Umicore Electroplating i Tyskland använder högtemperaturelektrolytiska anoder.I denna process avsätts platina på basmaterial som titan, niob, tantal, molybden, volfram, rostfritt stål och nickellegeringar i ett smält saltbad vid 550°C under argon.
Figur 2: En högtemperaturgalvaniserad platina/titananod behåller sin form under en lång tidsperiod.
Figur 3: Expanderad mesh Pt/Ti-anod.Sträckt metallnät ger optimal elektrolyttransport.Avståndet mellan anod- och katodkomponenterna kan minskas och strömtätheten ökas.Resultatet: bättre kvalitet på kortare tid.
Figur 4: Nätbredden på anoden för sträckmetallnät kan justeras.Nätet ger ökad elektrolytcirkulation och bättre gasavlägsnande.
Bly bevakas noga över hela världen.I USA håller hälsomyndigheter och arbetsplatser fast vid sina varningar.Trots galvaniseringsföretagens mångåriga erfarenhet av att hantera farliga material, fortsätter metall att ses mer och mer kritiskt.
Till exempel måste alla som använder blyanoder i USA registrera sig hos EPA:s federala Toxic Chemical Release Register.Om ett galvaniseringsföretag endast bearbetar cirka 29 kg bly per år krävs fortfarande registrering.
Därför är det nödvändigt att leta efter ett alternativ i USA.Inte bara verkar blyanodens hårdförkromningsanläggning billig vid första anblicken, det finns också många nackdelar:
Dimensionsstabila anoder är ett intressant alternativ till hårdförkromning (se fig. 2) med en platinayta på titan eller niob som substrat.
Platinabelagda anoder erbjuder många fördelar jämfört med hårdförkromning.Dessa inkluderar följande förmåner:
För idealiska resultat, anpassa anoden till utformningen av delen som ska beläggas.Detta gör det möjligt att få anoder med stabila dimensioner (plattor, cylindrar, T-formade och U-formade), medan blyanoder huvudsakligen är standardplåtar eller stavar.
Pt/Ti- och Pt/Nb-anoder har inga slutna ytor utan snarare sträckmetallplåt med variabel maskstorlek.Detta leder till en bra fördelning av energi, elektriska fält kan arbeta i och runt nätet (se fig. 3).
Därför, ju mindre avståndet är mellananodoch katoden, desto högre flödestäthet för beläggningen.Lager kan appliceras snabbare: utbytet ökar.Användningen av galler med stor effektiv yta kan avsevärt förbättra separationsförhållandena.
Dimensionsstabilitet kan uppnås genom att kombinera platina och titan.Båda metallerna ger optimala parametrar för hårdförkromning.Resistiviteten hos platina är mycket låg, endast 0,107 Ohm×mm2/m.Värdet på bly är nästan dubbelt så mycket som bly (0,208 ohm×mm2/m).Titan har utmärkt korrosionsbeständighet, men denna förmåga reduceras i närvaro av halogenider.Till exempel sträcker sig nedbrytningsspänningen för titan i kloridhaltiga elektrolyter från 10 till 15 V, beroende på pH.Detta är betydligt högre än för niob (35 till 50 V) och tantal (70 till 100 V).
Titan har nackdelar vad gäller korrosionsbeständighet i starka syror som svavelsyra, salpetersyra, fluorvätesyra, oxalsyra och metansulfonsyra.Dock,titanär fortfarande ett bra val på grund av dess bearbetbarhet och pris.
Avsättningen av ett skikt av platina på ett titansubstrat utförs bäst elektrokemiskt genom högtemperaturelektrolys (HTE) i smälta salter.Den sofistikerade HTE-processen säkerställer exakt beläggning: i ett 550°C smält bad tillverkat av en blandning av kalium och natriumcyanider innehållande cirka 1 % till 3 % platina, avsätts ädelmetallen elektrokemiskt på titan.Substratet är låst i ett slutet system med argon, och saltbadet är i en dubbeldegel.Strömmar från 1 till 5 A/dm2 ger en isoleringshastighet på 10 till 50 mikron per timme med en beläggningsspänning på 0,5 till 2 V.
Platiniserade anoder som använder HTE-processen har avsevärt överträffat anoder belagda med vattenhaltig elektrolyt.Renheten hos platinabeläggningar från smält salt är minst 99,9 %, vilket är betydligt högre än för platinaskikt avsatta från vattenlösningar.Betydligt förbättrad duktilitet, vidhäftning och korrosionsbeständighet med minimal inre spänning.
När man överväger att optimera anoddesignen är det viktigaste optimeringen av stödstrukturen och anodens strömförsörjning.Den bästa lösningen är att värma och linda titanplåtbeläggningen på kopparkärnan.Koppar är en idealisk ledare med en resistivitet på endast cirka 9 % av den hos Pb/Sn-legeringar.CuTi-strömförsörjningen säkerställer minimala effektförluster endast längs anoden, så skikttjockleksfördelningen på katodaggregatet är densamma.
En annan positiv effekt är att mindre värme genereras.Kylningskraven minskar och platinaslitaget på anoden minskar.Anti-korrosions titanbeläggning skyddar kopparkärnan.Vid övermålning av sträckmetall, rengör och förbered endast ramen och/eller strömförsörjningen.De kan återanvändas många gånger.
Genom att följa dessa designriktlinjer kan du använda Pt/Ti- eller Pt/Nb-modellerna för att skapa "ideala anoder" för hårdförkromning.Dimensionellt stabila modeller kostar mer på investeringsstadiet än blyanoder.Men när man överväger kostnaden mer i detalj kan en platinapläterad titanmodell vara ett intressant alternativ till hårdförkromning.
Detta beror på en omfattande och grundlig analys av den totala kostnaden för konventionella bly- och platinaanoder.
Åtta blylegeringsanoder (1700 mm långa och 40 mm i diameter) gjorda av PbSn7 jämfördes med Pt/Ti-anoder av lämplig storlek för förkromning av cylindriska delar.Tillverkningen av åtta blyanoder kostar cirka 1 400 euro (1 471 US-dollar), vilket vid en första anblick verkar billigt.Investeringen som krävs för att utveckla de nödvändiga Pt/Ti-anoderna är mycket högre.Den initiala köpeskillingen är cirka 7 000 euro.Platinafinish är särskilt dyra.Endast rena ädelmetaller står för 45 % av denna mängd.En 2,5 µm tjock platinabeläggning kräver 11,3 g ädelmetall för var och en av de åtta anoderna.Till ett pris av 35 euro per gram motsvarar detta 3160 euro.
Även om blyanoder kan verka som det bästa valet, kan detta snabbt ändras vid närmare inspektion.Efter bara tre år är den totala kostnaden för en blyanod betydligt högre än Pt/Ti-modellen.I ett konservativt räkneexempel, antag en typisk appliceringsflödestäthet på 40 A/dm2.Som ett resultat var effektflödet vid en given anodyta på 168 dm2 6720 ampere vid 6700 timmars drift under tre år.Det motsvarar cirka 220 arbetsdagar av 10 arbetstimmar per år.När platina oxideras till lösning, minskar tjockleken på platinaskiktet långsamt.I exemplet anses detta vara 2 gram per miljon amperetimmar.
Det finns många anledningar till kostnadsfördelen med Pt/Ti jämfört med blyanoder.Dessutom kostar minskad elförbrukning (pris 0,14 EUR/kWh minus 14 800 kWh/år) cirka 2 000 EUR per år.Dessutom behövs inte längre en årlig kostnad på cirka 500 euro för omhändertagande av blykromatslam, samt 1000 euro för underhåll och produktionsstopp – mycket konservativa beräkningar.
Den totala kostnaden för blyanoder under tre år var 14 400 € (15 130 USD).Kostnaden för Pt/Ti-anoder är 12 020 euro, inklusive övermålning.Även utan att ta hänsyn till underhållskostnader och produktionsstopp (1000 euro per dag och år) nås break-even efter tre år.Från denna tidpunkt ökar gapet mellan dem ännu mer till förmån för Pt/Ti-anoden.
Många industrier drar fördel av de olika fördelarna med högtemperaturplatinabelagda elektrolytiska anoder.Tillverkare av belysning, halvledar- och kretskort, bilindustri, hydraulik, gruvdrift, vattenverk och simbassänger förlitar sig på dessa beläggningstekniker.Fler applikationer kommer säkerligen att utvecklas i framtiden, eftersom hållbara kostnads- och miljöhänsyn är långsiktiga problem.Som ett resultat kan bly bli föremål för ökad granskning.
Originalartikeln publicerades på tyska i Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) redigerad av Prof. Timo Sörgel från Aalen University of Applied Sciences, Tyskland.Med tillstånd av Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Tyskland.
I de flesta metallbearbetningsoperationer används maskering, där endast vissa områden av delens yta ska bearbetas.Istället kan maskering användas på ytor där behandling inte krävs eller bör undvikas.Den här artikeln täcker många aspekter av metallfinishmaskning, inklusive applikationer, tekniker och de olika typerna av maskering som används.