การชุบด้วยไฟฟ้า Umicore ในประเทศเยอรมนีใช้ขั้วบวกด้วยไฟฟ้าที่มีอุณหภูมิสูงในกระบวนการนี้ แพลทินัมจะถูกสะสมบนวัสดุฐาน เช่น ไทเทเนียม ไนโอเบียม แทนทาลัม โมลิบดีนัม ทังสเตน เหล็กกล้าไร้สนิม และโลหะผสมนิกเกิลในอ่างเกลือหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 550°C ภายใต้อาร์กอน
รูปที่ 2: แอโนดแพลทินัม/ไทเทเนียมที่ชุบด้วยไฟฟ้าอุณหภูมิสูงจะคงรูปร่างไว้เป็นระยะเวลานาน
รูปที่ 3: แอโนด Pt/Ti แบบตาข่ายที่ขยายตาข่ายโลหะที่ขยายออกช่วยให้สามารถเคลื่อนย้ายอิเล็กโทรไลต์ได้อย่างเหมาะสมระยะห่างระหว่างส่วนประกอบแอโนดและแคโทดสามารถลดลงได้ และความหนาแน่นกระแสก็เพิ่มขึ้นผลลัพธ์: คุณภาพดีขึ้นในเวลาน้อยลง
รูปที่ 4: สามารถปรับความกว้างของตาข่ายบนขั้วบวกตาข่ายโลหะที่ขยายได้ตาข่ายช่วยให้การไหลเวียนของอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้นและการกำจัดก๊าซได้ดีขึ้น
ผู้นำถูกจับตามองอย่างใกล้ชิดทั่วโลกในสหรัฐอเมริกา หน่วยงานด้านสุขภาพและสถานที่ทำงานต่างปฏิบัติตามคำเตือนแม้ว่าบริษัทชุบโลหะด้วยไฟฟ้าจะมีประสบการณ์หลายปีในการจัดการกับวัสดุอันตราย แต่โลหะก็ยังคงถูกมองอย่างมีวิจารณญาณมากขึ้นเรื่อยๆ
ตัวอย่างเช่น ใครก็ตามที่ใช้ตะกั่วแอโนดในสหรัฐอเมริกาจะต้องลงทะเบียนกับสำนักงานทะเบียนการปล่อยสารเคมีเป็นพิษของรัฐบาลกลางของ EPAหากบริษัทชุบโลหะด้วยไฟฟ้าดำเนินการตะกั่วเพียงประมาณ 29 กิโลกรัมต่อปี ยังคงต้องมีการจดทะเบียน
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมองหาทางเลือกอื่นในสหรัฐอเมริกาโรงงานชุบโครเมียมแข็งตะกั่วแอโนดไม่เพียงแต่ดูเหมือนถูกเมื่อมองแวบแรกเท่านั้น ยังมีข้อเสียอีกมากมาย:
แอโนดที่มีความเสถียรในมิติเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนการชุบฮาร์ดโครเมียม (ดูรูปที่ 2) โดยมีพื้นผิวแพลตตินัมบนไททาเนียมหรือไนโอเบียมเป็นสารตั้งต้น
แอโนดเคลือบแพลตตินัมมีข้อดีมากกว่าการชุบฮาร์ดโครเมียมหลายประการซึ่งรวมถึงสิทธิประโยชน์ดังต่อไปนี้:
เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ให้ปรับขั้วบวกให้เข้ากับการออกแบบชิ้นส่วนที่จะเคลือบทำให้สามารถรับขั้วบวกที่มีขนาดคงที่ได้ (แผ่น กระบอกสูบ รูปตัว T และรูปตัว U) ในขณะที่ขั้วบวกตะกั่วส่วนใหญ่เป็นแผ่นหรือแท่งมาตรฐาน
แอโนด Pt/Ti และ Pt/Nb ไม่มีพื้นผิวปิด แต่เป็นแผ่นโลหะขยายที่มีขนาดตาข่ายแปรผันสิ่งนี้นำไปสู่การกระจายพลังงานที่ดี สนามไฟฟ้าสามารถทำงานได้ในและรอบๆ เครือข่าย (ดูรูปที่ 3)
ดังนั้นยิ่งระยะห่างระหว่างกันยิ่งน้อยขั้วบวกและแคโทด ความหนาแน่นของฟลักซ์ของสารเคลือบก็จะยิ่งสูงขึ้นสามารถใช้เลเยอร์ได้เร็วขึ้น: ผลผลิตเพิ่มขึ้นการใช้กริดที่มีพื้นที่ผิวที่มีประสิทธิภาพขนาดใหญ่สามารถปรับปรุงเงื่อนไขการแยกได้อย่างมาก
ความเสถียรของมิติสามารถทำได้โดยการรวมแพลตตินัมและไททาเนียมเข้าด้วยกันโลหะทั้งสองมีพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการชุบฮาร์ดโครมความต้านทานของแพลตตินัมต่ำมาก เพียง 0.107 Ohm×mm2/mมูลค่าของตะกั่วเกือบสองเท่าของตะกั่ว (0.208 โอห์ม×มม.2/ม.)ไทเทเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ความสามารถนี้จะลดลงเมื่อมีเฮไลด์ตัวอย่างเช่น แรงดันพังทลายของไทเทเนียมในอิเล็กโทรไลต์ที่มีคลอไรด์อยู่ในช่วง 10 ถึง 15 V ขึ้นอยู่กับ pHซึ่งสูงกว่าไนโอเบียม (35 ถึง 50 V) และแทนทาลัม (70 ถึง 100 V) อย่างมีนัยสำคัญ
ไทเทเนียมมีข้อเสียในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อนในกรดแก่ เช่น กรดซัลฟูริก ไนตริก ไฮโดรฟลูออริก ออกซาลิก และมีเทนซัลโฟนิกอย่างไรก็ตาม,ไทเทเนียมยังคงเป็นตัวเลือกที่ดีเนื่องจากความสามารถในการแปรรูปและราคา
การสะสมของชั้นแพลตตินัมบนพื้นผิวไทเทเนียมทำได้ดีที่สุดด้วยวิธีเคมีไฟฟ้าโดยอิเล็กโทรไลซิสที่อุณหภูมิสูง (HTE) ในเกลือหลอมเหลวกระบวนการ HTE ที่ซับซ้อนช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเคลือบที่แม่นยำ: ในอ่างหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 550°C ที่ทำจากส่วนผสมของโพแทสเซียมและโซเดียมไซยาไนด์ที่มีแพลทินัมประมาณ 1% ถึง 3% โลหะมีค่าจะถูกสะสมด้วยเคมีไฟฟ้าบนไทเทเนียมวัสดุพิมพ์ถูกล็อคไว้ในระบบปิดด้วยอาร์กอน และอ่างเกลืออยู่ในถ้วยใส่ตัวอย่างคู่กระแสตั้งแต่ 1 ถึง 5 A/dm2 ให้อัตราการฉนวนที่ 10 ถึง 50 ไมครอนต่อชั่วโมง โดยมีแรงตึงผิวเคลือบอยู่ที่ 0.5 ถึง 2 V
แอโนด Platinized โดยใช้กระบวนการ HTE มีประสิทธิภาพเหนือกว่าแอโนดที่เคลือบด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำอย่างมากความบริสุทธิ์ของการเคลือบแพลตตินัมจากเกลือหลอมเหลวมีอย่างน้อย 99.9% ซึ่งสูงกว่าความบริสุทธิ์ของชั้นแพลตตินัมที่สะสมจากสารละลายที่เป็นน้ำอย่างมีนัยสำคัญปรับปรุงความเหนียว การยึดเกาะ และความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด โดยมีแรงตึงภายในน้อยที่สุด
เมื่อพิจารณาปรับการออกแบบแอโนดให้เหมาะสม สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างรองรับและแหล่งจ่ายไฟแอโนดทางออกที่ดีที่สุดคือการให้ความร้อนและม้วนแผ่นไทเทเนียมที่เคลือบไว้บนแกนทองแดงทองแดงเป็นตัวนำในอุดมคติที่มีความต้านทานเพียงประมาณ 9% ของโลหะผสม Pb/Snแหล่งจ่ายไฟ CuTi ช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีการสูญเสียพลังงานน้อยที่สุดเฉพาะบริเวณขั้วบวกเท่านั้น ดังนั้นการกระจายความหนาของชั้นบนส่วนประกอบแคโทดจึงเหมือนกัน
ผลดีอีกประการหนึ่งคือสร้างความร้อนน้อยลงความต้องการในการทำความเย็นลดลงและการสึกหรอของแพลตตินัมบนขั้วบวกลดลงเคลือบไทเทเนียมป้องกันการกัดกร่อนช่วยปกป้องแกนทองแดงเมื่อเคลือบโลหะขยายใหม่ ให้ทำความสะอาดและเตรียมเฉพาะเฟรมและ/หรือแหล่งจ่ายไฟเท่านั้นสามารถนำมาใช้ซ้ำได้หลายครั้ง
โดยการปฏิบัติตามแนวทางการออกแบบเหล่านี้ คุณสามารถใช้รุ่น Pt/Ti หรือ Pt/Nb เพื่อสร้าง “แอโนดในอุดมคติ” สำหรับการชุบฮาร์ดโครเมียมโมเดลที่มีความเสถียรในมิติมีราคาสูงกว่าในขั้นตอนการลงทุนมากกว่าลีดแอโนดอย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาต้นทุนโดยละเอียด รุ่นไทเทเนียมชุบแพลตตินัมอาจเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนการชุบฮาร์ดโครม
เนื่องจากการวิเคราะห์ต้นทุนรวมของตะกั่วและแพลตตินัมแอโนดทั่วไปอย่างครอบคลุมและละเอียดถี่ถ้วน
เปรียบเทียบแอโนดโลหะผสมตะกั่วแปดตัว (ยาว 1,700 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 มม.) ที่ทำจาก PbSn7 กับแอโนด Pt/Ti ที่มีขนาดเหมาะสมสำหรับการชุบโครเมียมของชิ้นส่วนทรงกระบอกการผลิตตะกั่วแอโนดแปดตัวมีราคาประมาณ 1,400 ยูโร (1,471 ดอลลาร์สหรัฐ) ซึ่งเมื่อดูเผินๆ ดูเหมือนราคาถูกการลงทุนที่จำเป็นในการพัฒนาแอโนด Pt/Ti ที่จำเป็นนั้นสูงกว่ามากราคาซื้อครั้งแรกอยู่ที่ประมาณ 7,000 ยูโรผิวเคลือบแพลทินัมมีราคาแพงเป็นพิเศษเฉพาะโลหะมีค่าบริสุทธิ์เท่านั้นที่มีสัดส่วนถึง 45% ของจำนวนนี้การเคลือบแพลตตินัมหนา 2.5 µm ต้องใช้โลหะมีค่า 11.3 กรัมสำหรับแต่ละแอโนดทั้งแปดตัวราคา 35 ยูโรต่อกรัม เท่ากับ 3,160 ยูโร
แม้ว่าตะกั่วแอโนดอาจดูเหมือนเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด แต่สิ่งนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วเมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดหลังจากผ่านไปเพียงสามปี ต้นทุนรวมของลีดแอโนดจะสูงกว่ารุ่น Pt/Ti อย่างมากในตัวอย่างการคำนวณแบบอนุรักษ์นิยม สมมติว่าความหนาแน่นของฟลักซ์การใช้งานทั่วไปอยู่ที่ 40 A/dm2เป็นผลให้การไหลของพลังงานที่พื้นผิวขั้วบวกที่กำหนดที่ 168 dm2 เท่ากับ 6,720 แอมแปร์ที่ 6,700 ชั่วโมงของการทำงานเป็นเวลาสามปีซึ่งเท่ากับประมาณ 220 วันทำการจาก 10 ชั่วโมงการทำงานต่อปีเมื่อแพลตตินัมออกซิไดซ์เป็นสารละลาย ความหนาของชั้นแพลตตินัมจะลดลงอย่างช้าๆในตัวอย่างนี้ ค่านี้ถือเป็น 2 กรัมต่อล้านแอมป์-ชั่วโมง
มีเหตุผลหลายประการที่ทำให้ Pt/Ti มีความได้เปรียบด้านต้นทุนมากกว่าตะกั่วแอโนดนอกจากนี้ การใช้ไฟฟ้าที่ลดลง (ราคา 0.14 ยูโร/kWh ลบ 14,800 kWh/ปี) มีค่าใช้จ่ายประมาณ 2,000 ยูโรต่อปีนอกจากนี้ ไม่จำเป็นต้องมีค่าใช้จ่ายต่อปีประมาณ 500 ยูโรสำหรับการกำจัดตะกอนตะกั่วโครเมต และ 1,000 ยูโรสำหรับการบำรุงรักษาและการหยุดทำงานของการผลิตอีกต่อไป ซึ่งเป็นการคำนวณที่ระมัดระวังมาก
ค่าใช้จ่ายรวมของตะกั่วแอโนดในระยะเวลาสามปีคือ 14,400 ยูโร (15,130 ดอลลาร์)ราคาของแอโนด Pt/Ti อยู่ที่ 12,020 ยูโร รวมการทาสีใหม่แล้วแม้จะไม่รวมค่าบำรุงรักษาและการหยุดทำงานของการผลิต (1,000 ยูโรต่อวันต่อปี) ก็ถึงจุดคุ้มทุนหลังจากสามปีจากจุดนี้ไป ช่องว่างระหว่างทั้งสองจะเพิ่มขึ้นมากขึ้นเพื่อสนับสนุนแอโนด Pt/Ti
อุตสาหกรรมจำนวนมากใช้ประโยชน์จากข้อดีต่างๆ ของแอโนดอิเล็กโทรไลต์เคลือบแพลตตินัมที่มีอุณหภูมิสูงผู้ผลิตอุปกรณ์แสงสว่าง เซมิคอนดักเตอร์ และแผงวงจร ยานยนต์ ระบบไฮดรอลิก เหมืองแร่ การประปา และสระว่ายน้ำ ต่างพึ่งพาเทคโนโลยีการเคลือบเหล่านี้การใช้งานเพิ่มเติมจะได้รับการพัฒนาอย่างแน่นอนในอนาคต เนื่องจากการพิจารณาด้านต้นทุนที่ยั่งยืนและสิ่งแวดล้อมเป็นปัญหาระยะยาวผลที่ตามมาคือผู้นำอาจต้องเผชิญกับการตรวจสอบข้อเท็จจริงที่เพิ่มขึ้น
บทความต้นฉบับได้รับการตีพิมพ์เป็นภาษาเยอรมันใน Annual Surface Technology (ฉบับที่ 71, 2015) แก้ไขโดย Prof. Timo Sörgel จาก Aalen University of Applied Sciences ประเทศเยอรมนีได้รับความอนุเคราะห์จาก Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/เยอรมนี
ในการตกแต่งโลหะส่วนใหญ่ จะมีการมาสก์ ซึ่งควรดำเนินการเฉพาะบางพื้นที่ของพื้นผิวของชิ้นส่วนเท่านั้นแต่สามารถใช้การมาส์กบนพื้นผิวที่ไม่จำเป็นต้องทำการบำบัดหรือควรหลีกเลี่ยงได้บทความนี้ครอบคลุมแง่มุมต่างๆ ของการมาสก์ปิดผิวโลหะ รวมถึงการใช้งาน เทคนิค และประเภทของการมาสก์ที่ใช้