم تقليل متطلبات التبريد وتقليل تآكل البلاتين على الأنود.طلاء التيتانيوم المضاد للتآكل يحمي قلب النحاس.عند إعادة طلاء المعدن الموسع، قم بتنظيف وتجهيز الإطار و/أو مصدر الطاقة فقط.يمكن إعادة استخدامها عدة مرات.
باتباع إرشادات التصميم هذه، يمكنك استخدام نماذج Pt/Ti أو Pt/Nb لإنشاء "أنودات مثالية" لطلاء الكروم الصلب.تكلف النماذج المستقرة الأبعاد في مرحلة الاستثمار أكثر من تكلفة الأنودات الرصاصية.ومع ذلك، عند النظر في التكلفة بمزيد من التفصيل، يمكن أن يكون نموذج التيتانيوم المطلي بالبلاتين بديلاً مثيرًا للاهتمام لطلاء الكروم الصلب.
ويرجع ذلك إلى التحليل الشامل والدقيق للتكلفة الإجمالية لأنودات الرصاص والبلاتين التقليدية.
تمت مقارنة ثمانية أنودات من سبائك الرصاص (طولها 1700 مم وقطرها 40 مم) مصنوعة من PbSn7 مع أنودات Pt/Ti ذات الحجم المناسب لطلاء الأجزاء الأسطوانية بالكروم.تبلغ تكلفة إنتاج ثمانية أنودات من الرصاص حوالي 1400 يورو (1471 دولارًا أمريكيًا)، وهو ما يبدو للوهلة الأولى رخيصًا.الاستثمار المطلوب لتطوير الأنودات Pt/Ti المطلوبة أعلى من ذلك بكثير.سعر الشراء الأولي حوالي 7000 يورو.التشطيبات البلاتينية باهظة الثمن بشكل خاص.وتمثل المعادن الثمينة النقية فقط 45% من هذه الكمية.يتطلب طلاء البلاتين بسمك 2.5 ميكرومتر 11.3 جم من المعدن الثمين لكل من الأنودات الثمانية.بسعر 35 يورو للجرام الواحد، أي ما يعادل 3160 يورو.
في حين أن أنودات الرصاص قد تبدو الخيار الأفضل، إلا أن هذا يمكن أن يتغير بسرعة عند الفحص الدقيق.وبعد ثلاث سنوات فقط، أصبحت التكلفة الإجمالية لأنود الرصاص أعلى بكثير من نموذج Pt/Ti.في مثال حسابي متحفظ، افترض أن كثافة تدفق التطبيق النموذجية تبلغ 40 أمبير/دم2.ونتيجة لذلك، كان تدفق الطاقة عند سطح أنود معين يبلغ 168 ديسيمتر مربع 6720 أمبير عند 6700 ساعة تشغيل لمدة ثلاث سنوات.وهذا يتوافق مع ما يقرب من 220 يوم عمل من أصل 10 ساعات عمل في السنة.عندما يتأكسد البلاتين في المحلول، يتناقص سمك طبقة البلاتين ببطء.في المثال، يعتبر هذا 2 جرام لكل مليون أمبير/ساعة.
هناك العديد من الأسباب لميزة التكلفة لـ Pt/Ti على أنودات الرصاص.بالإضافة إلى ذلك، فإن استهلاك الكهرباء المنخفض (السعر 0.14 يورو/كيلووات ساعة مطروحًا منه 14800 كيلووات ساعة سنويًا) يكلف حوالي 2000 يورو سنويًا.بالإضافة إلى ذلك، لم تعد هناك حاجة إلى تكلفة سنوية تبلغ حوالي 500 يورو للتخلص من حمأة كرومات الرصاص، بالإضافة إلى 1000 يورو لتوقف الصيانة والإنتاج – وهي حسابات متحفظة للغاية.
وبلغت التكلفة الإجمالية لأنودات الرصاص على مدى ثلاث سنوات 14400 يورو (15130 دولارًا).تبلغ تكلفة أنودات Pt/Ti 12,020 يورو، بما في ذلك إعادة الطلاء.حتى بدون الأخذ في الاعتبار تكاليف الصيانة وتوقف الإنتاج (1000 يورو يوميًا سنويًا)، يتم الوصول إلى نقطة التعادل بعد ثلاث سنوات.من هذه النقطة فصاعدًا، تزداد الفجوة بينهما بشكل أكبر لصالح القطب الموجب Pt/Ti.
تستفيد العديد من الصناعات من المزايا المتنوعة للأنودات التحليلية المطلية بالبلاتين ذات درجة الحرارة العالية.يعتمد مصنعو الإضاءة وأشباه الموصلات ولوحات الدوائر الكهربائية والسيارات والمكونات الهيدروليكية والتعدين ومحطات المياه وحمامات السباحة على تقنيات الطلاء هذه.ومن المؤكد أنه سيتم تطوير المزيد من التطبيقات في المستقبل، حيث أن التكلفة المستدامة والاعتبارات البيئية هي اهتمامات طويلة المدى.ونتيجة لذلك، قد يواجه الرصاص تدقيقًا متزايدًا.
تم نشر المقال الأصلي باللغة الألمانية في مجلة Annual Surface Technology (المجلد 71، 2015) والذي قام بتحريره البروفيسور تيمو سورجيل من جامعة آلين للعلوم التطبيقية بألمانيا.بإذن من يوجين جي. ليوز فيرلاغ، باد سولجاو/ألمانيا.
في معظم عمليات تشطيب المعادن، يتم استخدام التقنيع، حيث يجب معالجة مناطق معينة فقط من سطح الجزء.وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام القناع على الأسطح التي لا تتطلب العلاج أو التي يجب تجنبها.تتناول هذه المقالة العديد من جوانب إخفاء اللمسات النهائية المعدنية، بما في ذلك التطبيقات والتقنيات والأنواع المختلفة من الأقنعة المستخدمة.