Umicore Electroplating в Германии использует высокотемпературные электролитические аноды.В этом процессе платина осаждается на основные материалы, такие как титан, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, нержавеющая сталь и никелевые сплавы, в ванне с расплавленной солью при температуре 550°C в атмосфере аргона.
Рисунок 2. Платино-титановый анод, подвергнутый высокотемпературному гальваническому покрытию, сохраняет свою форму в течение длительного периода времени.
Рисунок 3: Pt/Ti анод с расширенной сеткой.Расширенная металлическая сетка обеспечивает оптимальную транспортировку электролита.Расстояние между анодными и катодными компонентами можно уменьшить, а плотность тока увеличить.Результат: лучшее качество за меньшее время.
Рисунок 4. Ширину сетки на аноде из расширенной металлической сетки можно регулировать.Сетка обеспечивает повышенную циркуляцию электролита и лучшее газоотведение.
За свинцом пристально следят во всем мире.В США органы здравоохранения и рабочие места придерживаются своих предупреждений.Несмотря на многолетний опыт работы гальванических компаний с опасными материалами, к металлу продолжают относиться все более критично.
Например, любой, кто использует свинцовые аноды в Соединенных Штатах, должен зарегистрироваться в федеральном реестре выбросов токсичных химических веществ Агентства по охране окружающей среды.Если гальваническое предприятие перерабатывает всего около 29 кг свинца в год, регистрация все равно необходима.
Поэтому необходимо искать альтернативу в США.Установка твердого хромирования со свинцовым анодом не только кажется дешевым на первый взгляд, но и имеет множество недостатков:
Аноды со стабильными размерами являются интересной альтернативой твердому хромированию (см. рис. 2) с платиновой поверхностью на титане или ниобии в качестве подложки.
Аноды с платиновым покрытием имеют множество преимуществ по сравнению с твердым хромированием.К ним относятся следующие преимущества:
Для достижения идеальных результатов адаптируйте анод к конструкции покрываемой детали.Это позволяет получать аноды стабильных размеров (пластины, цилиндры, Т-образные и П-образные), тогда как свинцовые аноды представляют собой преимущественно стандартные листы или стержни.
Аноды Pt/Ti и Pt/Nb не имеют закрытых поверхностей, а представляют собой просечно-вытяжные металлические листы с переменным размером ячеек.Это приводит к хорошему распределению энергии, внутри и вокруг сети могут работать электрические поля (см. рис. 3).
Следовательно, чем меньше расстояние междуаноди катода, тем выше плотность потока покрытия.Слои можно наносить быстрее: урожайность увеличивается.Использование сеток с большой эффективной площадью поверхности позволяет существенно улучшить условия разделения.
Стабильность размеров может быть достигнута путем объединения платины и титана.Оба металла обеспечивают оптимальные параметры для твердого хромирования.Удельное сопротивление платины очень низкое, всего 0,107 Ом×мм2/м.Значение свинца почти в два раза превышает его значение (0,208 Ом×мм2/м).Титан обладает превосходной коррозионной стойкостью, однако эта способность снижается в присутствии галогенидов.Например, напряжение пробоя титана в хлоридсодержащих электролитах колеблется от 10 до 15 В в зависимости от pH.Это значительно выше, чем у ниобия (от 35 до 50 В) и тантала (от 70 до 100 В).
Титан имеет недостатки с точки зрения коррозионной стойкости в сильных кислотах, таких как серная, азотная, плавиковая, щавелевая и метансульфоновая кислоты.Однако,титанпо-прежнему является хорошим выбором из-за своей обрабатываемости и цены.
Нанесение слоя платины на титановую подложку лучше всего осуществлять электрохимическим способом, методом высокотемпературного электролиза (ВТЭ) в расплавленных солях.Сложный процесс HTE обеспечивает точное покрытие: в ванне с температурой 550°C, изготовленной из смеси цианидов калия и натрия, содержащей примерно от 1% до 3% платины, драгоценный металл электрохимически осаждается на титан.Подложку запирают в закрытой системе с аргоном, а соляную ванну – в двойном тигле.Токи от 1 до 5 А/дм2 обеспечивают скорость изоляции от 10 до 50 микрон в час при напряжении покрытия от 0,5 до 2 В.
Платинированные аноды, полученные методом HTE, значительно превосходят аноды, покрытые водным электролитом.Чистота платиновых покрытий из расплавов солей составляет не менее 99,9%, что существенно выше, чем у слоев платины, нанесенных из водных растворов.Значительно улучшенная пластичность, адгезия и коррозионная стойкость при минимальном внутреннем напряжении.
При рассмотрении оптимизации конструкции анода наиболее важным является оптимизация опорной конструкции и источника питания анода.Лучшее решение — нагреть и намотать покрытие из титанового листа на медный сердечник.Медь — идеальный проводник, удельное сопротивление которого составляет всего около 9% от удельного сопротивления сплавов Pb/Sn.Источник питания CuTi обеспечивает минимальные потери мощности только вдоль анода, поэтому распределение толщины слоя на катодном узле одинаковое.
Еще одним положительным эффектом является то, что выделяется меньше тепла.Снижаются требования к охлаждению и снижается износ платины на аноде.Антикоррозийное титановое покрытие защищает медный сердечник.При повторном покрытии просечно-вытяжного металла очистите и подготовьте только раму и/или блок питания.Их можно использовать повторно много раз.
Следуя этим рекомендациям по проектированию, вы можете использовать модели Pt/Ti или Pt/Nb для создания «идеальных анодов» для твердого хромирования.Модели со стабильными размерами стоят дороже на инвестиционном этапе, чем свинцовые аноды.Однако, если рассматривать стоимость более детально, то модель из титана с платиновым покрытием может стать интересной альтернативой твердому хромированию.
Это связано с всесторонним и тщательным анализом общей стоимости обычных свинцовых и платиновых анодов.
Восемь анодов из свинцового сплава (длиной 1700 мм и диаметром 40 мм), изготовленных из PbSn7, сравнивались с анодами Pt/Ti соответствующего размера для хромирования цилиндрических деталей.Производство восьми свинцовых анодов обходится примерно в 1400 евро (1471 доллар США), что на первый взгляд кажется дешевым.Инвестиции, необходимые для разработки необходимых Pt/Ti анодов, намного выше.Начальная цена покупки составляет около 7000 евро.Платиновая отделка особенно дорога.Только чистые драгоценные металлы составляют 45% этой суммы.Платиновое покрытие толщиной 2,5 мкм требует 11,3 г драгоценного металла на каждый из восьми анодов.При цене 35 евро за грамм это соответствует 3160 евро.
Хотя свинцовые аноды могут показаться лучшим выбором, при ближайшем рассмотрении ситуация может быстро измениться.Всего через три года общая стоимость свинцового анода значительно выше, чем у модели Pt/Ti.В консервативном примере расчета предположим, что типичная плотность потока приложения составляет 40 А/дм2.В результате поток мощности на заданной поверхности анода 168 дм2 составил 6720 ампер при 6700 часах работы за три года.Это соответствует примерно 220 рабочим дням из 10 рабочих часов в году.По мере окисления платины в раствор толщина слоя платины медленно уменьшается.В примере это считается 2 грамма на миллион ампер-часов.
Существует множество причин экономического преимущества Pt/Ti по сравнению со свинцовыми анодами.Кроме того, сниженное потребление электроэнергии (цена 0,14 евро/кВтч минус 14 800 кВтч/год) обходится примерно в 2000 евро в год.Кроме того, больше нет необходимости ежегодно тратить около 500 евро на утилизацию шлама хромата свинца, а также 1000 евро на техническое обслуживание и простой производства – очень консервативные расчеты.
Общая стоимость свинцовых анодов за три года составила 14 400 евро (15 130 долларов США).Стоимость Pt/Ti анодов составляет 12 020 евро, включая повторное покрытие.Даже без учета затрат на обслуживание и простоев производства (1000 евро в день в год) точка безубыточности достигается через три года.С этого момента зазор между ними еще больше увеличивается в пользу Pt/Ti анода.
Многие отрасли промышленности используют различные преимущества высокотемпературных электролитических анодов с платиновым покрытием.Производители освещения, полупроводников и печатных плат, автомобилестроения, гидравлики, горнодобывающей промышленности, гидротехнических сооружений и бассейнов полагаются на эти технологии нанесения покрытий.В будущем, безусловно, будет разработано больше приложений, поскольку соображения устойчивой стоимости и охраны окружающей среды являются долгосрочными проблемами.В результате свинец может столкнуться с повышенным вниманием.
Оригинальная статья была опубликована на немецком языке в журнале Annual Surface Technology (том 71, 2015 г.) под редакцией профессора Тимо Сёргеля из Университета прикладных наук Аалена, Германия.С разрешения Ойгена Г. Лёзе Верлага, Бад-Заульгау/Германия.
В большинстве операций по отделке металла применяется маскировка, при которой обработке подлежат лишь отдельные участки поверхности детали.Вместо этого маскировку можно использовать на поверхностях, обработка которых не требуется или ее следует избегать.В этой статье рассматриваются многие аспекты маскировки металлической отделки, включая области применения, методы и различные типы используемой маскировки.