Umicore Electroplating en Alemaña utiliza ánodos electrolíticos de alta temperatura.Neste proceso, o platino deposítase en materiais de base como titanio, niobio, tántalo, molibdeno, volframio, aceiro inoxidable e aliaxes de níquel nun baño de sal fundida a 550 °C baixo argón.
Figura 2: un ánodo de platino/titanio galvanizado a alta temperatura mantén a súa forma durante un longo período de tempo.
Figura 3: ánodo Pt/Ti de malla expandida.A malla metálica expandida proporciona un transporte óptimo de electrólitos.Pódese reducir a distancia entre os compoñentes do ánodo e do cátodo e aumentar a densidade de corrente.O resultado: mellor calidade en menos tempo.
Figura 4: Pódese axustar o ancho da malla no ánodo de malla metálica expandida.A malla proporciona unha maior circulación de electrólitos e unha mellor eliminación de gas.
O chumbo é observado de preto en todo o mundo.Nos Estados Unidos, as autoridades sanitarias e os lugares de traballo seguen as súas advertencias.A pesar dos anos de experiencia das empresas de galvanoplastia no manexo de materiais perigosos, o metal segue sendo visto de forma cada vez máis crítica.
Por exemplo, calquera persoa que use ánodos de chumbo nos Estados Unidos debe rexistrarse no Rexistro federal de emisións de produtos químicos tóxicos da EPA.Se unha empresa de galvanoplastia só procesa uns 29 kg de chumbo ao ano, aínda é necesario o rexistro.
Polo tanto, cómpre buscar unha alternativa en USA.A planta de cromado duro de ánodo de chumbo non só parece barata a primeira vista, tamén ten moitas desvantaxes:
Os ánodos dimensionalmente estables son unha alternativa interesante ao cromado duro (ver Fig. 2) cunha superficie de platino sobre titanio ou niobio como substrato.
Os ánodos revestidos de platino ofrecen moitas vantaxes sobre o cromado duro.Estes inclúen os seguintes beneficios:
Para obter resultados ideais, adapte o ánodo ao deseño da peza a revestir.Isto permite obter ánodos de dimensións estables (placas, cilindros, en forma de T e en forma de U), mentres que os ánodos de chumbo son principalmente láminas ou varillas estándar.
Os ánodos Pt/Ti e Pt/Nb non teñen superficies pechadas, senón chapas metálicas expandidas con tamaño de malla variable.Isto leva a unha boa distribución da enerxía, os campos eléctricos poden funcionar dentro e arredor da rede (ver figura 3).
Polo tanto, canto menor sexa a distancia entre oánodoe o cátodo, canto maior sexa a densidade de fluxo do revestimento.As capas pódense aplicar máis rápido: o rendemento aumenta.O uso de cuadrículas cunha gran superficie efectiva pode mellorar significativamente as condicións de separación.
A estabilidade dimensional pódese conseguir combinando platino e titanio.Ambos metais proporcionan parámetros óptimos para o cromado duro.A resistividade do platino é moi baixa, só 0,107 Ohm×mm2/m.O valor do chumbo é case o dobre que o do chumbo (0,208 ohm×mm2/m).O titanio ten unha excelente resistencia á corrosión, pero esta capacidade redúcese en presenza de haluros.Por exemplo, a tensión de ruptura do titanio nos electrólitos que conteñen cloruro varía de 10 a 15 V, dependendo do pH.Isto é significativamente maior que o do niobio (35 a 50 V) e o tántalo (70 a 100 V).
O titanio ten desvantaxes en canto á resistencia á corrosión en ácidos fortes como os ácidos sulfúrico, nítrico, fluorhídrico, oxálico e metanosulfónico.Non obstante,titaniosegue sendo unha boa opción debido á súa maquinabilidade e prezo.
A deposición dunha capa de platino sobre un substrato de titanio realízase mellor electroquímicamente mediante electrólise a alta temperatura (HTE) en sales fundidas.O sofisticado proceso HTE garante un revestimento preciso: nun baño fundido a 550 °C feito dunha mestura de cianuros de potasio e sodio que contén aproximadamente entre un 1% e un 3% de platino, o metal precioso deposítase electroquímicamente sobre titanio.O substrato está bloqueado nun sistema pechado con argón e o baño de sal está nun dobre crisol.As correntes de 1 a 5 A/dm2 proporcionan unha taxa de illamento de 10 a 50 micras por hora cunha tensión de revestimento de 0,5 a 2 V.
Os ánodos platinizados mediante o proceso HTE superaron moito aos ánodos revestidos con electrólito acuoso.A pureza dos revestimentos de platino a partir do sal fundido é polo menos do 99,9%, o que é significativamente maior que a das capas de platino depositadas a partir de solucións acuosas.Mellora significativamente a ductilidade, a adhesión e a resistencia á corrosión cunha tensión interna mínima.
Cando se considera optimizar o deseño do ánodo, o máis importante é a optimización da estrutura de soporte e da fonte de alimentación do ánodo.A mellor solución é quentar e enrolar o revestimento de folla de titanio sobre o núcleo de cobre.O cobre é un condutor ideal cunha resistividade de só un 9% da das aliaxes de Pb/Sn.A fonte de alimentación CuTi garante unhas perdas de enerxía mínimas só ao longo do ánodo, polo que a distribución do espesor da capa no conxunto do cátodo é a mesma.
Outro efecto positivo é que se xera menos calor.Redúcense os requisitos de refrixeración e redúcese o desgaste do platino no ánodo.O revestimento de titanio anticorrosión protexe o núcleo de cobre.Ao repintar o metal expandido, limpe e prepare só o marco e/ou a fonte de alimentación.Pódense reutilizar moitas veces.
Seguindo estas directrices de deseño, pode usar os modelos Pt/Ti ou Pt/Nb para crear "ánodos ideais" para o cromado duro.Os modelos dimensionalmente estables custan máis na fase de investimento que os ánodos de chumbo.Non obstante, ao considerar o custo con máis detalle, un modelo de titanio chapado en platino pode ser unha alternativa interesante ao cromado duro.
Isto débese a unha análise exhaustiva e exhaustiva do custo total dos ánodos convencionais de chumbo e platino.
Comparáronse oito ánodos de aliaxe de chumbo (1700 mm de lonxitude e 40 mm de diámetro) feitos de PbSn7 con ánodos de Pt/Ti de tamaño adecuado para o cromado de pezas cilíndricas.A produción de oito ánodos de chumbo custa uns 1.400 euros (1.471 dólares estadounidenses), o que a primeira vista parece barato.O investimento necesario para desenvolver os ánodos Pt/Ti necesarios é moito maior.O prezo inicial de compra ronda os 7.000 euros.Os acabados de platino son especialmente caros.Só os metais preciosos puros representan o 45% desta cantidade.Un revestimento de platino de 2,5 µm de espesor require 11,3 g de metal precioso para cada un dos oito ánodos.A un prezo de 35 euros o gramo, isto corresponde a 3160 euros.
Aínda que os ánodos de chumbo poden parecer a mellor opción, isto pode cambiar rapidamente tras unha inspección máis atenta.Despois de só tres anos, o custo total dun ánodo de chumbo é significativamente maior que o modelo Pt/Ti.Nun exemplo de cálculo conservador, supoña unha densidade de fluxo de aplicación típica de 40 A/dm2.Como resultado, o fluxo de enerxía nunha determinada superficie do ánodo de 168 dm2 foi de 6720 amperios a 6700 horas de funcionamento durante tres anos.Isto corresponde a aproximadamente 220 días laborables de 10 horas de traballo ao ano.A medida que o platino se oxida en solución, o espesor da capa de platino diminúe lentamente.No exemplo, considérase 2 gramos por millón de amperios-hora.
Hai moitas razóns para a vantaxe de custos de Pt/Ti sobre os ánodos de chumbo.Ademais, o consumo eléctrico reducido (prezo 0,14 EUR/kWh menos 14.800 kWh/ano) custa uns 2.000 EUR ao ano.Ademais, xa non é necesario un custo anual duns 500 euros para a eliminación de lodos de cromato de chumbo, así como 1000 euros para o mantemento e parada da produción, cálculos moi conservadores.
O custo total dos ánodos de chumbo durante tres anos foi de 14.400 euros (15.130 dólares).O custo dos ánodos Pt/Ti é de 12.020 euros, incluíndo o recubrimento.Aínda sen ter en conta os custos de mantemento e as paradas da produción (1000 euros ao día ao ano), o punto de equilibrio chégase aos tres anos.A partir deste momento, a diferenza entre eles aumenta aínda máis a favor do ánodo Pt/Ti.
Moitas industrias aproveitan os diversos beneficios dos ánodos electrolíticos revestidos de platino de alta temperatura.Os fabricantes de iluminación, semicondutores e placas de circuíto, automoción, hidráulica, minería, obras hidráulicas e piscinas confían nestas tecnoloxías de revestimento.Sen dúbida desenvolveranse máis aplicacións no futuro, xa que os custos sostibles e as consideracións ambientais son preocupacións a longo prazo.Como resultado, o chumbo pode enfrontarse a un maior escrutinio.
O artigo orixinal publicouse en alemán en Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) editado polo profesor Timo Sörgel da Universidade de Ciencias Aplicadas de Aalen, Alemaña.Cortesía de Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Alemaña.
Na maioría das operacións de acabado metálico utilízase o enmascaramento, onde só se deben procesar determinadas áreas da superficie da peza.Pola contra, o enmascaramento pódese usar en superficies onde non se require ou se debe evitar o tratamento.Este artigo abarca moitos aspectos do enmascaramento do acabado metálico, incluíndo aplicacións, técnicas e os diferentes tipos de enmascaramento utilizados.