電鍍技術におけるチタン
重要性
金属のめっきにおける電気めっき法は最も広く普及しています。生産およびめっき工程の効率を高めるため、新しい電解液や温度の上昇、電流密度の増加が活用されています。これには、耐食性の要求が高い構造材料と設備が求められます。技術的特性の改善に加え、設備の耐用年数の最大延長が極めて重要です。これはライニング材と構造材料の品質に依存します。適した材料は多くありますが、その耐用年数と耐久性に関わる問題は未解決のままです。鉛はクロム酸やその他の酸性電解液において化学的に安定していますが、機械的な破損を受けやすいです。鉛ライニングが損傷すると、水槽本体は激しい腐食にさらされます。
代替材料
酸性電解液に耐性がある塩化ビニル内張りの鉄のバスは、ニッケルめっき、銅めっき、亜鉛めっきなどのプロセスで使用されます。しかし、温度が高すぎると、塩化ビニルシートは熱膨張によって割れる可能性があります。これは、塩化ビニルの熱膨張率が鉄の6倍であるためです。その結果、特に溶接箇所でライニングの一体性が失われ、後にバスの材料が腐食の影響を受けて溶解し、電解液が汚染されます。腐食性成分（重金属の不純物）が電解液にわずかでも入ると、めっきの品質が急激に低下します。これに対抗するため、ライニングにゴムが使用されます。しかし、それもまた効果が低く、すぐに劣化や亀裂が生じます。さらに、ライニングやゴム化のプロセスは、特定の金属に対する付着性が低いため、コストが高くなります。現在利用可能な絶縁や保護技術は化学的に耐性のあるゴム、塩化ビニル塗料、テープを使用しており、吊具の使用可能期間は2〜3ヶ月です。頻繁に吊具を交換または修理することは非常に手間がかかり、経済的には非効率です。
耐腐食性
チタンは、アルカリ性、中性、酸性のほぼすべての電解液に対して腐食耐性があることで知られています。10% H2SO4を含む75℃の酸洗液に耐えるものの、濃度が18〜20%に上がると急速に腐食が進行します。しかし、電解液に硝酸またはその塩を阻害剤として添加すれば、チタンの腐食破壊を防げます。この場合、金属表面に酸化膜が形成され、溶解を防ぎます。また、フッ化水素酸またはホウフッ化水素酸を含む電解液においてもチタンは急速に腐食します。それを除けば、電気めっき分野においてチタンの保護被膜としての利用は極めて有望です。
電気めっき設備
予備処理および電気めっき施工には、バス、アノードバスケット、カソードドラム、ヒーターコイル、吊具、熱交換器、配管、フィルター、ポンプなどが使用されます。
チタン製バス
クロムめっきバスでチタンを使用すると耐用年数が5〜7倍に延びます。メルトポルのエンジン工場で伝統的な鉄と鉛のバスに代えてVT1-0合金のバスを導入した際、その使用期間の延長により、減価償却、電解液コスト、労働負荷およびエネルギーの削減に成功し、年間収益を大幅に向上させました。
電解液
銅めっき、ニッケルめっき、カドミウムめっき、黄銅めっき、亜鉛めっき、銀めっき工程で使用する電解液では、チタンは腐食破壊をほとんど受けませんが、フッ化水素酸およびホウフッ化水素酸の溶液は例外です。また、フッ素イオンを含む媒体と組み合わせて使うのは望ましくありません。これは、アノードスキームおよび電流停止時の腐食速度の違いによるものです。
バスの交換
バスの交換
炭素鋼にプラスチックまたは鉛を内張りした浴槽をチタンバスに交換することは、生産プロセスの安定化のために妥当です。これにより、日常的な修理作業の頻度が減少し、電解液の清浄度が維持され、コーティングの品質が向上します。さらに、電解液の温度または酸バランスを調整することが可能になります。チタン合金の耐食性の強さは、上記の電解液において、壁の厚さを2分の1以上減少させることができます。これにより、チタンバスとプラスチック内張りの鋼製バスは、ほぼ同等のコストになります。
陽極かご
ニッケルめっき、亜鉛めっき、銅めっき用のバスでは、電解質、鋳造、圧延の3種類の陽極が使用されます。圧延陽極が最も広く使用されており、均一に溶解しますが、電解質陽極は溶解が速く、スラッジが発生しやすいです。
スラッジ
スラッジの有害な影響を最小限に抑えるために、陽極は「ベルト」または「塩化物」と呼ばれる特殊なバッグに入れられ、前もって塩酸で処理されます。この方法では、廃棄物は陽極全体の重量の20～30％に達します。チタン製の陽極バスケットを使用することは大変有望です。1959年には、「フォード」によってチタン製の陽極コンテナが開発され、導入されました。これにより、機器のメンテナンスにかかる費用が大幅に削減され、1日の作業時間が4時間延長されました。
生産性
陽極バスケットは、作業装置の全体的な生産性を向上させることを目的としています。また、容器に陽極材料を追加するために残りの溶液を排出する必要はありません。陽極材料はほぼ完全に使用され、密度が一定に保たれ、効率が最大化されます。1959年以降、シアン化および酸化銅めっき、シアン化白色黄銅メッキ、光沢ニッケルメッキの目的で使用されています。国内の生産プロセスへのチタンバスケットの導入により、完全に溶解する陽極を作成することができました。
VT1-0
メーリとポリエンジン工場でのVT1-0チタン合金製陽極バスケットの採用は、動力用部品で使用されるニッケルメッキ部品の年間経済指標を大幅に向上させました。この新技術の経済的指標の主な特徴は、ニッケル陽極の100％使用にあり、導入前の陽極使用率は70％でした。さらに、新しい陽極を設置するために以前使用されていた銅製のフックは不要になり、陽極の交換作業にかかる労力が削減されました。
コスト削減
VT1-0合金製のチタンバスケットは、ニッケル陽極の消費を大幅に削減し、電解液のレベル調整時にバスのメンテナンスを簡素化することができました。特別な吊りフックを備えた陽極バスケットは、厚さ0.8～1ミリメートルのチタン板から作られています。フックの横断面は、低い熱伝導率と電流密度（1 A/dm以下）を基に計算されています。
錫メッキ
高速錫メッキでは、陽極として機能する顆粒状の錫で事前に満たされたチタン製のバスケットが使用されます。この陽極材料は、バスケット内の全ての陽極表面に分布する活性電流密度を増加させることによって、電解メッキの生産性を大幅に向上させます。
経済効果
さまざまな計画で設計されたチタン製のバスケットは、ニッケルメッキ、錫メッキ、銅メッキ、亜鉛メッキのプロセスで広く使用されています。どのバスケットも、陽極材料を完全に使用することが可能であるため、高価な原材料（ニッケル、錫、銅など）を節約できます。また、より安価なインゴット、粒状、一次素材インゴットが使用可能です。
収益性
チタンは鉛や鋼に比べて熱伝導率が半分ですが、高い耐食性と機械的強度があるため、より薄い壁のヒーターを作ることができます。そのため、鉛メッキされた炭素鋼とステンレススチールのスパイラルと、VT1-00およびVT1-0のチタン合金製装置が同じ価格になります。また、チタン合金の使用により、装置の運用費用が大幅に削減され、耐用年数が4～6倍に増加しました。
コイル
通常のクロムメッキバスでも、チタン製のコイルは長年使用できます。「コムナー」工場では、クロムメッキ時に電解液を加熱するために、長さ3メートル、直径2.5ミリメートルのチタン製ヒーターを使用しています。7メートルの長さ、直径6ミリメートルの既存の鉛製コイルに代えて導入されました。このタイプの装置は、4年間の運用で計り知れない経済的利点をもたらしました。チタン製のヒーターは、タンボフ機械工場の数十の自動ラインでも使用されています。
吊り具と器具
チタンは、アルミニウムやその合金で作られた部品を陽極処理する吊り具の作成にも広く使用されています。シンプルなアルミニウムフレームは非常に迅速に酸化し、劣化し始めます。平均使用寿命を4～6週間延ばすためには、フレームをアルカリ環境に曝す必要があります。対照的に、同じ使用条件下でのチタンフレームには、数年後でも劣化の兆候が見られません。また、チタン製の吊り具は、錫メッキと亜鉛メッキのプロセスでもその優れた性質を示しています。腐食に強く、材料の損失を防ぎ、部品の寿命を延ばし、修理作業のコストを削減します。
ツール
洗濯機製造を専門とするイギリスの企業は、アルミニウム部品の陽極処理のために、60以上のチタン製ツールと400以上のアルミニウム製具とチタンチップを使用しています。電気メッキ吊り具の修理は非常に高く、作業コストがかかり、時間がかかります。チタン製の要素を使用することで、修理の頻度を最小限に抑えることができます。さらに、チタンは長期間にわたり、高いレベルの電気伝導を維持します。
洗浄の問題
金属メッキ工場の生産能力が増加すると、酸とその塩によって形成された有毒成分を大量に含む排水の洗浄プロセスをより重視する必要があります。メッキ、銅メッキ、カドミウムメッキのバスには、金属アルカロイドと有毒なシアン化物が多く、その濃度は0.1 mg/L未満でなければならず、クロム酸化物とクロムバスのクロム含有量は0.5 mg/Lを超えてはなりません。
結論
電気メッキ構造でのチタンの使用経験は、チタン要素の使用の妥当性を証明しています。それは信頼性、質、使用寿命、経済的利点に関係しています。チタン設備の使用は、会社の進歩的な性質、最新の傾向の追跡、生産率、労働時間の削減、メンテナンス作業の削減、コーティング品質の向上、電解液の節約、水、電力、蒸気の節約、製造サイクルの時間短縮、設備の耐久性の向上、作業条件の改善、製造文化の向上を示しています。
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