Umicore Electroplating di Jerman menggunakan anod elektrolitik suhu tinggi.Dalam proses ini, platinum dimendapkan pada bahan asas seperti titanium, niobium, tantalum, molibdenum, tungsten, keluli tahan karat dan aloi nikel dalam mandi garam cair pada 550°C di bawah argon.
Rajah 2: Anod platinum/titanium bersalut suhu tinggi mengekalkan bentuknya dalam jangka masa yang panjang.
Rajah 3: Anod Pt/Ti jejaring yang dikembangkan.Mesh logam yang diperluas menyediakan pengangkutan elektrolit yang optimum.Jarak antara komponen anod dan katod boleh dikurangkan dan ketumpatan arus meningkat.Hasilnya: kualiti yang lebih baik dalam masa yang lebih singkat.
Rajah 4: Lebar jejaring pada anod jejaring logam yang dikembangkan boleh dilaraskan.Mesh menyediakan peningkatan peredaran elektrolit dan penyingkiran gas yang lebih baik.
Plumbum diperhatikan dengan teliti di seluruh dunia.Di AS, pihak berkuasa kesihatan dan tempat kerja berpegang pada amaran mereka.Walaupun pengalaman bertahun-tahun syarikat penyaduran elektrik dalam menangani bahan berbahaya, logam terus dilihat dengan lebih kritikal.
Sebagai contoh, sesiapa yang menggunakan anod plumbum di Amerika Syarikat mesti mendaftar dengan Daftar Keluaran Kimia Toksik persekutuan EPA.Jika syarikat penyaduran elektrik hanya memproses kira-kira 29 kg plumbum setahun, pendaftaran masih diperlukan.
Oleh itu, adalah perlu untuk mencari alternatif di Amerika Syarikat.Bukan sahaja loji penyaduran kromium keras anod plumbum kelihatan murah pada pandangan pertama, terdapat juga banyak kelemahan:
Anod yang stabil secara dimensi ialah alternatif yang menarik kepada penyaduran kromium keras (lihat Rajah 2) dengan permukaan platinum pada titanium atau niobium sebagai substrat.
Anod bersalut platinum menawarkan banyak kelebihan berbanding penyaduran kromium keras.Ini termasuk faedah berikut:
Untuk hasil yang ideal, sesuaikan anod dengan reka bentuk bahagian yang akan disalut.Ini memungkinkan untuk mendapatkan anod dengan dimensi yang stabil (plat, silinder, berbentuk T dan berbentuk U), manakala anod plumbum kebanyakannya adalah kepingan atau rod standard.
Anod Pt/Ti dan Pt/Nb tidak mempunyai permukaan tertutup, sebaliknya kepingan logam mengembang dengan saiz jejaring berubah-ubah.Ini membawa kepada pengagihan tenaga yang baik, medan elektrik boleh berfungsi di dalam dan di sekitar rangkaian (lihat Rajah 3).
Oleh itu, semakin kecil jarak antaraanoddan katod, semakin tinggi ketumpatan fluks salutan.Lapisan boleh digunakan lebih cepat: hasil meningkat.Penggunaan grid dengan luas permukaan berkesan yang besar boleh meningkatkan keadaan pemisahan dengan ketara.
Kestabilan dimensi boleh dicapai dengan menggabungkan platinum dan titanium.Kedua-dua logam menyediakan parameter optimum untuk penyaduran krom keras.Kerintangan platinum adalah sangat rendah, hanya 0.107 Ohm×mm2/m.Nilai plumbum hampir dua kali ganda berbanding plumbum (0.208 ohm×mm2/m).Titanium mempunyai rintangan kakisan yang sangat baik, namun keupayaan ini berkurangan dengan kehadiran halida.Sebagai contoh, voltan pecahan titanium dalam elektrolit yang mengandungi klorida adalah antara 10 hingga 15 V, bergantung kepada pH.Ini jauh lebih tinggi daripada niobium (35 hingga 50 V) dan tantalum (70 hingga 100 V).
Titanium mempunyai kelemahan dari segi rintangan kakisan dalam asid kuat seperti asid sulfurik, nitrik, hidrofluorik, oksalik dan metanesulfonik.Walau bagaimanapun,titaniummasih merupakan pilihan yang baik kerana kebolehmesinan dan harganya.
Pemendapan lapisan platinum pada substrat titanium paling baik dilakukan secara elektrokimia oleh elektrolisis suhu tinggi (HTE) dalam garam cair.Proses HTE yang canggih memastikan salutan yang tepat: dalam tab lebur 550°C yang diperbuat daripada campuran kalium dan natrium sianida yang mengandungi kira-kira 1% hingga 3% platinum, logam berharga didepositkan secara elektrokimia pada titanium.Substrat dikunci dalam sistem tertutup dengan argon, dan mandi garam berada dalam mangkuk berganda.Arus dari 1 hingga 5 A/dm2 memberikan kadar penebat 10 hingga 50 mikron sejam dengan tegangan salutan 0.5 hingga 2 V.
Anod berplatin menggunakan proses HTE telah mengatasi prestasi anod yang disalut dengan elektrolit akueus.Ketulenan salutan platinum daripada garam cair adalah sekurang-kurangnya 99.9%, yang jauh lebih tinggi daripada lapisan platinum yang didepositkan daripada larutan akueus.Kemuluran, lekatan dan rintangan kakisan dipertingkatkan dengan ketara dengan ketegangan dalaman yang minimum.
Apabila mempertimbangkan untuk mengoptimumkan reka bentuk anod, yang paling penting ialah pengoptimuman struktur sokongan dan bekalan kuasa anod.Penyelesaian terbaik ialah memanaskan dan menggulung salutan kepingan titanium pada teras kuprum.Kuprum ialah konduktor yang ideal dengan kerintangan hanya kira-kira 9% daripada aloi Pb/Sn.Bekalan kuasa CuTi memastikan kehilangan kuasa yang minimum hanya di sepanjang anod, jadi taburan ketebalan lapisan pada pemasangan katod adalah sama.
Satu lagi kesan positif ialah kurang haba yang dihasilkan.Keperluan penyejukan dikurangkan dan kehausan platinum pada anod dikurangkan.Salutan titanium anti-karat melindungi teras kuprum.Apabila menyalut semula logam yang dikembangkan, bersihkan dan sediakan hanya bingkai dan/atau bekalan kuasa.Mereka boleh digunakan semula berkali-kali.
Dengan mengikuti garis panduan reka bentuk ini, anda boleh menggunakan model Pt/Ti atau Pt/Nb untuk mencipta "anod ideal" untuk penyaduran kromium keras.Model yang stabil secara dimensi lebih mahal pada peringkat pelaburan berbanding anod plumbum.Walau bagaimanapun, apabila mempertimbangkan kos dengan lebih terperinci, model titanium bersalut platinum boleh menjadi alternatif yang menarik kepada penyaduran krom keras.
Ini disebabkan oleh analisis yang komprehensif dan teliti terhadap jumlah kos anod plumbum dan platinum konvensional.
Lapan anod aloi plumbum (panjang 1700 mm dan diameter 40 mm) diperbuat daripada PbSn7 dibandingkan dengan anod Pt/Ti bersaiz sesuai untuk penyaduran kromium bahagian silinder.Pengeluaran lapan anod plumbum berharga sekitar 1,400 euro (1,471 dolar AS), yang pada pandangan pertama kelihatan murah.Pelaburan yang diperlukan untuk membangunkan anod Pt/Ti yang diperlukan adalah lebih tinggi.Harga pembelian awal adalah sekitar 7,000 euro.Kemasan platinum sangat mahal.Hanya logam berharga tulen menyumbang 45% daripada jumlah ini.Salutan platinum setebal 2.5 µm memerlukan 11.3 g logam berharga untuk setiap satu daripada lapan anod.Pada harga 35 euro setiap gram, ini sepadan dengan 3160 euro.
Walaupun anod plumbum mungkin kelihatan seperti pilihan terbaik, ini boleh berubah dengan cepat apabila diperiksa dengan lebih teliti.Selepas tiga tahun sahaja, jumlah kos anod plumbum jauh lebih tinggi daripada model Pt/Ti.Dalam contoh pengiraan konservatif, anggap ketumpatan fluks aplikasi biasa 40 A/dm2.Akibatnya, aliran kuasa pada permukaan anod tertentu 168 dm2 ialah 6720 ampere pada 6700 jam operasi selama tiga tahun.Ini sepadan dengan kira-kira 220 hari bekerja daripada 10 jam bekerja setahun.Apabila platinum teroksida menjadi larutan, ketebalan lapisan platinum perlahan-lahan berkurangan.Dalam contoh, ini dianggap 2 gram setiap juta amp-jam.
Terdapat banyak sebab untuk kelebihan kos Pt/Ti berbanding anod plumbum.Di samping itu, pengurangan penggunaan elektrik (harga 0.14 EUR/kWj tolak 14,800 kWj/tahun) berharga kira-kira 2,000 EUR setahun.Di samping itu, tidak ada lagi keperluan untuk kos tahunan kira-kira 500 euro untuk pelupusan enap cemar kromat plumbum, serta 1000 euro untuk penyelenggaraan dan masa henti pengeluaran – pengiraan yang sangat konservatif.
Jumlah kos anod plumbum dalam tempoh tiga tahun ialah €14,400 ($15,130).Kos anod Pt/Ti ialah 12,020 euro, termasuk penyalut semula.Walaupun tanpa mengambil kira kos penyelenggaraan dan masa henti pengeluaran (1000 euro sehari setahun), titik pulang modal dicapai selepas tiga tahun.Bermula dari titik ini, jurang di antara mereka bertambah lebih memihak kepada anod Pt/Ti.
Banyak industri mengambil kesempatan daripada pelbagai faedah anod elektrolitik bersalut platinum suhu tinggi.Pengeluar lampu, semikonduktor dan papan litar, automotif, hidraulik, perlombongan, kerja air dan kolam renang bergantung pada teknologi salutan ini.Lebih banyak aplikasi pasti akan dibangunkan pada masa hadapan, kerana kos yang mampan dan pertimbangan alam sekitar adalah kebimbangan jangka panjang.Akibatnya, plumbum mungkin menghadapi peningkatan penelitian.
Artikel asal diterbitkan dalam bahasa Jerman dalam Teknologi Permukaan Tahunan (Jilid 71, 2015) yang disunting oleh Prof. Timo Sörgel dari Aalen University of Applied Sciences, Jerman.Ihsan Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau/Jerman.
Dalam kebanyakan operasi penamat logam, pelekat digunakan, di mana hanya kawasan tertentu permukaan bahagian harus diproses.Sebaliknya, pelekat boleh digunakan pada permukaan di mana rawatan tidak diperlukan atau harus dielakkan.Artikel ini merangkumi banyak aspek pelekat kemasan logam, termasuk aplikasi, teknik dan pelbagai jenis pelekat yang digunakan.