Umicore Electroplating i Tyskland bruker høytemperaturelektrolytiske anoder.I denne prosessen avsettes platina på basismaterialer som titan, niob, tantal, molybden, wolfram, rustfritt stål og nikkellegeringer i et smeltet saltbad ved 550°C under argon.
Figur 2: En høytemperatur galvanisert platina/titananode beholder sin form over lang tid.
Figur 3: Ekspandert mesh Pt/Ti-anode.Ekspandert metallnett gir optimal elektrolytttransport.Avstanden mellom anode- og katodekomponentene kan reduseres og strømtettheten økes.Resultatet: bedre kvalitet på kortere tid.
Figur 4: Bredden på nettet på anoden for strekkmetallnett kan justeres.Nettingen gir økt elektrolyttsirkulasjon og bedre gassfjerning.
Bly følges nøye over hele verden.I USA holder helsemyndigheter og arbeidsplasser seg til advarslene sine.Til tross for galvaniseringsselskapenes mangeårige erfaring med å håndtere farlige materialer, fortsetter metall å bli sett mer og mer kritisk på.
For eksempel må alle som bruker blyanoder i USA registrere seg hos EPAs føderale Toxic Chemical Release Register.Dersom et galvaniseringsfirma kun behandler ca. 29 kg bly per år, kreves det fortsatt registrering.
Derfor er det nødvendig å se etter et alternativ i USA.Ikke bare virker blyanode-hardforkromningsanlegget billig ved første øyekast, det er også mange ulemper:
Dimensjonsstabile anoder er et interessant alternativ til hardkromplettering (se fig. 2) med platinaoverflate på titan eller niob som underlag.
Platinabelagte anoder gir mange fordeler fremfor hardkrombelegg.Disse inkluderer følgende fordeler:
For ideelle resultater, tilpass anoden til utformingen av delen som skal belegges.Dette gjør det mulig å få anoder med stabile dimensjoner (plater, sylindre, T-formede og U-formede), mens blyanoder hovedsakelig er standardplater eller stenger.
Pt/Ti- og Pt/Nb-anoder har ikke lukkede overflater, men strekkmetallplater med variabel maskevidde.Dette fører til en god fordeling av energi, elektriske felt kan virke i og rundt nettet (se fig. 3).
Derfor, jo mindre avstand mellomanodeog katoden, jo høyere flukstetthet av belegget.Lag kan påføres raskere: utbyttet økes.Bruk av gitter med stort effektivt overflateareal kan forbedre separasjonsforholdene betydelig.
Dimensjonsstabilitet kan oppnås ved å kombinere platina og titan.Begge metallene gir optimale parametere for hardforkroming.Resistiviteten til platina er svært lav, bare 0,107 Ohm×mm2/m.Verdien av bly er nesten det dobbelte av bly (0,208 ohm×mm2/m).Titan har utmerket korrosjonsbestandighet, men denne evnen reduseres i nærvær av halogenider.For eksempel varierer nedbrytningsspenningen til titan i kloridholdige elektrolytter fra 10 til 15 V, avhengig av pH.Dette er betydelig høyere enn for niob (35 til 50 V) og tantal (70 til 100 V).
Titan har ulemper når det gjelder korrosjonsbestandighet i sterke syrer som svovelsyre, salpetersyre, flussyre, oksalsyre og metansulfonsyre.Derimot,titaner fortsatt et godt valg på grunn av sin bearbeidbarhet og pris.
Avsetningen av et lag av platina på et titansubstrat utføres best elektrokjemisk ved høytemperaturelektrolyse (HTE) i smeltede salter.Den sofistikerte HTE-prosessen sikrer presis belegg: i et 550°C smeltet bad laget av en blanding av kalium og natriumcyanider som inneholder omtrent 1 % til 3 % platina, avsettes edelmetallet elektrokjemisk på titan.Underlaget er låst i et lukket system med argon, og saltbadet er i en dobbel digel.Strøm fra 1 til 5 A/dm2 gir en isolasjonshastighet på 10 til 50 mikron per time med en beleggspenning på 0,5 til 2 V.
Platiniserte anoder som bruker HTE-prosessen har klart bedre enn anoder belagt med vandig elektrolytt.Renheten til platinabelegg fra smeltet salt er minst 99,9 %, noe som er betydelig høyere enn for platinalag avsatt fra vandige løsninger.Betydelig forbedret duktilitet, vedheft og korrosjonsbestandighet med minimal indre spenning.
Når man vurderer å optimalisere anodedesignet, er det viktigste optimaliseringen av støttestrukturen og anodestrømforsyningen.Den beste løsningen er å varme og vikle titanplatebelegget på kobberkjernen.Kobber er en ideell leder med en resistivitet på bare ca. 9 % av den til Pb/Sn-legeringer.CuTi-strømforsyningen sikrer minimalt strømtap kun langs anoden, så lagtykkelsesfordelingen på katodeenheten er den samme.
En annen positiv effekt er at det genereres mindre varme.Kjølebehov reduseres og platinaslitasje på anoden reduseres.Anti-korrosjon titan belegg beskytter kobberkjernen.Ved overmaling av strekkmetall, rengjør og klargjør kun rammen og/eller strømforsyningen.De kan gjenbrukes mange ganger.
Ved å følge disse designretningslinjene kan du bruke Pt/Ti- eller Pt/Nb-modellene til å lage "ideelle anoder" for hardkrombelegg.Dimensjonsstabile modeller koster mer på investeringsstadiet enn blyanoder.Men når man vurderer kostnadene mer detaljert, kan en platinabelagt titanmodell være et interessant alternativ til hardforkromning.
Dette skyldes en omfattende og grundig analyse av totalkostnaden for konvensjonelle bly- og platinaanoder.
Åtte blylegeringsanoder (1700 mm lange og 40 mm i diameter) laget av PbSn7 ble sammenlignet med passende størrelse Pt/Ti-anoder for forkroming av sylindriske deler.Produksjonen av åtte blyanoder koster rundt 1.400 euro (1.471 amerikanske dollar), noe som ved første øyekast virker billig.Investeringen som kreves for å utvikle de nødvendige Pt/Ti-anodene er mye høyere.Den opprinnelige kjøpesummen er rundt 7.000 euro.Platinafinisher er spesielt dyre.Bare rene edle metaller står for 45 % av denne mengden.Et 2,5 µm tykt platinabelegg krever 11,3 g edelt metall for hver av de åtte anodene.Til en pris på 35 euro per gram tilsvarer dette 3160 euro.
Selv om blyanoder kan virke som det beste valget, kan dette raskt endre seg ved nærmere inspeksjon.Etter bare tre år er den totale kostnaden for en blyanode betydelig høyere enn Pt/Ti-modellen.I et konservativt regneeksempel, anta en typisk bruksflukstetthet på 40 A/dm2.Som et resultat var kraftstrømmen ved en gitt anodeoverflate på 168 dm2 6720 ampere ved 6700 timers drift i tre år.Dette tilsvarer cirka 220 arbeidsdager av 10 arbeidstimer per år.Når platinaet oksiderer til løsning, avtar tykkelsen på platinalaget sakte.I eksemplet regnes dette som 2 gram per million amperetimer.
Det er mange grunner til kostnadsfordelen ved Pt/Ti fremfor blyanoder.I tillegg koster redusert strømforbruk (pris 0,14 EUR/kWh minus 14 800 kWh/år) ca 2 000 EUR per år.I tillegg er det ikke lenger behov for en årlig kostnad på rundt 500 euro for deponering av blykromatslam, samt 1000 euro for vedlikehold og produksjonsstans – svært konservative beregninger.
Den totale kostnaden for blyanoder over tre år var €14.400 ($15.130).Kostnaden for Pt/Ti-anoder er 12 020 euro, inkludert overmaling.Selv uten å ta hensyn til vedlikeholdskostnader og produksjonsstans (1000 euro per dag per år), nås break-even etter tre år.Fra dette tidspunktet øker gapet mellom dem enda mer til fordel for Pt/Ti-anoden.
Mange bransjer drar nytte av de ulike fordelene med høytemperatur platinabelagte elektrolytiske anoder.Belysnings-, halvleder- og kretskortprodusenter, bilindustri, hydraulikk, gruvedrift, vannverk og svømmebassenger stoler på disse beleggsteknologiene.Flere applikasjoner vil sikkert bli utviklet i fremtiden, ettersom bærekraftige kostnader og miljøhensyn er langsiktige bekymringer.Som et resultat kan bly bli utsatt for økt gransking.
Den originale artikkelen ble publisert på tysk i Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) redigert av prof. Timo Sörgel fra Aalen University of Applied Sciences, Tyskland.Med tillatelse fra Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Tyskland.
I de fleste metalletterbehandlingsoperasjoner brukes maskering, der bare visse områder av overflaten til delen skal behandles.I stedet kan maskering brukes på overflater hvor behandling ikke er nødvendig eller bør unngås.Denne artikkelen dekker mange aspekter av metallfinishmaskering, inkludert applikasjoner, teknikker og de forskjellige typer maskering som brukes.