Герман дахь Umicore Electroplating нь өндөр температурт электролитийн анод ашигладаг.Энэ процесст цагаан алт нь титан, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, зэвэрдэггүй ган, никель хайлш зэрэг үндсэн материалууд дээр аргон дор 550 ° C-т хайлсан давстай ваннд хадгалагддаг.
Зураг 2: Өндөр температурт цахилгаанаар бүрсэн цагаан алт/титан анод нь хэлбэрээ удаан хугацаанд хадгалдаг.
Зураг 3: Өргөтгөсөн торон Pt/Ti анод.Өргөтгөсөн металл тор нь электролитийн оновчтой тээвэрлэлтийг хангадаг.Анод ба катодын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох зайг багасгаж, гүйдлийн нягтыг нэмэгдүүлэх боломжтой.Үр дүн: богино хугацаанд илүү чанартай.
Зураг 4: Өргөтгөсөн металл торон анод дээрх торны өргөнийг тохируулж болно.Торон нь электролитийн эргэлтийг нэмэгдүүлж, хийг илүү сайн зайлуулах боломжийг олгодог.
Хар тугалга дэлхий даяар анхааралтай ажиглаж байна.АНУ-д эрүүл мэндийн байгууллагууд болон ажлын байрууд сэрэмжлүүлгээ чанд сахиж байна.Аюултай материалтай харьцах олон жилийн туршлагатай цахилгаан хавтангийн компаниуд металлыг улам бүр шүүмжилсээр байна.
Жишээлбэл, АНУ-д хар тугалга анод ашигладаг хүн бүр EPA-ийн холбооны химийн хорт бодис ялгаруулах бүртгэлд бүртгүүлэх ёстой.Хэрэв цахилгаан өнгөлгөөний компани жилд ердөө 29 кг хар тугалга боловсруулдаг бол бүртгүүлэх шаардлагатай хэвээр байна.
Тиймээс АНУ-аас өөр хувилбар хайх шаардлагатай байна.Хар тугалганы анодын хатуу хром бүрэх үйлдвэр нь эхлээд харахад хямдхан мэт санагдахаас гадна олон сул талуудтай:
Хэмжээст тогтвортой анодууд нь субстрат болгон титан эсвэл ниобий дээр цагаан алтаар бүрсэн хатуу хром бүрэхээс (2-р зургийг үз) сонирхолтой хувилбар юм.
Платинаар бүрсэн анодууд нь хатуу хром бүрээстэй харьцуулахад олон давуу талтай байдаг.Үүнд дараахь давуу талууд орно.
Тохиромжтой үр дүнд хүрэхийн тулд анодыг бүрэх хэсгийн загварт тохируулна.Энэ нь тогтвортой хэмжээстэй (хавтан, цилиндр, T ба U хэлбэрийн) анод авах боломжтой болгодог бол хар тугалганы анодууд нь ихэвчлэн стандарт хуудас эсвэл саваа байдаг.
Pt/Ti ба Pt/Nb анодууд нь хаалттай гадаргуутай биш, харин хувьсах торны хэмжээтэй өргөтгөсөн металл хуудас юм.Энэ нь эрчим хүчний сайн хуваарилалтад хүргэдэг, цахилгаан талбайнууд сүлжээнд болон эргэн тойронд ажиллах боломжтой (3-р зургийг үз).
Тиймээс хоорондын зай бага байх тусаманодба катод, бүрээсийн урсгалын нягт өндөр байна.Давхаргыг илүү хурдан хэрэглэж болно: ургац нэмэгдэнэ.Их хэмжээний үр дүнтэй гадаргуутай сүлжээг ашиглах нь салгах нөхцлийг эрс сайжруулдаг.
Хэмжээст тогтвортой байдлыг цагаан алт, титаныг хослуулах замаар олж авч болно.Хоёр металл хоёулаа хатуу хром бүрэх оновчтой параметрүүдийг хангадаг.Платинумын эсэргүүцэл маш бага, ердөө 0.107 Ом×мм2/м.Хар тугалганы үнэ цэнэ нь хар тугалгатай харьцуулахад бараг хоёр дахин их (0.208 ом×мм2/м).Титан нь зэврэлтэнд маш сайн тэсвэртэй боловч галогенид энэ чадвар буурдаг.Жишээлбэл, хлорид агуулсан электролит дахь титаны задралын хүчдэл нь рН-ээс хамаарч 10-15 В хооронд хэлбэлздэг.Энэ нь ниобий (35-аас 50 В) ба танталаас (70-100 В) хамаагүй өндөр юм.
Титан нь хүхрийн, азотын, гидрофторын, оксалик, метансульфоны хүчил зэрэг хүчтэй хүчлүүдэд зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлын хувьд сул талуудтай.Гэсэн хэдий ч,титанболовсруулах чадвар, үнийн хувьд сайн сонголт хэвээр байна.
Титан субстрат дээр цагаан алтны давхаргыг хуримтлуулах нь хайлсан давс дахь өндөр температурт электролиз (HTE) замаар электрохимийн аргаар хамгийн сайн хийгддэг.Нарийвчилсан HTE процесс нь нарийн бүрэхийг баталгаажуулдаг: ойролцоогоор 1% -иас 3% цагаан алт агуулсан кали, натрийн цианидын холимогоор хийсэн 550 ° C-ийн хайлсан ваннд үнэт металлыг цахилгаан химийн аргаар титан дээр хуримтлуулдаг.Субстрат нь аргонтой хаалттай системд түгжигдсэн бөгөөд давстай банн нь давхар тигель юм.1-ээс 5 А / дм2 хүртэлх гүйдэл нь 0.5-аас 2 В-ийн бүрхүүлийн хурцадмал байдалтайгаар цагт 10-50 микрон тусгаарлагчийн хурдыг хангадаг.
HTE процессыг ашигласан платинжуулсан анодууд нь усан электролитээр бүрсэн анодуудаас ихээхэн давуу талтай.Хайлсан давсны цагаан алтны бүрхүүлийн цэвэршилт нь дор хаяж 99.9% байдаг бөгөөд энэ нь усан уусмалаас хуримтлагдсан цагаан алтны давхаргаас хамаагүй өндөр юм.Уян хатан чанар, наалдамхай чанар, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал, дотоод хурцадмал байдал нь мэдэгдэхүйц сайжирсан.
Анодын дизайныг оновчтой болгох талаар бодохдоо хамгийн чухал нь тулгуур бүтэц, анодын тэжээлийн хангамжийг оновчтой болгох явдал юм.Хамгийн сайн шийдэл бол титан хуудасны бүрээсийг халааж, зэсийн гол руу ороох явдал юм.Зэс бол Pb/Sn хайлшаас ердөө 9%-ийн эсэргүүцэлтэй хамгийн тохиромжтой дамжуулагч юм.CuTi тэжээлийн хангамж нь зөвхөн анодын дагуу хамгийн бага эрчим хүчний алдагдлыг баталгаажуулдаг тул катодын угсралтын давхаргын зузаанын хуваарилалт ижил байна.
Өөр нэг эерэг нөлөө нь бага дулаан ялгардаг.Хөргөлтийн шаардлага багасч, анод дээрх цагаан алтны элэгдэл багасна.Зэврэлтээс хамгаалах титан бүрээс нь зэсийн голыг хамгаална.Өргөтгөсөн металлыг дахин бүрэхдээ зөвхөн хүрээ ба/эсвэл цахилгаан хангамжийг цэвэрлэж, бэлтгэ.Тэдгээрийг олон удаа дахин ашиглах боломжтой.
Эдгээр дизайны удирдамжийг дагаснаар та Pt/Ti эсвэл Pt/Nb загваруудыг ашиглан хатуу хром бүрэх зориулалттай "хамгийн тохиромжтой анод"-ыг үүсгэж болно.Хэмжээст тогтвортой загварууд нь хөрөнгө оруулалтын шатанд хар тугалганы анодоос илүү үнэтэй байдаг.Гэсэн хэдий ч зардлыг илүү нарийвчлан авч үзэхэд цагаан алтаар бүрсэн титан загвар нь хатуу хром бүрэхээс илүү сонирхолтой хувилбар байж болно.
Энэ нь ердийн хар тугалга, цагаан алтны анодын нийт өртөгт иж бүрэн, нарийвчилсан дүн шинжилгээ хийсэнтэй холбоотой юм.
PbSn7-ээр хийсэн найман хар тугалганы хайлшийн анодыг (1700 мм урт, 40 мм диаметртэй) цилиндр хэсгүүдийг хромоор бүрэх зориулалттай тохирох хэмжээтэй Pt/Ti анодтой харьцуулсан.Найман хар тугалганы анод үйлдвэрлэхэд 1400 евро (1471 ам. доллар) үнэтэй бөгөөд энэ нь эхлээд харахад хямдхан мэт санагддаг.Шаардлагатай Pt/Ti анодыг боловсруулахад шаардагдах хөрөнгө оруулалт хамаагүй өндөр байна.Эхний худалдан авалтын үнэ ойролцоогоор 7000 евро байна.Платинум өнгөлгөө нь ялангуяа үнэтэй байдаг.Энэ хэмжээний 45 хувийг зөвхөн цэвэр үнэт металл эзэлдэг.2.5 микрон зузаантай цагаан алтаар бүрэхийн тулд найман анод тус бүрт 11.3 г үнэт металл шаардлагатай.Нэг грамм нь 35 еврогийн үнээр энэ нь 3160 евротой тохирч байна.
Хар тугалганы анодууд нь хамгийн сайн сонголт мэт санагдаж болох ч үүнийг сайтар нягталж үзэхэд хурдан өөрчлөгдөж болно.Гуравхан жилийн дараа хар тугалганы анодын нийт өртөг нь Pt/Ti загвараас хамаагүй өндөр байна.Консерватив тооцооны жишээнд хэрэглээний урсгалын ердийн нягтыг 40 А/дм2 гэж үзье.Үүний үр дүнд 168 дм2 анодын гадаргуу дээрх эрчим хүчний урсгал нь гурван жилийн турш 6700 цаг ажиллахад 6720 ампер байв.Энэ нь жилд ажлын 10 цаг ажиллахаас ойролцоогоор 220 ажлын өдөртэй тэнцэж байна.Платин нь уусмал болж исэлдэхэд цагаан алтны давхаргын зузаан аажмаар буурдаг.Жишээлбэл, энэ нь сая ампер цаг тутамд 2 грамм гэж тооцогддог.
Хар тугалганы анодоос Pt/Ti-ийн зардлын давуу тал нь олон шалтгаантай байдаг.Түүнчлэн цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээг бууруулснаар (үнэ 0.14 евро/кВт.ц хасахаас 14,800 кВт.ц/жил) жилд 2000 орчим евро зарцуулдаг.Нэмж дурдахад хар тугалганы хромат лагийг зайлуулахад жилд 500 орчим евро, засвар үйлчилгээ, үйлдвэрлэлийн зогсолтод 1000 евро шаардагдахгүй болсон нь маш консерватив тооцоо юм.
Гурван жилийн хугацаанд хар тугалганы анодын нийт өртөг нь 14,400 евро (15,130 доллар) байв.Pt/Ti анодын үнэ дахин бүрэхийг оролцуулаад 12020 евро.Засвар үйлчилгээний зардал, үйлдвэрлэлийн зогсолтыг (жилд өдөрт 1000 евро) тооцоогүй байсан ч гурван жилийн дараа алдагдал хүлээх цэгт хүрдэг.Энэ үеэс эхлэн тэдгээрийн хоорондын зай Pt/Ti анодын талд улам бүр нэмэгддэг.
Олон үйлдвэрүүд өндөр температурт цагаан алтаар бүрсэн электролитийн анодын янз бүрийн ашиг тусыг ашигладаг.Гэрэлтүүлэг, хагас дамжуулагч, хэлхээний самбар үйлдвэрлэгчид, автомашин, гидравлик, уул уурхай, усан байгууламж, усан сан зэрэг нь эдгээр бүрэх технологид тулгуурладаг.Тогтвортой зардал, байгаль орчны асуудал нь урт хугацааны асуудал учраас ирээдүйд илүү олон програмуудыг хөгжүүлэх нь гарцаагүй.Үүний үр дүнд хар тугалга нь илүү их хяналттай тулгарч магадгүй юм.
Өгүүллийн эхийг Германы Ааленийн Хэрэглээний Шинжлэх Ухааны Их Сургуулийн профессор Тимо Сёргелийн засварласан Annual Surface Technology сэтгүүлд (2015 оны 71-р боть) герман хэл дээр нийтлэв.Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Герман.
Ихэнх металл өнгөлгөөний ажилд маск хэрэглэдэг бөгөөд зөвхөн хэсгийн гадаргуугийн тодорхой хэсгийг л боловсруулах ёстой.Үүний оронд эмчилгээ хийх шаардлагагүй эсвэл зайлсхийх ёстой гадаргуу дээр маск хийж болно.Энэ нийтлэлд металл өнгөлгөөний маск хийх олон тал, тухайлбал хэрэглээ, арга техник, ашигласан янз бүрийн төрлийн маскуудыг багтаасан болно.