Umicore Electroplating v Německu používá vysokoteplotní elektrolytické anody.V tomto procesu se platina nanáší na základní materiály, jako je titan, niob, tantal, molybden, wolfram, nerezová ocel a slitiny niklu, v lázni roztavené soli při 550 °C pod argonem.
Obrázek 2: Vysokoteplotně galvanizovaná platina/titanová anoda si zachovává svůj tvar po dlouhou dobu.
Obrázek 3: Anoda Pt/Ti s expandovanou sítí.Tahokovová síťka zajišťuje optimální transport elektrolytu.Vzdálenost mezi komponentami anody a katody může být zmenšena a proudová hustota zvýšena.Výsledek: lepší kvalita za kratší dobu.
Obrázek 4: Šířku pletiva na anodě pletiva z tahokovu lze upravit.Síťka zajišťuje zvýšenou cirkulaci elektrolytu a lepší odvod plynů.
Olovo je ostře sledováno po celém světě.V USA se zdravotnické úřady a pracoviště drží svých varování.Navzdory letitým zkušenostem společností zabývajících se galvanickým pokovováním v nakládání s nebezpečnými materiály je kov nadále vnímán stále kritičtěji.
Například každý, kdo používá olověné anody ve Spojených státech, se musí zaregistrovat u federálního registru uvolňování toxických chemikálií EPA.Pokud firma zabývající se galvanickým pokovováním zpracuje ročně jen asi 29 kg olova, je stále nutná registrace.
Proto je potřeba hledat alternativu v USA.Zařízení na tvrdé chromování olověných anod nejenže vypadá na první pohled levně, má také mnoho nevýhod:
Rozměrově stabilní anody jsou zajímavou alternativou k tvrdému chromování (viz obr. 2) s platinovým povrchem na titanu nebo niobu jako substrátu.
Anody potažené platinou nabízejí mnoho výhod oproti tvrdému chromování.Mezi ně patří následující výhody:
Pro ideální výsledky přizpůsobte anodu konstrukci součásti, která má být potažena.To umožňuje získat anody se stabilními rozměry (desky, válce, ve tvaru T a U), zatímco olověné anody jsou převážně standardní plechy nebo tyče.
Pt/Ti a Pt/Nb anody nemají uzavřené povrchy, ale spíše plechy z tahokovu s proměnnou velikostí ok.To vede k dobré distribuci energie, elektrická pole mohou fungovat v síti i kolem ní (viz obr. 3).
Proto čím menší je vzdálenost mezianodaa katoda, tím vyšší je hustota toku povlaku.Vrstvy lze nanášet rychleji: zvyšuje se výtěžnost.Použití mřížek s velkou účinnou plochou může výrazně zlepšit separační podmínky.
Rozměrové stability lze dosáhnout kombinací platiny a titanu.Oba kovy poskytují optimální parametry pro tvrdé chromování.Odpor platiny je velmi nízký, pouze 0,107 Ohm×mm2/m.Hodnota olova je téměř dvojnásobná než hodnota olova (0,208 ohm × mm2/m).Titan má vynikající odolnost proti korozi, avšak tato schopnost je snížena v přítomnosti halogenidů.Například průrazné napětí titanu v elektrolytech obsahujících chloridy se pohybuje od 10 do 15 V v závislosti na pH.To je výrazně vyšší než u niobu (35 až 50 V) a tantalu (70 až 100 V).
Titan má nevýhody z hlediska odolnosti proti korozi v silných kyselinách, jako jsou kyselina sírová, dusičná, fluorovodíková, šťavelová a methansulfonová.Nicméně,titanje stále dobrou volbou vzhledem ke své obrobitelnosti a ceně.
Nanášení vrstvy platiny na titanový substrát se nejlépe provádí elektrochemicky vysokoteplotní elektrolýzou (HTE) v roztavených solích.Sofistikovaný proces HTE zajišťuje precizní povlakování: v 550°C roztavené lázni vyrobené ze směsi kyanidů draselných a sodných obsahujících přibližně 1 % až 3 % platiny je drahý kov elektrochemicky nanesen na titan.Substrát je uzamčen v uzavřeném systému argonem a solná lázeň je ve dvojitém kelímku.Proudy od 1 do 5 A/dm2 poskytují izolační rychlost 10 až 50 mikronů za hodinu s napětím povlaku 0,5 až 2 V.
Poplatinované anody využívající proces HTE výrazně překonaly anody potažené vodným elektrolytem.Čistota platinových povlaků z roztavené soli je minimálně 99,9 %, což je výrazně vyšší hodnota než u platinových vrstev nanesených z vodných roztoků.Výrazně zlepšená tažnost, přilnavost a odolnost proti korozi s minimálním vnitřním pnutím.
Při zvažování optimalizace návrhu anody je nejdůležitější optimalizace nosné konstrukce a napájení anody.Nejlepším řešením je zahřát a navinout povlak z titanového plechu na měděné jádro.Měď je ideální vodič s měrným odporem pouze asi 9 % měrného odporu slitin Pb/Sn.Zdroj CuTi zajišťuje minimální ztráty výkonu pouze podél anody, takže rozložení tloušťky vrstvy na sestavě katody je stejné.
Dalším pozitivním efektem je, že vzniká méně tepla.Požadavky na chlazení jsou sníženy a opotřebení platiny na anodě je sníženo.Antikorozní titanový povlak chrání měděné jádro.Při přelakování tahokovu očistěte a připravte pouze rám a/nebo napájecí zdroj.Mohou být mnohokrát znovu použity.
Při dodržení těchto konstrukčních pokynů můžete použít modely Pt/Ti nebo Pt/Nb k vytvoření „ideálních anod“ pro tvrdé chromování.Rozměrově stabilní modely stojí v investiční fázi více než olověné anody.Při podrobnějším zvážení nákladů však může být model z platinovaného titanu zajímavou alternativou k tvrdému chromování.
Důvodem je komplexní a důkladná analýza celkových nákladů na konvenční olověné a platinové anody.
Osm anod ze slitiny olova (1700 mm dlouhý a 40 mm v průměru) vyrobených z PbSn7 bylo porovnáno s Pt/Ti anodami vhodné velikosti pro pochromování válcových dílů.Výroba osmi olověných anod stojí kolem 1400 eur (1471 amerických dolarů), což na první pohled působí levně.Investice potřebné k vývoji požadovaných Pt/Ti anod je mnohem vyšší.Počáteční pořizovací cena se pohybuje kolem 7000 eur.Platinové povrchové úpravy jsou obzvláště drahé.Pouze čisté drahé kovy tvoří 45 % tohoto množství.Platinový povlak o tloušťce 2,5 µm vyžaduje 11,3 g drahého kovu na každou z osmi anod.Při ceně 35 eur za gram to odpovídá 3160 eurům.
I když se olověné anody mohou zdát jako nejlepší volba, při bližším zkoumání se to může rychle změnit.Po pouhých třech letech jsou celkové náklady na olověnou anodu výrazně vyšší než u modelu Pt/Ti.V příkladu konzervativního výpočtu předpokládejme typickou aplikační hustotu toku 40 A/dm2.Výsledkem bylo, že tok energie při daném povrchu anody 168 dm2 byl 6720 ampérů při 6700 hodinách provozu po dobu tří let.To odpovídá přibližně 220 pracovním dnům z 10 pracovních hodin ročně.Jak platina oxiduje do roztoku, tloušťka vrstvy platiny se pomalu zmenšuje.V příkladu je to uvažováno 2 gramy na milion ampérhodin.
Existuje mnoho důvodů pro nákladovou výhodu Pt/Ti oproti olověným anodám.Navíc snížená spotřeba elektřiny (cena 0,14 EUR/kWh mínus 14 800 kWh/rok) stojí cca 2 000 EUR ročně.Navíc již nejsou potřeba roční náklady ve výši cca 500 eur na likvidaci kalu z chromátu olovnatého, stejně jako 1000 eur za údržbu a odstávky výroby – velmi konzervativní výpočty.
Celkové náklady na olověné anody za tři roky byly 14 400 EUR (15 130 USD).Náklady na Pt/Ti anody jsou 12 020 eur včetně překrytí.I bez zohlednění nákladů na údržbu a prostojů ve výrobě (1000 eur za den a rok) je dosaženo bodu zvratu po třech letech.Od tohoto okamžiku se mezera mezi nimi ještě zvětšuje ve prospěch Pt/Ti anody.
Mnoho průmyslových odvětví využívá různých výhod vysokoteplotních elektrolytických anod potažených platinou.Výrobci osvětlení, polovodičů a desek plošných spojů, automobilový průmysl, hydraulika, hornictví, vodárny a bazény spoléhají na tyto technologie povrchové úpravy.V budoucnu bude jistě vyvíjeno více aplikací, protože udržitelné náklady a hlediska životního prostředí jsou dlouhodobým problémem.V důsledku toho může olovo čelit zvýšené kontrole.
Původní článek byl publikován v němčině v Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) editoval Prof. Timo Sörgel z Aalen University of Applied Sciences, Německo.S laskavým svolením Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Německo.
Ve většině operací dokončování kovů se používá maskování, kde by se měly opracovávat pouze určité oblasti povrchu součásti.Místo toho lze maskování použít na povrchy, kde ošetření není vyžadováno nebo je třeba se mu vyhnout.Tento článek pokrývá mnoho aspektů maskování kovových povrchů, včetně aplikací, technik a různých typů používaných maskování.