A németországi Umicore galvanizálás magas hőmérsékletű elektrolitikus anódokat használ.Ebben az eljárásban a platinát olyan alapanyagokra választják le, mint a titán, nióbium, tantál, molibdén, volfrám, rozsdamentes acél és nikkelötvözetek, olvadt sófürdőben 550 °C-on argon alatt.
2. ábra: A magas hőmérsékleten galvanizált platina/titán anód hosszú ideig megőrzi alakját.
3. ábra: Kiterjesztett hálós Pt/Ti anód.A kiterjesztett fémháló optimális elektrolitszállítást biztosít.Az anód és a katód komponensek közötti távolság csökkenthető és az áramsűrűség növelhető.Az eredmény: jobb minőség rövidebb idő alatt.
4. ábra: A kiterjesztett fémhálós anód hálójának szélessége állítható.A háló fokozott elektrolit keringést és jobb gázelvezetést biztosít.
Az ólomot az egész világon szorosan figyelik.Az Egyesült Államokban az egészségügyi hatóságok és a munkahelyek ragaszkodnak a figyelmeztetéseikhez.Annak ellenére, hogy a galvanizáló cégek több éves tapasztalattal rendelkeznek a veszélyes anyagok kezelésében, a fémet továbbra is egyre kritikusabban nézik.
Például mindenkinek, aki ólomanódot használ az Egyesült Államokban, regisztrálnia kell az EPA szövetségi Toxic Chemical Release Registerjében.Ha egy galvanizáló cég csak körülbelül 29 kg ólmot dolgoz fel évente, akkor is regisztráció szükséges.
Ezért az USA-ban kell alternatívát keresni.Az ólomanódos keménykrómozó berendezés nemcsak első pillantásra tűnik olcsónak, hanem számos hátránya is van:
A méretstabil anódok érdekes alternatívát jelentenek a kemény krómozással szemben (lásd a 2. ábrát), titán vagy nióbium hordozón platina felülettel.
A platina bevonatú anódok számos előnnyel rendelkeznek a kemény krómozással szemben.Ezek a következő előnyöket foglalják magukban:
Az ideális eredmény érdekében igazítsa az anódot a bevonandó alkatrész kialakításához.Ez lehetővé teszi stabil méretű anódok (lemezek, hengerek, T- és U-alakú) előállítását, míg az ólomanódok főként szabványos lemezek vagy rudak.
A Pt/Ti és Pt/Nb anódok nem zárt felületűek, hanem változó hálószemméretű expandált fémlemezek.Ez jó energiaeloszláshoz vezet, elektromos mezők működhetnek a hálózaton belül és környékén (lásd 3. ábra).
Ezért minél kisebb a távolság aanódés a katód, annál nagyobb a bevonat fluxussűrűsége.A rétegek gyorsabban felhordhatók: nő a hozam.A nagy effektív felületű rácsok használata jelentősen javíthatja az elválasztási feltételeket.
A méretstabilitás a platina és a titán kombinálásával érhető el.Mindkét fém optimális paramétereket biztosít a keménykrómozáshoz.A platina ellenállása nagyon alacsony, mindössze 0,107 Ohm × mm2/m.Az ólom értéke közel kétszerese az ólomnak (0,208 ohm×mm2/m).A titán kiváló korrózióállósággal rendelkezik, azonban halogenidek jelenlétében ez a képesség csökken.Például a titán áttörési feszültsége a klorid tartalmú elektrolitokban a pH-tól függően 10 és 15 V között van.Ez lényegesen magasabb, mint a nióbiumé (35-50 V) és a tantálé (70-100 V).
A titánnak hátrányai vannak az erős savakban, például kénsavban, salétromsavban, hidrogén-fluoridban, oxálsavban és metánszulfonsavban való korrózióállóság tekintetében.Azonban,titánmegmunkálhatósága és ára miatt továbbra is jó választás.
A platinaréteg titán szubsztrátumra történő felhordása legjobban elektrokémiai úton, magas hőmérsékletű elektrolízissel (HTE) valósítható meg olvadt sókban.A kifinomult HTE eljárás biztosítja a precíz bevonatolást: 550°C-os olvadt fürdőben, amely kálium- és nátrium-cianidok körülbelül 1-3% platina tartalmú keverékéből készült, a nemesfémet elektrokémiai úton leválasztják a titánra.Az aljzat zárt rendszerben argonnal van zárva, a sófürdő pedig kettős tégelyben van.Az 1-5 A/dm2 áramerősség 10-50 mikron/óra szigetelési sebességet biztosít 0,5-2 V bevonatfeszültség mellett.
A HTE-eljárást alkalmazó platinizált anódok nagymértékben felülmúlták a vizes elektrolittal bevont anódokat.Az olvadt sóból készült platinabevonatok tisztasága legalább 99,9%, ami lényegesen magasabb, mint a vizes oldatokból lerakódott platinarétegeké.Jelentősen javított hajlékonyság, tapadás és korrózióállóság minimális belső feszültség mellett.
Az anódkialakítás optimalizálásának mérlegelésekor a legfontosabb a tartószerkezet és az anód tápegység optimalizálása.A legjobb megoldás a titánlemez bevonat felmelegítése és feltekerése a rézmagra.A réz ideális vezető, amelynek ellenállása csak körülbelül 9%-a a Pb/Sn ötvözetek ellenállásának.A CuTi tápegység csak az anód mentén biztosítja a minimális teljesítményveszteséget, így a rétegvastagság eloszlása ​​a katódszerelvényen azonos.
Egy másik pozitív hatás, hogy kevesebb hő keletkezik.Csökken a hűtési igény, és csökken az anód platinakopása.A korróziógátló titán bevonat védi a rézmagot.Az expandált fém újrafestésekor csak a keretet és/vagy a tápegységet tisztítsa meg és készítse elő.Sokszor újra felhasználhatók.
Ezeket a tervezési irányelveket követve a Pt/Ti vagy Pt/Nb modellek segítségével „ideális anódokat” hozhat létre a keménykrómozáshoz.A méretstabil modellek a beruházási szakaszban többe kerülnek, mint az ólomanódok.Ha azonban részletesebben mérlegeljük a költségeket, a platina bevonatú titán modell érdekes alternatíva lehet a kemény krómozással szemben.
Ez a hagyományos ólom- és platina anódok összköltségének átfogó és alapos elemzésének köszönhető.
Nyolc (1700 mm hosszú és 40 mm átmérőjű) PbSn7-ből készült ólomötvözet anódot hasonlítottunk össze a hengeres részek krómozására alkalmas, megfelelő méretű Pt/Ti anódokkal.Nyolc ólomanód előállítása körülbelül 1400 euróba (1471 dollárba) kerül, ami első ránézésre olcsónak tűnik.A szükséges Pt/Ti anódok kifejlesztéséhez szükséges beruházás sokkal magasabb.A kezdeti vételár 7000 euró körül mozog.A platina felületek különösen drágák.Csak a tiszta nemesfémek teszik ki ennek a mennyiségnek a 45%-át.A 2,5 µm vastag platinabevonathoz 11,3 g nemesfém szükséges mind a nyolc anódhoz.35 eurós grammonkénti áron ez 3160 eurónak felel meg.
Bár az ólomanódok tűnhetnek a legjobb választásnak, ez alaposabb vizsgálat után gyorsan megváltozhat.Már három év elteltével az ólomanód összköltsége jelentősen magasabb, mint a Pt/Ti modellé.Egy konzervatív számítási példában tételezzünk fel 40 A/dm2 tipikus alkalmazási fluxussűrűséget.Ennek eredményeként a teljesítményáram adott 168 dm2 anódfelületen 6720 amper volt 6700 üzemóra mellett három évig.Ez körülbelül 220 munkanapnak felel meg az évi 10 munkaórából.Ahogy a platina oldattá oxidálódik, a platinaréteg vastagsága lassan csökken.A példában ez 2 gramm per millió amperóra.
A Pt/Ti költségelőnyének számos oka van az ólomanódokkal szemben.Emellett a csökkentett villamosenergia-fogyasztás (0,14 EUR/kWh ár mínusz 14 800 kWh/év) évente körülbelül 2000 euróba kerül.Ezen túlmenően már nincs szükség mintegy 500 eurós éves költségre az ólom-kromát iszap ártalmatlanítására, valamint 1000 eurós karbantartásra és gyártási leállásra – nagyon óvatos számítások szerint.
Az ólomanódok teljes költsége három év alatt 14 400 euró (15 130 dollár) volt.A Pt/Ti anódok költsége az újrafestéssel együtt 12 020 euró.A karbantartási költségek és a termelési leállások (évi napi 1000 euró) figyelembe vétele nélkül is három év után érhető el a megtérülési pont.Ettől kezdve a köztük lévő rés még jobban nő a Pt/Ti anód javára.
Számos iparág kihasználja a magas hőmérsékletű platina bevonatú elektrolit anódok előnyeit.Világítási, félvezető- és áramköri lapgyártók, autóipar, hidraulika, bányászat, vízművek és uszodák támaszkodnak ezekre a bevonási technológiákra.A jövőben minden bizonnyal több alkalmazást fognak kifejleszteni, mivel a fenntartható költségek és környezetvédelmi megfontolások hosszú távú szempontok.Ennek eredményeként az ólom fokozott ellenőrzés alá eshet.
Az eredeti cikk német nyelven jelent meg az Annual Surface Technology (2015. évi 71. évf.) folyóiratban, amelyet Prof. Timo Sörgel szerkesztett, az Aalen University of Applied Sciences (Németország) munkatársa.Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Németország jóvoltából.
A legtöbb fémmegmunkálási műveletben maszkolást alkalmaznak, ahol az alkatrész felületének csak bizonyos területeit kell feldolgozni.Ehelyett maszkolás használható olyan felületeken, ahol nincs szükség kezelésre, vagy el kell kerülni.Ez a cikk a fémbevonat-maszkolás számos vonatkozásával foglalkozik, beleértve az alkalmazásokat, technikákat és a különböző használt maszkolási típusokat.