Almanya'daki Umicore Elektrokaplama, yüksek sıcaklıkta elektrolitik anotlar kullanıyor.Bu işlemde platin, argon altında 550°C'de erimiş tuz banyosunda titanyum, niyobyum, tantal, molibden, tungsten, paslanmaz çelik ve nikel alaşımları gibi temel malzemeler üzerine biriktirilir.
Şekil 2: Yüksek sıcaklıkta elektrolizle kaplanmış platin/titanyum anot, şeklini uzun süre korur.
Şekil 3: Genişletilmiş ağ Pt/Ti anot.Genişletilmiş metal ağ optimum elektrolit taşınmasını sağlar.Anot ve katot bileşenleri arasındaki mesafe azaltılabilir ve akım yoğunluğu arttırılabilir.Sonuç: Daha kısa sürede daha iyi kalite.
Şekil 4: Genişletilmiş metal mesh anot üzerindeki ağın genişliği ayarlanabilmektedir.Ağ, elektrolit dolaşımının artmasını ve gazın daha iyi uzaklaştırılmasını sağlar.
Kurşun tüm dünyada yakından izleniyor.ABD'de sağlık otoriteleri ve işyerleri uyarılarına uyuyor.Elektrokaplama şirketlerinin tehlikeli maddelerle çalışma konusundaki uzun yıllara dayanan deneyimine rağmen, metale giderek daha fazla eleştirel gözle bakılmaya devam ediliyor.
Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'nde kurşun anot kullanan herkesin EPA'nın federal Zehirli Kimyasal Salınım Kaydına kaydolması gerekir.Bir elektrokaplama şirketi yılda yalnızca 29 kg kurşun işliyorsa yine de kayıt gereklidir.
Bu nedenle ABD'de alternatif aramak gerekiyor.Kurşun anotlu sert krom kaplama tesisi ilk bakışta ucuz görünmekle kalmıyor, aynı zamanda pek çok dezavantajı da mevcut:
Boyutsal olarak kararlı anotlar, alt tabaka olarak titanyum veya niyobyum üzerinde platin yüzeye sahip sert krom kaplamaya (bkz. Şekil 2) ilginç bir alternatiftir.
Platin kaplı anotlar, sert krom kaplamaya göre birçok avantaj sunar.Bunlar aşağıdaki faydaları içerir:
İdeal sonuçlar için anotu kaplanacak parçanın tasarımına uyarlayın.Bu, sabit boyutlara sahip anotların (plakalar, silindirler, T şeklinde ve U şeklinde) elde edilmesini mümkün kılarken, kurşun anotlar çoğunlukla standart levhalar veya çubuklardır.
Pt/Ti ve Pt/Nb anotlarının kapalı yüzeyleri yoktur, bunun yerine değişken ağ boyutuna sahip genişletilmiş metal levhalar vardır.Bu, iyi bir enerji dağılımına yol açar, elektrik alanları ağ içinde ve çevresinde çalışabilir (bkz. Şekil 3).
Bu nedenle aralarındaki mesafe ne kadar küçük olursaanotve katot, kaplamanın akı yoğunluğu ne kadar yüksek olursa.Katmanlar daha hızlı uygulanabilir: verim artar.Geniş etkili yüzey alanına sahip ızgaraların kullanılması, ayırma koşullarını önemli ölçüde iyileştirebilir.
Platin ve titanyumun birleştirilmesiyle boyutsal stabilite elde edilebilir.Her iki metal de sert krom kaplama için en uygun parametreleri sağlar.Platinin direnci çok düşüktür, yalnızca 0,107 Ohm×mm2/m.Kurşunun değeri kurşunun neredeyse iki katıdır (0,208 ohm×mm2/m).Titanyum mükemmel korozyon direncine sahiptir, ancak bu yetenek halojenürlerin varlığında azalır.Örneğin, klorür içeren elektrolitlerdeki titanyumun parçalanma voltajı, pH'a bağlı olarak 10 ila 15 V arasında değişir.Bu, niyobyum (35 ila 50 V) ve tantaldan (70 ila 100 V) önemli ölçüde daha yüksektir.
Titanyumun sülfürik, nitrik, hidroflorik, oksalik ve metansülfonik asitler gibi kuvvetli asitlerde korozyon direnci açısından dezavantajları vardır.Fakat,titanyumişlenebilirliği ve fiyatı nedeniyle hala iyi bir seçimdir.
Bir platin tabakasının bir titanyum substrat üzerine biriktirilmesi en iyi şekilde erimiş tuzlarda yüksek sıcaklıkta elektroliz (HTE) ile elektrokimyasal olarak gerçekleştirilir.Gelişmiş HTE işlemi hassas kaplama sağlar: yaklaşık %1 ila %3 platin içeren potasyum ve sodyum siyanür karışımından yapılan 550°C'lik bir erimiş banyoda değerli metal, elektrokimyasal olarak titanyum üzerine biriktirilir.Substrat argonlu kapalı bir sistemde kilitlenir ve tuz banyosu çift potadadır.1 ila 5 A/dm2 arasındaki akımlar, 0,5 ila 2 V'luk bir kaplama gerilimi ile saatte 10 ila 50 mikronluk bir yalıtım oranı sağlar.
HTE işlemini kullanan platinleştirilmiş anotlar, sulu elektrolitle kaplanmış anotlardan büyük ölçüde daha iyi performans göstermiştir.Erimiş tuzdan elde edilen platin kaplamaların saflığı en az %99,9'dur; bu, sulu çözeltilerden biriktirilen platin katmanlarından önemli ölçüde daha yüksektir.Minimum iç gerilimle önemli ölçüde geliştirilmiş süneklik, yapışma ve korozyon direnci.
Anot tasarımını optimize etmeyi düşünürken en önemlisi destek yapısının ve anot güç kaynağının optimizasyonudur.En iyi çözüm, titanyum levha kaplamayı bakır çekirdeğe ısıtmak ve sarmaktır.Bakır, Pb/Sn alaşımlarının yalnızca %9'u kadar dirençli ideal bir iletkendir.CuTi güç kaynağı yalnızca anot boyunca minimum güç kaybı sağlar, böylece katot düzeneğindeki katman kalınlığı dağılımı aynıdır.
Bir diğer olumlu etki ise daha az ısı üretilmesidir.Soğutma gereksinimleri azalır ve anottaki platin aşınması azalır.Korozyon önleyici titanyum kaplama bakır çekirdeği korur.Genişletilmiş metali yeniden kaplarken yalnızca çerçeveyi ve/veya güç kaynağını temizleyin ve hazırlayın.Birçok kez tekrar kullanılabilirler.
Bu tasarım yönergelerini takip ederek sert krom kaplama için "ideal anotlar" oluşturmak amacıyla Pt/Ti veya Pt/Nb modellerini kullanabilirsiniz.Boyutsal olarak kararlı modeller, yatırım aşamasında kurşun anotlardan daha maliyetlidir.Ancak maliyet daha detaylı düşünüldüğünde platin kaplı titanyum model, sert krom kaplamaya ilginç bir alternatif olabilir.
Bunun nedeni, geleneksel kurşun ve platin anotların toplam maliyetinin kapsamlı ve kapsamlı bir analizidir.
PbSn7'den yapılmış sekiz kurşun alaşımı anot (1700 mm uzunluğunda ve 40 mm çapında), silindirik parçaların krom kaplanması için uygun boyuttaki Pt/Ti anotlarla karşılaştırıldı.Sekiz kurşun anodun üretimi yaklaşık 1.400 Euro'ya (1.471 ABD doları) mal oluyor ve bu ilk bakışta ucuz görünüyor.Gerekli Pt/Ti anotlarını geliştirmek için gereken yatırım çok daha yüksektir.İlk satın alma fiyatı yaklaşık 7.000 Euro'dur.Platin kaplamalar özellikle pahalıdır.Bu miktarın %45'ini yalnızca saf değerli metaller oluşturmaktadır.2,5 µm kalınlığındaki platin kaplama, sekiz anodun her biri için 11,3 g değerli metal gerektirir.Gram başına 35 euro fiyatla bu da 3160 euroya denk geliyor.
Kurşun anotlar en iyi seçim gibi görünse de, daha yakından incelendiğinde bu durum hızla değişebilir.Yalnızca üç yıl sonra kurşun anodun toplam maliyeti Pt/Ti modeline göre önemli ölçüde daha yüksektir.Muhafazakar bir hesaplama örneğinde, tipik uygulama akı yoğunluğunun 40 A/dm2 olduğunu varsayalım.Sonuç olarak, 168 dm2'lik belirli bir anot yüzeyindeki güç akışı, üç yıl boyunca 6700 saatlik çalışmada 6720 amperdi.Bu, yılda 10 çalışma saatinin yaklaşık 220 iş gününe karşılık gelir.Platin çözelti halinde oksitlendikçe platin tabakasının kalınlığı yavaş yavaş azalır.Örnekte bu, milyon ampersaat başına 2 gram olarak kabul edilir.
Pt/Ti'nin kurşun anotlara göre maliyet avantajının birçok nedeni vardır.Ayrıca, azaltılmış elektrik tüketimi (fiyat 0,14 EUR/kWh eksi 14.800 kWh/yıl) yıllık yaklaşık 2.000 EUR tutarındadır.Buna ek olarak, kurşun kromat çamurunun bertarafı için yıllık yaklaşık 500 Euro'luk, ayrıca bakım ve üretim kesintileri için de 1000 Euro'luk bir maliyete artık gerek yok; bu çok ihtiyatlı hesaplamalar.
Kurşun anotların üç yıllık toplam maliyeti 14.400 € (15.130 $) oldu.Pt/Ti anotların maliyeti, yeniden kaplama dahil 12.020 Euro'dur.Bakım maliyetleri ve üretim kesintileri (yılda günde 1000 Euro) hesaba katılmasa bile başa baş noktasına üç yıl sonra ulaşılır.Bu noktadan sonra aralarındaki boşluk Pt/Ti anot lehine daha da artar.
Birçok endüstri, yüksek sıcaklıkta platin kaplı elektrolitik anotların çeşitli avantajlarından yararlanmaktadır.Aydınlatma, yarı iletken ve devre kartı üreticileri, otomotiv, hidrolik, madencilik, su işleri ve yüzme havuzları bu kaplama teknolojilerine güvenmektedir.Sürdürülebilir maliyet ve çevresel hususlar uzun vadeli kaygılar olduğundan gelecekte kesinlikle daha fazla uygulama geliştirilecektir.Sonuç olarak kurşun daha fazla incelemeyle karşı karşıya kalabilir.
Orijinal makale, Almanya'daki Aalen Uygulamalı Bilimler Üniversitesi'nden Prof. Timo Sörgel tarafından düzenlenen Yıllık Yüzey Teknolojisi'nde (Cilt 71, 2015) Almanca olarak yayınlandı.Eugen G. Leuze Verlag'ın izniyle, Bad Saulgau/Almanya.
Çoğu metal kaplama işleminde, parçanın yüzeyinin yalnızca belirli alanlarının işlenmesi gereken maskeleme kullanılır.Bunun yerine, tedavi gerektirmeyen veya kaçınılması gereken yüzeylerde maskeleme yapılabilir.Bu makale, uygulamalar, teknikler ve kullanılan farklı maskeleme türleri de dahil olmak üzere metal kaplama maskelemenin birçok yönünü kapsamaktadır.