Umicore Electroplating en Alemania utiliza ánodos electrolíticos de alta temperatura.En este proceso, el platino se deposita sobre materiales base como titanio, niobio, tantalio, molibdeno, tungsteno, acero inoxidable y aleaciones de níquel en un baño de sal fundida a 550°C bajo argón.
Figura 2: Un ánodo de platino/titanio galvanizado a alta temperatura conserva su forma durante un largo período de tiempo.
Figura 3: Ánodo Pt/Ti de malla expandida.La malla metálica expandida proporciona un transporte óptimo de electrolitos.Se puede reducir la distancia entre los componentes del ánodo y el cátodo y aumentar la densidad de corriente.El resultado: mejor calidad en menos tiempo.
Figura 4: Se puede ajustar el ancho de la malla en el ánodo de malla metálica expandida.La malla proporciona una mayor circulación de electrolitos y una mejor eliminación de gases.
El plomo es objeto de una estrecha vigilancia en todo el mundo.En Estados Unidos, las autoridades sanitarias y los lugares de trabajo mantienen sus advertencias.A pesar de los años de experiencia de las empresas de galvanoplastia en el manejo de materiales peligrosos, el metal sigue siendo visto cada vez más críticamente.
Por ejemplo, cualquier persona que utilice ánodos de plomo en los Estados Unidos debe registrarse en el Registro federal de emisiones de sustancias químicas tóxicas de la EPA.Aunque una empresa de galvanoplastia sólo procese unos 29 kg de plomo al año, sigue siendo necesario registrarse.
Por tanto, es necesario buscar una alternativa en Estados Unidos.La planta de cromado duro de ánodo de plomo no sólo parece barata a primera vista, sino que también tiene muchas desventajas:
Los ánodos dimensionalmente estables son una alternativa interesante al cromado duro (ver Fig. 2) con una superficie de platino sobre titanio o niobio como sustrato.
Los ánodos recubiertos de platino ofrecen muchas ventajas sobre el cromado duro.Estos incluyen los siguientes beneficios:
Para obtener resultados ideales, adapte el ánodo al diseño de la pieza a recubrir.Esto permite obtener ánodos de dimensiones estables (placas, cilindros, en forma de T y en forma de U), mientras que los ánodos de plomo son principalmente láminas o varillas estándar.
Los ánodos de Pt/Ti y Pt/Nb no tienen superficies cerradas, sino láminas de metal expandido con tamaño de malla variable.Esto conduce a una buena distribución de la energía, los campos eléctricos pueden funcionar dentro y alrededor de la red (ver Fig. 3).
Por lo tanto, cuanto menor sea la distancia entre losánodoy el cátodo, mayor será la densidad de flujo del recubrimiento.Las capas se pueden aplicar más rápido: aumenta el rendimiento.El uso de rejillas con una gran superficie efectiva puede mejorar significativamente las condiciones de separación.
La estabilidad dimensional se puede lograr combinando platino y titanio.Ambos metales proporcionan parámetros óptimos para el cromado duro.La resistividad del platino es muy baja, sólo 0,107 ohmios×mm2/m.El valor del plomo es casi el doble que el del plomo (0,208 ohm × mm2/m).El titanio tiene una excelente resistencia a la corrosión; sin embargo, esta capacidad se reduce en presencia de haluros.Por ejemplo, el voltaje de ruptura del titanio en electrolitos que contienen cloruro varía de 10 a 15 V, dependiendo del pH.Esto es significativamente mayor que el del niobio (35 a 50 V) y el tantalio (70 a 100 V).
El titanio tiene desventajas en términos de resistencia a la corrosión en ácidos fuertes como los ácidos sulfúrico, nítrico, fluorhídrico, oxálico y metanosulfónico.Sin embargo,titanioSigue siendo una buena opción debido a su maquinabilidad y precio.
La deposición de una capa de platino sobre un sustrato de titanio se realiza mejor electroquímicamente mediante electrólisis a alta temperatura (HTE) en sales fundidas.El sofisticado proceso HTE garantiza un recubrimiento preciso: en un baño fundido a 550°C hecho de una mezcla de cianuros de potasio y sodio que contiene aproximadamente entre un 1% y un 3% de platino, el metal precioso se deposita electroquímicamente sobre titanio.El sustrato se encierra en un sistema cerrado con argón y el baño de sal se encuentra en un crisol doble.Las corrientes de 1 a 5 A/dm2 proporcionan una tasa de aislamiento de 10 a 50 micras por hora con una tensión de recubrimiento de 0,5 a 2 V.
Los ánodos platinados que utilizan el proceso HTE han superado con creces a los ánodos recubiertos con electrolito acuoso.La pureza de los recubrimientos de platino a partir de sales fundidas es de al menos el 99,9%, que es significativamente mayor que la de las capas de platino depositadas a partir de soluciones acuosas.Ductilidad, adhesión y resistencia a la corrosión significativamente mejoradas con una tensión interna mínima.
Al considerar la optimización del diseño del ánodo, lo más importante es la optimización de la estructura de soporte y el suministro de energía del ánodo.La mejor solución es calentar y enrollar la lámina de titanio sobre el núcleo de cobre.El cobre es un conductor ideal con una resistividad de sólo alrededor del 9% de la de las aleaciones de Pb/Sn.La fuente de alimentación CuTi garantiza pérdidas de energía mínimas sólo a lo largo del ánodo, por lo que la distribución del espesor de las capas en el conjunto del cátodo es la misma.
Otro efecto positivo es que se genera menos calor.Se reducen los requisitos de refrigeración y se reduce el desgaste del platino en el ánodo.El revestimiento de titanio anticorrosión protege el núcleo de cobre.Al recubrir metal expandido, limpie y prepare únicamente el marco y/o la fuente de alimentación.Se pueden reutilizar muchas veces.
Siguiendo estas pautas de diseño, puede utilizar los modelos Pt/Ti o Pt/Nb para crear “ánodos ideales” para el cromado duro.Los modelos dimensionalmente estables cuestan más en la etapa de inversión que los ánodos de plomo.Sin embargo, si analizamos el coste con más detalle, un modelo de titanio platinado puede ser una alternativa interesante al cromado duro.
Esto se debe a un análisis exhaustivo y exhaustivo del coste total de los ánodos de plomo y platino convencionales.
Se compararon ocho ánodos de aleación de plomo (1700 mm de largo y 40 mm de diámetro) fabricados de PbSn7 con ánodos de Pt/Ti del tamaño adecuado para el cromado de piezas cilíndricas.La producción de ocho ánodos de plomo cuesta alrededor de 1.400 euros (1.471 dólares), lo que a primera vista parece barato.La inversión necesaria para desarrollar los ánodos de Pt/Ti necesarios es mucho mayor.El precio de compra inicial ronda los 7.000 euros.Los acabados platino son especialmente caros.Sólo los metales preciosos puros representan el 45% de esta cantidad.Una capa de platino de 2,5 µm de espesor requiere 11,3 g de metal precioso para cada uno de los ocho ánodos.A un precio de 35 euros el gramo, esto corresponde a 3160 euros.
Si bien los ánodos de plomo pueden parecer la mejor opción, esto puede cambiar rápidamente tras una inspección más cercana.Después de sólo tres años, el coste total de un ánodo de plomo es significativamente mayor que el del modelo Pt/Ti.En un ejemplo de cálculo conservador, suponga una densidad de flujo de aplicación típica de 40 A/dm2.Como resultado, el flujo de energía en una superficie anódica dada de 168 dm2 fue de 6720 amperios con 6700 horas de funcionamiento durante tres años.Esto corresponde a aproximadamente 220 días laborables de 10 horas de trabajo al año.A medida que el platino se oxida en solución, el espesor de la capa de platino disminuye lentamente.En el ejemplo, esto se considera 2 gramos por millón de amperios-hora.
Hay muchas razones para la ventaja de costos del Pt/Ti sobre los ánodos de plomo.Además, un consumo reducido de electricidad (precio 0,14 EUR/kWh menos 14.800 kWh/año) cuesta alrededor de 2.000 EUR al año.Además, ya no es necesario un coste anual de unos 500 euros para la eliminación de lodos de cromato de plomo, así como 1.000 euros para el mantenimiento y las paradas de producción, cálculos muy conservadores.
El coste total de los ánodos de plomo durante tres años fue de 14.400 euros (15.130 dólares).El coste de los ánodos de Pt/Ti es de 12.020 euros, incluido el repintado.Incluso sin tener en cuenta los costes de mantenimiento y las paradas de producción (1.000 euros al día al año), el punto de equilibrio se alcanza al cabo de tres años.A partir de este momento, la distancia entre ellos aumenta aún más a favor del ánodo de Pt/Ti.
Muchas industrias aprovechan los diversos beneficios de los ánodos electrolíticos recubiertos de platino de alta temperatura.Los fabricantes de iluminación, semiconductores y placas de circuitos, automoción, hidráulica, minería, obras hidráulicas y piscinas confían en estas tecnologías de recubrimiento.Sin duda, se desarrollarán más aplicaciones en el futuro, ya que los costes sostenibles y las consideraciones medioambientales son preocupaciones a largo plazo.Como resultado, el plomo puede enfrentar un mayor escrutinio.
El artículo original fue publicado en alemán en Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) editado por el Prof. Timo Sörgel de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Aalen, Alemania.Cortesía de Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Alemania.
En la mayoría de las operaciones de acabado de metales, se utiliza el enmascaramiento, donde solo se deben procesar ciertas áreas de la superficie de la pieza.En cambio, el enmascaramiento se puede utilizar en superficies donde no se requiere tratamiento o se debe evitar.Este artículo cubre muchos aspectos del enmascaramiento de acabados metálicos, incluidas las aplicaciones, las técnicas y los diferentes tipos de enmascaramiento utilizados.