Umicore Electroplating Saksassa käyttää korkean lämpötilan elektrolyyttisiä anodeja.Tässä prosessissa platina kerrostetaan perusmateriaaleille, kuten titaanille, niobiumille, tantaalille, molybdeenille, volframille, ruostumattomalle teräkselle ja nikkeliseoksille sulassa suolahauteessa 550 °C:ssa argonin alla.
Kuva 2: Korkeassa lämpötilassa galvanoitu platina/titaanianodi säilyttää muotonsa pitkän ajan.
Kuva 3: Expanded mesh Pt/Ti-anodi.Laajennettu metalliverkko tarjoaa optimaalisen elektrolyytin kuljetuksen.Anodin ja katodikomponenttien välistä etäisyyttä voidaan pienentää ja virrantiheyttä lisätä.Tulos: parempi laatu lyhyemmässä ajassa.
Kuva 4: Laajennetun metalliverkko-anodin verkon leveyttä voidaan säätää.Verkko parantaa elektrolyyttikiertoa ja parantaa kaasun poistoa.
Lyijyä seurataan tarkasti kaikkialla maailmassa.Yhdysvalloissa terveysviranomaiset ja työpaikat pitävät kiinni varoituksistaan.Huolimatta galvanointiyritysten vuosien kokemuksesta vaarallisten aineiden käsittelyssä, metalliin suhtaudutaan yhä enemmän ja kriittisemmin.
Esimerkiksi jokaisen Yhdysvalloissa lyijyanodeja käyttävien on rekisteröidyttävä EPA:n liittovaltion toksisten kemikaalien päästörekisteriin.Jos galvanoiva yritys käsittelee vain noin 29 kg lyijyä vuodessa, rekisteröinti vaaditaan silti.
Siksi on tarpeen etsiä vaihtoehtoa Yhdysvalloista.Lyijyanodin kovakromipinnoituslaitos ei vain näytä ensi silmäyksellä halvalta, sillä siinä on myös monia haittoja:
Mittastabiilit anodit ovat mielenkiintoinen vaihtoehto kovakromipinnoitukselle (katso kuva 2), jonka alustana on platinapinta titaanilla tai niobiumilla.
Platinapinnoitetut anodit tarjoavat monia etuja kovakromipinnoitukseen verrattuna.Niihin kuuluvat seuraavat edut:
Ihanteellisia tuloksia varten sovita anodi pinnoitetun osan malliin.Tämä mahdollistaa vakaiden mittojen (levyt, sylinterit, T- ja U-muotoiset) anodit, kun taas lyijyanodit ovat pääasiassa vakiolevyjä tai -tankoja.
Pt/Ti- ja Pt/Nb-anodeissa ei ole suljettuja pintoja, vaan ne ovat laajennettuja metallilevyjä, joiden silmäkoko vaihtelee.Tämä johtaa hyvään energian jakautumiseen, sähkökentät voivat toimia verkossa ja sen ympärillä (ks. kuva 3).
Siksi mitä pienempi etäisyysanodija katodi, sitä suurempi on pinnoitteen vuontiheys.Kerrokset voidaan levittää nopeammin: saanto kasvaa.Suuren tehopinta-alan omaavien ritilöiden käyttö voi parantaa erotteluolosuhteita merkittävästi.
Mittojen vakaus voidaan saavuttaa yhdistämällä platinaa ja titaania.Molemmat metallit tarjoavat optimaaliset parametrit kovakromaukselle.Platinan ominaisvastus on erittäin alhainen, vain 0,107 ohm × mm2/m.Lyijyn arvo on lähes kaksi kertaa lyijyn arvo (0,208 ohm × mm2/m).Titaanilla on erinomainen korroosionkestävyys, mutta tämä kyky heikkenee halogenidien läsnä ollessa.Esimerkiksi titaanin läpilyöntijännite kloridipitoisissa elektrolyyteissä vaihtelee pH:sta riippuen 10-15 V.Tämä on huomattavasti korkeampi kuin niobiumilla (35-50 V) ja tantaalilla (70-100 V).
Titaanilla on haittoja korroosionkestävyyden suhteen vahvoissa hapoissa, kuten rikki-, typpi-, fluorivety-, oksaali- ja metaanisulfonihapoissa.Kuitenkin,titaanion edelleen hyvä valinta työstettävyyden ja hinnan vuoksi.
Platinakerroksen kerrostaminen titaanisubstraatille on parasta suorittaa sähkökemiallisesti korkean lämpötilan elektrolyysillä (HTE) sulaissa suoloissa.Hienostunut HTE-prosessi varmistaa tarkan pinnoituksen: 550°C:ssa sulassa kylvyssä, joka on valmistettu kalium- ja natriumsyanidien seoksesta, joka sisältää noin 1-3 % platinaa, jalometalli kerrostetaan sähkökemiallisesti titaanille.Substraatti on lukittu suljettuun järjestelmään argonilla ja suolakylpy on kaksoisupokkaassa.Virrat 1 - 5 A/dm2 tarjoavat eristysnopeuden 10 - 50 mikronia tunnissa pinnoitteen jännitteellä 0,5 - 2 V.
HTE-prosessia käyttävät platinoidut anodit ovat ylittäneet huomattavasti vesipitoisella elektrolyytillä päällystetyt anodit.Platinapinnoitteiden puhtaus sulasta suolasta on vähintään 99,9 %, mikä on huomattavasti korkeampi kuin vesiliuoksista kerrostettujen platinakerrosten.Merkittävästi parantunut sitkeys, tarttuvuus ja korroosionkestävyys minimaalisella sisäisellä jännityksellä.
Anodin suunnittelun optimointia harkittaessa tärkeintä on tukirakenteen ja anodin virransyötön optimointi.Paras ratkaisu on lämmittää ja kelata titaanilevypinnoite kupariytimen päälle.Kupari on ihanteellinen johdin, jonka ominaisvastus on vain noin 9 % Pb/Sn-seosten resistiivisuudesta.CuTi-virtalähde takaa minimaaliset tehohäviöt vain anodia pitkin, joten kerrospaksuuden jakautuminen katodikokoonpanossa on sama.
Toinen myönteinen vaikutus on, että lämpöä syntyy vähemmän.Jäähdytysvaatimukset vähenevät ja anodin platinakuluminen vähenee.Korroosionesto titaanipinnoite suojaa kupariydintä.Kun pinnoitat uudelleen paisutettua metallia, puhdista ja valmistele vain runko ja/tai virtalähde.Niitä voidaan käyttää uudelleen monta kertaa.
Noudattamalla näitä suunnitteluohjeita voit käyttää Pt/Ti- tai Pt/Nb-malleja luodaksesi "ihanteellisia anodeja" kovakromipinnoitukseen.Mittastabiilit mallit maksavat investointivaiheessa enemmän kuin lyijyanodit.Kuitenkin, kun tarkastellaan kustannuksia tarkemmin, platinapinnoitettu titaanimalli voi olla mielenkiintoinen vaihtoehto kovakromaukselle.
Tämä johtuu perinteisten lyijy- ja platinaanodien kokonaiskustannusten kattavasta ja perusteellisesta analyysistä.
Kahdeksaa PbSn7:stä valmistettua lyijylejeerinkanodia (1700 mm pitkä ja 40 mm halkaisija) verrattiin sopivan kokoisiin Pt/Ti-anodeihin lieriömäisten osien kromaukseen.Kahdeksan lyijyanodin valmistus maksaa noin 1 400 euroa (1 471 dollaria), mikä ensisilmäyksellä vaikuttaa halvalta.Vaadittujen Pt/Ti-anodien kehittämiseen vaadittavat investoinnit ovat paljon suuremmat.Alkuperäinen kauppahinta on noin 7 000 euroa.Platinapinnat ovat erityisen kalliita.Vain puhtaiden jalometallien osuus tästä määrästä on 45 prosenttia.2,5 µm paksu platinapinnoite vaatii 11,3 g jalometallia jokaista kahdeksaa anodia kohden.35 euron grammahinnalla tämä vastaa 3160 euroa.
Lyijyanodit saattavat tuntua parhaalta vaihtoehdolta, mutta se voi muuttua nopeasti lähemmin tarkasteltuna.Vain kolmen vuoden kuluttua lyijyanodin kokonaiskustannukset ovat huomattavasti korkeammat kuin Pt/Ti-mallin.Konservatiivisessa laskentaesimerkissä oletetaan tyypilliseksi levitysvuon tiheydeksi 40 A/dm2.Seurauksena oli, että tehovirta tietyllä 168 dm2:n anodipinnalla oli 6720 ampeeria 6700 käyttötunnilla kolmen vuoden ajan.Tämä vastaa noin 220 työpäivää 10 työtunnista vuodessa.Kun platina hapettuu liuokseksi, platinakerroksen paksuus pienenee hitaasti.Esimerkissä tätä pidetään 2 grammaa miljoonaa ampeerituntia kohden.
Pt/Ti:n kustannusedulle lyijyanodeihin verrattuna on monia syitä.Lisäksi alennettu sähkönkulutus (hinta 0,14 euroa/kWh miinus 14 800 kWh/vuosi) maksaa noin 2 000 euroa vuodessa.Lisäksi ei enää tarvita noin 500 euron vuosikustannuksia lyijykromaattilietteen hävittämisestä eikä 1000 euron huolto- ja tuotantoseisokkeja – hyvin konservatiivisia laskelmia.
Lyijyanodien kokonaiskustannukset kolmen vuoden aikana olivat 14 400 euroa (15 130 dollaria).Pt/Ti-anodien hinta on 12 020 euroa sisältäen uudelleenpinnoituksen.Ilman ylläpitokustannuksia ja tuotannon seisokkeja (1000 euroa päivässä vuodessa) kannattavuusraja saavutetaan kolmen vuoden kuluttua.Tästä eteenpäin niiden välinen ero kasvaa entisestään Pt/Ti-anodin hyväksi.
Monet teollisuudenalat hyödyntävät korkean lämpötilan platinapinnoitettujen elektrolyyttisten anodien erilaisia ​​etuja.Valaistus-, puolijohde- ja piirilevyvalmistajat, autoteollisuus, hydrauliikka, kaivosteollisuus, vesilaitokset ja uima-altaat luottavat näihin pinnoitustekniikoihin.Tulevaisuudessa kehitetään varmasti lisää sovelluksia, koska kestävät kustannukset ja ympäristönäkökohdat ovat pitkän aikavälin huolenaiheita.Tämän seurauksena lyijyä voidaan tarkastaa enemmän.
Alkuperäinen artikkeli julkaistiin saksaksi Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) toimittajana prof. Timo Sörgel Aalenin ammattikorkeakoulusta Saksasta.Eugen G. Leuze Verlagin luvalla, Bad Saulgau/Saksa.
Useimmissa metallin viimeistelyoperaatioissa käytetään maskausta, jossa vain tietyt osan pinnan alueet tulee käsitellä.Sen sijaan naamiointia voidaan käyttää pinnoilla, joissa käsittelyä ei tarvita tai sitä tulisi välttää.Tämä artikkeli kattaa monet metallipinnoituksen näkökohdat, mukaan lukien sovellukset, tekniikat ja erilaiset käytetyt peittotyypit.