Umicore galvaniseerimine Saksamaal kasutab kõrge temperatuuriga elektrolüütilisi anoode.Selle protsessi käigus sadestatakse plaatina sellistele alusmaterjalidele nagu titaan, nioobium, tantaal, molübdeen, volfram, roostevaba teras ja niklisulamid sulasoola vannis temperatuuril 550 °C argooni keskkonnas.
Joonis 2: Kõrgel temperatuuril galvaniseeritud plaatina/titaananood säilitab oma kuju pika aja jooksul.
Joonis 3: laiendatud võrguga Pt/Ti anood.Laiendatud metallvõrk tagab optimaalse elektrolüütide transpordi.Anoodi ja katoodi komponentide vahelist kaugust saab vähendada ja voolutihedust suurendada.Tulemus: parem kvaliteet lühema ajaga.
Joonis 4: Laiendatud metallvõrgu anoodil oleva võrgu laiust saab reguleerida.Võrk tagab parema elektrolüütide ringluse ja parema gaasi eemaldamise.
Pliid jälgitakse tähelepanelikult kogu maailmas.USA-s peavad tervishoiuasutused ja töökohad oma hoiatusi kinni.Vaatamata galvaniseerimisettevõtete aastatepikkusele kogemusele ohtlike materjalidega tegelemisel, suhtutakse metalli jätkuvalt aina kriitilisemalt.
Näiteks peavad kõik, kes kasutavad USA-s pliianoode, registreeruma EPA föderaalses toksiliste keemiliste ainete eraldumise registris.Kui galvaniseerimisega tegelev ettevõte töötleb aastas vaid umbes 29 kg pliid, on registreerimine siiski vajalik.
Seetõttu on vaja alternatiivi otsida USA-st.Pliianoodi kõva kroomimise tehas mitte ainult ei tundu esmapilgul odav, sellel on ka palju puudusi:
Mõõtmekindlad anoodid on huvitav alternatiiv kõvakroomimisele (vt joonis 2), mille substraadiks on plaatina pind titaanil või nioobiumil.
Plaatinakattega anoodid pakuvad kõva kroomimise ees palju eeliseid.Need hõlmavad järgmisi eeliseid.
Ideaalsete tulemuste saavutamiseks kohandage anood kaetava detaili disainiga.See võimaldab saada stabiilsete mõõtmetega anoodid (plaadid, silindrid, T-kujulised ja U-kujulised), samas kui pliianoodid on peamiselt standardsed lehed või vardad.
Pt/Ti ja Pt/Nb anoodidel ei ole kinniseid pindu, vaid pigem muudetava võrgusilma suurusega paisutatud metalllehti.See toob kaasa hea energiajaotuse, elektriväljad võivad töötada võrgus ja selle ümbruses (vt joonis 3).
Seetõttu, mida väiksem on vahemaaanoodja katood, seda suurem on katte vootihedus.Kihid saab peale kanda kiiremini: saagis suureneb.Suure efektiivse pinnaga võrede kasutamine võib eraldustingimusi oluliselt parandada.
Mõõtmete stabiilsust saab saavutada plaatina ja titaani kombineerimisel.Mõlemad metallid tagavad optimaalsed parameetrid kõva kroomimiseks.Plaatina eritakistus on väga madal, ainult 0,107 Ohm × mm2/m.Plii väärtus on peaaegu kaks korda suurem kui plii väärtus (0,208 oomi × mm2/m).Titaanil on suurepärane korrosioonikindlus, kuid halogeniidide juuresolekul see võime väheneb.Näiteks titaani läbilöögipinge kloriidi sisaldavates elektrolüütides on sõltuvalt pH-st vahemikus 10–15 V.See on oluliselt kõrgem kui nioobiumil (35–50 V) ja tantaalil (70–100 V).
Titaanil on puudusi seoses korrosioonikindlusega tugevates hapetes, nagu väävel-, lämmastik-, vesinikfluoriid-, oksaal- ja metaansulfoonhape.Kuid,titaanon oma töödeldavuse ja hinna tõttu siiski hea valik.
Plaatinakihi sadestamist titaansubstraadile on kõige parem teostada elektrokeemiliselt kõrgtemperatuurilise elektrolüüsi (HTE) abil sulasoolades.Keerukas HTE-protsess tagab täpse katmise: 550°C sulavannis, mis on valmistatud kaalium- ja naatriumtsüaniidide segust, mis sisaldab ligikaudu 1–3% plaatinat, sadestatakse väärismetall elektrokeemiliselt titaanile.Substraat lukustatakse suletud süsteemis argooniga ja soolavann on kahekordses tiiglis.Voolutugevus 1 kuni 5 A/dm2 tagab isolatsioonikiiruse 10 kuni 50 mikronit tunnis katte pingega 0,5 kuni 2 V.
HTE-protsessi kasutavad platiniseeritud anoodid on oluliselt edestanud vesilahuselise elektrolüüdiga kaetud anoodid.Plaatinakatete puhtus sulasoolast on vähemalt 99,9%, mis on oluliselt kõrgem kui vesilahustest ladestunud plaatinakihtidel.Oluliselt paranenud plastilisus, nakkuvus ja korrosioonikindlus minimaalse sisemise pingega.
Anoodi disaini optimeerimise kaalumisel on kõige olulisem tugistruktuuri ja anoodi toiteallika optimeerimine.Parim lahendus on titaanplekkkatte kuumutamine ja kerimine vasesüdamikule.Vask on ideaalne juht, mille eritakistus on vaid umbes 9% Pb/Sn-sulamite omast.CuTi toiteallikas tagab minimaalsed toitekadud ainult piki anoodi, seega on kihi paksuse jaotus katoodsõlmel sama.
Teine positiivne mõju on see, et tekib vähem soojust.Jahutusvajadus väheneb ja anoodi plaatina kulumine väheneb.Korrosioonivastane titaankate kaitseb vasest südamikku.Paisutatud metalli uuesti katmisel puhastage ja valmistage ette ainult raam ja/või toiteplokk.Neid saab korduvalt kasutada.
Järgides neid disainijuhiseid, saate kasutada Pt/Ti või Pt/Nb mudeleid, et luua "ideaalseid anoodid" kõvakroomimiseks.Mõõtmekindlad mudelid maksavad investeerimisetapis rohkem kui pliianoodid.Kui aga kulusid üksikasjalikumalt kaaluda, võib plaatinaga kaetud titaanmudel olla huvitav alternatiiv kõvakroomimisele.
Selle põhjuseks on tavapäraste plii- ja plaatinaanoodide kogumaksumuse põhjalik ja põhjalik analüüs.
Kaheksat PbSn7-st valmistatud pliisulamist anoodi (pikkusega 1700 mm ja läbimõõduga 40 mm) võrreldi silindriliste osade kroomimiseks sobiva suurusega Pt/Ti anoodidega.Kaheksa pliianoodi tootmine maksab umbes 1400 eurot (1471 USA dollarit), mis esmapilgul tundub odav.Nõutavate Pt/Ti anoodide väljatöötamiseks vajalik investeering on palju suurem.Esialgne ostuhind jääb 7000 euro kanti.Plaatina viimistlus on eriti kallis.Ainult puhtad väärismetallid moodustavad sellest kogusest 45%.2,5 µm paksune plaatinakate nõuab 11,3 g väärismetalli iga kaheksa anoodi kohta.35-eurose grammihinna juures vastab see 3160 eurole.
Kuigi pliianoodid võivad tunduda parima valikuna, võib see lähemal vaatlusel kiiresti muutuda.Juba kolme aasta pärast on pliianoodi kogumaksumus oluliselt kõrgem kui Pt/Ti mudelil.Konservatiivses arvutusnäites oletagem tüüpiliseks rakenduse voo tiheduseks 40 A/dm2.Selle tulemusel oli võimsusvool antud anoodipinnal 168 dm2 6720 amprit 6700 töötunnil kolme aasta jooksul.See vastab ligikaudu 220 tööpäevale 10 töötunnist aastas.Plaatina oksüdeerumisel lahuseks väheneb plaatinakihi paksus aeglaselt.Näites loetakse selleks 2 grammi miljoni ampertunni kohta.
Pt/Ti kulueelisel pliianoodide ees on palju põhjuseid.Lisaks maksab vähendatud elektritarbimine (hind 0,14 EUR/kWh miinus 14 800 kWh/aastas) ca 2000 EUR aastas.Lisaks ei ole enam vaja umbes 500-eurost aastakulu pliikromaadi muda utiliseerimiseks, samuti 1000-eurost hooldust ja tootmisseisakuid – väga konservatiivsed arvutused.
Pliianoodide kogumaksumus kolme aasta jooksul oli 14 400 eurot (15 130 dollarit).Pt/Ti anoodide maksumus on koos ülevärvimisega 12 020 eurot.Isegi ilma hoolduskulusid ja tootmisseisakuid (1000 eurot päevas aastas) arvestamata saavutatakse tasuvuspunkt kolme aasta pärast.Sellest hetkest alates suureneb vahe nende vahel veelgi Pt/Ti anoodi kasuks.
Paljud tööstusharud kasutavad ära kõrge temperatuuriga plaatinaga kaetud elektrolüütiliste anoodide eeliseid.Valgustite, pooljuhtide ja trükkplaatide tootjad, autod, hüdraulika, kaevandused, veevärgid ja basseinid kasutavad neid kattetehnoloogiaid.Tulevikus arendatakse kindlasti rohkem rakendusi, kuna säästvad kulud ja keskkonnakaalutlused on pikaajalised probleemid.Selle tulemusel võidakse pliid rohkem kontrollida.
Originaalartikkel ilmus saksa keeles ajakirjas Annual Surface Technology (71. kd, 2015), mille toimetas prof Timo Sörgel Saksamaalt Aaleni rakenduskõrgkoolist.Eugen G. Leuze Verlagi loal, Bad Saulgau/Saksamaa.
Enamikes metalliviimistlustöödes kasutatakse maskeerimist, kus töödeldakse ainult detaili pinna teatud alasid.Selle asemel võib maskeerimist kasutada pindadel, kus töötlemine pole vajalik või seda tuleks vältida.See artikkel hõlmab paljusid metallviimistlusega maskeerimise aspekte, sealhulgas rakendusi, tehnikaid ja erinevaid kasutatud maskeerimistüüpe.