A Umicore Electroplating na Alemanha usa ânodos eletrolíticos de alta temperatura.Neste processo, a platina é depositada em materiais de base como titânio, nióbio, tântalo, molibdênio, tungstênio, aço inoxidável e ligas de níquel em banho de sal fundido a 550°C sob argônio.
Figura 2: Um ânodo de platina/titânio galvanizado de alta temperatura mantém sua forma por um longo período de tempo.
Figura 3: Ânodo de malha expandida Pt/Ti.A malha metálica expandida proporciona um transporte ideal de eletrólitos.A distância entre os componentes do ânodo e do cátodo pode ser reduzida e a densidade de corrente aumentada.O resultado: melhor qualidade em menos tempo.
Figura 4: A largura da malha no ânodo de malha metálica expandida pode ser ajustada.A malha proporciona maior circulação de eletrólitos e melhor remoção de gases.
O chumbo é observado de perto em todo o mundo.Nos EUA, as autoridades de saúde e os locais de trabalho cumprem os seus avisos.Apesar dos anos de experiência das empresas de galvanoplastia no tratamento de materiais perigosos, o metal continua a ser visto de forma cada vez mais crítica.
Por exemplo, qualquer pessoa que use ânodos de chumbo nos Estados Unidos deve registrar-se no Registro Federal de Liberação de Produtos Químicos Tóxicos da EPA.Se uma empresa de galvanoplastia processa apenas cerca de 29 kg de chumbo por ano, o registo ainda é necessário.
Portanto, é preciso buscar uma alternativa nos EUA.A planta de cromagem dura com ânodo de chumbo não só parece barata à primeira vista, mas também tem muitas desvantagens:
Ânodos dimensionalmente estáveis ​​são uma alternativa interessante ao cromo duro (ver Fig. 2) com uma superfície de platina sobre titânio ou nióbio como substrato.
Os ânodos revestidos de platina oferecem muitas vantagens em relação ao cromo duro.Isso inclui os seguintes benefícios:
Para resultados ideais, adapte o ânodo ao desenho da peça a revestir.Isto permite obter ânodos com dimensões estáveis ​​(placas, cilindros, em forma de T e em forma de U), enquanto os ânodos de chumbo são principalmente folhas ou hastes padrão.
Os ânodos Pt/Ti e Pt/Nb não possuem superfícies fechadas, mas sim chapas metálicas expandidas com malhas variáveis.Isto leva a uma boa distribuição de energia, os campos elétricos podem atuar dentro e ao redor da rede (ver Fig. 3).
Portanto, quanto menor a distância entre osânodoe o cátodo, maior será a densidade de fluxo do revestimento.As camadas podem ser aplicadas mais rapidamente: o rendimento aumenta.O uso de grades com grande área superficial efetiva pode melhorar significativamente as condições de separação.
A estabilidade dimensional pode ser alcançada combinando platina e titânio.Ambos os metais fornecem parâmetros ideais para cromagem dura.A resistividade da platina é muito baixa, apenas 0,107 Ohm×mm2/m.O valor do chumbo é quase o dobro do chumbo (0,208 ohm×mm2/m).O titânio possui excelente resistência à corrosão, porém esta capacidade é reduzida na presença de haletos.Por exemplo, a tensão de ruptura do titânio em eletrólitos contendo cloreto varia de 10 a 15 V, dependendo do pH.Isto é significativamente maior do que o do nióbio (35 a 50 V) e do tântalo (70 a 100 V).
O titânio apresenta desvantagens em termos de resistência à corrosão em ácidos fortes como os ácidos sulfúrico, nítrico, fluorídrico, oxálico e metanossulfônico.No entanto,titânioainda é uma boa escolha devido à sua usinabilidade e preço.
A deposição de uma camada de platina sobre um substrato de titânio é melhor realizada eletroquimicamente por eletrólise de alta temperatura (HTE) em sais fundidos.O sofisticado processo HTE garante um revestimento preciso: em um banho fundido a 550°C feito de uma mistura de cianetos de potássio e sódio contendo aproximadamente 1% a 3% de platina, o metal precioso é depositado eletroquimicamente sobre o titânio.O substrato é travado em sistema fechado com argônio e o banho de sal em cadinho duplo.Correntes de 1 a 5 A/dm2 proporcionam uma taxa de isolamento de 10 a 50 mícrons por hora com uma tensão de revestimento de 0,5 a 2 V.
Os ânodos platinizados usando o processo HTE superaram muito os ânodos revestidos com eletrólito aquoso.A pureza dos revestimentos de platina a partir de sal fundido é de pelo menos 99,9%, o que é significativamente superior à das camadas de platina depositadas a partir de soluções aquosas.Ductilidade, adesão e resistência à corrosão significativamente melhoradas com tensão interna mínima.
Ao considerar a otimização do design do ânodo, o mais importante é a otimização da estrutura de suporte e da fonte de alimentação do ânodo.A melhor solução é aquecer e enrolar o revestimento da folha de titânio no núcleo de cobre.O cobre é um condutor ideal com resistividade de apenas cerca de 9% daquela das ligas Pb/Sn.A fonte de alimentação CuTi garante perdas mínimas de energia apenas ao longo do ânodo, de modo que a distribuição da espessura da camada no conjunto do cátodo é a mesma.
Outro efeito positivo é que menos calor é gerado.Os requisitos de resfriamento são reduzidos e o desgaste da platina no ânodo é reduzido.O revestimento anticorrosivo de titânio protege o núcleo de cobre.Ao repintar metal expandido, limpe e prepare apenas a estrutura e/ou fonte de alimentação.Eles podem ser reutilizados muitas vezes.
Seguindo essas diretrizes de projeto, você pode usar os modelos Pt/Ti ou Pt/Nb para criar “ânodos ideais” para cromagem dura.Os modelos dimensionalmente estáveis ​​custam mais na fase de investimento do que os ânodos de chumbo.No entanto, ao considerar o custo com mais detalhes, um modelo de titânio banhado a platina pode ser uma alternativa interessante ao cromo duro.
Isto se deve a uma análise abrangente e minuciosa do custo total dos ânodos convencionais de chumbo e platina.
Oito ânodos de liga de chumbo (1700 mm de comprimento e 40 mm de diâmetro) feitos de PbSn7 foram comparados com ânodos de Pt/Ti de tamanho apropriado para cromagem de peças cilíndricas.A produção de oito ânodos de chumbo custa cerca de 1.400 euros (1.471 dólares americanos), o que à primeira vista parece barato.O investimento necessário para desenvolver os ânodos de Pt/Ti necessários é muito maior.O preço inicial de compra ronda os 7.000 euros.Os acabamentos Platinum são especialmente caros.Apenas os metais preciosos puros representam 45% deste montante.Um revestimento de platina com 2,5 µm de espessura requer 11,3 g de metal precioso para cada um dos oito ânodos.Ao preço de 35 euros por grama, isto corresponde a 3160 euros.
Embora os ânodos de chumbo possam parecer a melhor escolha, isso pode mudar rapidamente após uma inspeção mais detalhada.Depois de apenas três anos, o custo total de um ânodo de chumbo é significativamente maior que o do modelo Pt/Ti.Em um exemplo de cálculo conservador, suponha uma densidade de fluxo de aplicação típica de 40 A/dm2.Como resultado, o fluxo de energia em uma determinada superfície anódica de 168 dm2 foi de 6.720 amperes às 6.700 horas de operação durante três anos.Isto corresponde a aproximadamente 220 dias úteis em 10 horas de trabalho por ano.À medida que a platina se oxida em solução, a espessura da camada de platina diminui lentamente.No exemplo, isso é considerado 2 gramas por milhão de amperes-hora.
Existem muitas razões para a vantagem de custo do Pt/Ti em relação aos ânodos de chumbo.Além disso, o consumo reduzido de eletricidade (preço 0,14 EUR/kWh menos 14.800 kWh/ano) custa cerca de 2.000 EUR por ano.Além disso, deixa de ser necessário um custo anual de cerca de 500 euros para a eliminação de lamas de cromato de chumbo, bem como de 1000 euros para manutenção e paragens de produção – cálculos muito conservadores.
O custo total dos ânodos de chumbo ao longo de três anos foi de 14.400 euros (15.130 dólares).O custo dos ânodos Pt/Ti é de 12.020 euros, incluindo repintura.Mesmo sem ter em conta os custos de manutenção e as paragens de produção (1000 euros por dia por ano), o ponto de equilíbrio é alcançado após três anos.A partir deste ponto, a distância entre eles aumenta ainda mais em favor do ânodo Pt/Ti.
Muitas indústrias aproveitam os vários benefícios dos ânodos eletrolíticos revestidos de platina de alta temperatura.Fabricantes de iluminação, semicondutores e placas de circuito, automotivo, hidráulico, mineração, sistema hidráulico e piscinas contam com essas tecnologias de revestimento.Mais aplicações serão certamente desenvolvidas no futuro, uma vez que os custos sustentáveis ​​e as considerações ambientais são preocupações a longo prazo.Como resultado, o chumbo pode enfrentar um escrutínio cada vez maior.
O artigo original foi publicado em alemão no Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) editado pelo Prof. Timo Sörgel da Aalen University of Applied Sciences, Alemanha.Cortesia de Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Alemanha.
Na maioria das operações de acabamento de metal, é utilizado mascaramento, onde apenas determinadas áreas da superfície da peça devem ser processadas.Em vez disso, a máscara pode ser usada em superfícies onde o tratamento não é necessário ou deve ser evitado.Este artigo aborda muitos aspectos do mascaramento de acabamento metálico, incluindo aplicações, técnicas e os diferentes tipos de mascaramento usados.