Mae Umicore Electroplating yn yr Almaen yn defnyddio anodau electrolytig tymheredd uchel.Yn y broses hon, mae platinwm yn cael ei adneuo ar ddeunyddiau sylfaenol fel titaniwm, niobium, tantalwm, molybdenwm, twngsten, dur di-staen a aloion nicel mewn baddon halen tawdd ar 550 ° C o dan argon.
Ffigur 2: Mae anod platinwm/titaniwm electroplatiedig tymheredd uchel yn cadw ei siâp dros gyfnod hir o amser.
Ffigur 3: Anod Pt/Ti rhwyll wedi'i ehangu.Mae rhwyll fetel estynedig yn darparu'r cludiant electrolyte gorau posibl.Gellir lleihau'r pellter rhwng yr anod a'r cydrannau catod a chynyddu'r dwysedd presennol.Y canlyniad: gwell ansawdd mewn llai o amser.
Ffigur 4: Gellir addasu lled y rhwyll ar yr anod rhwyll metel ehangedig.Mae'r rhwyll yn darparu mwy o gylchrediad electrolyte a gwell gwared â nwy.
Mae plwm yn cael ei wylio'n agos ledled y byd.Yn yr UD, mae awdurdodau iechyd a gweithleoedd yn cadw at eu rhybuddion.Er gwaethaf blynyddoedd o brofiad y cwmnïau electroplatio wrth ymdrin â deunyddiau peryglus, mae metel yn parhau i gael ei ystyried yn fwyfwy beirniadol.
Er enghraifft, rhaid i unrhyw un sy'n defnyddio anodau plwm yn yr Unol Daleithiau gofrestru gyda Chofrestr Rhyddhau Cemegol Gwenwynig ffederal yr EPA.Os mai dim ond tua 29 kg o blwm y flwyddyn y mae cwmni electroplatio yn ei brosesu, mae angen cofrestru o hyd.
Felly, mae angen chwilio am ddewis arall yn UDA.Nid yn unig y mae'r planhigyn platio cromiwm caled anod plwm yn ymddangos yn rhad ar yr olwg gyntaf, mae yna lawer o anfanteision hefyd:
Mae anodau sefydlog dimensiwn yn ddewis arall diddorol i blatio cromiwm caled (gweler Ffig. 2) gydag arwyneb platinwm ar ditaniwm neu niobium fel swbstrad.
Mae anodau wedi'u gorchuddio â phlatinwm yn cynnig llawer o fanteision dros blatio cromiwm caled.Mae'r rhain yn cynnwys y buddion canlynol:
I gael canlyniadau delfrydol, addaswch yr anod i ddyluniad y rhan sydd i'w gorchuddio.Mae hyn yn ei gwneud hi'n bosibl cael anodau â dimensiynau sefydlog (platiau, silindrau, siâp T a siâp U), tra bod anodau plwm yn gynfasau neu wialen safonol yn bennaf.
Nid oes gan anodau Pt/Ti a Pt/Nb arwynebau caeedig, ond yn hytrach dalennau metel estynedig gyda maint rhwyll amrywiol.Mae hyn yn arwain at ddosbarthiad da o ynni, gall meysydd trydan weithio o fewn ac o amgylch y rhwydwaith (gweler Ffig. 3).
Felly, y lleiaf yw'r pellter rhwng yanoda'r catod, yr uchaf yw dwysedd fflwcs y cotio.Gellir cymhwyso haenau yn gyflymach: cynyddir y cynnyrch.Gall defnyddio gridiau gydag arwynebedd arwyneb effeithiol mawr wella amodau gwahanu yn sylweddol.
Gellir cyflawni sefydlogrwydd dimensiwn trwy gyfuno platinwm a thitaniwm.Mae'r ddau fetel yn darparu'r paramedrau gorau posibl ar gyfer platio crôm caled.Mae gwrthedd platinwm yn isel iawn, dim ond 0.107 Ohm × mm2/m.Mae gwerth plwm bron ddwywaith yn fwy na phlwm (0.208 ohm × mm2/m).Mae gan ditaniwm ymwrthedd cyrydiad rhagorol, ond mae'r gallu hwn yn cael ei leihau ym mhresenoldeb halidau.Er enghraifft, mae foltedd dadelfennu titaniwm mewn electrolytau sy'n cynnwys clorid yn amrywio o 10 i 15 V, yn dibynnu ar pH.Mae hyn yn sylweddol uwch na niobium (35 i 50 V) a tantalwm (70 i 100 V).
Mae gan ditaniwm anfanteision o ran ymwrthedd cyrydiad mewn asidau cryf megis asidau sylffwrig, nitrig, hydrofflworig, ocsalig a methanesylffonig.Fodd bynnag,titaniwmyn dal i fod yn ddewis da oherwydd ei machinability a phris.
Mae'n well cynnal dyddodiad haen o blatinwm ar swbstrad titaniwm yn electrocemegol trwy electrolysis tymheredd uchel (HTE) mewn halwynau tawdd.Mae'r broses HTE soffistigedig yn sicrhau cotio manwl gywir: mewn baddon tawdd 550 ° C wedi'i wneud o gymysgedd o sodiwm cyanidau a photasiwm sy'n cynnwys tua 1% i 3% platinwm, mae'r metel gwerthfawr yn cael ei ddyddodi'n electrocemegol ar ditaniwm.Mae'r swbstrad wedi'i gloi mewn system gaeedig gydag argon, ac mae'r baddon halen mewn crucible dwbl.Mae cerrynt o 1 i 5 A/dm2 yn darparu cyfradd inswleiddio o 10 i 50 micron yr awr gyda thensiwn cotio o 0.5 i 2 V.
Mae anodau platinedig sy'n defnyddio'r broses HTE wedi perfformio'n well o lawer na anodau wedi'u gorchuddio ag electrolyt dyfrllyd.Mae purdeb haenau platinwm o halen tawdd o leiaf 99.9%, sy'n sylweddol uwch na phurdeb haenau platinwm a adneuwyd o hydoddiannau dyfrllyd.Gwell hydwythedd, adlyniad a gwrthiant cyrydiad yn sylweddol gyda'r tensiwn mewnol lleiaf posibl.
Wrth ystyried optimeiddio'r dyluniad anod, y pwysicaf yw optimeiddio'r strwythur cefnogi a'r cyflenwad pŵer anod.Yr ateb gorau yw gwresogi a dirwyn y gorchudd dalen titaniwm ar y craidd copr.Mae copr yn ddargludydd delfrydol gyda gwrthedd o ddim ond tua 9% o aloion Pb/Sn.Mae'r cyflenwad pŵer CuTi yn sicrhau colledion pŵer lleiaf posibl yn unig ar hyd yr anod, felly mae dosbarthiad trwch yr haen ar y cynulliad catod yr un peth.
Effaith gadarnhaol arall yw bod llai o wres yn cael ei gynhyrchu.Mae gofynion oeri yn cael eu lleihau ac mae gwisgo platinwm ar yr anod yn cael ei leihau.Mae cotio titaniwm gwrth-cyrydu yn amddiffyn y craidd copr.Wrth ail-orchuddio metel estynedig, glanhewch a pharatowch y ffrâm a/neu'r cyflenwad pŵer yn unig.Gellir eu hailddefnyddio lawer gwaith.
Trwy ddilyn y canllawiau dylunio hyn, gallwch ddefnyddio'r modelau Pt/Ti neu Pt/Nb i greu “anodau delfrydol” ar gyfer platio cromiwm caled.Mae modelau sefydlog dimensiwn yn costio mwy yn y cam buddsoddi nag anodau plwm.Fodd bynnag, wrth ystyried y gost yn fwy manwl, gall model titaniwm platinwm-plated fod yn ddewis arall diddorol i blatio crôm caled.
Mae hyn oherwydd dadansoddiad cynhwysfawr a thrylwyr o gyfanswm cost anodau plwm a phlatinwm confensiynol.
Cymharwyd wyth anod aloi plwm (1700 mm o hyd a 40 mm mewn diamedr) o PbSn7 ag anodes Pt/Ti o faint priodol ar gyfer platio cromiwm ar rannau silindrog.Mae cynhyrchu wyth anod plwm yn costio tua 1,400 ewro (doleri 1,471 yr Unol Daleithiau), sydd ar yr olwg gyntaf yn ymddangos yn rhad.Mae'r buddsoddiad sydd ei angen i ddatblygu'r anodau Pt/Ti gofynnol yn llawer uwch.Y pris prynu cychwynnol yw tua 7,000 ewro.Mae gorffeniadau platinwm yn arbennig o ddrud.Dim ond metelau gwerthfawr pur sy'n cyfrif am 45% o'r swm hwn.Mae gorchudd platinwm 2.5 µm o drwch angen 11.3 go fetel gwerthfawr ar gyfer pob un o'r wyth anod.Am bris o 35 ewro y gram, mae hyn yn cyfateb i 3160 ewro.
Er y gall anodau plwm ymddangos fel y dewis gorau, gall hyn newid yn gyflym ar ôl arolygiad agosach.Ar ôl tair blynedd yn unig, mae cyfanswm cost anod plwm yn sylweddol uwch na'r model Pt/Ti.Mewn enghraifft o gyfrifiad ceidwadol, tybiwch ddwysedd fflwcs cymhwysiad nodweddiadol o 40 A/dm2.O ganlyniad, y llif pŵer ar arwyneb anod penodol o 168 dm2 oedd 6720 amperes ar 6700 awr o weithredu am dair blynedd.Mae hyn yn cyfateb i tua 220 diwrnod gwaith allan o 10 awr gwaith y flwyddyn.Wrth i'r platinwm ocsideiddio i doddiant, mae trwch yr haen platinwm yn gostwng yn araf.Yn yr enghraifft, mae hyn yn cael ei ystyried yn 2 gram fesul miliwn amp-oriau.
Mae yna lawer o resymau dros fantais cost Pt/Ti dros anodau plwm.Yn ogystal, mae defnydd llai o drydan (pris 0.14 EUR / kWh llai 14,800 kWh y flwyddyn) yn costio tua 2,000 EUR y flwyddyn.Yn ogystal, nid oes angen cost flynyddol o tua 500 ewro mwyach ar gyfer gwaredu llaid cromad plwm, yn ogystal â 1000 ewro ar gyfer amser segur cynnal a chadw a chynhyrchu - cyfrifiadau ceidwadol iawn.
Cyfanswm cost anodau plwm dros dair blynedd oedd €14,400 ($15,130).Cost anodes Pt/Ti yw 12,020 ewro, gan gynnwys ail-orchuddio.Hyd yn oed heb ystyried costau cynnal a chadw ac amser segur cynhyrchu (1000 ewro y dydd y flwyddyn), cyrhaeddir y pwynt adennill costau ar ôl tair blynedd.O hyn ymlaen, mae'r bwlch rhyngddynt yn cynyddu hyd yn oed yn fwy o blaid yr anod Pt/Ti.
Mae llawer o ddiwydiannau'n manteisio ar fanteision amrywiol anodau electrolytig tymheredd uchel wedi'u gorchuddio â phlatinwm.Mae gwneuthurwyr goleuadau, lled-ddargludyddion a byrddau cylched, modurol, hydrolig, mwyngloddio, gweithfeydd dŵr a phyllau nofio yn dibynnu ar y technolegau cotio hyn.Bydd mwy o geisiadau yn sicr yn cael eu datblygu yn y dyfodol, gan fod ystyriaethau cost cynaliadwy ac amgylcheddol yn bryderon hirdymor.O ganlyniad, efallai y bydd yr arweinydd yn wynebu mwy o graffu.
Cyhoeddwyd yr erthygl wreiddiol yn Almaeneg yn Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) a olygwyd gan yr Athro Timo Sörgel o Brifysgol Gwyddorau Cymhwysol Aalen, yr Almaen.Trwy garedigrwydd Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Yr Almaen.
Yn y rhan fwyaf o weithrediadau gorffen metel, defnyddir masgio, lle dim ond rhai rhannau o wyneb y rhan y dylid eu prosesu.Yn lle hynny, gellir defnyddio masgio ar arwynebau lle nad oes angen triniaeth neu lle y dylid ei osgoi.Mae'r erthygl hon yn ymdrin â llawer o agweddau ar guddio gorffeniad metel, gan gynnwys cymwysiadau, technegau, a'r gwahanol fathau o fasgio a ddefnyddir.