Германиядағы Umicore Electroplating жоғары температуралы электролиттік анодтарды пайдаланады.Бұл процесте платина титан, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, тот баспайтын болат және никель қорытпалары сияқты негізгі материалдарға аргон астында 550 ° C температурада балқытылған тұзды ваннада тұндырылады.
2-сурет: Жоғары температурада электроплатина/титан аноды өзінің пішінін ұзақ уақыт бойы сақтайды.
3-сурет: кеңейтілген тор Pt/Ti аноды.Кеңейтілген металл тор электролиттердің оңтайлы тасымалдануын қамтамасыз етеді.Анод пен катодтың құрамдас бөліктері арасындағы қашықтықты азайтуға және ток тығыздығын арттыруға болады.Нәтиже: аз уақыт ішінде жақсы сапа.
4-сурет: Кеңейтілген металл торлы анодтағы тордың енін реттеуге болады.Тор электролит айналымының жоғарылауын және газды жақсырақ кетіруді қамтамасыз етеді.
Қорғасын бүкіл әлемде мұқият бақыланады.АҚШ-та денсаулық сақтау органдары мен жұмыс орындары өздерінің ескертулерін сақтайды.Электр қаптау компанияларының қауіпті материалдармен жұмыс істеудегі көп жылдық тәжірибесіне қарамастан, металға барған сайын сыни тұрғыдан қарау жалғасуда.
Мысалы, Америка Құрама Штаттарында қорғасын анодтарын пайдаланатын кез келген адам EPA федералды токсикалық химиялық бөліну тізілімінде тіркелуі керек.Егер электропластикалық компания жылына шамамен 29 кг қорғасын өңдесе, әлі де тіркеу қажет.
Сондықтан АҚШ-тан балама іздеу керек.Қорғасын анодты қатты хромдау зауыты бір қарағанда арзан болып көрініп қана қоймайды, сонымен қатар көптеген кемшіліктері бар:
Өлшемді тұрақты анодтар субстрат ретінде титан немесе ниобийдегі платина беті бар қатты хромдауышқа (2-суретті қараңыз) қызықты балама болып табылады.
Платинамен қапталған анодтар қатты хромдаумен салыстырғанда көптеген артықшылықтарды ұсынады.Оларға келесі артықшылықтар кіреді:
Керемет нәтиже алу үшін анодты қапталатын бөліктің дизайнына бейімдеңіз.Бұл тұрақты өлшемдері бар анодтарды (пластиналар, цилиндрлер, Т-тәрізділер және U-тәрізділер) алуға мүмкіндік береді, ал қорғасын анодтары негізінен стандартты парақтар немесе өзектер болып табылады.
Pt/Ti және Pt/Nb анодтары тұйық беттерге ие емес, керісінше өзгермелі тор өлшемі бар кеңейтілген металл парақтарға ие.Бұл энергияның жақсы таралуына әкеледі, электр өрістері желіде және оның айналасында жұмыс істей алады (3-суретті қараңыз).
Сондықтан, олардың арасындағы қашықтық аз боладыанодал катод болса, жабынның ағынының тығыздығы соғұрлым жоғары болады.Қабаттарды тезірек қолдануға болады: кірістілік артады.Үлкен тиімді беті бар торларды пайдалану бөлу жағдайларын айтарлықтай жақсартуға мүмкіндік береді.
Өлшемдік тұрақтылыққа платина мен титанды біріктіру арқылы қол жеткізуге болады.Екі метал да қатты хромдау үшін оңтайлы параметрлерді қамтамасыз етеді.Платинаның меншікті кедергісі өте төмен, небәрі 0,107 Ом×мм2/м.Қорғасынның мәні қорғасыннан екі есе дерлік жоғары (0,208 Ом×мм2/м).Титанның тамаша коррозияға төзімділігі бар, бірақ галогенидтердің қатысуымен бұл қабілет төмендейді.Мысалы, хлориді бар электролиттердегі титанның ыдырау кернеуі рН-ға байланысты 10-15 В аралығында болады.Бұл ниобийден (35-тен 50 В-ға дейін) және танталдан (70-тен 100 В-қа дейін) айтарлықтай жоғары.
Титанның күкірт, азот, фторлы, қымыздық және метансульфон қышқылдары сияқты күшті қышқылдарда коррозияға төзімділігі жағынан кемшіліктері бар.Дегенмен,титанөңдеуге қабілеттілігі мен бағасына байланысты әлі де жақсы таңдау болып табылады.
Титан субстратында платина қабатын тұндыру балқытылған тұздардағы жоғары температуралы электролиз (HTE) арқылы электрохимиялық жолмен жақсы орындалады.Күрделі HTE процесі дәл жабуды қамтамасыз етеді: құрамында шамамен 1% - 3% платина бар калий және натрий цианидтерінің қоспасынан жасалған 550°C балқытылған ваннада бағалы метал электрохимиялық жолмен титанға тұндырылады.Субстрат аргонмен жабық жүйеде құлыпталады, ал тұзды ванна қос тигельде.1-ден 5 А/дм2-ге дейінгі токтар 0,5-тен 2 В-қа дейінгі жабынның керілуімен сағатына 10-нан 50 мкм-ге дейінгі оқшаулау жылдамдығын қамтамасыз етеді.
HTE процесін пайдаланатын платинизацияланған анодтар сулы электролитпен қапталған анодтардан айтарлықтай асып түсті.Балқытылған тұздан платина жабындарының тазалығы кем дегенде 99,9% құрайды, бұл сулы ерітінділерден тұндырылған платина қабаттарынан айтарлықтай жоғары.Ең аз ішкі кернеумен икемділік, адгезия және коррозияға төзімділік айтарлықтай жақсарды.
Анод конструкциясын оңтайландыруды қарастырғанда, ең маңыздысы тірек құрылымын және анодты қоректендіруді оңтайландыру болып табылады.Ең жақсы шешім - титан жабындысын мыс өзегіне жылыту және орау.Мыс Pb/Sn қорытпаларының меншікті кедергісінің тек 9% ғана болатын тамаша өткізгіш болып табылады.CuTi қуат көзі тек анод бойымен минималды қуат жоғалуын қамтамасыз етеді, сондықтан катодты жинақтағы қабат қалыңдығының таралуы бірдей.
Тағы бір жағымды әсер - жылу аз бөлінеді.Салқындату талаптары азаяды және анодтағы платина тозуы азаяды.Коррозияға қарсы титан жабыны мыс өзегін қорғайды.Кеңейтілген металды қайта жабу кезінде тек жақтауды және/немесе қуат көзін тазалаңыз және дайындаңыз.Оларды бірнеше рет қайта пайдалануға болады.
Осы дизайн нұсқауларын орындау арқылы қатты хромдау үшін «идеалды анодтарды» жасау үшін Pt/Ti немесе Pt/Nb үлгілерін пайдалануға болады.Өлшемді тұрақты модельдер қорғасын анодтарына қарағанда инвестициялық сатыда қымбатырақ.Дегенмен, құнын егжей-тегжейлі қарастырғанда, платина жалатылған титан моделі қатты хромдауға қызықты балама бола алады.
Бұл кәдімгі қорғасын және платина анодтарының жалпы құнын жан-жақты және мұқият талдауға байланысты.
PbSn7-ден жасалған сегіз қорғасын қорытпасының анодтары (ұзындығы 1700 мм және диаметрі 40 мм) цилиндрлік бөлшектерді хромдау үшін тиісті өлшемді Pt/Ti анодтарымен салыстырылды.Сегіз қорғасын анодының өндірісі шамамен 1400 еуро (1471 АҚШ доллары) тұрады, бұл бір қарағанда арзан болып көрінеді.Қажетті Pt/Ti анодтарын әзірлеуге қажетті инвестиция әлдеқайда жоғары.Сатып алудың бастапқы бағасы шамамен 7 000 еуроны құрайды.Платинадан жасалған әрлеу әсіресе қымбат.Бұл соманың 45 пайызын тек таза асыл металдар құрайды.Қалыңдығы 2,5 мкм платина жабыны сегіз анодтың әрқайсысы үшін 11,3 г асыл металды қажет етеді.Бір грамм үшін 35 еуро бағасында бұл 3160 еуроға сәйкес келеді.
Қорғасын анодтары ең жақсы таңдау болып көрінгенімен, бұл мұқият тексеру кезінде тез өзгеруі мүмкін.Тек үш жылдан кейін қорғасын анодының жалпы құны Pt/Ti үлгісінен айтарлықтай жоғары болады.Консервативті есептеу мысалында 40 А/дм2 типтік қолданбалы ағынның тығыздығын қабылдаңыз.Нәтижесінде 168 дм2 анодтың берілген бетіндегі қуат шығыны үш жыл ішінде 6700 сағат жұмыс кезінде 6720 ампер болды.Бұл жылына 10 жұмыс сағатының шамамен 220 жұмыс күніне сәйкес келеді.Платина ерітіндіге тотыққанда платина қабатының қалыңдығы баяу төмендейді.Мысалда бұл миллион амп-сағатқа 2 грамм деп есептеледі.
Қорғасын анодтарына қарағанда Pt/Ti құнының артықшылығының көптеген себептері бар.Сонымен қатар, қысқартылған электр энергиясын тұтыну (бағасы 0,14 EUR/кВт/сағ минус 14 800 кВт/сағ) жылына шамамен 2 000 евро тұрады.Сонымен қатар, қорғасын хроматты шламды кәдеге жарату үшін 500 еуроға жуық жылдық шығын, сондай-ақ техникалық қызмет көрсету және өндірістің тоқтап қалуы үшін 1000 еуро қажет емес – өте консервативті есептеулер.
Үш жыл ішінде қорғасын анодтарының жалпы құны 14 400 еуроны (15 130 доллар) құрады.Pt/Ti анодтарының құны қайта жабуды қосқанда 12 020 еуроны құрайды.Техникалық қызмет көрсету шығындары мен өндірістің тоқтап қалуын есепке алмағанда да (жылына күніне 1000 еуро), шығынсыздық нүктесіне үш жылдан кейін жетеді.Осы сәттен бастап олардың арасындағы алшақтық Pt/Ti анодының пайдасына одан да артады.
Көптеген өнеркәсіптер жоғары температуралы платинамен қапталған электролиттік анодтардың әртүрлі артықшылықтарын пайдаланады.Жарықтандыру, жартылай өткізгіштер мен плата өндірушілері, автомобиль, гидравлика, тау-кен өнеркәсібі, су шаруашылығы және бассейндер осы жабу технологияларына сүйенеді.Болашақта қосымша қосымшалар әзірленетіні сөзсіз, өйткені тұрақты шығындар мен қоршаған ортаны қорғау ұзақ мерзімді мәселелер болып табылады.Нәтижесінде қорғасын бақылаудың жоғарылауына тап болуы мүмкін.
Түпнұсқа мақала неміс тілінде Aalen қолданбалы ғылымдар университетінің профессоры Тимо Сёргелдің редакциясымен Annual Surface Technology (2015 ж. 71 том) жарияланды.Евген Г. Лейзе Верлагтың рұқсатымен, Бад Саулгау/Германия.
Металды әрлеу операцияларының көпшілігінде маска қолданылады, онда бөлік бетінің белгілі бір жерлерін ғана өңдеу керек.Оның орнына масканы өңдеу қажет емес немесе одан аулақ болу керек беттерде қолдануға болады.Бұл мақала металды әрлеудің көптеген аспектілерін, соның ішінде қолданбаларды, әдістерді және қолданылатын бүркемелеудің әртүрлі түрлерін қамтиды.