آبکاری Umicore در آلمان از آندهای الکترولیتی با دمای بالا استفاده می کند.در این فرآیند، پلاتین بر روی مواد پایه مانند تیتانیوم، نیوبیم، تانتالیم، مولیبدن، تنگستن، فولاد ضد زنگ و آلیاژهای نیکل در حمام نمک مذاب در دمای 550 درجه سانتیگراد تحت آرگون رسوب می‌کند.
شکل 2: یک آند پلاتین/تیتانیوم آبکاری شده با دمای بالا شکل خود را در مدت زمان طولانی حفظ می کند.
شکل 3: آند Pt/Ti مش منبسط شده.مش فلزی منبسط شده انتقال الکترولیت بهینه را فراهم می کند.فاصله بین اجزای آند و کاتد را می توان کاهش داد و چگالی جریان را افزایش داد.نتیجه: کیفیت بهتر در زمان کمتر.
شکل 4: عرض مش روی آند مش فلزی منبسط شده قابل تنظیم است.توری باعث افزایش گردش الکترولیت و حذف بهتر گاز می شود.
سرب در سراسر جهان از نزدیک تحت نظر است.در ایالات متحده، مقامات بهداشتی و محیط های کاری به هشدارهای خود پایبند هستند.علیرغم سالها تجربه شرکت های آبکاری در برخورد با مواد خطرناک، فلز همچنان با نگاه انتقادی بیش از پیش مورد توجه قرار می گیرد.
به عنوان مثال، هر کسی که از آندهای سرب در ایالات متحده استفاده می کند باید در ثبت نام انتشار مواد شیمیایی سمی فدرال EPA ثبت نام کند.اگر یک شرکت آبکاری تنها حدود 29 کیلوگرم سرب در سال پردازش کند، هنوز ثبت نام لازم است.
بنابراین، باید به دنبال جایگزینی در ایالات متحده بود.نه تنها کارخانه آبکاری کروم سخت آند سرب در نگاه اول ارزان به نظر می رسد، بلکه معایب زیادی نیز دارد:
آندهای پایدار ابعادی جایگزین جالبی برای آبکاری کروم سخت (نگاه کنید به شکل 2) با سطح پلاتین روی تیتانیوم یا نیوبیم به عنوان یک بستر هستند.
آندهای با روکش پلاتین مزایای زیادی نسبت به آبکاری کروم سخت دارند.اینها شامل مزایای زیر است:
برای نتایج ایده آل، آند را با طراحی قسمتی که قرار است پوشش داده شود، تطبیق دهید.این امر به دست آوردن آندهایی با ابعاد پایدار (صفحات، سیلندرها، T شکل و U شکل) امکان پذیر است، در حالی که آندهای سربی عمدتاً ورق یا میله استاندارد هستند.
آندهای Pt/Ti و Pt/Nb دارای سطوح بسته نیستند، بلکه دارای صفحات فلزی منبسط شده با اندازه مش متغیر هستند.این منجر به توزیع خوب انرژی می شود، میدان های الکتریکی می توانند در داخل و اطراف شبکه کار کنند (شکل 3 را ببینید).
بنابراین، هر چه فاصله بین آنها کمتر باشدآندو کاتد، چگالی شار پوشش بیشتر است.لایه ها را می توان سریعتر اعمال کرد: عملکرد افزایش می یابد.استفاده از شبکه هایی با سطح موثر بزرگ می تواند شرایط جداسازی را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد.
ثبات ابعادی را می توان با ترکیب پلاتین و تیتانیوم به دست آورد.هر دو فلز پارامترهای بهینه را برای آبکاری کروم سخت فراهم می کنند.مقاومت پلاتین بسیار کم است، فقط 0.107 اهم × mm2/m.مقدار سرب تقریباً دو برابر سرب است (0.208 اهم×mm2/m).تیتانیوم مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد، اما این توانایی در حضور هالیدها کاهش می یابد.به عنوان مثال، ولتاژ شکست تیتانیوم در الکترولیت های حاوی کلرید بسته به pH از 10 تا 15 ولت متغیر است.این به طور قابل توجهی بالاتر از نیوبیم (35 تا 50 ولت) و تانتالم (70 تا 100 ولت) است.
تیتانیوم از نظر مقاومت در برابر خوردگی در اسیدهای قوی مانند اسیدهای سولفوریک، نیتریک، هیدروفلوریک، اگزالیک و متان سولفونیک دارای معایبی است.با این حال،تیتانیومبه دلیل ماشین کاری و قیمت آن هنوز انتخاب خوبی است.
رسوب یک لایه پلاتین بر روی یک بستر تیتانیوم به بهترین وجه به صورت الکتروشیمیایی توسط الکترولیز دمای بالا (HTE) در نمک های مذاب انجام می شود.فرآیند پیچیده HTE پوشش دقیق را تضمین می کند: در یک حمام مذاب 550 درجه سانتی گراد ساخته شده از مخلوطی از سیانیدهای پتاسیم و سدیم حاوی تقریباً 1٪ تا 3٪ پلاتین، فلز گرانبها به صورت الکتروشیمیایی روی تیتانیوم رسوب می کند.بستر در یک سیستم بسته با آرگون قفل شده است و حمام نمک در یک بوته دوتایی قرار دارد.جریان از 1 تا 5 A/dm2 نرخ عایق 10 تا 50 میکرون در ساعت را با کشش پوشش 0.5 تا 2 ولت فراهم می کند.
آندهای پلاتینه شده با استفاده از فرآیند HTE عملکرد بسیار بهتری نسبت به آندهای پوشش داده شده با الکترولیت آبی دارند.خلوص پوشش های پلاتین از نمک مذاب حداقل 99.9٪ است که به طور قابل توجهی بالاتر از لایه های پلاتین رسوب شده از محلول های آبی است.به طور قابل توجهی بهبود شکل پذیری، چسبندگی و مقاومت در برابر خوردگی با حداقل کشش داخلی.
هنگام در نظر گرفتن بهینه سازی طراحی آند، مهمترین چیز بهینه سازی ساختار پشتیبانی و منبع تغذیه آند است.بهترین راه حل این است که روکش ورق تیتانیوم را روی هسته مسی گرم کنید و بپیچید.مس یک هادی ایده آل است که مقاومت آن تنها حدود 9 درصد از مقاومت آلیاژهای سرب/قلع است.منبع تغذیه CuTi حداقل تلفات توان را فقط در امتداد آند تضمین می کند، بنابراین توزیع ضخامت لایه در مجموعه کاتد یکسان است.
اثر مثبت دیگر این است که گرمای کمتری تولید می شود.نیازهای خنک کننده کاهش می یابد و سایش پلاتین روی آند کاهش می یابد.پوشش تیتانیوم ضد خوردگی از هسته مس محافظت می کند.هنگام پوشش مجدد فلز منبسط شده، فقط قاب و/یا منبع تغذیه را تمیز و آماده کنید.آنها می توانند بارها مورد استفاده مجدد قرار گیرند.
با پیروی از این دستورالعمل‌های طراحی، می‌توانید از مدل‌های Pt/Ti یا Pt/Nb برای ایجاد «آندهای ایده‌آل» برای آبکاری کروم سخت استفاده کنید.مدل های پایدار ابعادی در مرحله سرمایه گذاری نسبت به آندهای سربی هزینه بیشتری دارند.با این حال، هنگام در نظر گرفتن هزینه با جزئیات بیشتر، یک مدل تیتانیوم با روکش پلاتین می تواند جایگزین جالبی برای آبکاری کروم سخت باشد.
این به دلیل تجزیه و تحلیل جامع و کامل هزینه کل آندهای سرب و پلاتین معمولی است.
هشت آند آلیاژ سرب (1700 میلی متر طول و 40 میلی متر قطر) ساخته شده از PbSn7 با آند Pt/Ti با اندازه مناسب برای روکش کروم قطعات استوانه ای مقایسه شد.تولید هشت آند سربی حدود 1400 یورو (1471 دلار آمریکا) هزینه دارد که در نگاه اول ارزان به نظر می رسد.سرمایه گذاری مورد نیاز برای توسعه آندهای Pt/Ti مورد نیاز بسیار بیشتر است.قیمت اولیه خرید حدود 7000 یورو است.پرداخت های پلاتین به ویژه گران هستند.تنها فلزات گرانبها خالص 45 درصد از این مقدار را تشکیل می دهند.یک پوشش پلاتین با ضخامت 2.5 میکرومتر به 11.3 گرم فلز گرانبها برای هر یک از هشت آند نیاز دارد.با قیمت 35 یورو در هر گرم، این معادل 3160 یورو است.
در حالی که آندهای سرب ممکن است بهترین انتخاب به نظر برسند، این می تواند به سرعت با بازرسی دقیق تر تغییر کند.پس از تنها سه سال، هزینه کل یک آند سرب به طور قابل توجهی بالاتر از مدل Pt/Ti است.در یک مثال محاسباتی محافظه کارانه، چگالی شار کاربرد معمولی 40 A/dm2 را فرض کنید.در نتیجه، جریان توان در سطح آند معین 168 dm2 6720 آمپر در 6700 ساعت کار برای سه سال بود.این معادل تقریباً 220 روز کاری از 10 ساعت کاری در سال است.با اکسید شدن پلاتین به محلول، ضخامت لایه پلاتین به آرامی کاهش می یابد.در مثال، این مقدار 2 گرم در میلیون آمپر ساعت در نظر گرفته شده است.
دلایل زیادی برای مزیت هزینه Pt/Ti نسبت به آندهای سرب وجود دارد.علاوه بر این، کاهش مصرف برق (قیمت 0.14 یورو در کیلووات ساعت منهای 14800 کیلووات ساعت در سال) حدود 2000 یورو در سال هزینه دارد.علاوه بر این، دیگر نیازی به هزینه سالانه حدود 500 یورو برای دفع لجن کرومات سرب، و همچنین 1000 یورو برای تعمیر و نگهداری و توقف تولید وجود ندارد - محاسبات بسیار محافظه کارانه.
هزینه کل آندهای سربی در طول سه سال 14400 یورو (15130 دلار) بود.هزینه آند Pt/Ti با احتساب پوشش مجدد 12020 یورو می باشد.حتی بدون در نظر گرفتن هزینه های نگهداری و توقف تولید (1000 یورو در روز در سال)، پس از سه سال به نقطه سربه سر می رسد.از این نقطه به بعد، شکاف بین آنها حتی بیشتر به نفع آند Pt/Ti افزایش می یابد.
بسیاری از صنایع از مزایای مختلف آندهای الکترولیتی با پوشش پلاتین با دمای بالا بهره می برند.تولیدکنندگان روشنایی، نیمه هادی ها و برد مدارها، خودروسازی، هیدرولیک، معدن، آب و استخرهای شنا به این فناوری های پوشش متکی هستند.مطمئناً برنامه های کاربردی بیشتری در آینده توسعه خواهند یافت، زیرا هزینه های پایدار و ملاحظات زیست محیطی نگرانی های بلند مدت هستند.در نتیجه، سرب ممکن است با بررسی دقیق بیشتری مواجه شود.
مقاله اصلی به زبان آلمانی در Annual Surface Technology (جلد 71، 2015) با ویرایش پروفسور Timo Sörgel از دانشگاه علوم کاربردی آلن آلمان منتشر شد.با حسن نیت از Eugen G. Leuze Verlag، Bad Saulgau/آلمان.
در اکثر عملیات تکمیل فلز، از پوشش استفاده می شود، که در آن فقط مناطق خاصی از سطح قطعه باید پردازش شود.در عوض، ماسک را می توان در سطوحی که نیازی به درمان نیست یا باید از آن اجتناب کرد، استفاده کرد.این مقاله بسیاری از جنبه‌های پوشش فلزی را پوشش می‌دهد، از جمله کاربردها، تکنیک‌ها و انواع مختلف پوشش مورد استفاده.