Umicore Electroplating in Deutschland verwendet Hochtemperatur-Elektrolytanoden.Bei diesem Verfahren wird Platin auf Grundmaterialien wie Titan, Niob, Tantal, Molybdän, Wolfram, Edelstahl und Nickellegierungen in einem geschmolzenen Salzbad bei 550 °C unter Argon abgeschieden.
Abbildung 2: Eine hochtemperaturgalvanisierte Platin/Titan-Anode behält ihre Form über einen langen Zeitraum.
Abbildung 3: Pt/Ti-Anode mit Streckgitter.Streckmetallgeflecht sorgt für optimalen Elektrolyttransport.Der Abstand zwischen Anoden- und Kathodenbauteil kann verringert und die Stromdichte erhöht werden.Das Ergebnis: bessere Qualität in kürzerer Zeit.
Abbildung 4: Die Maschenweite der Streckmetallmaschenanode kann angepasst werden.Das Netz sorgt für eine erhöhte Elektrolytzirkulation und eine bessere Gasentfernung.
Blei wird auf der ganzen Welt genau beobachtet.In den USA halten Gesundheitsbehörden und Arbeitsplätze an ihren Warnungen fest.Trotz der langjährigen Erfahrung der Galvanikbetriebe im Umgang mit Gefahrstoffen wird Metall immer kritischer betrachtet.
Beispielsweise muss sich jeder, der in den Vereinigten Staaten Bleianoden verwendet, beim bundesstaatlichen Toxic Chemical Release Register der EPA registrieren.Verarbeitet ein Galvanikbetrieb nur etwa 29 kg Blei pro Jahr, ist dennoch eine Registrierung erforderlich.
Daher ist es notwendig, in den USA nach einer Alternative zu suchen.Die Bleianoden-Hartverchromungsanlage wirkt nicht nur auf den ersten Blick günstig, sie hat auch viele Nachteile:
Formstabile Anoden sind eine interessante Alternative zur Hartverchromung (siehe Abb. 2) mit einer Platinoberfläche auf Titan oder Niob als Substrat.
Platinbeschichtete Anoden bieten viele Vorteile gegenüber einer Hartverchromung.Dazu gehören folgende Vorteile:
Für optimale Ergebnisse passen Sie die Anode an das Design des zu beschichtenden Teils an.Dadurch ist es möglich, Anoden mit stabilen Abmessungen (Platten, Zylinder, T-Form und U-Form) zu erhalten, während Bleianoden hauptsächlich Standardbleche oder -stäbe sind.
Pt/Ti- und Pt/Nb-Anoden haben keine geschlossenen Oberflächen, sondern Streckmetallbleche mit variabler Maschenweite.Dies führt zu einer guten Energieverteilung, elektrische Felder können im und um das Netzwerk wirken (siehe Abb. 3).
Je kleiner also der Abstand zwischen denAnodeund der Kathode, desto höher ist die Flussdichte der Beschichtung.Schichten können schneller aufgetragen werden: Die Ergiebigkeit wird erhöht.Durch den Einsatz von Gittern mit großer wirksamer Oberfläche können die Trennbedingungen deutlich verbessert werden.
Durch die Kombination von Platin und Titan kann Dimensionsstabilität erreicht werden.Beide Metalle bieten optimale Parameter für die Hartverchromung.Der spezifische Widerstand von Platin ist sehr niedrig, nur 0,107 Ohm×mm2/m.Der Wert von Blei ist fast doppelt so hoch wie der von Blei (0,208 Ohm×mm2/m).Titan weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf, diese Fähigkeit wird jedoch in Gegenwart von Halogeniden verringert.Beispielsweise liegt die Durchschlagsspannung von Titan in chloridhaltigen Elektrolyten je nach pH-Wert zwischen 10 und 15 V.Dies ist deutlich höher als bei Niob (35 bis 50 V) und Tantal (70 bis 100 V).
Titan hat Nachteile hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit in starken Säuren wie Schwefelsäure, Salpetersäure, Flusssäure, Oxalsäure und Methansulfonsäure.Jedoch,Titanist aufgrund seiner Bearbeitbarkeit und seines Preises immer noch eine gute Wahl.
Die Abscheidung einer Platinschicht auf einem Titansubstrat erfolgt am besten elektrochemisch durch Hochtemperaturelektrolyse (HTE) in geschmolzenen Salzen.Für eine präzise Beschichtung sorgt das ausgefeilte HTE-Verfahren: In einem 550 °C heißen Schmelzbad aus einer Mischung aus Kalium- und Natriumcyaniden mit etwa 1 bis 3 % Platin wird das Edelmetall elektrochemisch auf Titan abgeschieden.Das Substrat ist in einem geschlossenen System mit Argon eingeschlossen, das Salzbad befindet sich in einem Doppeltiegel.Ströme von 1 bis 5 A/dm2 sorgen für eine Isolationsrate von 10 bis 50 Mikrometer pro Stunde bei einer Beschichtungsspannung von 0,5 bis 2 V.
Mit dem HTE-Verfahren platinierte Anoden haben mit wässrigem Elektrolyt beschichtete Anoden deutlich übertroffen.Die Reinheit von Platinschichten aus geschmolzenem Salz beträgt mindestens 99,9 % und ist damit deutlich höher als die von aus wässrigen Lösungen abgeschiedenen Platinschichten.Deutlich verbesserte Duktilität, Haftung und Korrosionsbeständigkeit bei minimaler innerer Spannung.
Bei der Optimierung des Anodendesigns kommt es vor allem auf die Optimierung der Stützstruktur und der Anodenstromversorgung an.Die beste Lösung besteht darin, die Titanblechbeschichtung zu erhitzen und auf den Kupferkern aufzuwickeln.Kupfer ist ein idealer Leiter mit einem spezifischen Widerstand von nur etwa 9 % des Widerstands von Pb/Sn-Legierungen.Die CuTi-Stromversorgung gewährleistet minimale Leistungsverluste nur entlang der Anode, sodass die Schichtdickenverteilung auf der Kathodenbaugruppe gleich ist.
Ein weiterer positiver Effekt ist, dass weniger Wärme entsteht.Der Kühlbedarf wird reduziert und der Platinverschleiß an der Anode verringert.Eine korrosionsbeständige Titanbeschichtung schützt den Kupferkern.Reinigen und bereiten Sie bei der Neubeschichtung von Streckmetall nur den Rahmen und/oder die Stromversorgung vor.Sie können viele Male wiederverwendet werden.
Wenn Sie diese Designrichtlinien befolgen, können Sie die Pt/Ti- oder Pt/Nb-Modelle verwenden, um „ideale Anoden“ für die Hartverchromung zu erstellen.Formstabile Modelle kosten in der Investitionsphase mehr als Bleianoden.Betrachtet man jedoch die Kosten genauer, kann ein platiniertes Titanmodell eine interessante Alternative zur Hartverchromung sein.
Dies ist auf eine umfassende und gründliche Analyse der Gesamtkosten herkömmlicher Blei- und Platinanoden zurückzuführen.
Acht Bleilegierungsanoden (1700 mm lang und 40 mm im Durchmesser) aus PbSn7 wurden mit Pt/Ti-Anoden geeigneter Größe für die Verchromung zylindrischer Teile verglichen.Die Herstellung von acht Bleianoden kostet rund 1.400 Euro (1.471 US-Dollar), was auf den ersten Blick günstig erscheint.Der Investitionsaufwand für die Entwicklung der benötigten Pt/Ti-Anoden ist deutlich höher.Der Erstkaufpreis liegt bei rund 7.000 Euro.Besonders teuer sind Platin-Oberflächen.Nur 45 % dieser Menge sind reine Edelmetalle.Für eine 2,5 µm dicke Platinbeschichtung werden für jede der acht Anoden 11,3 g Edelmetall benötigt.Bei einem Preis von 35 Euro pro Gramm entspricht dies 3160 Euro.
Auch wenn Bleianoden die beste Wahl zu sein scheinen, kann sich dies bei näherer Betrachtung schnell ändern.Bereits nach drei Jahren sind die Gesamtkosten einer Bleianode deutlich höher als beim Pt/Ti-Modell.Gehen Sie in einem konservativen Berechnungsbeispiel von einer typischen Anwendungsflussdichte von 40 A/dm2 aus.Daraus ergab sich, dass der Stromfluss bei einer gegebenen Anodenfläche von 168 dm2 6720 Ampere bei 6700 Betriebsstunden über drei Jahre betrug.Dies entspricht ca. 220 Arbeitstagen von 10 Arbeitsstunden pro Jahr.Während das Platin in Lösung oxidiert, nimmt die Dicke der Platinschicht langsam ab.Im Beispiel wird dies mit 2 Gramm pro Million Amperestunden angenommen.
Für den Kostenvorteil von Pt/Ti gegenüber Bleianoden gibt es viele Gründe.Darüber hinaus kostet der reduzierte Stromverbrauch (Preis 0,14 EUR/kWh minus 14.800 kWh/Jahr) etwa 2.000 EUR pro Jahr.Zudem entfallen jährliche Kosten von etwa 500 Euro für die Entsorgung des Bleichromatschlamms sowie 1.000 Euro für Wartung und Produktionsausfall – sehr konservativ kalkuliert.
Die Gesamtkosten für Bleianoden beliefen sich über drei Jahre auf 14.400 € (15.130 $).Die Kosten für Pt/Ti-Anoden betragen 12.020 Euro, inklusive Neubeschichtung.Auch ohne Berücksichtigung von Wartungskosten und Produktionsausfällen (1000 Euro pro Tag und Jahr) wird der Break-Even-Punkt nach drei Jahren erreicht.Ab diesem Zeitpunkt vergrößert sich der Abstand zwischen ihnen noch mehr zugunsten der Pt/Ti-Anode.
Viele Branchen nutzen die verschiedenen Vorteile platinbeschichteter Hochtemperatur-Elektrolytanoden.Beleuchtungs-, Halbleiter- und Leiterplattenhersteller, Automobilindustrie, Hydraulik, Bergbau, Wasserwerke und Schwimmbäder vertrauen auf diese Beschichtungstechnologien.In Zukunft werden sicherlich weitere Anwendungen entwickelt werden, da nachhaltige Kosten- und Umweltaspekte langfristige Anliegen sind.Infolgedessen könnte Blei einer genaueren Prüfung ausgesetzt sein.
Der Originalartikel wurde in deutscher Sprache im Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) veröffentlicht, herausgegeben von Prof. Timo Sörgel von der Hochschule Aalen.Mit freundlicher Genehmigung des Eugen G. Leuze Verlags, Bad Saulgau/Deutschland.
Bei den meisten Metallbearbeitungsvorgängen wird das Maskieren verwendet, wobei nur bestimmte Bereiche der Oberfläche des Teils bearbeitet werden sollen.Stattdessen kann die Maskierung auf Oberflächen angewendet werden, bei denen eine Behandlung nicht erforderlich ist oder vermieden werden sollte.Dieser Artikel behandelt viele Aspekte der Metalloberflächenmaskierung, einschließlich Anwendungen, Techniken und die verschiedenen Arten der verwendeten Maskierung.