Umicore Electroplating v Nemčiji uporablja visokotemperaturne elektrolitske anode.V tem procesu se platina nanese na osnovne materiale, kot so titan, niobij, tantal, molibden, volfram, nerjavno jeklo in zlitine niklja v staljeni solni kopeli pri 550 °C pod argonom.
Slika 2: Visokotemperaturna galvanizirana anoda iz platine/titana ohrani svojo obliko v daljšem časovnem obdobju.
Slika 3: Pt/Ti anoda z razširjeno mrežo.Ekspandirana kovinska mreža zagotavlja optimalen transport elektrolitov.Razdaljo med anodno in katodno komponento je mogoče zmanjšati in povečati gostoto toka.Rezultat: boljša kakovost v krajšem času.
Slika 4: Širino očesa na anodi iz ekspandirane kovinske mreže je mogoče prilagoditi.Mreža zagotavlja povečano kroženje elektrolitov in boljše odvajanje plinov.
Svinec je pozorno opazovan po vsem svetu.V ZDA se zdravstveni organi in delovna mesta držijo svojih opozoril.Kljub dolgoletnim izkušnjam podjetij za galvanizacijo pri ravnanju z nevarnimi materiali se na kovino še vedno gleda vse bolj kritično.
Na primer, vsakdo, ki uporablja svinčeve anode v Združenih državah, se mora registrirati pri zveznem registru izpustov strupenih kemikalij EPA.Če podjetje za galvanizacijo predela le približno 29 kg svinca na leto, je še vedno potrebna registracija.
Zato je treba iskati alternativo v ZDA.Ne le, da se obrat za trdo kromiranje svinčene anode na prvi pogled zdi poceni, ima tudi številne pomanjkljivosti:
Dimenzionalno stabilne anode so zanimiva alternativa trdemu kromiranju (glej sliko 2) s platinasto površino na titanu ali niobiju kot substratu.
S platino prevlečene anode ponujajo številne prednosti pred trdim kromiranjem.Ti vključujejo naslednje prednosti:
Za idealne rezultate prilagodite anodo zasnovi dela, ki ga želite premazati.To omogoča pridobivanje anode s stabilnimi dimenzijami (plošče, valji, T in U), medtem ko so svinčene anode večinoma standardne plošče ali palice.
Pt/Ti in Pt/Nb anode nimajo zaprtih površin, temveč ekspandirane kovinske plošče s spremenljivo velikostjo mrežnega očesa.To vodi do dobre porazdelitve energije, električna polja lahko delujejo v omrežju in okoli njega (glej sliko 3).
Zato je manjša razdalja medanodain katodo, večja je gostota pretoka prevleke.Plasti se lahko nanesejo hitreje: izkoristek se poveča.Uporaba rešetk z veliko efektivno površino lahko bistveno izboljša pogoje ločevanja.
Dimenzijsko stabilnost je mogoče doseči s kombinacijo platine in titana.Obe kovini zagotavljata optimalne parametre za trdo kromiranje.Upornost platine je zelo nizka, le 0,107 Ohm×mm2/m.Vrednost svinca je skoraj dvakrat večja od svinca (0,208 ohm×mm2/m).Titan ima odlično odpornost proti koroziji, vendar se ta sposobnost zmanjša v prisotnosti halogenidov.Na primer, razgradna napetost titana v elektrolitih, ki vsebujejo klorid, se giblje od 10 do 15 V, odvisno od pH.To je znatno višje kot pri niobiju (35 do 50 V) in tantalu (70 do 100 V).
Titan ima slabosti v smislu odpornosti proti koroziji v močnih kislinah, kot so žveplova, dušikova, fluorovodikova, oksalna in metansulfonska kislina.vendartitanje še vedno dobra izbira zaradi svoje obdelovalnosti in cene.
Odlaganje plasti platine na titanovo podlago je najbolje izvesti elektrokemično z visokotemperaturno elektrolizo (HTE) v staljenih solih.Sofisticiran postopek HTE zagotavlja natančno prevleko: v staljeni kopeli pri 550 °C iz mešanice kalijevih in natrijevih cianidov, ki vsebuje približno 1 % do 3 % platine, se plemenita kovina elektrokemično nanese na titan.Substrat je zaprt v zaprtem sistemu z argonom, solna kopel pa je v dvojnem lončku.Tokovi od 1 do 5 A/dm2 zagotavljajo stopnjo izolacije od 10 do 50 mikronov na uro z napetostjo prevleke od 0,5 do 2 V.
Platinizirane anode, ki uporabljajo postopek HTE, so močno prekašale anode, prevlečene z vodnim elektrolitom.Čistost platinskih prevlek iz staljene soli je vsaj 99,9 %, kar je bistveno več kot pri platinskih nanosih iz vodnih raztopin.Bistveno izboljšana duktilnost, oprijem in odpornost proti koroziji z minimalno notranjo napetostjo.
Pri razmišljanju o optimizaciji zasnove anode je najpomembnejša optimizacija nosilne strukture in napajanja anode.Najboljša rešitev je segrevanje in navijanje prevleke titanove pločevine na bakreno jedro.Baker je idealen prevodnik z upornostjo le približno 9 % upornosti zlitin Pb/Sn.CuTi napajalnik zagotavlja minimalne izgube moči le vzdolž anode, zato je porazdelitev debeline plasti na katodnem sklopu enaka.
Drug pozitiven učinek je manjša proizvodnja toplote.Zahteve po hlajenju so manjše in obraba platine na anodi je manjša.Protikorozijska prevleka iz titana ščiti bakreno jedro.Pri ponovnem nanosu ekspandirane kovine očistite in pripravite samo okvir in/ali napajalnik.Večkrat jih je mogoče ponovno uporabiti.
Z upoštevanjem teh smernic za načrtovanje lahko uporabite modele Pt/Ti ali Pt/Nb za ustvarjanje »idealnih anod« za trdo kromiranje.Dimenzijsko stabilni modeli v fazi naložbe stanejo več kot svinčene anode.Če pa podrobneje razmislimo o stroških, je lahko model iz platinastega titana zanimiva alternativa trdemu kromiranju.
To je posledica obsežne in temeljite analize skupnih stroškov običajnih svinčenih in platinastih anod.
Osem anod iz svinčeve zlitine (dolžine 1700 mm in premera 40 mm) iz PbSn7 smo primerjali z anodami Pt/Ti ustrezne velikosti za kromiranje cilindričnih delov.Izdelava osmih svinčenih anod stane okoli 1400 evrov (1471 ameriških dolarjev), kar se na prvi pogled zdi poceni.Naložbe, potrebne za razvoj zahtevanih Pt/Ti anod, so veliko višje.Začetna kupnina je okoli 7.000 evrov.Platinasti zaključki so še posebej dragi.Samo čiste plemenite kovine predstavljajo 45 % te količine.Platinasta prevleka debeline 2,5 µm zahteva 11,3 g plemenite kovine za vsako od osmih anod.Pri ceni 35 evrov za gram to ustreza 3160 evrov.
Čeprav se morda zdijo svinčene anode najboljša izbira, se lahko to ob natančnejšem pregledu hitro spremeni.Že po treh letih je skupni strošek svinčeve anode znatno višji kot pri modelu Pt/Ti.V primeru konzervativnega izračuna predpostavimo, da je gostota pretoka tipične aplikacije 40 A/dm2.Posledično je bil pretok moči na dani površini anode 168 dm2 6720 amperov pri 6700 urah delovanja v treh letih.To ustreza približno 220 delovnim dnem od 10 delovnih ur na leto.Ko platina oksidira v raztopino, se debelina plasti platine počasi zmanjšuje.V primeru se to šteje za 2 grama na milijon amper ur.
Obstaja veliko razlogov za cenovno prednost Pt/Ti pred svinčevimi anodami.Poleg tega zmanjšana poraba električne energije (cena 0,14 EUR/kWh minus 14.800 kWh/leto) stane približno 2.000 EUR na leto.Poleg tega ni več potreben letni strošek v višini približno 500 evrov za odlaganje blata svinčevega kromata, pa tudi 1000 evrov za vzdrževanje in zastoje proizvodnje – zelo konzervativni izračuni.
Skupni strošek svinčenih anod v treh letih je bil 14.400 € (15.130 $).Cena Pt/Ti anode je 12.020 evrov, vključno s preplastitvijo.Tudi brez upoštevanja stroškov vzdrževanja in izpadov proizvodnje (1000 evrov na dan na leto) dosežemo prag rentabilnosti po treh letih.Od te točke naprej se vrzel med njima še bolj poveča v korist Pt/Ti anode.
Številne industrije izkoriščajo različne prednosti visokotemperaturnih elektrolitskih anod, prevlečenih s platino.Proizvajalci razsvetljave, polprevodnikov in vezij, avtomobili, hidravlika, rudarstvo, vodovodi in bazeni se zanašajo na te tehnologije premazov.V prihodnosti bo zagotovo razvitih več aplikacij, saj so trajnostni stroški in okoljski vidiki dolgoročna skrb.Posledično se lahko svinec sooči s povečanim nadzorom.
Izvirni članek je bil objavljen v nemščini v Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015), ki ga je uredil prof. Timo Sörgel z Univerze uporabnih znanosti Aalen, Nemčija.Z dovoljenjem Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Nemčija.
Pri večini operacij končne obdelave kovin se uporablja maskiranje, kjer je treba obdelati le določene površine površine dela.Namesto tega se maskiranje lahko uporablja na površinah, kjer obdelava ni potrebna ali se ji je treba izogibati.Ta članek pokriva številne vidike maskiranja kovinskega zaključka, vključno z aplikacijami, tehnikami in različnimi uporabljenimi vrstami maskiranja.