Umicore Electroplating in Duitsland maakt gebruik van elektrolytische anodes op hoge temperatuur.Bij dit proces wordt platina op basismaterialen zoals titanium, niobium, tantaal, molybdeen, wolfraam, roestvrij staal en nikkellegeringen afgezet in een gesmolten zoutbad van 550°C onder argon.
Figuur 2: Een op hoge temperatuur gegalvaniseerde platina/titanium-anode behoudt zijn vorm gedurende een lange periode.
Figuur 3: Uitgebreide mesh Pt/Ti-anode.Strekmetaalgaas zorgt voor optimaal elektrolyttransport.De afstand tussen de anode- en kathodecomponenten kan worden verkleind en de stroomdichtheid worden vergroot.Het resultaat: betere kwaliteit in minder tijd.
Figuur 4: De breedte van het gaas op de anode van strekmetaalgaas kan worden aangepast.Het gaas zorgt voor een verhoogde elektrolytcirculatie en een betere gasverwijdering.
Lood wordt over de hele wereld nauwlettend in de gaten gehouden.In de VS houden gezondheidsautoriteiten en werkplekken zich aan hun waarschuwingen.Ondanks de jarenlange ervaring van de galvaniseerbedrijven in de omgang met gevaarlijke stoffen, wordt er nog steeds kritischer naar metaal gekeken.
Iedereen die in de Verenigde Staten loodanodes gebruikt, moet zich bijvoorbeeld registreren bij het federale Toxic Chemical Release Register van de EPA.Als een galvaniseerbedrijf slechts zo’n 29 kg lood per jaar verwerkt, is registratie toch verplicht.
Daarom is het noodzakelijk om naar een alternatief in de VS te zoeken.Niet alleen lijkt de loodanode-hardverchromingsinstallatie op het eerste gezicht goedkoop, er zijn ook veel nadelen:
Maatvaste anoden zijn een interessant alternatief voor hardverchromen (zie figuur 2) met een platina-oppervlak op titanium of niobium als substraat.
Met platina bedekte anoden bieden veel voordelen ten opzichte van hardverchromen.Deze omvatten de volgende voordelen:
Voor een optimaal resultaat past u de anode aan het ontwerp van het te coaten onderdeel aan.Hierdoor is het mogelijk om anodes te verkrijgen met stabiele afmetingen (platen, cilinders, T-vormig en U-vormig), terwijl loodanodes vooral standaard platen of staven zijn.
Pt/Ti- en Pt/Nb-anodes hebben geen gesloten oppervlakken, maar strekmetaalplaten met variabele maaswijdte.Dit leidt tot een goede distributie van energie, elektrische velden kunnen in en rond het netwerk werken (zie figuur 3).
Daarom geldt: hoe kleiner de afstand tussen deanodeen de kathode, hoe hoger de fluxdichtheid van de coating.Lagen kunnen sneller worden aangebracht: de opbrengst wordt verhoogd.Het gebruik van roosters met een groot effectief oppervlak kan de scheidingsomstandigheden aanzienlijk verbeteren.
Dimensionale stabiliteit kan worden bereikt door platina en titanium te combineren.Beide metalen bieden optimale parameters voor hardverchromen.De soortelijke weerstand van platina is zeer laag, slechts 0,107 Ohm×mm2/m.De waarde van lood is bijna tweemaal zo hoog als die van lood (0,208 ohm×mm2/m).Titanium heeft een uitstekende corrosieweerstand, maar dit vermogen wordt verminderd in de aanwezigheid van halogeniden.De doorslagspanning van titanium in chloridehoudende elektrolyten varieert bijvoorbeeld van 10 tot 15 V, afhankelijk van de pH.Dit is aanzienlijk hoger dan die van niobium (35 tot 50 V) en tantaal (70 tot 100 V).
Titanium heeft nadelen in termen van corrosieweerstand in sterke zuren zoals zwavelzuur, salpeterzuur, fluorwaterstofzuur, oxaalzuur en methaansulfonzuren.Echter,titaniumis nog steeds een goede keuze vanwege de bewerkbaarheid en prijs.
De afzetting van een laag platina op een titaniumsubstraat kan het beste elektrochemisch worden uitgevoerd door elektrolyse bij hoge temperatuur (HTE) in gesmolten zouten.Het geavanceerde HTE-proces zorgt voor een nauwkeurige coating: in een gesmolten bad van 550 °C, gemaakt van een mengsel van kalium- en natriumcyaniden met ongeveer 1% tot 3% platina, wordt het edelmetaal elektrochemisch op titanium afgezet.Het substraat is opgesloten in een gesloten systeem met argon en het zoutbad bevindt zich in een dubbele smeltkroes.Stromen van 1 tot 5 A/dm2 zorgen voor een isolatiesnelheid van 10 tot 50 micron per uur met een coatingspanning van 0,5 tot 2 V.
Geplatineerde anodes die het HTE-proces gebruiken, presteren aanzienlijk beter dan anodes die zijn gecoat met waterige elektrolyt.De zuiverheid van platinacoatings uit gesmolten zout bedraagt ​​ten minste 99,9%, wat aanzienlijk hoger is dan die van platinalagen die zijn afgezet uit waterige oplossingen.Aanzienlijk verbeterde taaiheid, hechting en corrosieweerstand met minimale interne spanning.
Bij het overwegen van het optimaliseren van het anodeontwerp is de optimalisatie van de draagconstructie en de anodevoeding het belangrijkste.De beste oplossing is om de titaniumplaatcoating op de koperen kern te verwarmen en te wikkelen.Koper is een ideale geleider met een soortelijke weerstand van slechts ongeveer 9% van die van Pb/Sn-legeringen.De CuTi-voeding zorgt alleen langs de anode voor minimale vermogensverliezen, zodat de laagdikteverdeling op het kathodesamenstel hetzelfde is.
Een ander positief effect is dat er minder warmte ontstaat.De koelvereisten worden verminderd en platinaslijtage aan de anode wordt verminderd.Anticorrosieve titaniumcoating beschermt de koperen kern.Bij het opnieuw coaten van strekmetaal dient u alleen het frame en/of de voeding schoon te maken en voor te bereiden.Ze kunnen vele malen worden hergebruikt.
Door deze ontwerprichtlijnen te volgen, kunt u de Pt/Ti- of Pt/Nb-modellen gebruiken om “ideale anodes” te creëren voor hardverchromen.Maatstabiele modellen kosten in de investeringsfase meer dan loodanodes.Als je echter meer in detail naar de kosten kijkt, kan een geplatineerd titaniummodel een interessant alternatief zijn voor hardverchromen.
Dit is te danken aan een uitgebreide en grondige analyse van de totale kosten van conventionele lood- en platina-anodes.
Acht anoden van een loodlegering (1700 mm lang en 40 mm in diameter) gemaakt van PbSn7 werden vergeleken met Pt/Ti-anodes van de juiste grootte voor het verchromen van cilindrische onderdelen.De productie van acht loodanodes kost ongeveer 1.400 euro, wat op het eerste gezicht goedkoop lijkt.De investering die nodig is om de benodigde Pt/Ti-anodes te ontwikkelen is veel hoger.De initiële aankoopprijs bedraagt ​​ongeveer 7.000 euro.Platina-afwerkingen zijn bijzonder duur.Alleen pure edelmetalen zijn goed voor 45% van dit bedrag.Voor een 2,5 µm dikke platinacoating is voor elk van de acht anoden 11,3 g edelmetaal nodig.Bij een prijs van 35 euro per gram komt dit overeen met 3160 euro.
Hoewel loodanodes misschien de beste keuze lijken, kan dit bij nadere inspectie snel veranderen.Na slechts drie jaar zijn de totale kosten van een loodanode aanzienlijk hoger dan die van het Pt/Ti-model.Ga in een conservatief rekenvoorbeeld uit van een typische toepassingsfluxdichtheid van 40 A/dm2.Als gevolg hiervan bedroeg de stroomstroom bij een gegeven anodeoppervlak van 168 dm2 6720 ampère bij 6700 bedrijfsuren gedurende drie jaar.Dit komt overeen met ongeveer 220 werkdagen op 10 werkuren per jaar.Terwijl het platina in oplossing oxideert, neemt de dikte van de platinalaag langzaam af.In het voorbeeld wordt dit beschouwd als 2 gram per miljoen ampère-uur.
Er zijn veel redenen voor het kostenvoordeel van Pt/Ti ten opzichte van loodanodes.Bovendien kost een lager elektriciteitsverbruik (prijs 0,14 EUR/kWh minus 14.800 kWh/jaar) ongeveer 2.000 EUR per jaar.Bovendien hoeven er geen jaarlijkse kosten meer te worden gemaakt van ongeveer 500 euro voor de afvoer van loodchromaatslib, en ook niet meer van 1000 euro voor onderhoud en productiestilstand – zeer conservatieve berekeningen.
De totale kosten van loodanodes over een periode van drie jaar bedroegen € 14.400 ($ 15.130).De kosten voor Pt/Ti-anodes bedragen 12.020 euro, inclusief hercoaten.Zelfs zonder rekening te houden met onderhoudskosten en productiestilstand (1000 euro per dag per jaar) wordt na drie jaar het break-evenpunt bereikt.Vanaf dit punt wordt de afstand ertussen nog groter ten gunste van de Pt/Ti-anode.
Veel industrieën profiteren van de verschillende voordelen van met platina beklede elektrolytische anodes bij hoge temperaturen.Fabrikanten van verlichting, halfgeleiders en printplaten, de automobielsector, de hydrauliek, de mijnbouw, waterleidingbedrijven en zwembaden vertrouwen op deze coatingtechnologieën.In de toekomst zullen er zeker meer toepassingen worden ontwikkeld, omdat duurzame kosten- en milieuoverwegingen een langetermijnbelang zijn.Als gevolg hiervan kan lood onder meer toezicht komen te staan.
Het originele artikel werd in het Duits gepubliceerd in Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015), onder redactie van prof. Timo Sörgel van de Aalen University of Applied Sciences, Duitsland.Met dank aan Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Duitsland.
Bij de meeste metaalafwerkingen wordt maskering gebruikt, waarbij alleen bepaalde delen van het oppervlak van het onderdeel moeten worden verwerkt.In plaats daarvan kan maskering worden gebruikt op oppervlakken waar behandeling niet nodig is of moet worden vermeden.Dit artikel behandelt veel aspecten van het maskeren van metalen afwerkingen, inclusief toepassingen, technieken en de verschillende soorten maskers die worden gebruikt.