Umicore Electroplating en Allemagne utilise des anodes électrolytiques à haute température.Dans ce processus, le platine est déposé sur des matériaux de base tels que des alliages de titane, de niobium, de tantale, de molybdène, de tungstène, d'acier inoxydable et de nickel dans un bain de sels fondus à 550°C sous argon.
Figure 2 : Une anode en platine/titane électrolytique à haute température conserve sa forme sur une longue période de temps.
Figure 3 : Anode Pt/Ti à maille expansée.Le treillis métallique déployé assure un transport optimal de l'électrolyte.La distance entre les composants anodiques et cathodiques peut être réduite et la densité de courant augmentée.Le résultat : une meilleure qualité en moins de temps.
Figure 4 : La largeur du maillage sur l’anode en treillis métallique déployé peut être ajustée.Le maillage permet une circulation accrue de l'électrolyte et une meilleure élimination des gaz.
Le plomb est étroitement surveillé partout dans le monde.Aux États-Unis, les autorités sanitaires et les lieux de travail s’en tiennent à leurs avertissements.Malgré les années d'expérience des entreprises de galvanoplastie dans le traitement des matières dangereuses, le métal continue d'être considéré de plus en plus critique.
Par exemple, toute personne utilisant des anodes en plomb aux États-Unis doit s'inscrire auprès du registre fédéral des rejets de produits chimiques toxiques de l'EPA.Si une entreprise de galvanoplastie ne traite qu’environ 29 kg de plomb par an, elle doit néanmoins s’enregistrer.
Il est donc nécessaire de chercher une alternative aux États-Unis.Non seulement l’usine de chromage dur à anodes de plomb semble bon marché à première vue, mais elle présente également de nombreux inconvénients :
Les anodes dimensionnellement stables constituent une alternative intéressante au chromage dur (voir Fig. 2) avec une surface en platine sur du titane ou du niobium comme substrat.
Les anodes revêtues de platine offrent de nombreux avantages par rapport au chromage dur.Ceux-ci incluent les avantages suivants :
Pour des résultats idéaux, adaptez l'anode au design de la pièce à revêtir.Ceci permet d'obtenir des anodes aux dimensions stables (plaques, cylindres, en T et en U), alors que les anodes en plomb sont principalement des tôles ou des tiges standards.
Les anodes Pt/Ti et Pt/Nb n'ont pas de surfaces fermées, mais plutôt des tôles déployées à mailles variables.Cela conduit à une bonne répartition de l'énergie, les champs électriques peuvent fonctionner dans et autour du réseau (voir Fig. 3).
Par conséquent, plus la distance entre leanodeet la cathode, plus la densité de flux du revêtement est élevée.Les couches peuvent être appliquées plus rapidement : le rendement est augmenté.L’utilisation de grilles ayant une grande surface efficace peut améliorer considérablement les conditions de séparation.
La stabilité dimensionnelle peut être obtenue en combinant le platine et le titane.Les deux métaux offrent des paramètres optimaux pour le chromage dur.La résistivité du platine est très faible, seulement 0,107 Ohm×mm2/m.La valeur du plomb est presque le double de celle du plomb (0,208 ohm×mm2/m).Le titane possède une excellente résistance à la corrosion, mais cette capacité est réduite en présence d'halogénures.Par exemple, la tension de claquage du titane dans les électrolytes contenant du chlorure varie de 10 à 15 V, selon le pH.Celle-ci est nettement supérieure à celle du niobium (35 à 50 V) et du tantale (70 à 100 V).
Le titane présente des inconvénients en termes de résistance à la corrosion dans les acides forts tels que les acides sulfurique, nitrique, fluorhydrique, oxalique et méthanesulfonique.Cependant,titanereste un bon choix en raison de sa usinabilité et de son prix.
Le dépôt d'une couche de platine sur un substrat en titane s'effectue de préférence par voie électrochimique par électrolyse à haute température (HTE) dans des sels fondus.Le procédé HTE sophistiqué garantit un revêtement précis : dans un bain fondu à 550°C composé d'un mélange de cyanures de potassium et de sodium contenant environ 1 à 3 % de platine, le métal précieux est déposé électrochimiquement sur le titane.Le substrat est enfermé dans un système fermé à l'argon, et le bain de sel est dans un double creuset.Des courants de 1 à 5 A/dm2 fournissent un taux d'isolation de 10 à 50 microns par heure avec une tension de revêtement de 0,5 à 2 V.
Les anodes platinées utilisant le procédé HTE ont largement surpassé les anodes recouvertes d'électrolyte aqueux.La pureté des revêtements de platine issus de sel fondu est d'au moins 99,9 %, ce qui est nettement supérieur à celle des couches de platine déposées à partir de solutions aqueuses.Ductilité, adhérence et résistance à la corrosion considérablement améliorées avec une tension interne minimale.
Lorsqu’on envisage d’optimiser la conception de l’anode, le plus important est l’optimisation de la structure de support et de l’alimentation électrique de l’anode.La meilleure solution consiste à chauffer et à enrouler le revêtement en feuille de titane sur le noyau en cuivre.Le cuivre est un conducteur idéal avec une résistivité d'environ 9 % seulement de celle des alliages Pb/Sn.L'alimentation CuTi garantit des pertes de puissance minimales uniquement le long de l'anode, de sorte que la répartition de l'épaisseur de couche sur l'ensemble cathodique est la même.
Un autre effet positif est que moins de chaleur est générée.Les besoins en refroidissement sont réduits et l'usure du platine sur l'anode est réduite.Un revêtement en titane anticorrosion protège le noyau en cuivre.Lors du recouvrement du métal déployé, nettoyer et préparer uniquement le cadre et/ou l'alimentation électrique.Ils peuvent être réutilisés plusieurs fois.
En suivant ces directives de conception, vous pouvez utiliser les modèles Pt/Ti ou Pt/Nb pour créer des « anodes idéales » pour le chromage dur.Les modèles dimensionnellement stables coûtent plus cher au stade de l'investissement que les anodes en plomb.Cependant, en considérant le coût plus en détail, un modèle en titane platiné peut être une alternative intéressante au chromage dur.
Cela est dû à une analyse complète et approfondie du coût total des anodes conventionnelles en plomb et en platine.
Huit anodes en alliage de plomb (1 700 mm de long et 40 mm de diamètre) en PbSn7 ont été comparées à des anodes Pt/Ti de taille appropriée pour le chromage de pièces cylindriques.La production de huit anodes en plomb coûte environ 1 400 euros (1 471 dollars américains), ce qui semble bon marché à première vue.L’investissement requis pour développer les anodes Pt/Ti requises est beaucoup plus élevé.Le prix d'achat initial est d'environ 7 000 euros.Les finitions platine sont particulièrement chères.Seuls les métaux précieux purs représentent 45 % de ce montant.Un revêtement de platine de 2,5 µm d'épaisseur nécessite 11,3 g de métal précieux pour chacune des huit anodes.Au prix de 35 euros le gramme, cela correspond à 3160 euros.
Bien que les anodes en plomb puissent sembler être le meilleur choix, cela peut rapidement changer après une inspection plus approfondie.Après seulement trois ans, le coût total d’une anode en plomb est nettement plus élevé que celui du modèle Pt/Ti.Dans un exemple de calcul prudent, supposons une densité de flux d'application typique de 40 A/dm2.En conséquence, le flux de puissance sur une surface anodique donnée de 168 dm2 était de 6 720 ampères pour 6 700 heures de fonctionnement pendant trois ans.Cela correspond à environ 220 jours ouvrés sur 10 heures de travail par an.Au fur et à mesure que le platine s'oxyde en solution, l'épaisseur de la couche de platine diminue lentement.Dans l’exemple, cela est considéré comme 2 grammes par million d’ampères-heures.
De nombreuses raisons expliquent l’avantage économique du Pt/Ti par rapport aux anodes en plomb.De plus, une consommation électrique réduite (prix 0,14 EUR/kWh moins 14 800 kWh/an) coûte environ 2 000 EUR par an.De plus, il n'est plus nécessaire de prévoir un coût annuel d'environ 500 euros pour l'élimination des boues de chromate de plomb, ainsi que 1 000 euros pour la maintenance et les arrêts de production – des calculs très prudents.
Le coût total des anodes en plomb sur trois ans était de 14 400 € (15 130 $).Le coût des anodes Pt/Ti est de 12 020 euros, revêtement compris.Même sans tenir compte des coûts de maintenance et des arrêts de production (1000 euros par jour et par an), le seuil de rentabilité est atteint au bout de trois ans.A partir de ce moment, l'écart entre eux augmente encore plus en faveur de l'anode Pt/Ti.
De nombreuses industries profitent des divers avantages des anodes électrolytiques revêtues de platine haute température.Les fabricants d'éclairage, de semi-conducteurs et de circuits imprimés, les secteurs de l'automobile, de l'hydraulique, des mines, des usines d'adduction d'eau et des piscines s'appuient sur ces technologies de revêtement.D'autres applications seront certainement développées à l'avenir, car les considérations de coût durable et d'environnement sont des préoccupations à long terme.En conséquence, le plomb pourrait faire l’objet d’une surveillance accrue.
L'article original a été publié en allemand dans Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) édité par le professeur Timo Sörgel de l'Université des sciences appliquées d'Aalen, en Allemagne.Avec l'aimable autorisation d'Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Allemagne.
Dans la plupart des opérations de finition des métaux, un masquage est utilisé, où seules certaines zones de la surface de la pièce doivent être traitées.Au lieu de cela, le masquage peut être utilisé sur les surfaces où le traitement n’est pas nécessaire ou doit être évité.Cet article couvre de nombreux aspects du masquage de finition métallique, notamment les applications, les techniques et les différents types de masquage utilisés.