Umicore Electroplating din Germania folosește anozi electrolitici de temperatură înaltă.În acest proces, platina este depusă pe materiale de bază precum titan, niobiu, tantal, molibden, wolfram, oțel inoxidabil și aliaje de nichel într-o baie de sare topită la 550°C sub argon.
Figura 2: Un anod de platină/titan galvanizat la temperatură înaltă își păstrează forma pe o perioadă lungă de timp.
Figura 3: Anod Pt/Ti cu plasă extinsă.Plasa metalica expandata ofera transport optim de electrolit.Distanța dintre componentele anod și catod poate fi redusă și densitatea curentului poate fi crescută.Rezultatul: calitate mai bună în mai puțin timp.
Figura 4: Lățimea rețelei de pe anodul plasă metalică expandată poate fi ajustată.Plasa oferă o circulație sporită a electroliților și o mai bună eliminare a gazelor.
Plumbul este urmărit îndeaproape în întreaga lume.În SUA, autoritățile din domeniul sănătății și locurile de muncă respectă avertismentele lor.În ciuda anilor de experiență ai companiilor de galvanizare în tratarea materialelor periculoase, metalul continuă să fie privit din ce în ce mai critic.
De exemplu, oricine folosește anozi de plumb în Statele Unite trebuie să se înregistreze în Registrul federal de eliberare a substanțelor chimice toxice al EPA.Dacă o companie de galvanizare prelucrează doar aproximativ 29 kg de plumb pe an, înregistrarea este totuși necesară.
Prin urmare, este necesar să căutăm o alternativă în SUA.Nu numai că instalația de cromare dură cu anod de plumb pare ieftină la prima vedere, dar există și multe dezavantaje:
Anozii stabili dimensional reprezintă o alternativă interesantă la placarea cu crom dur (vezi Fig. 2) cu o suprafață de platină pe titan sau niobiu ca substrat.
Anozii acoperiți cu platină oferă multe avantaje față de placarea cu crom dur.Acestea includ următoarele beneficii:
Pentru rezultate ideale, adaptați anodul la designul piesei de acoperit.Acest lucru face posibilă obținerea de anozi cu dimensiuni stabile (plăci, cilindri, în formă de T și în formă de U), în timp ce anozii de plumb sunt în principal foi sau tije standard.
Anozii Pt/Ti și Pt/Nb nu au suprafețe închise, ci mai degrabă foi metalice expandate cu dimensiunea ochiurilor variabile.Acest lucru duce la o bună distribuție a energiei, câmpurile electrice pot funcționa în și în jurul rețelei (vezi Fig. 3).
Prin urmare, cu cât distanța dintre ele este mai micăanodiar catodul, cu atât densitatea de flux a acoperirii este mai mare.Straturile pot fi aplicate mai rapid: randamentul este crescut.Utilizarea grilelor cu o suprafață efectivă mare poate îmbunătăți semnificativ condițiile de separare.
Stabilitatea dimensională poate fi obținută prin combinarea platinei și titanului.Ambele metale oferă parametri optimi pentru cromarea dură.Rezistivitatea platinei este foarte scăzută, doar 0,107 Ohm×mm2/m.Valoarea plumbului este aproape de două ori mai mare decât a plumbului (0,208 ohm×mm2/m).Titanul are o rezistență excelentă la coroziune, totuși această capacitate este redusă în prezența halogenurilor.De exemplu, tensiunea de rupere a titanului în electroliții care conțin clorură variază de la 10 la 15 V, în funcție de pH.Aceasta este semnificativ mai mare decât cea a niobiului (35 până la 50 V) și tantalului (70 până la 100 V).
Titanul are dezavantaje în ceea ce privește rezistența la coroziune în acizii puternici precum acizii sulfuric, azotic, fluorhidric, oxalic și metansulfonic.In orice caz,titaneste încă o alegere bună datorită prelucrabilității și prețului său.
Depunerea unui strat de platină pe un substrat de titan se realizează cel mai bine electrochimic prin electroliză la temperatură înaltă (HTE) în săruri topite.Procesul sofisticat HTE asigură o acoperire precisă: într-o baie topită la 550°C realizată dintr-un amestec de cianuri de potasiu și sodiu care conține aproximativ 1% până la 3% platină, metalul prețios este depus electrochimic pe titan.Substratul este blocat într-un sistem închis cu argon, iar baia de sare este într-un creuzet dublu.Curenții de la 1 la 5 A/dm2 asigură o rată de izolație de 10 până la 50 microni pe oră cu o tensiune de acoperire de 0,5 până la 2 V.
Anozii platinați folosind procesul HTE au depășit cu mult anozii acoperiți cu electrolit apos.Puritatea straturilor de platină din sare topită este de cel puțin 99,9%, ceea ce este semnificativ mai mare decât cea a straturilor de platină depuse din soluții apoase.Ductilitate, aderență și rezistență la coroziune îmbunătățite semnificativ cu tensiune internă minimă.
Atunci când se ia în considerare optimizarea designului anodului, cea mai importantă este optimizarea structurii suport și a alimentării anodului.Cea mai bună soluție este să încălziți și să înfășurați stratul de acoperire din titan pe miezul de cupru.Cuprul este un conductor ideal cu o rezistivitate de numai aproximativ 9% din cea a aliajelor Pb/Sn.Sursa de alimentare CuTi asigură pierderi minime de putere doar de-a lungul anodului, astfel încât distribuția grosimii stratului pe ansamblul catodului este aceeași.
Un alt efect pozitiv este că se generează mai puțină căldură.Cerințele de răcire sunt reduse și uzura de platină a anodului este redusă.Învelișul de titan anticoroziv protejează miezul de cupru.Când acoperiți metalul expandat, curățați și pregătiți numai cadrul și/sau sursa de alimentare.Ele pot fi refolosite de multe ori.
Urmând aceste linii directoare de proiectare, puteți utiliza modelele Pt/Ti sau Pt/Nb pentru a crea „anozi ideali” pentru cromarea dură.Modelele stabile dimensional costă mai mult la etapa de investiție decât anozii de plumb.Cu toate acestea, când luăm în considerare costul mai detaliat, un model din titan placat cu platină poate fi o alternativă interesantă la placarea cu crom dur.
Acest lucru se datorează unei analize cuprinzătoare și amănunțite a costului total al anozilor convenționali de plumb și platină.
Opt anozi din aliaj de plumb (1700 mm lungime și 40 mm în diametru) din PbSn7 au fost comparați cu anozi Pt/Ti de dimensiuni adecvate pentru cromarea pieselor cilindrice.Producția a opt anozi de plumb costă în jur de 1.400 de euro (1.471 de dolari SUA), ceea ce la prima vedere pare ieftin.Investiția necesară pentru a dezvolta anozii Pt/Ti necesari este mult mai mare.Prețul inițial de achiziție este în jur de 7.000 de euro.Finisajele din platină sunt deosebit de scumpe.Doar metalele prețioase pure reprezintă 45% din această cantitate.Un strat de platină cu grosimea de 2,5 µm necesită 11,3 g de metal prețios pentru fiecare dintre cei opt anozi.La un preț de 35 de euro pe gram, aceasta corespunde la 3160 de euro.
În timp ce anozii de plumb pot părea cea mai bună alegere, acest lucru se poate schimba rapid la o inspecție mai atentă.După numai trei ani, costul total al unui anod de plumb este semnificativ mai mare decât modelul Pt/Ti.Într-un exemplu de calcul conservator, presupuneți o densitate tipică a fluxului aplicației de 40 A/dm2.Ca rezultat, fluxul de putere la o suprafață anume a anodului de 168 dm2 a fost de 6720 de amperi la 6700 de ore de funcționare timp de trei ani.Aceasta corespunde la aproximativ 220 de zile lucrătoare din 10 ore de lucru pe an.Pe măsură ce platina se oxidează în soluție, grosimea stratului de platină scade încet.În exemplu, aceasta este considerată 2 grame per milion de amperi-oră.
Există multe motive pentru avantajul de cost al Pt/Ti față de anozii de plumb.În plus, consumul redus de energie electrică (preț 0,14 EUR/kWh minus 14.800 kWh/an) costă aproximativ 2.000 EUR pe an.În plus, nu mai este nevoie de un cost anual de aproximativ 500 de euro pentru eliminarea nămolului de cromat de plumb, precum și de 1000 de euro pentru întreținere și timp de nefuncționare a producției – calcule foarte conservatoare.
Costul total al anozilor de plumb pe parcursul a trei ani a fost de 14.400 EUR (15.130 USD).Costul anozilor Pt/Ti este de 12.020 euro, cu acoperire inclusă.Chiar și fără a ține cont de costurile de întreținere și de oprirea producției (1000 de euro pe zi pe an), pragul de rentabilitate este atins după trei ani.Din acest moment, decalajul dintre ele crește și mai mult în favoarea anodului Pt/Ti.
Multe industrii profită de diferitele beneficii ale anozilor electrolitici acoperiți cu platină la temperatură înaltă.Producătorii de iluminat, semiconductori și plăci de circuite, auto, hidraulice, minerit, instalații de apă și piscine se bazează pe aceste tehnologii de acoperire.Cu siguranță vor fi dezvoltate mai multe aplicații în viitor, deoarece costurile durabile și considerentele de mediu sunt preocupări pe termen lung.Ca rezultat, plumbul se poate confrunta cu un control sporit.
Articolul original a fost publicat în limba germană în Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) editat de prof. Timo Sörgel de la Universitatea de Științe Aplicate din Aalen, Germania.Cu amabilitatea lui Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Germania.
În majoritatea operațiunilor de finisare a metalelor, se folosește mascarea, unde trebuie prelucrate doar anumite zone ale suprafeței piesei.În schimb, mascarea poate fi folosită pe suprafețe unde tratamentul nu este necesar sau trebuie evitat.Acest articol acoperă multe aspecte ale mascarii finisajului metalic, inclusiv aplicațiile, tehnicile și diferitele tipuri de mascare utilizate.