Umicore galvanizācija Vācijā izmanto augstas temperatūras elektrolītiskos anodus.Šajā procesā platīns tiek nogulsnēts uz tādiem pamatmateriāliem kā titāns, niobijs, tantals, molibdēns, volframs, nerūsējošais tērauds un niķeļa sakausējumi izkausētā sāls vannā 550°C temperatūrā argona atmosfērā.
2. attēls. Augstas temperatūras galvanizēts platīna/titāna anods saglabā savu formu ilgu laiku.
3. attēls. Pt/Ti anods ar paplašinātu tīklu.Paplašināts metāla siets nodrošina optimālu elektrolīta transportu.Var samazināt attālumu starp anoda un katoda komponentiem un palielināt strāvas blīvumu.Rezultāts: labāka kvalitāte īsākā laikā.
4. attēls. Var regulēt režģa platumu uz paplašinātā metāla sieta anoda.Tīkls nodrošina palielinātu elektrolītu cirkulāciju un labāku gāzes izvadīšanu.
Svins tiek rūpīgi uzraudzīts visā pasaulē.ASV veselības aizsardzības iestādes un darbavietas pieturas pie saviem brīdinājumiem.Neraugoties uz galvanizācijas uzņēmumu ilggadējo pieredzi darbā ar bīstamiem materiāliem, metāls joprojām tiek uztverts arvien kritiskāk.
Piemēram, ikvienam, kas izmanto svina anodus Amerikas Savienotajās Valstīs, ir jāreģistrējas EPA federālajā toksisko ķīmisko vielu izdalīšanās reģistrā.Ja galvanizācijas uzņēmums apstrādā tikai aptuveni 29 kg svina gadā, reģistrācija joprojām ir nepieciešama.
Tāpēc ir jāmeklē alternatīva ASV.Svina anoda cietā hromēšanas iekārta no pirmā acu uzmetiena ne tikai šķiet lēta, bet arī ir daudz trūkumu:
Izmēru stabili anodi ir interesanta alternatīva cietajam hromēšanai (sk. 2. att.) ar platīna virsmu uz titāna vai niobija kā substrātu.
Platīna pārklājuma anodi piedāvā daudzas priekšrocības salīdzinājumā ar cieto hromēšanu.Tie ietver šādas priekšrocības:
Lai iegūtu ideālus rezultātus, pielāgojiet anodu pārklājamās daļas konstrukcijai.Tas ļauj iegūt anodus ar stabiliem izmēriem (plāksnes, cilindri, T-veida un U-veida), savukārt svina anodi galvenokārt ir standarta loksnes vai stieņi.
Pt/Ti un Pt/Nb anodiem nav slēgtas virsmas, bet gan paplašinātas metāla loksnes ar mainīgu acu izmēru.Tas nodrošina labu enerģijas sadalījumu, elektriskie lauki var darboties tīklā un ap to (sk. 3. att.).
Tāpēc, jo mazāks attālums starpanodsun katods, jo lielāks ir pārklājuma plūsmas blīvums.Slāņus var uzklāt ātrāk: palielinās raža.Izmantojot režģus ar lielu efektīvo virsmu, var ievērojami uzlabot atdalīšanas apstākļus.
Izmēru stabilitāti var panākt, apvienojot platīnu un titānu.Abi metāli nodrošina optimālus parametrus cietai hromēšanai.Platīna pretestība ir ļoti zema, tikai 0,107 Ohm × mm2/m.Svina vērtība ir gandrīz divas reizes lielāka nekā svina vērtība (0,208 omi × mm2/m).Titānam ir lieliska izturība pret koroziju, taču halogenīdu klātbūtnē šī spēja ir samazināta.Piemēram, titāna sabrukšanas spriegums hlorīdu saturošos elektrolītos svārstās no 10 līdz 15 V atkarībā no pH.Tas ir ievērojami augstāks nekā niobijam (35–50 V) un tantalam (70–100 V).
Titānam ir trūkumi attiecībā uz izturību pret koroziju stiprās skābēs, piemēram, sērskābē, slāpekļskābē, fluorūdeņražskābē, skābeņskābē un metānsulfonskābē.tomērtitānsjoprojām ir laba izvēle tās apstrādājamības un cenas dēļ.
Platīna slāņa nogulsnēšanu uz titāna substrāta vislabāk var veikt elektroķīmiski, izmantojot augstas temperatūras elektrolīzi (HTE) kausētos sāļos.Izsmalcinātais HTE process nodrošina precīzu pārklājumu: 550°C kausētā vannā, kas izgatavota no kālija un nātrija cianīdu maisījuma, kas satur aptuveni 1% līdz 3% platīna, dārgmetāls tiek elektroķīmiski nogulsnēts uz titāna.Substrāts ir bloķēts slēgtā sistēmā ar argonu, un sāls vanna ir dubultā tīģelī.Strāvas no 1 līdz 5 A/dm2 nodrošina izolācijas ātrumu no 10 līdz 50 mikroniem stundā ar pārklājuma spriegumu no 0,5 līdz 2 V.
Platinizētie anodi, kas izmanto HTE procesu, ir ievērojami pārsnieguši anodus, kas pārklāti ar ūdens elektrolītu.Platīna pārklājumu tīrība no izkausētā sāls ir vismaz 99,9%, kas ir ievērojami augstāka nekā platīna slāņiem, kas nogulsnēti no ūdens šķīdumiem.Ievērojami uzlabota elastība, adhēzija un izturība pret koroziju ar minimālu iekšējo spriegumu.
Apsverot anoda konstrukcijas optimizāciju, vissvarīgākā ir atbalsta struktūras un anoda barošanas avota optimizācija.Labākais risinājums ir uzsildīt un uztīt titāna loksnes pārklājumu uz vara serdes.Varš ir ideāls vadītājs, kura pretestība ir tikai aptuveni 9% no Pb/Sn sakausējumu pretestības.CuTi barošanas avots nodrošina minimālus jaudas zudumus tikai gar anodu, tāpēc slāņa biezuma sadalījums uz katoda komplekta ir vienāds.
Vēl viens pozitīvs efekts ir mazāks siltuma daudzums.Tiek samazinātas dzesēšanas prasības un samazināts anoda platīna nodilums.Pretkorozijas titāna pārklājums aizsargā vara serdi.Pārklājot keramzītu, notīriet un sagatavojiet tikai rāmi un/vai barošanas bloku.Tos var izmantot atkārtoti vairākas reizes.
Ievērojot šīs dizaina vadlīnijas, varat izmantot Pt/Ti vai Pt/Nb modeļus, lai izveidotu “ideālus anodus” cietajai hromēšanai.Izmēru stabili modeļi investīciju stadijā maksā vairāk nekā svina anodi.Tomēr, detalizētāk apsverot izmaksas, ar platīnu pārklāts titāna modelis var būt interesanta alternatīva cietā hroma pārklājumam.
Tas ir saistīts ar visaptverošu un rūpīgu parasto svina un platīna anodu kopējo izmaksu analīzi.
Astoņi svina sakausējuma anodi (1700 mm gari un 40 mm diametrā), kas izgatavoti no PbSn7, tika salīdzināti ar atbilstoša izmēra Pt/Ti anodiem cilindrisku detaļu hromēšanai.Astoņu svina anodu izgatavošana maksā ap 1400 eiro (1471 ASV dolāru), kas pirmajā mirklī šķiet lēti.Nepieciešamās investīcijas nepieciešamo Pt/Ti anodu izstrādei ir daudz lielākas.Sākotnējā pirkuma cena ir ap 7000 eiro.Platīna apdare ir īpaši dārga.Tikai tīri dārgmetāli veido 45% no šīs summas.2,5 µm biezam platīna pārklājumam katram no astoņiem anodiem nepieciešami 11,3 g dārgmetāla.Pie cenas 35 eiro par gramu tas atbilst 3160 eiro.
Lai gan svina anodi var šķist labākā izvēle, tas var ātri mainīties, rūpīgāk pārbaudot.Jau pēc trim gadiem svina anoda kopējās izmaksas ir ievērojami augstākas nekā Pt/Ti modelim.Konservatīvā aprēķina piemērā pieņem, ka tipisks pielietojuma plūsmas blīvums ir 40 A/dm2.Rezultātā jaudas plūsma pie noteiktas 168 dm2 anoda virsmas bija 6720 ampēri pie 6700 darbības stundām trīs gadus.Tas atbilst aptuveni 220 darba dienām no 10 darba stundām gadā.Platīnam oksidējoties šķīdumā, platīna slāņa biezums lēnām samazinās.Piemērā tas tiek uzskatīts par 2 gramiem uz miljonu ampērstundu.
Pt/Ti izmaksu priekšrocībām salīdzinājumā ar svina anodiem ir daudz iemeslu.Turklāt samazināts elektroenerģijas patēriņš (cena 0,14 EUR/kWh mīnus 14 800 kWh/gadā) izmaksā aptuveni 2000 EUR gadā.Turklāt vairs nav nepieciešami aptuveni 500 eiro gada izdevumi par svina hromāta dūņu utilizāciju, kā arī 1000 eiro par apkopi un ražošanas dīkstāvi – ļoti konservatīvi aprēķini.
Svina anodu kopējās izmaksas trīs gadu laikā bija 14 400 eiro (15 130 ASV dolāri).Pt/Ti anodu izmaksas ir 12 020 eiro, ieskaitot pārklāšanu.Pat neņemot vērā uzturēšanas izmaksas un ražošanas dīkstāves (1000 eiro dienā gadā), līdzsvara punkts tiek sasniegts pēc trim gadiem.No šī brīža plaisa starp tām palielinās vēl vairāk par labu Pt/Ti anodam.
Daudzas nozares izmanto dažādas priekšrocības, ko sniedz augstas temperatūras platīna pārklājuma elektrolītisko anodu priekšrocības.Apgaismojuma, pusvadītāju un shēmu plates ražotāji, automobiļu, hidraulikas, kalnrūpniecības, ūdenssaimniecības un peldbaseini paļaujas uz šīm pārklājuma tehnoloģijām.Nākotnē noteikti tiks izstrādāts vairāk lietojumprogrammu, jo ilgtspējīgas izmaksas un vides apsvērumi ir ilgtermiņa problēmas.Tā rezultātā svinam var tikt pievērsta pastiprināta pārbaude.
Sākotnējais raksts tika publicēts vācu valodā Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015), ko rediģēja prof. Timo Sērgels no Ālenas Lietišķo zinātņu universitātes Vācijā.Pieklājīgi no Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Vācija.
Lielākajā daļā metāla apdares darbību tiek izmantota maskēšana, kur jāapstrādā tikai noteiktas detaļas virsmas vietas.Tā vietā maskēšanu var izmantot uz virsmām, kur apstrāde nav nepieciešama vai no tās jāizvairās.Šajā rakstā ir apskatīti daudzi metāla apdares maskēšanas aspekti, tostarp lietojumi, paņēmieni un dažādi izmantotie maskēšanas veidi.