Umicore Electroplating a Alemanya utilitza ànodes electrolítics d'alta temperatura.En aquest procés, el platí es diposita sobre materials base com ara titani, niobi, tàntal, molibdè, tungstè, acer inoxidable i aliatges de níquel en un bany de sal fosa a 550 °C sota argó.
Figura 2: un ànode de platí/titani galvanitzat a alta temperatura conserva la seva forma durant un llarg període de temps.
Figura 3: Ànode Pt/Ti de malla expandida.La malla metàl·lica expandida proporciona un transport òptim d'electròlits.Es pot reduir la distància entre els components de l'ànode i el càtode i augmentar la densitat de corrent.El resultat: millor qualitat en menys temps.
Figura 4: Es pot ajustar l'amplada de la malla a l'ànode de malla metàl·lica expandida.La malla proporciona una major circulació d'electròlits i una millor eliminació de gasos.
El plom és observat de prop a tot el món.Als Estats Units, les autoritats sanitàries i els llocs de treball segueixen les seves advertències.Malgrat els anys d'experiència de les empreses de galvanoplastia en el tractament de materials perillosos, el metall continua sent considerat cada cop més crític.
Per exemple, qualsevol persona que utilitzi ànodes de plom als Estats Units s'ha de registrar al registre federal d'alliberament de productes químics tòxics de l'EPA.Si una empresa de galvanoplastia només processa uns 29 kg de plom a l'any, encara cal registrar-se.
Per tant, cal buscar una alternativa als EUA.La planta de cromat dur de l'ànode de plom no només sembla barata a primera vista, sinó que també té molts desavantatges:
Els ànodes dimensionalment estables són una alternativa interessant al cromat dur (vegeu la figura 2) amb una superfície de platí sobre titani o niobi com a substrat.
Els ànodes recoberts de platí ofereixen molts avantatges respecte al cromat dur.Aquests inclouen els següents beneficis:
Per obtenir resultats ideals, adapteu l'ànode al disseny de la peça a recobrir.Això permet obtenir ànodes de dimensions estables (plaques, cilindres, en T i en U), mentre que els ànodes de plom són principalment làmines o barres estàndard.
Els ànodes Pt/Ti i Pt/Nb no tenen superfícies tancades, sinó xapes de metall expandides amb mida de malla variable.Això condueix a una bona distribució de l'energia, els camps elèctrics poden funcionar dins i al voltant de la xarxa (vegeu la figura 3).
Per tant, com més petita sigui la distància entreànodei el càtode, més gran és la densitat de flux del recobriment.Les capes es poden aplicar més ràpidament: augmenta el rendiment.L'ús de reixetes amb una gran superfície efectiva pot millorar significativament les condicions de separació.
L'estabilitat dimensional es pot aconseguir combinant platí i titani.Tots dos metalls proporcionen paràmetres òptims per al cromat dur.La resistivitat del platí és molt baixa, només 0,107 Ohm×mm2/m.El valor del plom és gairebé el doble que el del plom (0,208 ohm × mm2/m).El titani té una excel·lent resistència a la corrosió, però aquesta capacitat es redueix en presència d'halogenurs.Per exemple, el voltatge de ruptura del titani en electròlits que contenen clorur oscil·la entre 10 i 15 V, depenent del pH.Això és significativament superior al del niobi (35 a 50 V) i al tàntal (70 a 100 V).
El titani té desavantatges pel que fa a la resistència a la corrosió en àcids forts com els àcids sulfúric, nítric, fluorhídric, oxàlic i metanosulfònic.Malgrat això,titanisegueix sent una bona opció per la seva mecanització i preu.
La deposició d'una capa de platí sobre un substrat de titani es realitza millor electroquímicament mitjançant electròlisi a alta temperatura (HTE) en sals foses.El sofisticat procés HTE garanteix un recobriment precís: en un bany fos a 550 °C fet d'una barreja de cianurs de potassi i sodi que conté aproximadament entre un 1% i un 3% de platí, el metall preciós es diposita electroquímicament sobre titani.El substrat està tancat en un sistema tancat amb argó, i el bany de sal es troba en un doble gresol.Les corrents d'1 a 5 A/dm2 proporcionen una taxa d'aïllament de 10 a 50 micres per hora amb una tensió de recobriment de 0,5 a 2 V.
Els ànodes platinitzats que utilitzen el procés HTE han superat molt els ànodes recoberts d'electròlit aquós.La puresa dels recobriments de platí a partir de sal fosa és almenys del 99,9%, que és significativament superior a la de les capes de platí dipositades a partir de solucions aquoses.Ductilitat, adherència i resistència a la corrosió significativament millorades amb una tensió interna mínima.
Quan es planteja optimitzar el disseny de l'ànode, el més important és l'optimització de l'estructura de suport i la font d'alimentació de l'ànode.La millor solució és escalfar i enrotllar el recobriment de la làmina de titani al nucli de coure.El coure és un conductor ideal amb una resistivitat de només al voltant del 9% de la dels aliatges Pb/Sn.La font d'alimentació CuTi assegura pèrdues de potència mínimes només al llarg de l'ànode, de manera que la distribució del gruix de la capa al conjunt del càtode és la mateixa.
Un altre efecte positiu és que es genera menys calor.Es redueixen els requisits de refrigeració i es redueix el desgast del platí a l'ànode.El recobriment de titani anticorrosió protegeix el nucli de coure.Quan recobriu el metall expandit, netegeu i prepareu només el marc i/o la font d'alimentació.Es poden reutilitzar moltes vegades.
Seguint aquestes directrius de disseny, podeu utilitzar els models Pt/Ti o Pt/Nb per crear "ànodes ideals" per al cromat dur.Els models dimensionalment estables costen més en l'etapa d'inversió que els ànodes de plom.Tanmateix, quan es considera el cost amb més detall, un model de titani platejat pot ser una alternativa interessant al cromat dur.
Això es deu a una anàlisi exhaustiva i exhaustiva del cost total dels ànodes convencionals de plom i platí.
Es van comparar vuit ànodes d'aliatge de plom (1700 mm de llarg i 40 mm de diàmetre) fets de PbSn7 amb ànodes Pt/Ti de mida adequada per al cromat de peces cilíndriques.La producció de vuit ànodes de plom costa uns 1.400 euros (1.471 dòlars EUA), cosa que a primera vista sembla barata.La inversió necessària per desenvolupar els ànodes Pt/Ti necessaris és molt més gran.El preu de compra inicial ronda els 7.000 euros.Els acabats de platí són especialment cars.Només els metalls preciosos purs representen el 45% d'aquesta quantitat.Un recobriment de platí de 2,5 µm de gruix requereix 11,3 g de metall preciós per a cadascun dels vuit ànodes.A un preu de 35 euros el gram, això correspon a 3160 euros.
Tot i que els ànodes de plom poden semblar la millor opció, això pot canviar ràpidament amb una inspecció més propera.Després de només tres anys, el cost total d'un ànode de plom és significativament més gran que el model Pt/Ti.En un exemple de càlcul conservador, suposeu una densitat de flux d'aplicació típica de 40 A/dm2.Com a resultat, el flux de potència a una superfície d'ànode determinada de 168 dm2 va ser de 6720 amperes a 6700 hores de funcionament durant tres anys.Això correspon a aproximadament 220 dies laborables de 10 hores laborals anuals.A mesura que el platí s'oxida en solució, el gruix de la capa de platí disminueix lentament.En l'exemple, això es considera 2 grams per milió d'amperes-hora.
Hi ha moltes raons per a l'avantatge de costos de Pt/Ti sobre els ànodes de plom.A més, la reducció del consum elèctric (preu 0,14 EUR/kWh menys 14.800 kWh/any) costa uns 2.000 EUR anuals.A més, ja no cal un cost anual d'uns 500 euros per a l'eliminació de fangs de cromat de plom, així com 1000 euros per al manteniment i temps d'inactivitat de producció, càlculs molt conservadors.
El cost total dels ànodes de plom durant tres anys va ser de 14.400 € (15.130 dòlars).El cost dels ànodes Pt/Ti és de 12.020 euros, inclòs el recobriment.Fins i tot sense tenir en compte els costos de manteniment i els temps morts de producció (1.000 euros al dia a l'any), el punt d'equilibri s'arriba als tres anys.A partir d'aquest moment, la bretxa entre ells augmenta encara més a favor de l'ànode Pt/Ti.
Moltes indústries aprofiten els diferents avantatges dels ànodes electrolítics recoberts de platí d'alta temperatura.Els fabricants d'il·luminació, semiconductors i plaques de circuit, automoció, hidràulica, mineria, aigua i piscines confien en aquestes tecnologies de recobriment.Sens dubte, es desenvoluparan més aplicacions en el futur, ja que els costos sostenibles i les consideracions ambientals són preocupacions a llarg termini.Com a resultat, el plom pot fer front a un escrutini més gran.
L'article original es va publicar en alemany a Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) editat pel professor Timo Sörgel de la Universitat de Ciències Aplicades d'Aalen, Alemanya.Cortesia d'Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Alemanya.
En la majoria de les operacions d'acabat de metalls, s'utilitza l'emmascarament, on només s'han de processar certes àrees de la superfície de la peça.En canvi, l'emmascarament es pot utilitzar en superfícies on no es requereix tractament o s'ha d'evitar.Aquest article cobreix molts aspectes de l'emmascarament d'acabat metàl·lic, incloses les aplicacions, les tècniques i els diferents tipus d'emmascarament utilitzats.