Anody w galwanizerni

W kąpielach galwanicznych anody muszą przewodzić prąd i nie powodować zmian w składzie elektrolitu. Anody mogą być rozpuszczalne, nierozpuszczalne lub stanowić ich kombinację.

Niezależnie jednak od rodzaju anod są one przedłużeniem dodatniego bieguna prądu elektrycznego w przestrzeni roboczej kąpieli, aby zapewnić rozdział prądu poprzez elektrolit do obrabianych przedmiotów. Ujemny biegun prądu elektrycznego w postaci obrabianych przedmiotów jest zanurzony w elektrolicie jako katoda, tak aby można było zamknąć obwód prądu elektrycznego poprzez kąpiel do anod.

Anody rozpuszczalne, zgodnie z ich przeznaczeniem, powinny odpowiadać następującym warunkom:

  • anody rozpuszczalne powinny się rozpuszczać w danym elektrolicie z szybkością dostosowaną do składu kąpieli roboczej
  • nie powinny tworzyć w elektrolicie zanieczyszczeń, które zakłócają jego pracę i po­garszają efekt pokrywania
  • wymiary geometryczne anod powinny zapewnić prawidłowy rozdział prądu w elektrolicie

Anody rozpuszczalne można podzielić na kilka gatunków w zależności od sposobu ich produkcji oraz stosowalności:

  • lane
  • walcowane
  • elektrolityczne
  • przeciągane
  • kulkowe

Anody nierozpuszczalne stosuje się w następujących przypadkach:

  • wydajność anod rozpuszczalnych jest zbyt duża w stosunku do wydajności katodowej (na przykład podczas chromowania)
  • rozpuszczalność anod jest zbyt mała
  • koszt anod jest zbyt duży dla prowadzenia procesu w sposób ekonomiczny
  • rozpuszczalność anod zakłóca utrzymanie stałego wymiaru anod, na przykład pod­czas pokrywania wewnętrznych powierzchni rur
  • nie zależy na nałożeniu powłoki, ale na przepływie prądu (na przykład przy odtłusz­czaniu i trawieniu elektrolitycznym, zdejmowaniu powłok galwanicznych)

Anody nierozpuszczalne wykonuje się zwykle z ołowiu z dodatkiem antymonu lub czasem srebra, wtedy gdy mają one pracować w kąpielach kwaśnych, oraz ze stali węglo­wej, wtedy gdy mają pracować w kąpielach alkalicznych. Anody stalowe należy jednak uprzednio poniklować w celu zabezpieczenia przed korozją.
Anody przed zawieszeniem ich na prętach elektrodowych urządzenia galwanicznego należy odpowiednio ukształtować celem otrzymania stosownych kształtów geometrycz­nych.

Grubość anod rozpuszczalnych waha się w granicach od kilku do kilkunastu mili­metrowi Natomiast długość i szerokość anody musi być dobrana do warunków lokalnych, tzn. do wymiarów roboczych konkretnych urządzeń (wanien).
Przyjmuje się, że dolna krawędź anody nie powinna być umieszczona głębiej niż 10 do 15 cm nad dnem wanny, natomiast górna krawędź anody powinna wystawać na 10 cm nad poziom kąpieli roboczej.

Wprowadzenie do przemysłu kąpieli dających pokrycia błyszczące doprowadziło do zaostrzenia wymagań stawianych anodom. Nie mogą one tworzyć w kąpieli zanieczysz­czeń mechanicznych. Czystość kąpieli roboczych zwiększają bardzo często stosowane worki anodowe wykonane albo z tkaniny bawełnianej, albo z tworzyw sztucznych.

Ostatnio wprowadzono do przemysłu nowoczesne procesy galwaniczne, przy których wymagane są bardzo duże powierzchnie czynne anod. Zwiększenie czynnej powierzchni anod osiągnięto w ten sposób, że zrezygnowano z konwencjonalnego ich kształtu, tnąc materiał anody na kawałki umieszczając je w odpowiednich koszach anodowych. Kosze te są wykonane z cienkiej stosunkowo blachy tytanowej; zawiesza się je na pręcie anodowym urządzenia. Kosz anodowy pozwala wykorzystać całkowicie materiał anody, co w poważny sposób ułatwia gospodarkę tego rodzaju materiałami.

Zawieszenie anody na pręcie elektrodowym urządzenia powinno zapewnić dobry styk elektryczny bez nagrzewania miejsca styku, łatwe i bezpieczne zawieszenie oraz zdjęcie anody lub kosza anodowego z pręta anodowego.

Często spotykane połączenia nitowe konwencjonalnych anod płytowych powinny być wykonane z materiału anody. Nitowanie haka anodowego do anody innym materiałem może spowodować zanieczyszczenie kąpieli roboczej materiałem pochodzącym z nitów. Ponadto nitowanie takie powinno być wykonane bardzo starannie, gdyż połączenie to znajduje się zawsze w agresywnej atmosferze oparów kąpieli roboczej.

O ile w urządzeniach stacjonarnych nie ma specjalnych kłopotów z utrzymaniem właściwego stosunku między czynną powierzchnią anod i powierzchnią katod, to w urzą­dzeniach kielichowych jest to dosyć trudne. Z tego względu anody dla urządzeń kielicho­wych powinny być specjalnie formowane, tak aby uzyskać podczas formowania możliwie największą powierzchnię czynną anody. Za granicą spotyka się często tego typu anody w przemyśle i w handlu, natomiast nie ma tych anod w kraju. Anody takie ułatwi­łyby pracę w wielu galwanizerniach przy niklowaniu, cynkowaniu, kadmowaniu i miedzio­waniu.

Podczas obróbki detali o skomplikowanych kształtach istnieje czasem konieczność stosowania anod dodatkowych, które ułatwiają nałożenie pokrycia w trudno dostępnych miejscach powierzchni przedmiotu. Anody takie w postaci prętów lub płaskowników należy wykonywać tylko z tego samego materiału, co anody główne. Wielkość i kształt takich anod trzeba dobierać indywidualnie do kształtu danego przed­miotu.

Anody do chromowania
—————-

W procesie chromowania stosuje się niemal wyłącznie anody nierozpuszczalne. Przyczyną tego jest dziesięciokrotnie większa rozpuszczalność chromu w stosunku do ilości osadzonego metalu. Poza tym na anodzie chromowej w warunkach procesu nie zachodzi dostateczne utlenienie chro­mu do Cr6+, w wyniku czego stężenie jonów Cr3+ wzrastałoby zbyt szybko.

Najczęściej więc stosuje się anody z czystego ołowiu lub z ołowiu z do­datkiem antymonu.

Czysty ołów jest szczególnie odpowiedni do sporządzania anod o bar­dzo skomplikowanych kształtach.

Anody ołowiowe wymagają bardzo częstego i regularnego oczyszczania przez zanurzanie w odpowiednich roztworach i szczotkowania.

Odporność anod ołowiowych na chemiczne działanie kwasu chromowego wzrasta ze wzrostem zawartości antymonu. Zawartość antymonu może się wahać w granicach od 0,5 do 20%. Przy ciągłej pracy kąpieli wystarcza dodatek 0,5—1% Sb, a do chromowania w elektrolitach specjalnych, zawie­rających fluorki, zawartość antymonu może wynosić 13—20°/o. Najczęściej stosuje się anody, zawierające 5—7% antymonu.

Dla zapewnienia właściwych anodowych gęstości prądu stosunek po­wierzchni anod do powierzchni chromowanego przedmiotu powinien wy­nosić od 1 :1 do 1 :3. Kształty anod mogą być różne, jednakże najczęściej wystarcza stoso­wanie anod płaskich. Ogólnie biorąc zaleca się używanie dużej ilości wą­skich anod zamiast jednej płaskiej blachy, gdyż zapewnia to równomierny rozkład prądu. Grubość anod musi być dostosowana do katodowych gęstości prądu, gdyż anody zbyt cienkie łatwo się grzeją.

Anody żelazne stosuje się przy chromowaniu technicznym, przede wszystkim wówczas, gdy wymagana jest większa wytrzymałość i sztywność. Użycie tego rodzaju anod pro­wadzi jednakże do nagromadzenia się żelaza i chromu trójwartościowego w kąpieli.

Anody do cynkowania
—————-

Najlepszym materiałem na anody do cynkowania jest cynk elektroli­tyczny, w praktyce jednak stosuje się cynk o mniejszej czystości, przy czym dla uzyskania równomiernego rozpuszczania pożądane są odlewy o równomiernym ziarnie względnie blachy walcowane.

Właściwy skład elektrod dobiorą się w zależności od stosowanej technologii i wymagań stawia­nych nakładanym powłokom cynkowym. Szczególnie niepożądane jest zanieczyszczenie cyną, miedzią, arsenem lub antymonem.

Stosunkowo najmniej szkodliwym zanieczyszczeniem anod cynkowych jest żelazo, które przechodzi do roztworu i nie wywiera istotnego wpływu przebieg procesu. Szkodliwy wpływ zanieczyszczeń metalicznych przejawia się również rozpuszczalności anod.

W elektrolitach siarczanowych na powierzchni cynku mogą osadzać się zasadowe sole miedzi, ołowiu lub kadmu, które przeszły do roztworu z anod, a które tworząc zwartą warstwę utrudniają rozpuszczanie się anod.

W elektrolitach cyjankowych istnieje tendencja do nadmiernego rozpuszczania się anod. Jeśli anody rozpuszczają się zbyt szybko, można stosować pomocnicze anody stalowe lub lepiej niklowe.

Ze względu na to, że anody cynkowe są mało odporne na chemiczne działanie elektrolitów należy je wyjmować z kąpieli przy przerwach pracy.

Anody do cynowania
—————-

Do cynowania zarówno w kąpielach kwaśnych jak i alkalicznych stosuje się na ogół rozpuszczalne anody cynowe wykonane z bardzo czystej cyny.

Przy dobieraniu anod cynowych należy zwrócić uwagę na przeznacze­nie przedmiotów cynowanych. Nie wolno stosować anod cynowych, o więk­szej zawartości ołowiu do procesów pokrywania naczyń przeznaczonych do środków spożywczych.

W zależności od rodzaju kąpieli anody cynowe dają w roztworach jony dwu- i czterowartościowe. W kąpielach kwaśnych do roztworu przechodzą jony Sn2+, a w alkalicznych – jony Sn4+.

Otrzymywanie w kąpielach cyjanowych wyłącznie jonów Sn4+ i zapo­bieganie powstawaniu jonów Sn2+ osiąga się przez dobór optymalnych gęstości prądu. Przy dużych gęstościach prądu powstają jony Sn4+, a przy małych – jony Sn2+. Rodzaj powstających na anodzie jonów wpływa na jej wygląd. Przy większych gęstościach prądu i wytwarzaniu jonów Sn4+ po­wstaje na anodzie żółto-zielona warstwa, nieobecna przy powstawaniu jo­nów Sn2+. Powstawanie na anodzie białego nalotu dowodzi zbyt dużego stężenia wodorotlenku potasowego.

Stosowanie zbyt dużych gęstości prądu powoduje wytwarzanie na ano­dzie cynowej powłoki brązowej lub czarnej, a w następstwie tego obniżenie wydajności anodowej, a nawet całkowite przerwanie przepływu prądu. Nalot taki jest trudno rozpuszczalny i daje się rozpuszczać tylko w mocnych kwasach mineralnych. Anody cynowe w elektrolitach kwaśnych powinny mieć ładną jasną i błyszczącą powierzchnię. Przy zbyt dużych gęstościach prądu powierzchnia anod pokrywa się cienką warstwą czarnego nalotu, dającą się zmywać w strumieniu wody.

Umiarkowane wydzielanie się gazów na anodzie jest dodatkowym wskaźnikiem dobrej jej pracy. Zbyt energiczne „gazowanie” anod, połą­czone z ich czernieniem dowodzi, że przez nie płynie prąd o zbyt dużej gęstości.

W procesie cynowania stosuje się czasem anody nierozpuszczalne, niklowe lub stalowe – grubo niklowane (40 – 50 μm). W tym przypadku należy jednak pamiętać, że w elektrolicie maleje stężenie jonów cyny, a wzrasta stężenie jonów wodorotlenowych.

Anody do miedziowania
—————-

Do procesów miedziowania stosuje się prawie wyłącznie rozpuszczalne anody miedziane. Anody produkowane są z czystej miedzi i zależnie od sposobu wytwarzania, mogą być elektrolityczne, elektrolitycznie walcowane lub kute oraz odlewane. Jakość pracy anod zależy w dużej mierze od ich składu chemicznego oraz od sposobu wytwarzania, który m. in. wpływa na wielkość ziarna. Ziarno powinno być bardzo drobne. Na pracę anod miedzianych wpływają ujemnie zanieczyszczenia cyną, niklem i oło­wiem.

Jednym z częstych objawów złej pracy anod jest ich szlamowanie. Powstawanie szlamów anodowych nie tylko przyspiesza zużycie anod lecz także wywołuje chropowatość powłok.

Podkreślić należy, że jakość pracy anod miedzianych zależy także od rodzaju kąpieli, w których one pracują. Ogólnie biorąc anody odlewane lepiej pracują w elektrolitach cyjankowych niż kwaśnych, natomiast anody elektrolityczne, szczególnie poddane odpowiedniej obróbce termicznej oraz anody walcowane nadają się zarówno do kąpieli cyjankowych jak i kwaś­nych.

Dobra praca anod miedzianych w dużym stopniu zależy od całkowitego sunięcia gazów oraz tlenu znajdującego się tam w postaci tlenku miedzi. Dodatkiem wpływającym bardzo korzystnie na odtlenianie miedzi jest fosfor dodawany w małych ilościach.

W celu uniknięcia zanieczyszczenia kąpieli nawet małymi ilościami szlamów, na anody miedziane zakłada się worki z sztucznego tworzywa o odpowiedniej odporności.

Anody do niklowania
—————-

Do osadzania powłok niklowych stosuje się rozpuszczalne anody niklowe. Od jakości anod w dużej mierze zależy dobra praca kąpieli. Dobre anody niklowe powinny posiadać dużą wydajność anodowego roztwarzania i nie tworzyć szlamu. Najwyższej czystości nikiel jest pasywny, a co za tym idzie — trudno rozpuszczalny. W związku z tym do anod niklowychdodaje się nieznaczne ilości domieszek.

Najlepiej pracujące anody zawierają ok. 99 % czystego niklu i 1 % tlen­ku niklu lub węgla.

W galwanotechnice stosuje się na ogół anody elektrolityczne, lane, walcowane lub kute. Obecnie najczęściej, szczególnie do procesów szybkosprawnego niklowania, stosuje się anody lane i walcowane lub kute – depolaryzowane.

W różnych krajach dopuszczalna ilość zanieczyszczeń w anodach niklo­wych jest nieco różna.

Anody depolaryzowane, których proces wytwarzania jest bardzo skom­plikowany, zawierają ok. 0,10 % tlenu w postaci tlenku niklawego oraz nieco węgla tworzącego połączenie nikiel-węgiel.

Na pracę anod niklowych a przede wszystkim na równomierność ich rozpuszczania duży wpływ ma sposób ich konserwowania. Bardzo dobre rezultaty otrzymuje się w przypadku zanurzania anod niklowych na kilka godzin (najlepiej w dni wolne od pracy) w roztworze zawierającym 10 – 13 % kwasu siarkowego i około 7 % kwasu solnego. W ten sposób konserwowane anody mają gładką i dobrze rozpuszczalną powierzchnię.

Anody do srebrzenia
—————-

Jako materiał na anody przy osadzaniu srebra stosuje się na ogół czyste srebro (99,95 — 99,99 %). Anody powinny być wykonane z blachy srebrnej. Najczęściej zawartość 99,95 % Ag jest wystarczająca i wyższa czystość nie jest wymagana. Pozostałe 0,05 % zanieczyszczeń stanowią Pb, Fe, Mn, Se, S, Sb. Zanieczyszczenia te mogą powodować powstawanie na powierzchni anod trudno rozpuszczalnego osadu, który rozpuszcza się w elektrolitach przy małych gęstościach prądu anodowego lub w czasie przerw w pracy (9). Należy jednak zaznaczyć; że przyczyną czernienia anod może być również nieodpowiedni skład elektrolitu. Niekiedy fakt ten przypisuje się działaniu zawartych w kąpieli siarczków rodanków, tiosiarczanów, siarczynów.

W cyjankowych elektrolitach do srebrzenia wydajności osadzania i roz­puszczania się srebra są zbliżone, dzięki czemu uzyskuje się dobrą stałość stężenia srebra, w kąpieli.

W kąpielach o bardzo dużych stężeniach cyjanków, anody rozpuszczają się chemicznie bez udziału prądu. Wydajność anodowa przekracza wówczas 100 % i stężenie srebra w kąpieli może wzrastać.

Przy stosowaniu zbyt dużych w stosunku do stężenia KCN anodowych gęstości prądu anody pasywują się, pokrywając się warstewką cyjanku srebrowego, który stopniowo polimeryzuje. Warstewka ta rozpuszcza się po przerwaniu przepływu prądu. W elektrolitach do srebrzenia tylko wyjątkowo stosuje się anody nierozpuszczalne, np. ze stali niskowęglowej, ze stali nierdzewnej, platyny lub węgla. Wybór materiału anody nierozpuszczalnej zależy zwykle od celu jej zastosowania. Przy wydzielaniu srebra wyłącznie w celu odzysku srebra z kąpieli stosuje się jako anody blachy stalowe. Również w kąpielach do srebrzenia wstępnego, gdzie w wyniku niskich wydajności katodowych stężenie srebra w przypadku użycia anod srebrnych wzrastałoby szybko, również stosuje się anody stalowe względnie mieszane: stalowe i srebrne.

Przy srebrzeniu z użyciem anod nierozpuszczalnych konieczne jest stałe uzupełnianie srebra w kąpieli przez wprowadzenie odpowiednich soli srebrowych.

Anody do złocenia
—————-

W procesach elektrolitycznych złocenia stosuje się zarówno rozpuszczalne z czystego złota, jak i anody nierozpuszczalne.

Anody rozpuszczalne sporządza się z walcowanego złota możliwie najwyższej czystości.. Jako szkodliwe zanieczyszczenia anod mogą występować: Pb, Ag, Bi i As.

Anody rozpuszczalne stosuje się w kąpielach kwaśnych i cyjankowych. Jako anody nierozpuszczalne stosuje się: grafit, stal nierdzewną lub platynę. Przy użyciu anod nierozpuszczalnych stosunek powierzchni elektrod powinien wynosić 1:1.

W poszczególnych przypadkach, w celu zachowania stałego stężenia złota, stosowane bywają równocześnie anody rozpuszczalne i nierozpuszczalne. Utrzymanie stałości stężenia złota w kąpieli jedynie przez właściwe prowadzenie procesu anodowego w obecności rozpuszczalnych anod złotych, jest rzeczą trudną. W związku z tym częściej poleca się stosowanie anod nierozpuszczalnych i systematyczne uzupełnianie kąpieli solami złota.

Komentarze