- موضوع مقالات علمی
- تاریخ 08 اسفند 1401
- 0 نظر
- 1 145بازدید
اخیراً استفاده از آندهای تیتانیوم و نیوبیوم با پوشش پلاتین در وان‌های آبکاری کروم سخت رو به افزایش بوده و جایگزین آندهای سربی و آلیاژی شده‌اند.
آندهای تیتانیوم با پوشش پلاتین (تیتانیوم پلاتینایز) مزایای زیر را در مقایسه با آندهای سربی دارا می‌باشند:
- افزایش تولید با کاهش زمان آبکاری
- کاهش یا حذف فرایندهای ثانویه مانند سنگ‌زنی
- شکل هندسی آندها در طول زمان ثابت باقی می‌ماند و تغییری در شرایط بهینه آبکاری ایجاد نمی‌شود.
- طول عمر بالا و تعمیر و نگهداری بسیار کم
- افزایش طول عمر حمام
آندهای تیتانیوم با پوشش پلاتین 
پلاتین دارای خواص منحصر به فردی از جمله مقاومت الکتریکی پایین و مقاومت خوردگی بالا است. از این رو بر روی بستر تیتانیوم یا نیوبیوم لایه نازکی از پلاتین به ضخامت ۲ تا ۵ میکرومتر آبکاری می‌شود تا در عین استفاده از خواص استثنایی پلاتین مقرون به صرفه نیز باشد. تیتانیوم به دلیل مقاومت به خوردگی عالی در بسیاری از محیط‌ها از جمله اسیدی و کلریدی اغلب اولین انتخاب به عنوان زیر لایه است.
آندهای تیتانیوم با پوشش پلاتین در طیف گسترده‌ای از شکل و سایز از جمله سیم، مفتول، لوله، ورق و توری در دسترس می‌باشند. آندهای تهیه شده به شکل توری یا همان مش بسیار کارآمد بوده و دارای ضریب سطح 5/0 تا 3/2 دسی متر مربع می‌باشد.
مزایای آندهای تیتانیوم پلاتینایز در مقابل آند های سربی در فرآیند آبکاری کروم سخت
- ثبات اندازه و شکل
در طول فرآیند آبکاری آندهای سربی تغییر سایز می‌دهند که به دلیل اکسید سرب است که در حین فرآیند ایجاد می‌شود همچنین آندهای سربی بزرگ تحت تاثیر وزن خودشان افزایش طول پیدا می‌کنند در حالی که آندهای تیتانیومی در طول عمر خود پایدار هستند و به راحتی می‌توان آن‌ها را در اشکال پیچیده و بلند حتی تا ۴ متر تولید کرد در نتیجه آندها بسیار دقیق تولید می‌شوند تا آبکاری با کمترین تلورانس انجام شود و نیازی به عملیات ثانویه و باربرداری نباشد.
- سطح فعال همگن با طول عمر بالا
هنگام استفاده از آندهای سربی، رسوباتی از اکسید سرب تشکیل شده که به تدریج به سولفات سرب و کرومات سرب تبدیل می‌شوند و هدایت الکتریکی خوبی ندارند. در مقابل بر روی آندهای تیتانیوم با پوشش پلاتین رسوبی ایجاد نمی‌شود و در تمام طول عمر خود کارایی حداکثری را حفظ می‌کنند.
- کاهش خطرات زیست محیطی و کاهش هزینه تعمیرات
در آندهای تیتانیوم با پوشش پلاتین، پسیو شدن روی نمی دهد لذا نیازی به برس‌کاری و یا تمیزکاری شیمیایی آندها نیست و به دلیل عدم تشکیل لجن سرب، طول عمر حمام افزایش می‌یابد؛ در صورتی که به ازای آبکاری یک کیلوگرم کروم در حمام اسید سولفوریک ۳ گرم سرب به حمام وارد می‌شود و این میزان لجن در سایر حمام‌ها به مراتب بیشتر است.
- قدرت پرتاب بالای آندهای توری شکل و امکان استفاده در جریان بالا
در الکترولیز، واکنش‌ها ابتدا در گوشه‌ها و لبه‌ها انجام می‌شوند در حالی که در آندهای توری شکل عملا گوشه‌ها و لبه‌ها در سرتاسر سطح آن توزیع شده‌اند که سبب ایجاد دانسیته جریان یکنواخت شده و در نهایت عملکرد بهینه آب کاری را به همراه دارد. آندهای بزرگ توری شکل از یک سو قدرت پرتاب را بهبود می‌دهند و از سوی دیگر اجازه می‌دهند محلول به آسانی حرکت کند که تعادل الکترولیت سبب بهبود فرایند آبکاری می‌شود.
- کارکرد آسان و پوشش دهی مجدد
به دلیل وزن بالای آندهای سربی و محدودیت‌های کاری اغلب به صورت ناشیانه و نادرست جایگذاری می‌شوند. در حالی که وزن کم آندهای توری شکل کاربرد راحت‌تر و ایمن‌تری را به همراه دارند. همچنین در مواقع نیاز، این آندها را به راحتی می‌توان از حمام خارج و یا جابه جا کرد. تمامی این عوامل سبب می‌شود که هزینه‌های عملیاتی به شدت کاهش یابد.
ملاحظات در زمان تعویض آندهای سربی با آندهای تیتانیومی پلاتینایز
در جایی که آندهای معمولی با آندهای پلاتینایز جایگزین می‌شوند باید اطمینان حاصل شود که تمامی عوامل بررسی شده‌اند تا از تمام پتانسیل فنی این آندها استفاده کامل شود. تغییر فرآیند آبکاری که شامل روش و هزینه‌های آبکاری است ضروری می‌باشد تا بازگشت سرمایه استفاده از این تکنولوژی هر چه سریع‌تر محقق شود.
ملاحظات
- تمیز کردن کامل مخزن آبکاری و تجهیزات مرتبط با آن و تصفیه سرب باقیمانده در سیستم
- ترکیب حمام و شرایط آبکاری
- دانسیته جریان و ولتاژ عملیاتی
- طراحی آند و جایگزاری درست آن‌ها
عمر مفید این آندها بستگی به ترکیب الکترولیت و دانسیته جریان اعمالی دارد. از این رو در حمام‌های حاوی فلوئورید و دانسیته جریان بالاتر از ۷۵ آمپر بر دسی متر مربع آندهای نیوبیوم با پوشش پلاتین در مقایسه با آندهای با بستر تیتانیومی پیشنهاد می‌شوند.
آندهای تیتانیوم و نیوبیوم با لایه‌ای نازک از پلاتین معمولا 2 الی 5 میکرو متر پوشش داده می‌شوند که پس از سال‌ها مصرف این آندها، تیتانیوم یا نیوبیوم زیرلایه پسیو شده و سبب می‌شود در یک دانسیته جریان ثابت ولتاژ افزایش یابد. در ولتاژهای عملیاتی معمول، اصولا فلز پایه مورد حمله قرار نمی‌گیرد.
در بیشتر فرایندهای آبکاری نرخ سایش پلاتین پایین است که این امر گویای طول عمر بالای این آندها است. در حمام‌های کروم حاوی اسید سولفوریک نرخ انحلال پلاتین ۱ تا ۴ گرم به ازای یک میلیون آمپر بر ساعت می باشد (طراحی دقیق آن‌ها سبب افزایش مزایای آن شده و طول عمر را به حداکثر می‌رساند).
نمونه‌هایی از مزایای آندهای تیتانیوم با پوشش پلاتین
طبق یک گزارش صنعتی، یک تولیدکننده پیستون هیدرولیک جهت افزایش تولید می‌بایست تعداد آندهای سربی را افزایش می‌داد که به دلیل محدود بودن فضای آبکاری سرمایه‌گذاری سنگینی مورد نیاز بود. تولیدکننده با آندهای سربی می‌توانست به شش قطعه در هر حمام آبکاری کند که با جایگزینی آندهای سربی با آندهای پلاتینایز شده‌ی سیلندری شکل، قطعات آبکاری به ۱۴ عدد به ازای هر حمام افزایش یافت. پس از ارتقای موفقیت‌آمیز اولین حمام، تولید کننده سایر حمام‌ها را نیز ارتقا داد و پس از گذشت پنج سال و به ازای ۱۰ شیفت در هفته سبب صرفه جویی قابل توجهی در سرمایه‌گذاری و هزینه عملیاتی شد.
شرکت دیگری می‌بایست به شش قسمت از سیلندر با ابعاد مختلف که در گیربکس هواپیما مورد استفاده بود را پوشش می‌داد. به طور سنتی مشتری بخش‌هایی که نباید کروم داده می‌شد را می‌پوشاند و سپس جهت رسیدن به ضخامت مورد نظر قطعه را سنگ میزد. جهت حذف مرحله ماسک زدن، آندهای پلاتینایز شده ساخته شد که شامل ۶ سیلندر توی شکل بود که برای همه مناطقی که می‌بایست پوشش داده شود استفاده شد. فاصله آند و کاتد، یکسان در نظر گرفته شد و این امر باعث باعث شد پوششی یکنواخت ایجاد شود و عملیات سنگ زنی به شدت کاهش یابد. با ارتقای کل سیستم آبکاری، زمان تولید کاهش و میزان تولید افزایش یافت.
جمع بندی
آندهای تیتانیومی با پوشش پلاتین جایگزین مناسبی برای آن آندهای سربی در فرآیند آبکاری کروم می‌باشند. این محصول پوششی با کیفیت بالا ایجاد می‌کند که سبب افزایش بهره‌وری و توان عملیاتی می‌شود. تجزیه و تحلیل‌های مالی نشان می‌دهد که سرمایه‌گذاری اولیه بالا در این تکنولوژی در مدت کوتاهی جبران می‌شود.