Umicore Electroplating в Германия използва високотемпературни електролитни аноди.При този процес платината се отлага върху основни материали като титан, ниобий, тантал, молибден, волфрам, неръждаема стомана и никелови сплави в баня с разтопена сол при 550°C под аргон.
Фигура 2: Платинов/титанов анод с галванично покритие при висока температура запазва формата си за дълъг период от време.
Фигура 3: Pt/Ti анод с разширена мрежа.Разширената метална мрежа осигурява оптимален транспорт на електролита.Разстоянието между анодните и катодните компоненти може да бъде намалено и плътността на тока да се увеличи.Резултатът: по-добро качество за по-малко време.
Фигура 4: Ширината на мрежата върху анодната мрежа от експандиран метал може да се регулира.Мрежата осигурява повишена циркулация на електролита и по-добро отстраняване на газовете.
Оловото се следи отблизо по целия свят.В САЩ здравните власти и работните места се придържат към техните предупреждения.Въпреки дългогодишния опит на компаниите за галванопластика в работата с опасни материали, металът продължава да се разглежда все по-критично.
Например, всеки, който използва оловни аноди в Съединените щати, трябва да се регистрира във федералния регистър на EPA за освобождаване на токсични химикали.Ако компания за галванопластика обработва само около 29 кг олово годишно, все още е необходима регистрация.
Затова е необходимо да се търси алтернатива в САЩ.Инсталацията за твърдо хромиране на оловен анод не само изглежда евтина на пръв поглед, но има и много недостатъци:
Анодите със стабилни размери са интересна алтернатива на покритието от твърд хром (вижте фиг. 2) с платинена повърхност върху титан или ниобий като субстрат.
Анодите с платинено покритие предлагат много предимства пред твърдото хромиране.Те включват следните предимства:
За идеални резултати адаптирайте анода към дизайна на детайла, който ще бъде покрит.Това дава възможност да се получат аноди със стабилни размери (плочи, цилиндри, T-образни и U-образни), докато оловните аноди са предимно стандартни листове или пръти.
Pt/Ti и Pt/Nb анодите нямат затворени повърхности, а по-скоро разширени метални листове с променлив размер на отворите.Това води до добро разпределение на енергията, електрическите полета могат да работят във и около мрежата (вижте фиг. 3).
Следователно, колкото по-малко е разстоянието междуаноди катод, толкова по-висока е плътността на потока на покритието.Слоевете могат да се нанасят по-бързо: добивът се увеличава.Използването на решетки с голяма ефективна повърхност може значително да подобри условията за разделяне.
Стабилност на размерите може да се постигне чрез комбиниране на платина и титан.И двата метала осигуряват оптимални параметри за твърдо хромиране.Съпротивлението на платината е много ниско, само 0,107 Ohm×mm2/m.Стойността на оловото е почти два пъти по-висока от оловото (0,208 ohm×mm2/m).Титанът има отлична устойчивост на корозия, но тази способност е намалена в присъствието на халогениди.Например напрежението на разрушаване на титана в електролити, съдържащи хлорид, варира от 10 до 15 V, в зависимост от pH.Това е значително по-високо от това на ниобия (35 до 50 V) и тантала (70 до 100 V).
Титанът има недостатъци по отношение на устойчивостта на корозия в силни киселини като сярна, азотна, флуороводородна, оксалова и метансулфонова киселина.Въпреки това,титанвсе още е добър избор поради своята обработваемост и цена.
Отлагането на слой платина върху титанов субстрат се извършва най-добре електрохимично чрез високотемпературна електролиза (HTE) в разтопени соли.Усъвършенстваният HTE процес осигурява прецизно покритие: в 550°C разтопена баня, направена от смес от калиеви и натриеви цианиди, съдържащи приблизително 1% до 3% платина, благородният метал се отлага електрохимично върху титан.Субстратът е заключен в затворена система с аргон, а солната баня е в двоен тигел.Токове от 1 до 5 A/dm2 осигуряват скорост на изолация от 10 до 50 микрона на час с напрежение на покритието от 0,5 до 2 V.
Платинизираните аноди, използващи процеса HTE, значително превъзхождат анодите, покрити с воден електролит.Чистотата на платиновите покрития от разтопена сол е най-малко 99,9%, което е значително по-високо от това на платиновите слоеве, отложени от водни разтвори.Значително подобрена пластичност, адхезия и устойчивост на корозия с минимално вътрешно напрежение.
Когато се обмисля оптимизиране на дизайна на анода, най-важното е оптимизирането на носещата структура и захранването на анода.Най-доброто решение е да нагреете и навиете покритието от титанов лист върху медната сърцевина.Медта е идеален проводник със съпротивление само около 9% от това на сплавите Pb/Sn.CuTi захранването осигурява минимални загуби на мощност само по дължината на анода, така че разпределението на дебелината на слоя върху катодния възел е същото.
Друг положителен ефект е, че се генерира по-малко топлина.Изискванията за охлаждане са намалени и износването на платината на анода е намалено.Антикорозионното титаниево покритие защитава медното ядро.Когато нанасяте повторно покритие от експандиран метал, почистете и подгответе само рамката и/или захранването.Те могат да се използват многократно.
Като следвате тези насоки за проектиране, можете да използвате моделите Pt/Ti или Pt/Nb, за да създадете „идеални аноди” за твърдо хромиране.Моделите със стабилни размери струват повече на етапа на инвестиция от оловните аноди.Въпреки това, когато разглеждаме цената по-подробно, титановият модел с платиново покритие може да бъде интересна алтернатива на твърдото хромирано покритие.
Това се дължи на цялостен и задълбочен анализ на общата цена на конвенционалните оловни и платинени аноди.
Осем анода от оловна сплав (1700 mm дълги и 40 mm в диаметър), направени от PbSn7, бяха сравнени с Pt/Ti аноди с подходящ размер за хромиране на цилиндрични части.Производството на осем оловни анода струва около 1400 евро (1471 щатски долара), което на пръв поглед изглежда евтино.Инвестицията, необходима за разработване на необходимите Pt/Ti аноди, е много по-висока.Първоначалната покупна цена е около 7000 евро.Платинените покрития са особено скъпи.Само чистите благородни метали представляват 45% от това количество.Платиненото покритие с дебелина 2,5 µm изисква 11,3 g благороден метал за всеки от осемте анода.При цена от 35 евро за грам това отговаря на 3160 евро.
Докато оловните аноди може да изглеждат като най-добрият избор, това може бързо да се промени при по-внимателна проверка.Само след три години общата цена на оловен анод е значително по-висока от модела Pt/Ti.В пример за консервативно изчисление приемете типична плътност на потока на приложение от 40 A/dm2.В резултат потокът на мощност при дадена анодна повърхност от 168 dm2 е 6720 ампера при 6700 часа работа за три години.Това съответства на приблизително 220 работни дни от 10 работни часа годишно.Тъй като платината се окислява до разтвор, дебелината на платиновия слой бавно намалява.В примера това се счита за 2 грама на милион ампер-часа.
Има много причини за ценово предимство на Pt/Ti пред оловните аноди.Освен това намаленото потребление на електроенергия (цена 0,14 EUR/kWh минус 14 800 kWh/година) струва около 2000 EUR годишно.Освен това вече не са необходими годишни разходи от около 500 евро за обезвреждане на утайки от оловен хромат, както и 1000 евро за поддръжка и престой в производството – много консервативни изчисления.
Общата цена на оловните аноди за три години беше 14 400 евро (15 130 долара).Цената на Pt/Ti анодите е 12 020 евро, включително повторното покритие.Дори без да се вземат предвид разходите за поддръжка и престой в производството (1000 евро на ден годишно), точката на рентабилност се достига след три години.От този момент нататък разстоянието между тях се увеличава още повече в полза на Pt/Ti анода.
Много индустрии се възползват от различните предимства на високотемпературните електролитни аноди с платинено покритие.Производителите на осветление, полупроводници и печатни платки, автомобилостроенето, хидравликата, минното дело, водните съоръжения и плувните басейни разчитат на тези технологии за покритие.В бъдеще със сигурност ще бъдат разработени повече приложения, тъй като съображенията за устойчиви разходи и околната среда са дългосрочни проблеми.В резултат на това оловото може да бъде подложено на повишен контрол.
Оригиналната статия е публикувана на немски език в Annual Surface Technology (том 71, 2015 г.), редактиран от проф. Тимо Сьоргел от Университета за приложни науки в Аален, Германия.С любезното съдействие на Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Германия.
При повечето металообработващи операции се използва маскиране, при което трябва да се обработват само определени участъци от повърхността на детайла.Вместо това маскирането може да се използва върху повърхности, където обработката не е необходима или трябва да се избягва.Тази статия обхваща много аспекти на маскирането на металното покритие, включително приложения, техники и използваните различни видове маскиране.