Umicore Electroplating გერმანიაში იყენებს მაღალი ტემპერატურის ელექტროლიტურ ანოდებს.ამ პროცესში, პლატინი დეპონირდება საბაზისო მასალებზე, როგორიცაა ტიტანი, ნიობიუმი, ტანტალი, მოლიბდენი, ვოლფრამი, უჟანგავი ფოლადი და ნიკელის შენადნობები არგონის ქვეშ 550°C-ზე გამდნარი მარილის აბაზანაში.
სურათი 2: მაღალი ტემპერატურის ელექტრომოოქროვილი პლატინის/ტიტანის ანოდი ინარჩუნებს თავის ფორმას დიდი ხნის განმავლობაში.
სურათი 3: გაფართოებული ბადე Pt/Ti ანოდი.გაფართოებული ლითონის ბადე უზრუნველყოფს ელექტროლიტების ოპტიმალურ ტრანსპორტირებას.ანოდისა და კათოდის კომპონენტებს შორის მანძილი შეიძლება შემცირდეს და დენის სიმკვრივე გაიზარდოს.შედეგი: უკეთესი ხარისხი ნაკლებ დროში.
სურათი 4: გაფართოებულ ლითონის ბადის ანოდზე ბადის სიგანე შეიძლება დარეგულირდეს.ბადე უზრუნველყოფს ელექტროლიტების გაზრდილ მიმოქცევას და უკეთეს გაზის მოცილებას.
ტყვიას ყურადღებით აკვირდებიან მთელ მსოფლიოში.აშშ-ში ჯანდაცვის ორგანოები და სამუშაო ადგილები იცავენ თავიანთ გაფრთხილებებს.სახიფათო მასალებთან ურთიერთობის ელექტრული გადახურვის კომპანიების მრავალწლიანი გამოცდილების მიუხედავად, ლითონი უფრო და უფრო კრიტიკულად განიხილება.
მაგალითად, ყველას, ვინც იყენებს ტყვიის ანოდებს შეერთებულ შტატებში, უნდა დარეგისტრირდეს EPA-ს ტოქსიური ქიმიური გამოშვების ფედერალურ რეესტრში.თუ ელექტრული საწარმო ამუშავებს მხოლოდ 29 კგ ტყვიას წელიწადში, რეგისტრაცია მაინც საჭიროა.
ამიტომ საჭიროა ალტერნატივის ძიება აშშ-ში.არა მხოლოდ ტყვიის ანოდის მყარი ქრომის ქარხანა ერთი შეხედვით იაფი ჩანს, ასევე ბევრი უარყოფითი მხარეა:
განზომილებით სტაბილური ანოდები საინტერესო ალტერნატივაა მყარი ქრომის დაფარვისთვის (იხ. ნახ. 2) პლატინის ზედაპირით ტიტანზე ან ნიობიუმზე, როგორც სუბსტრატს.
პლატინის დაფარული ანოდები ბევრ უპირატესობას გვთავაზობენ მყარი ქრომის დაფარვასთან შედარებით.ეს მოიცავს შემდეგ სარგებელს:
იდეალური შედეგისთვის, ანოდი მორგეთ დასაფარი ნაწილის დიზაინს.ეს შესაძლებელს ხდის სტაბილური ზომების ანოდების მიღებას (ფირფიტები, ცილინდრები, T- ფორმის და U- ფორმის), ხოლო ტყვიის ანოდები ძირითადად სტანდარტული ფურცლები ან წნელებია.
Pt/Ti და Pt/Nb ანოდებს არ აქვთ დახურული ზედაპირი, არამედ გაფართოებული ლითონის ფურცლები ცვლადი ბადის ზომით.ეს იწვევს ენერგიის კარგ განაწილებას, ელექტრო ველებს შეუძლიათ იმუშაონ ქსელში და მის გარშემო (იხ. სურ. 3).
ამიტომ, რაც უფრო მცირეა მანძილი მათ შორისანოდიდა კათოდი, რაც უფრო მაღალია საფარის ნაკადის სიმკვრივე.ფენების გამოყენება შესაძლებელია უფრო სწრაფად: მოსავლიანობა იზრდება.დიდი ეფექტური ზედაპირის მქონე ბადეების გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს გამოყოფის პირობები.
განზომილებიანი სტაბილურობის მიღწევა შესაძლებელია პლატინისა და ტიტანის კომბინაციით.ორივე ლითონი უზრუნველყოფს ოპტიმალურ პარამეტრებს მყარი ქრომირებული საფარისთვის.პლატინის წინაღობა ძალიან დაბალია, მხოლოდ 0,107 Ohm×mm2/m.ტყვიის ღირებულება თითქმის ორჯერ აღემატება ტყვიას (0,208 ohm×mm2/m).ტიტანს აქვს შესანიშნავი კოროზიის წინააღმდეგობა, თუმცა ეს უნარი მცირდება ჰალოიდების არსებობისას.მაგალითად, ტიტანის დაშლის ძაბვა ქლორიდის შემცველ ელექტროლიტებში მერყეობს 10-დან 15 ვ-მდე, რაც დამოკიდებულია pH-ზე.ეს მნიშვნელოვნად აღემატება ნიობიუმს (35-დან 50 ვოლტამდე) და ტანტალის (70-დან 100 ვოლტამდე).
ტიტანს აქვს უარყოფითი მხარეები კოროზიის წინააღმდეგობის თვალსაზრისით ძლიერ მჟავებში, როგორიცაა გოგირდის, აზოტის, ჰიდროფლუორული, ოქსილის და მეთანესულფონის მჟავები.თუმცა,ტიტანისჯერ კიდევ კარგი არჩევანია მისი დამუშავების და ფასის გამო.
პლატინის ფენის დეპონირება ტიტანის სუბსტრატზე საუკეთესოდ განხორციელდება ელექტროქიმიურად მაღალი ტემპერატურის ელექტროლიზით (HTE) მდნარ მარილებში.დახვეწილი HTE პროცესი უზრუნველყოფს ზუსტ დაფარვას: 550°C მდნარ აბაზანაში, რომელიც დამზადებულია კალიუმის და ნატრიუმის ციანიდების ნარევისგან, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 1%-დან 3%-მდე პლატინას, ძვირფასი ლითონი ელექტროქიმიურად დეპონირდება ტიტანზე.სუბსტრატი იკეტება დახურულ სისტემაში არგონით, ხოლო მარილის აბაზანა ორმაგ ჭურჭელშია.დენები 1-დან 5 A/dm2-მდე უზრუნველყოფს იზოლაციის სიჩქარეს 10-დან 50 მიკრონი საათში, საფარის დაძაბულობით 0,5-დან 2 ვ-მდე.
HTE პროცესის გამოყენებით პლატინიზებულ ანოდებს მნიშვნელოვნად აღემატება წყლის ელექტროლიტით დაფარული ანოდები.გამდნარი მარილისგან პლატინის საფარის სისუფთავე არის მინიმუმ 99,9%, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება წყალხსნარებიდან დეპონირებული პლატინის ფენებს.მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია ელასტიურობა, ადჰეზია და კოროზიის წინააღმდეგობა მინიმალური შიდა დაძაბულობით.
ანოდის დიზაინის ოპტიმიზაციის განხილვისას, ყველაზე მნიშვნელოვანია საყრდენი სტრუქტურისა და ანოდის ელექტრომომარაგების ოპტიმიზაცია.საუკეთესო გამოსავალია ტიტანის ფურცლის საფარის გაცხელება და დახვევა სპილენძის ბირთვზე.სპილენძი იდეალური გამტარია Pb/Sn შენადნობების წინააღმდეგობის მხოლოდ 9%-ით.CuTi ელექტრომომარაგება უზრუნველყოფს ენერგიის მინიმალურ დანაკარგებს მხოლოდ ანოდის გასწვრივ, ასე რომ, ფენის სისქის განაწილება კათოდის შეკრებაზე იგივეა.
კიდევ ერთი დადებითი ეფექტი არის ნაკლები სითბოს წარმოქმნა.გაგრილების მოთხოვნები მცირდება და ანოდზე პლატინის ცვეთა მცირდება.ანტიკოროზიული ტიტანის საფარი იცავს სპილენძის ბირთვს.გაფართოებული ლითონის გადაფარვისას გაწმინდეთ და მოამზადეთ მხოლოდ ჩარჩო და/ან კვების წყარო.მათი მრავალჯერ გამოყენება შესაძლებელია.
ამ დიზაინის მითითებების დაცვით, შეგიძლიათ გამოიყენოთ Pt/Ti ან Pt/Nb მოდელები, რათა შექმნათ „იდეალური ანოდები“ მყარი ქრომის საფარისთვის.განზომილებით სტაბილური მოდელები ინვესტიციის ეტაპზე უფრო ძვირია, ვიდრე ტყვიის ანოდები.თუმცა, ღირებულების უფრო დეტალურად განხილვისას, პლატინის მოოქროვილი ტიტანის მოდელი შეიძლება იყოს მყარი ქრომირებული საფარის საინტერესო ალტერნატივა.
ეს გამოწვეულია ჩვეულებრივი ტყვიის და პლატინის ანოდების საერთო ღირებულების ყოვლისმომცველი და საფუძვლიანი ანალიზით.
რვა ტყვიის შენადნობის ანოდი (1700 მმ სიგრძისა და 40 მმ დიამეტრის) PbSn7-ისგან შედარებული იყო შესაბამისი ზომის Pt/Ti ანოდებთან ცილინდრული ნაწილების ქრომირებული საფარისთვის.რვა ტყვიის ანოდის წარმოება ღირს დაახლოებით 1400 ევრო (1471 აშშ დოლარი), რაც ერთი შეხედვით იაფი ჩანს.საჭირო Pt/Ti ანოდების შესაქმნელად საჭირო ინვესტიცია გაცილებით მაღალია.საწყისი შესყიდვის ფასი დაახლოებით 7000 ევროა.განსაკუთრებით ძვირია პლატინის მოპირკეთება.ამ თანხის 45%-ს მხოლოდ სუფთა ძვირფასი ლითონები შეადგენს.2,5 მკმ სისქის პლატინის საფარი მოითხოვს 11,3 გ ძვირფას ლითონს რვა ანოდიდან თითოეულისთვის.გრამზე 35 ევროს ფასში ეს შეესაბამება 3160 ევროს.
მიუხედავად იმისა, რომ ტყვიის ანოდები შეიძლება ჩანდეს საუკეთესო არჩევანი, ეს შეიძლება სწრაფად შეიცვალოს უფრო მჭიდრო შემოწმების შემდეგ.მხოლოდ სამი წლის შემდეგ, ტყვიის ანოდის ჯამური ღირებულება მნიშვნელოვნად აღემატება Pt/Ti მოდელს.კონსერვატიული გაანგარიშების მაგალითში, ავიღოთ ტიპიური გამოყენების ნაკადის სიმკვრივე 40 A/dm2.შედეგად, ენერგიის ნაკადი მოცემულ ანოდურ ზედაპირზე 168 dm2 იყო 6720 ამპერი 6700 საათის მუშაობის დროს სამი წლის განმავლობაში.ეს შეესაბამება დაახლოებით 220 სამუშაო დღეს წელიწადში 10 სამუშაო საათიდან.როდესაც პლატინი იჟანგება ხსნარში, პლატინის ფენის სისქე ნელ-ნელა მცირდება.მაგალითში ეს განიხილება 2 გრამი მილიონ ამპერ საათში.
მრავალი მიზეზი არსებობს Pt/Ti-ს უპირატესობის ხარჯზე ტყვიის ანოდებთან შედარებით.გარდა ამისა, შემცირებული ელექტროენერგიის მოხმარება (ფასი 0.14 ევრო/კვტ.სთ გამოკლებული 14800 კვტ/სთ) წელიწადში დაახლოებით 2000 ევრო ღირს.გარდა ამისა, აღარ არის საჭირო წლიური ხარჯი დაახლოებით 500 ევროს ოდენობით ტყვიის ქრომატის ნალექის განკარგვისთვის, ასევე 1000 ევროს შენარჩუნებისა და წარმოების შეფერხებისთვის - ძალიან კონსერვატიული გამოთვლები.
ტყვიის ანოდების საერთო ღირებულება სამი წლის განმავლობაში იყო 14,400 ევრო (15,130 აშშ დოლარი).Pt/Ti ანოდების ღირებულებაა 12020 ევრო გადაფარვის ჩათვლით.შენარჩუნების ხარჯებისა და წარმოების შეფერხების გათვალისწინების გარეშეც კი (წელიწადში 1000 ევრო), წყვეტის წერტილი მიიღწევა სამი წლის შემდეგ.ამ მომენტიდან მათ შორის უფსკრული კიდევ უფრო იზრდება Pt/Ti ანოდის სასარგებლოდ.
ბევრი ინდუსტრია სარგებლობს მაღალი ტემპერატურის პლატინით დაფარული ელექტროლიტური ანოდების სხვადასხვა უპირატესობებით.განათების, ნახევარგამტარების და მიკროსქემის მწარმოებლები, ავტომობილები, ჰიდრავლიკური, სამთო, წყალსადენი და საცურაო აუზები ეყრდნობიან ამ საფარის ტექნოლოგიებს.მომავალში, რა თქმა უნდა, უფრო მეტი აპლიკაცია განვითარდება, რადგან მდგრადი ხარჯები და გარემოსდაცვითი მოსაზრებები გრძელვადიანი საზრუნავია.შედეგად, ტყვია შეიძლება გაძლიერებული შემოწმების წინაშე აღმოჩნდეს.
ორიგინალური სტატია გამოქვეყნდა გერმანულ ენაზე Annual Surface Technology (ტომი 71, 2015) რედაქტირებულია პროფესორ ტიმო სორგელის მიერ ალენის გამოყენებითი მეცნიერებების უნივერსიტეტიდან, გერმანია.Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/გერმანია.
ლითონის დასრულების ოპერაციების უმეტესობაში გამოიყენება ნიღაბი, სადაც უნდა დამუშავდეს ნაწილის ზედაპირის მხოლოდ გარკვეული ადგილები.ამის ნაცვლად, ნიღაბი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზედაპირებზე, სადაც მკურნალობა არ არის საჭირო ან თავიდან უნდა იქნას აცილებული.ეს სტატია მოიცავს ლითონის დასრულების ნიღბის ბევრ ასპექტს, მათ შორის აპლიკაციებს, ტექნიკას და გამოყენებული ნიღბების სხვადასხვა ტიპებს.