Umicore Electroplating у Німеччині використовує високотемпературні електролітичні аноди.У цьому процесі платина наноситься на основні матеріали, такі як титан, ніобій, тантал, молібден, вольфрам, нержавіюча сталь і нікелеві сплави в розплавленій сольовій ванні при 550°C під аргоном.
Рисунок 2. Високотемпературний платиново-титановий анод з гальванічним покриттям зберігає свою форму протягом тривалого періоду часу.
Рисунок 3: Pt/Ti анод з розширеною сіткою.Розширена металева сітка забезпечує оптимальний транспорт електроліту.Відстань між компонентами анода і катода можна зменшити, а щільність струму збільшити.Результат: краща якість за менший час.
Малюнок 4: Ширину сітки на аноді з розширеної металевої сітки можна регулювати.Сітка забезпечує посилену циркуляцію електроліту і краще відведення газів.
За свинцем уважно стежать у всьому світі.У США органи охорони здоров’я та підприємства дотримуються своїх попереджень.Незважаючи на багаторічний досвід гальванічних компаній у роботі з небезпечними матеріалами, метал продовжує розглядатися все більш критично.
Наприклад, кожен, хто використовує свинцеві аноди в Сполучених Штатах, повинен зареєструватися у федеральному реєстрі викидів токсичних хімікатів EPA.Якщо гальванічна компанія переробляє лише близько 29 кг свинцю на рік, реєстрація все одно потрібна.
Тому доводиться шукати альтернативу в США.Мало того, що завод з твердого хромування свинцевого аноду здається дешевим на перший погляд, він також має багато недоліків:
Розмірно стабільні аноди є цікавою альтернативою твердому хромуванню (див. рис. 2) з платиновою поверхнею на титані або ніобію як підкладці.
Аноди з платиновим покриттям мають багато переваг перед твердим хромуванням.До них належать такі переваги:
Для ідеальних результатів адаптуйте анод до конструкції деталі, на яку потрібно нанести покриття.Це дає можливість отримувати аноди стабільних розмірів (пластини, циліндри, Т-подібні та U-подібні), тоді як свинцеві аноди — це переважно стандартні листи або стрижні.
Аноди Pt/Ti та Pt/Nb не мають закритих поверхонь, а мають розширені металеві листи зі змінним розміром отвору.Це призводить до гарного розподілу енергії, електричні поля можуть працювати в мережі та навколо неї (див. рис. 3).
Тому чим менша відстань міжаноді катод, тим вище щільність потоку покриття.Шари наносяться швидше: врожайність збільшується.Застосування решіток з великою ефективною поверхнею дозволяє істотно поліпшити умови сепарації.
Стабільності розмірів можна досягти, поєднуючи платину і титан.Обидва метали забезпечують оптимальні параметри для твердого хромування.Питомий опір платини дуже низький, лише 0,107 Ом×мм2/м.Значення свинцю майже вдвічі перевищує значення свинцю (0,208 Ом×мм2/м).Титан має чудову стійкість до корозії, однак ця здатність знижується в присутності галогенідів.Наприклад, напруга пробою титану в хлоридовмісних електролітах коливається від 10 до 15 В залежно від рН.Це значно вище, ніж у ніобію (35-50 В) і танталу (70-100 В).
Титан має недоліки щодо стійкості до корозії в таких сильних кислотах, як сірчана, азотна, плавикова, щавлева та метансульфонова кислоти.однак,титанвсе ще є хорошим вибором завдяки його оброблюваності та ціні.
Осадження шару платини на титанову підкладку найкраще проводити електрохімічним шляхом високотемпературним електролізом (ВТЕ) у розплавлених солях.Удосконалений процес HTE забезпечує точне покриття: у ванні з розплавом 550°C із суміші ціанідів калію та натрію, що містить приблизно від 1% до 3% платини, дорогоцінний метал електрохімічно наноситься на титан.Підкладка замкнена в замкнутій системі з аргоном, а соляна ванна знаходиться в подвійному тиглі.Сила струму від 1 до 5 А/дм2 забезпечує швидкість ізоляції від 10 до 50 мікрон на годину при натягу покриття від 0,5 до 2 В.
Платиновані аноди з використанням процесу HTE значно перевершили аноди, покриті водним електролітом.Чистота платинових покриттів з розплавленої солі становить не менше 99,9%, що значно вище, ніж у платинових шарів, нанесених з водних розчинів.Значно покращена пластичність, адгезія та стійкість до корозії з мінімальним внутрішнім натягом.
При розгляді оптимізації конструкції анода найважливішим є оптимізація опорної конструкції та джерела живлення анода.Найкращим рішенням є нагрівання та намотування титанового листового покриття на мідний сердечник.Мідь є ідеальним провідником з питомим опором лише приблизно 9% від опору сплавів Pb/Sn.Джерело живлення CuTi забезпечує мінімальні втрати потужності тільки вздовж анода, тому розподіл товщини шару на катодному вузлі однаковий.
Ще один позитивний ефект полягає в тому, що виділяється менше тепла.Вимоги до охолодження зменшуються, а платина зношується на аноді.Антикорозійне титанове покриття захищає мідний сердечник.При повторному нанесенні покриття на свердловинний метал очистіть і підготуйте лише раму та/або джерело живлення.Їх можна багаторазово використовувати.
Дотримуючись цих вказівок щодо проектування, ви можете використовувати моделі Pt/Ti або Pt/Nb для створення «ідеальних анодів» для твердого хромування.Моделі зі стабільними розмірами коштують дорожче на стадії інвестування, ніж свинцеві аноди.Однак якщо розглядати вартість більш детально, то цікавою альтернативою жорсткому хромуванню може стати титанова модель з платиновим покриттям.
Це сталося завдяки комплексному та ретельному аналізу загальної вартості звичайних свинцевих і платинових анодів.
Вісім анодів зі свинцевого сплаву (довжиною 1700 мм і діаметром 40 мм), виготовленими з PbSn7, порівнювалися з анодами Pt/Ti відповідного розміру для хромування циліндричних частин.Виробництво восьми свинцевих анодів коштує близько 1400 євро (1471 долар США), що на перший погляд здається дешевим.Інвестиції, необхідні для розробки необхідних Pt/Ti анодів, набагато вищі.Початкова ціна покупки становить близько 7000 євро.Платинові покриття особливо дорогі.Тільки чисті дорогоцінні метали становлять 45% цієї кількості.Платинове покриття товщиною 2,5 мкм вимагає 11,3 г дорогоцінного металу на кожен з восьми анодів.При ціні 35 євро за грам це відповідає 3160 євро.
Хоча свинцеві аноди можуть здатися найкращим вибором, це може швидко змінитися при ближчому розгляді.Лише через три роки загальна вартість свинцевого анода значно вища, ніж модель Pt/Ti.У консервативному прикладі розрахунку припустимо, що типова прикладна щільність потоку становить 40 А/дм2.У результаті потік потужності на заданій поверхні анода 168 дм2 склав 6720 ампер при 6700 годинах роботи протягом трьох років.Це відповідає приблизно 220 робочим дням із 10 робочих годин на рік.Коли платина окислюється в розчин, товщина платинового шару повільно зменшується.У прикладі це вважається 2 грами на мільйон ампер-годин.
Існує багато причин для переваги Pt/Ti порівняно зі свинцевими анодами.Крім того, зменшене споживання електроенергії (ціна 0,14 євро/кВт-год мінус 14 800 кВт-год/рік) коштує близько 2000 євро на рік.Крім того, більше немає потреби щорічно витрачати приблизно 500 євро на утилізацію шламу хромату свинцю, а також 1000 євро на технічне обслуговування та простої виробництва – дуже консервативні розрахунки.
Загальна вартість свинцевих анодів за три роки склала 14 400 євро (15 130 доларів).Вартість Pt/Ti анодів становить 12 020 євро, включаючи перепокриття.Навіть без урахування витрат на технічне обслуговування та простою виробництва (1000 євро на день на рік), точка беззбитковості досягається через три роки.З цього моменту проміжок між ними ще більше збільшується на користь Pt/Ti анода.
Багато галузей промисловості використовують різні переваги високотемпературних електролітичних анодів з платиновим покриттям.Виробники освітлювальних приладів, напівпровідників і друкованих плат, автомобілів, гідравліки, гірничої промисловості, гідротехнічних споруд і басейнів покладаються на ці технології покриття.Безсумнівно, у майбутньому буде розроблено більше додатків, оскільки стійкі витрати та екологічні міркування є довгостроковими проблемами.У результаті свинець може зіткнутися з посиленою перевіркою.
Оригінальна стаття була опублікована німецькою мовою в Annual Surface Technology (Vol. 71, 2015) під редакцією професора Тімо Зоргеля з Університету прикладних наук Алена, Німеччина.Надано Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Німеччина.
У більшості операцій обробки металу використовується маскування, при якому обробляються лише окремі ділянки поверхні деталі.Натомість маскування можна використовувати на поверхнях, де обробка не потрібна або її слід уникати.Ця стаття охоплює багато аспектів маскування металевої обробки, включаючи застосування, методи та різні типи маскування, що використовуються.