Гальваническое покрытие: Гальваническое цинкование: оборудование, подготовка, проведение

Содержание

Гальваническое цинкование: оборудование, подготовка, проведение

Популярный способ защиты металлических изделий от появления ржавчины — оцинковка заготовки. На поверхность детали наносится слой цинка, который увеличивает ее эксплуатационные характеристики, срок службы. Существует несколько вариантов выполнения этого технологического процесса. Особо популярно гальваническое цинкование.

Ванны для гальванического цинкования (Фото: Instagram / pt_plast)

Общие сведения и назначение

Многие стальные изделия эксплуатируются в местах с высокой влажностью. Со временем это приводит к появлению ржавчины, разрушению металлоконструкций. Без дополнительной защиты детали придут в негодность.

Цинковый слой, нанесенный по определенной технологии, принимает негативное воздействие влаги, щелочей, кислот на себя. Антикоррозийные свойства сохраняются до полного разрушения цинковой пленки.

С развитием технологического прогресса появилось несколько способов нанесения цинкового слоя на разные металлы. Цинкование своими руками возможно, но для этого необходимо точно изучить выбранный метод, подготовить оборудование.

Методы

Существует несколько методов цинкования металлических конструкций. Они выбираются зависимо от того, какие технические характеристики защитного слоя необходимо получить. Виды обработки:

  1. Горячая оцинковка металла. Процедура проводится в ваннах, заполненных расплавленным цинком. Перед погружением в емкости металлические конструкции проходят несколько этапов подготовки. После подготовительных действий изделие покрывается флюсом, погружается в расплавленный металл. Последний этап — охлаждение.
  2. Холодная оцинковка металлических деталей. Для проведения этой процедуры используется специальный химический состав Цинконол. Его наносят кистью или валиком. После нанесения, на поверхности металла образуется прочная защитная пленка.
  3. Термодиффузионная оцинковка. Второе название метода — шерардизация. Металлоконструкцию помещают в контейнер, засыпают цинком. После этого внутреннее пространство нагревается до 2600 градусов. Цинк принимает газообразное состояние, проникает в верхние слои обрабатываемой детали.
  4. Гальваническое цинкование металла. На поверхность обрабатываемого изделия воздействует электричество. Образуется защитная пленка, толщиной 30 мкм.
  5. Газотермическое напыление. При обработке применяется сухая цинковая смесь, которая напыляется на поверхность металлического листа в газовой среде.

При гальваническом методе соединение защитной пленки с основой происходит на молекулярном уровне. Показатель адгезии изменяется зависимо от загрязнения детали масляными пятнами. Чем их меньше, тем лучше соединение.

Газотермическое напыление цинка

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитического метода покрытия цинком:

  • готовое покрытие не требует дополнительной обработки;
  • цинковая пленка ровная, без подтеков;
  • можно покрывать изделия разной формы, размеров.

У данной технологии есть два существенных минуса. Первый — низкий показатель адгезии. Второй недостаток — выделение ядовитых веществ при проведении работ.

Оборудование

Гальваника подразумевает применение механического или автоматического оборудования:

  • питания для гальванической ванны;
  • камеры для сушки;
  • каркаса из металла;
  • ванны для нанесения цинка;
  • труб, по которым будет поступать, отходить рабочая жидкость;
  • мощной вытяжки;
  • гальванических барабанов;
  • систем фильтрующих аппаратов;
  • центрифуги для ускорения процесса сушки.

Автоматические линии дополнительно оборудуются электроавтоматикой, панелью для настройки и задания алгоритмов.

Подготовка к выполнению процедуры

Цинкование металла в домашних условиях, как и на производстве, делится на два этапа:

  • подготовка поверхности;
  • проведение основных работ.

Подготовка состоит из нескольких действий:

  1. Стороны металлоконструкции очищаются от мусора щеткой по металлу.
  2. Заготовка обезжиривается, чтобы убрать подтеки масла.
  3. Очищающий состав смывается водой.

Для снятия слоя ржавчины используется соляная кислота. После использование кислоты железо, сталь или другой обрабатываемый металл необходимо промыть под проточной водой.

Щетка для металла (Фото: Instagram / hoz.magazin)

Как выполнить процедуру в домашних условиях?

Чтобы выполнить гальваническое цинкование в домашних условиях, необходимо подготовить оборудование, расходные материалы, изучить технологию обработки в теории.

Можно собрать аппарат для гальваники самостоятельно. Для этого нужен источник постоянного тока, приспособление для удерживания детали, электрод. Рабочей жидкостью будет выступать любой раствор на основе соли, которой содержит цинк.

Факторы, влияющие на толщину защитного слоя:

  • температура рабочего раствора;
  • форма металлоконструкции;
  • плотность воздействия напряжения на единицу обрабатываемой площади;
  • температура электролита.

Чтобы приготовить качественный рабочий раствор, необходимо вскрыть рабочий аккумулятор, слить из него электролита. Затем растворить в электролитической жидкости цинк. Перед использованием готовый раствор необходимо процедить.

Наносить цинкосодержащий состав нужно в два слоя, чтобы повысить антикоррозийные свойства. Способы получения цинка для приготовления рабочего раствора:

  • переплавка предохранителей, которые изготавливались во времена СССР;
  • купить в магазинах с химическими реактивами;
  • из солевых батареек.

При цинковании рабочий состав не должен сильно бурлить. Это указывает на большую силу тока, которую нужно снизить. Со временем на поверхности катода образуется защитный слой, который будет постепенно увеличиваться. Оцинкованная деталь остужается, очищается от остатков паяльной кислоты.

Гальваническое цинкование — метод повышения коррозионной стойкости металла. Он подразумевает применение напряжения, направленного на активизацию цинкосодержащего раствора. При желании можно обрабатывать металлические заготовки самостоятельно.

Смотрите видео о гальваническом цинковании в домашних условиях:

Гальваническое покрытие золотом: суть процесса, состав электролита

Гальваническое покрытие золотом металлических предметов: способы и технологии. Металлы и сплавы, поддающиеся золочению. Приготовление электролита для самостоятельного золочения в домашних условиях.

Золочение металла – популярная процедура, позволяющая придать различным изделиям свойства, которыми обладает благородный металл. Нанесение покрытия «под золото» позволяет получить отличную вещь при значительно меньших затратах, чем при покупке настоящего украшения. Кроме того, технология гальванического покрытия золотом исключает окисление металлов, поверхностный слой не боится влаги, не вступает в реакцию с химически активными веществами. Позолота также позволяет улучшить качество припоя, что важно при изготовлении микросхем.

Какие металлы и сплавы поддаются золочению


Золочение металлических поверхностей используется в различных областях, но наиболее часто:

  • в промышленности для создания технических покрытий, устойчивых к химическому воздействию;
  • в ювелирном деле, при декорировании поверхностей из черных и цветных металлов, нержавеющей стали.

Нанесение гальванического покрытия применяется для создания бижутерии. Для изготовления позолоченных изделий вещи из дешевых металлов покрываются тонким слоем золота. Такие «предметы роскоши» продаются по доступной цене, но смотрятся на уровне настоящих золотых. Технология гальванического золочения используется для браслетов, цепочек, колье, очков. Изделия выглядят изысканно и респектабельно.

Не менее распространена гальваническая обработка и более ценных металлов, например, золочение серебра или платины. Покрытая специальным составом бижутерия не приводит к появлению аллергии и раздражения кожи. Но такие изделия часто могут стоить на уровне высокопробных серебряных предметов.

Для придания требуемых свойств отдельным участкам поверхностей предметы либо украшения могут подвергаться гальваническому золочению частично. В ювелирном деле так создают уникальные вещи.

Гальваническому золочению можно подвергнуть любой предмет, повысив тем самым его свойства. К примеру, сусальное золото напыляется на купола храмов, применяется в иных декоративных целях.

Методы и способы золочения металла


Качество и внешний вид покрытия зависят от используемой технологии. Наиболее распространены следующие методы нанесения золота:
  • механический;
  • химическое золочение с использованием активных веществ;
  • гальваническое золочение.

Для каждого способа используются различные химреактивы и инструмент.

Химический метод

Химическое золочение – это нанесение на подлежащую обработке вещь хлорида золота. Для создания реагента необходимо последовательно выполнить такие действия:

  1. Металл расковывается на маленькие кусочки.
  2. Элементы помещаются в заранее сделанную смесь. Реагент изготавливается на основе соединения соляной (30 г) и азотной (10 г) кислот.
  3. На каждый грамм напыления должно расходоваться порядка 10 мл реагента. Потому необходимо заранее приготовить нужное количество раствора.

С кислотами в быту следует обращаться осторожно, не допуская их контакта с кожей рук и слизистыми оболочками.


Смешивание ингредиентов осуществляется в фарфоровой колбе, растворение при этом может растянуться на трое суток. По завершении подготовки благородного металла он выпаривается при 80 °C до образования жидкого раствора. Для получения гомогенного состава требуемой консистенции в процессе выпаривания раствор нужно периодически взбалтывать стеклянной мешалкой.

Непосредственно для процесса подготавливается:

  • отфильтрованная вода, подогретая до 60 °C;
  • золотая хлорная соль – 15 г;
  • натрия хлорид либо карбонат калия – 65 г.

Предметы обрабатываются после заранее выполненной подготовки. Для удаления жира рекомендуется протирание 20%-м едким натром, затем – промывка в 25%-м содовом растворе.

Предмет помещается в сделанную смесь, и спустя определенное время (в соответствии с родом металла) поверхность превращается в позолоченную. После естественной просушки предмет протирается мягкой сухой тряпицей. Поверхность до появления блеска отполировывается шерстяным лоскутком.

Механические методы золочения


Золочение придает изделию определенные свойства, делающие его эстетически привлекательным и стойким к влиянию окружающей среды.

Обработка механическим способом выполняется нечасто, потому как добиться получения однородного поверхностного слоя нелегко. Данная технология отличается такими особенностями:

  1. Необходимо применение особой пасты, изготавливающейся в специальной лаборатории или самостоятельно. Для различных изделий ингредиенты пасты могут значительно отличаться.
  2. Нанесенное механическим методом в бытовых условиях покрытие в отличие от гальванического обладает малой толщиной. Потому такие изделия не смогут долго прослужить.
  3. Наиболее распространены растворы на основе винного камня, желтой соли кровяной.
  4. Для образования однородного состава кашеобразной формы, втираемого в поверхность изделия шерстяным лоскутом, вещество тщательно перемешивается.
  5. Перед нанесением позолоты требуется обезжирить поверхность.
  6. Нанесение пасты выполняется одним слоем с равномерным распределением золотой смеси. При втирании необходимо исключить контакт вещества с кожей рук.

Механическое золочение в отличие от гальванического – процесс сложный, применяемый в бытовых условиях лишь для отдельных частей предметов. Другие способы предусматривают полное погружение подлежащей обработке детали в специальный раствор.

Гальваническое золочение металлов


Покрытие позолотой достаточной толщины и качества получается при использовании особой технологии, предусматривающей опускание вещи в электролитический состав. Гальванический метод предназначен для обработки изделий практически любых размеров, по сути представляет собой один из видов электрохимических реакций.

Необходимо учесть, что состав гальванического раствора влияет на приобретаемый поверхностью оттенок.

На дому электролитический раствор для создания гальванической позолоты изготавливается в такой последовательности:

  • в отфильтрованную воду объемом 0,7 л вносится 60 г фосфорнокислого натра;
  • для растворения 2,5 г хлорного золота добавляется 0,15 л воды;
  • в 150 мл жидкости растворяются 1 г цианида калия и 10 г сернистокислого натрия.

При золочении гальваническим методом с ингредиентами, применяемыми для изготовления смеси, нужно обращаться осторожно, не допуская их пролива, попадания на кожный покров, глаза, слизистые.


Гальванический способ подразумевает нагревание раствора до 60 °C. Для электролитического истощения и запуска реакций устанавливается анод, сокращающий продолжительность работы и повышающий эффективность гальванического метода.

Позолота вещей в этих растворах гальваническим методом занимает порядка 15 часов, на поверхности образуется матовая золотая пленка.

Приготовление состава для золочения в домашних условиях


Раствор для самостоятельного химического либо гальванического золочения следует готовить с особой внимательностью.
Это обусловлено тем, что при смешивании используемые вещества вступают в реакцию, приводящую к образованию небезопасных для здоровья испарений.

При изготовлении раствора для золочения требуется применение таких ингредиентов:

  • хлорного золота;
  • соли поваренной;
  • цианида калия;
  • очищенной воды;
  • соды.

Такой раствор предназначен преимущественного для обработки черных металлов. Для серебряных поверхностей требуется изготовление смеси для золочения в домашних условиях с иными ингредиентами:

  • золота хлорного;
  • калия карбоната;
  • соли пищевой;
  • желтой кровяной соли.



Подлежащая гальванической отделке вещь заранее прокаливается. Поверхность сперва протравливается жидкой серной кислотой, позже – азотной. Далее серная, азотная и соляная кислоты сливаются в единую смесь, играющую роль электролита, в образованный состав на мгновение опускается предмет.

После воздействия смеси кислот предмет омывается водой и ненадолго помещается в ртуть. Далее вновь осуществляется опускание в воду, в ней вещь выдерживается в течение 30 секунд.

Затем вещь помещается в состав для гальванического золочения, выдерживается необходимое время и промывается водой. Сушка осуществляется на древесных опилках.

А вы пробовали выполнять золочение металлических предметов в домашних условиях? Какой метод вы использовали: гальванический, механический либо химический? Поделитесь, пожалуйста, полученным опытом в комментариях.

На какие материалы можно нанести гальваническое покрытие?

 

Углеродистая сталь — один из основных видов конструкционных материалов в современной промышленности, является сплавом железа, углерода и относительно небольшого количества легирующих добавок. Железо не пассивируется на воздухе (в отличие от других металлов своей подгруппы, например никеля), поэтому главным его недостатком является низкая коррозионная стойкость. При коррозии железо соединяется с кислородом и превращается в оксиды FeO, Fe2O3 и Fe3O4, покрывающие сталь пористым слоем полностью проницаемым для внешней среды. Этот слой нисколько не препятствует дальнейшему разрушению металла. Процесс коррозии стали самопроизвольно не затухает и может длиться годами вплоть до полного уничтожения изделий. Поэтому сталь без покрытия, электрохимической защиты или легирования никелем и хромом не следует применять ни в атмосферных условиях, ни в агрессевных средах. Чаще всего для защиты стали от коррозии применяют гальваническое цинкование и химическое фосфатирование (с промасливанием или хроматированием).

Преимущества:

• Низкая стоимость;

• Хорошая свариваемость;
• Относительно высокая твердость;
• Устойчивость к динамическим нагрузкам;
• Отсутствие отпускной хрупкости.

Недостатки:

• Низкая атмосферная коррозионная стойкость;

• Подверженность сильному охрупчиванию при низких температурах.

Нержавеющая сталь — сплав железа с углеродом, преимущественно легированный большим количеством хрома и никеля. Из названия этого конструкционного материала понятно, что он находит основное применение в средах, вызывающих активную коррозию обычной стали. Так, нержавейка устойчива в промышленной атмосфере и воде, хорошо сопротивляется воздействию серной кислоты. В тоже время нержавеющая сталь плохо паяется, обладает достаточно низким коэффициентом трения, слабо проводит электрический ток, боится щелочей (в отличие от углеродистой стали) из-за присутствия в ней хрома. Однако все эти недостатки эффективно устраняются гальваническими покрытиями.

Трудность покрытия нержавейки связана с наличием на поверхности деталей тончайшей прочной пассивной пленки из оксидов хрома и никеля, не позволяющей покрытию хорошо сцепиться с основой после обычной технологии подготовки. Эта пленка легко стравливается, но почти мгновенно обазуется вновь на воздухе. Поэтому для гальванопокрытия нержавеющей стали применяются более сложные, чем при обработке обычной стали, методы.

Применяя такие методы нержавеющую сталь можно хромировать, лудить, никелировать, меднить и т.д. Никель применяют для усиления блеска сложнопрофильной поверхности вместо механической или электрохимической полировки. Также благодаря никелю детали из нержавейки полностью защищаются от воздействия щелочей. Хром повышает износо- и термостойкость. Для защиты от появления коррозионно-активной гальванопары при сопряжении с алюминием применяется сплав олово-висмут. Медь придает искрозащитные свойства, облегчает свинчиваемость, защает от задиров и повышает электропроводность. Черное цинковое покрытие является декоративным. Общую коррозионную стойкость нержавеющей стали можно повысить путем химической пассивации.

Преимущества:

• Высокая атмосферная коррозионная стойкость;

• Устойчивость в смеси крепких кислот, содержащих несколько процентов HNO3, но в отсутствии HCl и HF;
• Устойчивость при температуре 300° С в H2O, HNO3 и органических кислотах;
• Приемлемая свариваемость.


Недостатки:

•    Высокая стоимость;
•    Повышенная хрупкость в зонах сварных швов.


Чугун - сплав железа с большим количеством углерода (не менее 2,14%). Углерод придаёт твёрдость, но снижает пластичность. В зависимости от формы графита и количества цементита, различают белые, серые, ковкие и высокопрочные сорта чугуна. Как правило, из чугуна производят изделия методом литья. Трудность в покрытии чугуна заключается в наличии литейной корки, при повреждении которой качественное покрытие получить не удается. Кроме этого, за счет высокой науглероженности чугуна, при травлении на его поверхности выступает много карбидов железа в виде порошка, усложняющих получение прочно сцепленного покрытия. Оцинковка чугуна из щелочных растворов затруднена преимущественным выделением водорода, а не цинка.


Медь — цветной металл широкого спектра применения. На основе меди производят различные сплавы, например латунь (медь+цинк) или бронзу (медь+олово). Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, хорошей коррозионной стойкостью во многих средах. Покрытие меди и ее сплавов выполняется с защитно-декоративными и специальными целями (улучшение паяемости, защита от окисления, стабилизация переходного сопротивления). Типичным покрытием является никель, олово-висмут и серебро. Реже применяется олово-свинцовое покрытие. Перспективным сегодня считается сплав олово-никель, который обладает всеми достоинствами других сплавов на основе олова, но отличающийся высокой твердостью, пластичностью и износостойкостью. Данный сплав находит все большее применение в Европе. В зависимости от марки меди или ее сплава (латунь, бронза, мельхиор, нейзильбер, куниаль (М, Л, Бр, МН и т.д.)) меняется технология подготовки поверхности перед покрытием.


Алюминий - один из основных видов конструкционных материалов, широко применяемый в электротехнике, приборо-, машино- и авиастроении. Алюминий легок и коррозионно-устойчив в атмосфере за счет присутствующей на его поверхности тончайшей пассивной пленки в несколько нанометров. Алюмииний хорошо проводит электричество и тепло. Цена алюминия ниже, чем других цветных металлов, а природные запасы огромны. Однако алюминий имеет и ряд недостатков. Он паяется хуже, чем олово, не обладает износостойкостью, его практически невозможно заполировать до зеркального блеска. В солевой среде, щелочах, соляной кислоте и ряде других реагентов алюминий активно корродирует. При контакте с медными деталями или нержавеющей сталью алюминий образует коррозионно-активную гальванопару. Поэтому поверхность алюминия часто требуется модифицировать гальваническими или химическими покрытиями.

Среди покрытий на алюминии можно выделить две группы: оксидные и металлические. Химическое и анодное оксидирование алюминия не представляет больших трудностей при отработанной технологии производства. В то же время нанесение металлических покрытий требует серьезной подготовки поверхности и обязательного нанесения одного-двух технологических подслоев. Это связано (как и в случае с нержавеющей сталью или титаном) со способностью алюминия почти мгновенно пассивироваться. Пассивная пленка легко восстанавливается на влажной детали после травления и препятствует дальнейшему сцеплению покрытия и основы. Более того, при плохой подготовке алюминия после металлизации могут образовываться скрытые дефекты и покрытие может «вспузыриться» при хранении даже через несколько месяцев или при пайке. По этой причие все металлические покрытия на алюминии должны в 100% случаев проверяться на адгезию как минимум двумя методами по ГОСТ.

Разделение алюминиевых сплавов на деформируемые и литейные обусловлено особенностями формовки из них полуфабрикатов и готовых изделий. Деформируемые сплавы предназначены в первую очередь для последующей токарной, фрезерной обработки, экструзии и т.п. Они отличаются по составу от литейных отсутствием или незначительным содержанием в них кремния. При травлении деформируемых сплавов на их поверхности образуется шлам из легирующих добавок и интерметаллидов, который во время последующей обязательной операции осветления легко удаляется обычной азотной кислотой и не препятсвует покрытию. В процессе анодирования такой шлам растворяется в электролите и также не скапливается на поверхности. Присутствие кремния в алюминиевом сплаве (а как следствие — в травильном шламе) сделало бы процессы оксидирования и металлизации алюминия гораздо более сложными. Таким образом, покрытие деформируемых сплавов алюминия проще, чем литейных.

Литейные сплавы алюминия - одини из основных конструкционных материалов, широко применяемых в электротехнике, приборо- и авиастроении. Литейные сплавы алюминия отличаются высоким содержанием кремния, что сопряжено с высокой сложностью подготовки их поверхности перед покрытиями. Любое покрытие литейного алюминия — сложный процесс, ввиду присутствия на его поверхностии оксидной пленки и образовании на поверхности порошка кремния при травлении. Все это препятствующей прочному сцеплению покрытия с основой. Данная проблема решается применением специальных операций предварительной подготовки.

Титан — важнейший конструкционный материал, обладающий целым рядом уникальных свойств. Титан легок, что обуславливается его малой плотностью (4540 кг/м3). Он легче железа почти в 2 раза, хотя и уступает по этому показателю во столько же раз алюминию. Наряду с легкостью титан высокопрочен. Уникальной является способность титана к пассивации и, как следствие, его исключительная коррозионная стойкость. Промышленные газы, соленая вода и окислители не причиняют титану никакого вреда. Однако, при всех положительных качествах титан дорог, прихотлив в обработке и формовке, имеет высокий коэффициент трения. Пайка и сварка титана сложна и трудоемка. Он в 24 раза хуже проводит электричество, чем медь, в 16 раз хуже, чем алюминий и в 4 раза хуже, чем сталь. Титан уступает по теплопроводности алюминию почти в 15 раз, стали — в 5. По температуропроводности титан хуже алюминия также в 15 раз, стали — в 3,5 раза. При высокой температуре титан активно взаимодействует с кислородом, азотом, углеродом, галогенами (хлором, бромом, йодом, фтором), а также серой. Уже при комнатной температуре титан нестоек в щелочах и перекиси водорода.

Нанесение защитно-декоративных гальванических покрытий на титан позволяет улучшить многие его свойства и нивелировать недостатки. Хромирование титана увеличивает его износостойкость и термостойкость. Для повышения электропроводимости и паяемости титана применяется оловянирование (олово-висмут), меднение и серебрение. Антифрикционные свойства улучшаются при покрытии олово-свинцом и свинцом. Никель и сплав никель-фосфор (химникель) защищает титан от воздействия щелочей при любых концентрациях и температурах. Внешний вид титана улучшается за счет блестящих хромовых, никелевых и олово-висмутовых покрытий. Для декоративной отделки титана часто применяется анодное оксидирование. При этом, в отличие от бесцветных полупрозрачных оксидов на алюминии, на титане образуется окрашеная пленка. Цвет ее зависит от приложенного на деталь напряжения, которое может доходить до 120 В. Анодированием можно окрашивать титан в светло-зеленый, темно-серый, голубой, черный, золотистый и иные цвета.

Нанесение металлических покрытий на титан требует большого опыта и сопряжено со значительными трудностями. Благодаря способности почти мгновенно пассивироваться титан всегда имеет на своей поверхности слой оксидов, который резко ухудшает адгезию покрытий. Кроме этого, в титан легко диффундирует водород при подготовке поверхности. Скапливаясь на границе основа/покрытие он также будет вызывать отслоения и ухудшать физико-механические свойства детали.

ЦАМ — сплав цинка с алюминием и медью. Данный материал легко и с высокой точностью льется. Особенностью покрытия данного материала является наличие на его поверхности литейной корочки и скрытых микропор. Ввиду этого, возникает большая опасность появления «пузырей» на покрытии. Кроме того, цинковый сплав прекрасно поглощает водород, образующийся при выполнении гальванических операций. Водород сорбируется при нанесении покрытия и частично десорбируется при хранении. При этом он также может способствовать образованию «пузырей». Для получения качественного покрытия, прочно сцепленного с поверхностью ЦАМ, необходимо применение специализированных технологий.

Диэлектрики — неметаллические изделия, не проводящие электрический ток (пластик, древесина, стекло и т.п.). Основная проблема — отсутствие электропроводности. Из-за этого нанести покрытие напрямую не представляется возможным. В этом случае на изделия химически наносят токопроводящий слой. Адгезия гальванического покрытия сильно зависит от предварительной подготовки поверхности диэлектрика.

Теоретические основы нанесения гальванических покрытий. Электролиз.

  • Цинкование и сплавы цинка — Ц
    • Назад
    • На углеродистой стали (черной)
      • Назад
    • На нержавеющей стали
      • Назад
    • На чугуне
      • Назад
    • На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)
      • Назад
  • Оловянирование (лужение) и сплавы олова — О
    • Назад
    • На углеродистой стали (черной)
      • Назад
    • На нержавеющей стали
      • Назад
    • На меди и ее сплавах
      • Назад
    • На деформируемых сплавах алюминия
      • Назад
    • На титане
      • Назад
  • Анодирование (анодное оксидирование) — Ан.окс
    • Назад
    • На деформируемых сплавах алюминия
      • Назад
    • На литейных сплавах алюминия
      • Назад
  • Серебрение — Ср
    • Назад
    • На меди и ее сплавах
      • Назад
    • На деформируемых алюминиевых сплавах
      • Назад
  • Хромирование и микролегированные сплавы — Х
    • Назад
    • На углеродистой стали (черной)
      • Назад
    • На меди и ее сплавах
      • Назад
  • Никелирование — Н
    • Назад
    • На углеродистой стали (черной)
      • Назад
    • На нержавеющей стали
      • Назад
    • На чугуне
      • Назад
    • На меди и ее сплавах
      • Назад
    • На деформируемых сплавах алюминия
      • Назад
    • На литейных сплавах алюминия
      • Назад
    • На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)
      • Назад
    • На диэлектриках
      • Назад
  • Меднение и сплавы меди — М
    • Назад
    • На углеродистой стали (черной)
      • Назад
    • На нержавеющей стали
      • Назад
    • На чугуне
      • Назад
    • На деформируемых сплавах алюминия
      • Назад
    • На литейных сплавах алюминия
      • Назад
    • На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)
      • Назад
    • На диэлектриках
      • Назад
  • Свинцевание — С
    • Назад
    • На углеродистой стали (черной)
      • Назад
  • Фосфатирование — Хим.фос
    • Назад
    • На углеродистой стали (черной)
      • Назад
  • Химическое оксидирование — Хим.окс
    • Назад
    • На углеродистой стали (черной)
      • Назад
    • На деформируемых сплавах алюминия
      • Назад
  • Пассивация — Хим.пас
    • Назад
    • На нержавеющей стали
      • Назад
    • На меди и ее сплавах
      • Назад
  • Травление, осветление
    • Назад
    • На деформируемых алюминиевых сплавах
      • Назад
    • На литейных алюминиевых сплавах
      • Назад
  • Гальваника с порошково-полимерной окраской
    • Назад
  • Промышленная экология
    • Назад
  • Химические производства
    • Назад
  • Изделия из металлизированных природных материалов (электроформинг)
    • Назад
  • Художественная гальванопластика
    • Назад
  • Промышленная гальванопластика
    • Назад
  • Реставрация и сервис гальванических покрытий
    • Назад
  • Восстановление деталей оборудования наращиванием
    • Назад
  • Восстановление токоведущих шин и электроконтактов
    • Назад
  • Токарно-фрезерные работы и сверление
    • Назад
  • Обработка металлов давлением
    • Назад
  • Резка
    • Назад
  • Сварочные работы
    • Назад
  • Литейное производство
    • Назад
  • Токоведущие шины с покрытием
    • Назад
  • Цветной крепеж с покрытием
    • Назад
  • Химическая продукция
    • Назад
  • Жидкие отходы (растворы)
    • Назад
  • Гальваношламы
    • Назад
  • Основное меню
    • Назад
    • О НАС
    • НАУЧНЫЙ ЦЕНТР
    • БЕЗОПАСНОСТЬ
    • ЭКОЛОГИЯ
    • О ГАЛЬВАНИКЕ
    • О МЕХОБРАБОТКЕ
    • ВАКАНСИИ И ЗАКУПКИ

Гальваническое покрытие. Технология гальванических покрытий. Гальваника

Гальванической покрытие представляет собой метод покрытия одного металла каким-то другим посредством электролиза. Эта процедура осуществляется с использованием традиционных методов погружения. После предварительной подготовки печатные платы загружают в гальваническую ванну, представляющую собой емкость из диэлектрика, которая наполнена электролитом и снабжена анодами (они могут быть растворимыми и нерастворимыми), а также устройством для поддержания температуры и перемешивания раствора.

Обработка плат

Пропускание постоянного тока приводит к тому, что непокрытые защитной маской и подключенные к электроду участки платы покрываются слоем никеля или золота определенной толщины. Правильное расположение анодов гарантирует, что толщина покрытия будет примерно равномерной.

Золочение печатных плат обычно производится с использованием двухстадийного процесса. Сначала их погружают в ванну, где гальваническим способом наносится никель. При этом используется высокая плотность тока, благодаря которой из кислого раствора осаждается слой никеля, толщина которого составляет 0,05-0,1 мкм. Благодаря этому обеспечивается прочное сцепление никеля и меди, что позволяет уменьшить пористость покрытия, а также предотвратить проникновения меди в золотой слой. После промывки изделия обычно перемещают в ванну золочения, где производится наращивание слоя золота до 0,5 мкм из электролита.

Гальваника и декорирование

Уже в древние времена существовала декоративная отделка художественных металлов. Современное производство предполагает, что для придания каких-то особых свойств поверхности металла будет использоваться гальваническая обработка. Защитные покрытия из благородных металлов можно получить благодаря осаждению металлов из солевых растворов под действием электрического тока. Благодаря таким покрытиям удается достаточно длительное время сохранить цвет и блеск ювелирных изделий. Они не только предотвращают потемнение изделий, но и обладают превосходным полирующим эффектом. К примеру, гальваническое покрытие золотом или серебром позволяет надолго сохранить цвет и блеск ювелирного изделия.

Существует несколько разных вариантов этого процесса, каждый из которых предполагает использование того или иного металла:

— хромирование;

— меднение;

— цинкование;

— никелирование;

— олово-висмутовое покрытие;

— химическое оксидирование;

— химическое пассивирование;

— анодирование;

— электрополировка.

Хромирование

Это диффузное насыщение стальной поверхности хромом либо осаждение на детали слоя вещества из электролита под действием электротока. В данном случае гальваника ориентирована на защиту от коррозии, применяется для декорирования либо для увеличения степени твердости поверхности. Хромирование в промышленности может использоваться и для декорирования. В данном случае основная цель процедуры – придание металлической поверхности красивого эффектного блеска. Деталь перед нанесением хрома должна быть отполирована.

Свойства покрытия

Твердое хромовое покрытие характеризуется жаростойкостью, высокой степенью износостойкости, плохой смачиваемостью, низким коэффициентом трения, а также незначительной пластичностью. Кроме того, поверхность получает такие свойства, как устойчивость в плане трения, способность выдерживать распределительную нагрузку, а также недостатком, связанным с легкостью разрушения под действием сосредоточенных ударных нагрузок. Гальваническое покрытие в форме молочного хрома обладает невысокой степенью износостойкости и твердости, малой пористостью. Поверхность получает защиту от коррозии, при этом сохраняя привлекательный декоративный вид.

Использование хромирования в промышленности

Основная цель, с которой оно используется в промышленности, это придание детали таких свойств, как повышенная износостойкость, увеличенная устойчивость к коррозии, а также сниженное трение. Благодаря этому процессу сталь становится прочнее, не подвергается газовой коррозии, а также не разрушается в морской и обычной воде, азотной кислоте. Гальваническое покрытие данного типа приводит к тому, что поверхностные дефекты становятся только значительнее, из-за чего требуется производить последующую обработку, так как в данном случае нет эффекта выравнивания.

Меднение

Использование медных покрытий актуально в тех случаях, когда требуется повысить электропроводность, а также их применяют в качестве промежуточного слоя на стальных изделиях перед тем, как будет нанесено хромовое, никелевое или иное покрытие. Так удается обеспечить более качественное сцепление, а также повысить защитную способность. Гальваническое покрытие медью обычно не используется в качестве самостоятельного или декоративного. Благодаря тому, что данный металл способен предотвращать образование искр, изделие можно использовать в нефтяной и газовой промышленности.

Применение меднения

Данный процесс используется для нанесения покрытия из меди на стальные изделия либо на стальную проволоку. Часто этот вид покрытия применяется для защиты отдельных участков изделий из стали от цемента, а обработке при этом подвергаются те участки, которые дальше предполагается обрабатывать резанием.

Гальванические покрытия металлов в данном случае часто применяются в нефтегазовой отрасли, чтобы исключить образование искр, в электроэнергетической сфере для последующего нанесения многослойных покрытий, предназначенных для защиты и декорирования, в производстве печатных плат, для улучшения пайки, а также для многого другого. Поверхность приобретает цвет от светло-розового до темно-красного. Оттенки обычно не нормируются.

Цинкование

Одним из наиболее распространенных методов для защиты металлических изделий является цинкование. Обычно его применяют для обработки разнообразных легированных или углеродистых марок стали. Нанесение гальванических покрытий данного типа достаточно востребовано для защиты изделий из проволоки и крепежных элементов. Попадая во влажную среду, цинковая поверхность выступает в качестве анода, благодаря чему замедляются окислительные реакции, а основной металл при этом получает надежную защиту от негативных факторов среды.

Гальваника данного типа может использоваться только после того, как металлических изделия будут обработаны особым образом. Для этого следует очистить их от ржавчины, окалины, технических средств смазочно-охлаждающего назначения. Когда процесс гальванического цинкования будет завершен, изделие должно подвергнуться осветлению, то есть его протравливают слабым раствором азотной кислоты, после чего проводят пассивацию. Так не только удается увеличить устойчивость оцинкованных изделий к негативным факторам, но и сделать их более декоративными, то есть придать блеск и определенный оттенок. Технология гальванических покрытий в данном случае предполагает толщину цинкового слоя от 6 мкм до 1,5 мм.

Никелирование

Защита металлических изделий может осуществляться с использованием различных технологий. Одной из наиболее востребованных и распространенных на данный момент является никелирование. Такая популярность объясняется химическими свойствами никеля. Он обладает высокой степенью устойчивости к коррозии в водной среде, а оксид никеля предотвращает последующее окисление металла. Помимо этого, никель слабо поддается воздействию солей, кислот и щелочей, за исключением азотной кислоты. К примеру, гальваническое покрытие толщиной 0,125 мм надежно защищает от большинства промышленных газов, характеризующихся повышенной агрессивностью. Очень важен и такой момент: никелированию поддаются почти все металлы, благодаря чему такой способ можно применять для дополнительной обработки изделий.

Использование никелирования уместно для решения целого ряда задач:

— обеспечение защиты металлических изделий;

— использование в качестве декоративного покрытия;

— формирование предварительного слоя, который будет подвергнут дальнейшей обработке;

— восстановление деталей и узлов.

Покрытие характеризуется повышенной износостойкостью и твердостью и рекомендовано для деталей, которые работают в условиях трения, в особенности при отсутствии какой-либо смазки, используется для защиты от коррозии, а также обеспечения качественной пайки низкотемпературных припоев, все это прописано в ГОСТ. Гальванические покрытия обладают повышенной хрупкостью, поэтому не рекомендовано производить развальцовку и гибку деталей, прошедших процедуру никелирования. Его рекомендуется применять для сложнопрофилированных деталей. После процедуры термообработки в условиях температуры 400 градусов Цельсия покрытие приобретает максимальную твердость.

Олово-Висмут

Оловянное покрытие характеризуется стойкостью к действию соединений, содержащих серу, поэтому рекомендуется для деталей, которые находятся в контакте с резиной и пластмассами. Среди его свойств можно назвать превосходное сцепление с основным металлом, эластичность, способность к изгибу, вытяжке, штамповке, развальцовке, прессовой посадке, а также хорошее сохранение при свинчивании. Свежеосажденное оловянное покрытие хорошо поддается пайке.

Выводы

Гальваническое покрытие позволяет улучшить токопроводящие характеристики деталей, придавая им превосходные свойства электроизоляции, а также защищая от воздействия различных веществ. Кроме того, этот способ позволяет получить отличные поверхности, имеющие зеркальный вид, а также имитирующие покрытие эмалью. Сложно переоценить, насколько гальваника важна в современном производстве, так как развитие технологий позволило сделать процесс более совершенным.

Технология гальванического золочения металла

Гальваническое покрытие золотом используется в ювелирном производстве и во время изготовления печатных плат (ГОСТ 23770-79). Золочение наносится на медь и ее сплавы, никель, серебро. Введение в гальванические ванны кобальта, сурьмы, индия и некоторых других элементов позволяет изменять цветовые оттенки.

Виды декоративного золочения

По назначению гальваническое золочение делится на несколько типов:

1.Цветное. Толщина слоя ≤ 5 мкм, используется на галантерейных изделиях. В состав ванны включаются свободный цианид калия, дицианоаурат калия и один или несколько металлических элементов, влияющих на цвет золочения. Никель придает покрытию от белого до бледно-желтого оттенка, медь красноватый, серебро зеленоватый и т. д.

Примерные химические составы ванн для цветного покрытия

Ванна 1 2 3 4 5
KAu(CN)2 3 2 1,5 1,5 1,5
KCN 8 5 15 15 10
K2HPO4 15 15 15 20 15
K2Ni(CN)4 1 1
CuCN 3 2
AgCN 0,5 0,5
Цвет покрытия Зеленый Розовый Белый Золотой (натур.) Красный

Ванны 1, 2 и 3 должны нагреваться до t°+60°С, осаждение золота продолжается ≈ 15 секунд. Чисто декоративное гальваническое золочение производится по упрощенной технологии растворами 4 и 5, длительность уменьшается до 10 сек. Схема протекания процесса гальванического покрытия указана на рисунке.

Процессы, протекающие в гальванической ванне

2. Твердое. Повышается износостойкость золочения, твердость золота увеличивается при добавлении в электролит 1–3% углекислого никеля. За счет этого гальваническое золото содержит примерно 1,7% никеля.

3. Осаждение низкокаратных сплавов золота. Процесс происходит в ванне №1. Низкокаратное гальваническое золото наносится на электрические платы или дешевый сортамент ювелирных изделий.

Первая ванна позволяет получать 18-ти каратное золотое покрытие зелено-желтого оттенка, а вторая 16-ти каратное розовое. Такие покрытия не имеют требуемой антикоррозионной устойчивости и в большинстве случаев на них наносится добавочный слой.

 
 
 
 

Для низкокаратных покрытий используются ванны таких составов.

Ванна 1 2
KAu(CN)2 12 2.5
AgCN 2.5 0.04
KCN 100 15
K2CO3 20
CuCN 25
Cd(CN)2 0.2

Виды электролитовВ основном гальваническое покрытие золотом осуществляется в цианистых электролитах, они по большинству показателей отвечают требованиям по качеству. Главным компонентом этих электролитов является анион золота, что исключает контактное вытеснение им меди или иных металлов. Осаждение золота на поверхности происходит во время восстановления драгоценного металла из цианауратного электролита. Цианистые электролиты в зависимости от конкретного химического состава разделяются на три группы:

  1. Щелочные. В составе имеют 8–12 г/л золота, 20–80 г/л свободного натрия или цианистого калия, для повышения электрической проводности добавляются соли щелочных металлов в количестве 70–100 г/л. Рабочая температура электролита +60–80°С, гальваническое покрытие наносится при плотности тока 0,1– 1,1 А/дм2. Такие ванны применяются для получения первичного покрытия пред началом осаждения толстого.
  2. Нейтральные. Раствор для гальванического золочения работает при показателях кислотности рН = 6,0–8,0, в составе ограниченное содержание цианида (не более 2 г/л), за счет чего электролит отличается невысокой рассеивающей способностью. Выход по току у них выше, чем у щелочных, что дает возможность получать низкопористые гальванические покрытия. Применение таких электролитов ограничено из-за накапливания в процессе золочения солей неблагородных металлов, что отрицательно сказывается на качестве. Электролит используется для получения покрытий толщиной более 20 мкм. Составы нестабильны по процентному содержанию элементов и требуют частой регенерации.
  3. Кислые. Гальваническое покрытие происходит при значениях кислотности рН = 3–6, в растворе отсутствуют свободные цианиды. Отличаются высокой стабильностью химического состава и относительной безвредностью. Имеют широкое распространение, позволяют добиваться снижения потерь тепловой энергии за счет протекания процесса при комнатных температурах. Плотность тока покрытия золотом не более 1,5 А/дм2.

Пути улучшения равномерности расположения золота на поверхности металловГальваника протекает под воздействием электрического тока, ионы движутся от анода к катоду и осаждаются на поверхности заготовок. На изделиях сложной формы толщина покрытия может быть неодинаковой, что оказывает негативное влияние на качество. Одна из причин такого явления – сложная геометрическая форма катода. Расстояние между отельными плоскостями к аноду различная. Кроме того, процесс осаждения золота на таких деталях осложняется в результате действия поляризации – очень сложного явления электрохимического осаждения. В связи с этим технология золочения несколько изменяется.

Влияние геометрии детали на распределение золота. 1. Покрытие, 2. Катод

Для улучшения качества используются дополнительные катоды и специальные экраны. Но главное внимание уделяется правильному их расположению на подвесках.

Несколько видов типичных подвесок

Размеры подвесок нужно соразмерять с параметрами ванны, длина выбирается с учетом глубины, а число в зависимости от количества одновременно загружаемых деталей. Верхние изделия должны погружаться в электролит не менее чем на 5 см, а нижние располагаться на таком же удалении от дна. Остальные размеры подвесок подбираются с учетом длины штанг и расстояния между электродами. Расстояние между боковыми поверхностями подвешенных изделий должно быть максимально равномерным. Конкретный вид подвески должен соответствовать величине и форме изделий, покрываемых золотом.

С особой тщательностью изготавливается катодный крюк, он должен иметь максимально большую площадь электроконтакта с катодной штангой. При несоблюдении указанных условий возникают риски нарушения процесса позолоты со всеми вытекающими негативными последствиями.

Катодный крюк правильной формы

Контакты-держатели не должны касаться предназначенных к покрытию поверхностей и обеспечивать им равномерное распределение тока по всей площади. Теоретическое решение выбора положения следует подтверждать практическими пробами, в случае необходимости вносятся коррективы с целью выбора оптимального положения.
Подготовка изделий к покрытию золотомОт тщательности подготовки поверхностей к покрытию во многом зависят конечные характеристики позолоты. Гальваника требует не только чистых, но и протравленных поверхностей. Для достижения этих целей используется несколько стадий подготовки.
Химическая подготовкаНа поверхности изделий могут находиться смазки после механической обработки, грязь и оксиды после термической обработки. Покрытие золотом таких поверхностей не допускается. Подготовка начинается с обезжиривания. Для грубого обезжиривания применяется тетрахлорэтилен или мытье в специальных пластиковых ваннах щелочными растворами. Второй метод более безопасен и имеет широкое распространение в промышленных масштабах. Все моющие растворы по степени щелочности делятся на четыре группы.
Примеры состава ванн для химической очистки поверхностей

Ванны 1 2 3 4
Сильно загрязненные стали Менее загрязненные стали Сплавы меди Сплавы алюминия
NaOH 100-150 10-15 5-10
Na2CO3 40-50 30-40 20-30 30-50
Na2PO3 30-40 50-70 20-30 30-50
tраб,°С 3-5 3-5 3-5
 обезж, мин. 60-80 60-80 55-60 60-70
 Очистка 5-30 5-20 1-5 0,1-0,2

При необходимости после химической очистки применяется электрохимическая. Она может быть катодной и анодной. Метод требует постоянного тока большой силы, детали погружаются в универсальную ванну из едкого натра, тринатрийфосфата и карбоната натрия.

Травление – следующий этап очистки поверхностей перед покрытием золотом. Позволяет достигать максимальной активности поверхностей металлов, улучшать качество золочения, увеличивать степень адгезии покрытия. За счет травления удаляется окалина после термической обработки. Если поверхности не имеют требуемой чистоты, то применяется декапирование, дотравливание, активирование. В промышленных условиях травление делается в дешевой серной кислоте, для ускорения процесса раствор нагревается до температуры +70–80°С.
Типичные растворы для травления

Ванны 1 2 3 4
h3CO4(конц.) 1003 1000 500
HNO3(конц.) 1000 1000 750 200
HCI(конц.) 5 5 2500
83%-ная h3PO4 550
Ch4COOH 250
h3O 1000
C(актив.) 10

Электролитическая полировка используется редко и только в случаях крайней необходимости. Большинство ванн должно иметь в своем составе фосфорную кислоту, что заметно увеличивает стоимость подготовки изделий к гальваническому покрытию.

Ванны, применяемые для покрытия деталей золотом, должны отвечать требованиям государственных стандартов. Наша компания выпускает продукцию с учетом существующих нормативных требований и технических заданий потребителей.
Толщина покрытия и масса золотаОдин из главных показателей, на который обращают внимание во время обработки деталей. Примерный расход драгоценного металла на единицу площади можно узнать из таблицы.

Зависимость массы золота от толщины покрытия

Дешевые изделия покрываются слоем блестящего никеля, на который наносится золотое покрытие толщиной ≈ 0,1 мкм.

Во время оценки стойкости золочения следует принимать во внимание потери, вызываемые его оседанием на крепящих детали элементах. Для того чтобы снизить эти потери, поверхности таких приспособлений периодически следует очищать и возвращать золото.
Снятие покрытий из золотаУдаление позолоты из поверхностей технических элементов химическим методом затрудняется малой активностью золота. Если золочение гальваническим способом выполняется в щелочных, кислотных или нейтральных электролитах, то снятие возможно только в 10% растворе NaCN с добавлением 100 см3/л пергидроля. Во время снятия покрытий выделяется большое количество энергии, для ее отвода ванну необходимо постоянно охлаждать. По химическим показателям раствор считается неустойчивым и пригоден только для разового пользования.

Для удаления золота гальваническим методом применяется концентрированная серная кислота, нагретая до температуры +35°С. Покрытие удаляется анодным методом, показатели напряжение 4 В, для катодов используются свинцовые пластины. Если раствор состоит из цианида натрия (90 г/л) и едкого натра (15 г/л), то катоды стальные, напряжение 6 В.

Утилизация остатков золота из грязных или истощенных ванн

Гальванический способ позолоты может оптимально протекать лишь только в случаях чистого электролита и достаточной концентрации в нем атомов золота. Для очистки ванн в них погружаются две пластины из легированной коррозионностойкой стали, площадь поверхности пластин примерно 0,5 дм2 на каждый литр электролита. Через пластины пропускается ток плотностью 0,2 А/дм2, при этом электролит постоянно перемешивается механическим или ручным методом. Температура раствора ≈ +40°С.

На катодной пластине оседают остатки золота, в зависимости от размеров ванных время очистки может составлять несколько десятков часов. По истечении указанного срока пластины вынимаются, промываются и просушиваются. Технология предусматривает механическое удаление с поверхности осажденного золота. Запрещается оставлять обесточенные катодные металлические пластины в растворе, это становится причиной повторного растворения драгоценного металла. Если перерыв подачи тока технологически неизбежен, то на время отключения пластины должны выниматься, при появлении возможности подачи тока они повторно опускаются в ванну с раствором.

Полученное таким образом золото в дальнейшем используется во время приготовления новой ванны электролита. Если на золоте имеются загрязнения, то использовать вторичное сырье в чистом виде не рекомендуется, его можно лишь добавлять незначительными порциями в новый раствор, приготовленный из первичных ингредиентов.
Преимущества электрохимического покрытия поверхностейТехнология постоянно развивалась с усовершенствованием гальванотехники, улучшалось качество, понижался расход и увеличивалась рентабельность производства. Единственный недостаток – материалы должны быть токопроводящими. Если покрытие сусальным золотом можно делать любых поверхностей, в том числе и деревянных, то возможности электрохимического ограничены.

Особенности продукции компании

Мы изготавливаем пластиковые ванны следующего назначения:

  • для промывки заготовок в холодной или горячей воде с автоматическим подогревом до указанных оператором температур;
  • для химических и электрохимических процессов золочения;
  • для обезжиривания электрохимическим и химическим методами.

Все изделия рассчитаны на возможность монтажа дополнительного технологического оборудования.

Как работает гальваника — объясните, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 июля 2020 г.

Не существует такой вещи, как алхимия — волшебным образом превращающая обычные химические элементы в редкие и ценные — но гальваника, возможно, является следующим лучшим занятием. Идея состоит в том, чтобы использовать электричество для покрытия относительно приземленных металл, например медь, с тонким слоем другого, более ценного металл, например золото или серебро. Гальваника имеет много других применений, помимо того, что дешевые металлы выглядят дорогими.Мы можем использовать это, чтобы сделать устойчивые к ржавчине вещи, например, для производства различных полезных сплавы, такие как латунь и бронза, и даже чтобы пластик выглядел как металл. Как работает этот удивительный процесс? Рассмотрим подробнее!

Фото: Гальваника в действии — выставка в Think Tank (музей науки в Бирмингеме, Англия). Эти две вилки являются электродами, и синий раствор (сульфат меди) используется для медного покрытия одной из них.

Что такое гальваника?

Фото: Позолоченное: Когда астронавт Эд Уайт совершил первый выход в открытый космос в 1965 году, на его шлеме был позолоченный козырек, защищающий глаза от солнечного излучения.Фото любезно предоставлено НАСА в палате общин.

Гальваника включает пропускание электрического тока через раствор, называемый электролит. Это делается путем погружения двух клемм, называемых электроды в электролит и подключив их к цепь с аккумулятором или другим источником питания. Электроды и электролит состоит из тщательно подобранных элементов или соединений. Когда электричество проходит через цепь, которую они образуют, электролит расщепляется, и некоторые из атомов металла, которые он содержит, осаждается тонким слоем поверх одного из электродов — он становится гальваническим.Все виды металлов могут таким образом покрыть золотом, серебром, олово, цинк, медь, кадмий, хром, никель, платина и свинец.

Гальваника очень похожа на электролиз. (используя электричество для расщепления химического раствора), что является обратным процессу, при котором батареи производят электрические токи. Все это примеры электрохимия: химические реакции, вызванные или производящие электричество, которое дает полезные в научном или промышленном отношении конечные продукты.

Фото: Серебряные столовые приборы дороги и тускнеют; нержавеющая сталь с хромовым покрытием является хорошей заменой для многих людей. Несмотря на то, что он устойчив к ржавчине и долговечен, покрытие со временем стирается, как вы можете видеть в коричневатой области в центре этого пирогового сервера. Маркировка «EPNS» на столовых приборах является окончательным знак покрытия: это гальванический нейзильбер.

Как работает гальваника?

Во-первых, вы должны выбрать правильные электроды и электролит, определив химическая реакция или реакции, которые должны произойти, когда электрический ток включен.Атомы металла, покрывающие ваш объект, исходят из электролит, поэтому, если вы хотите что-то медить, вам понадобится электролит изготовлен из раствора соли меди, а для золочения понадобится электролит на основе золота и так далее.

Затем вы должны убедиться, что электрод, который вы хотите покрыть, полностью чистый. В противном случае, когда атомы металла из электролита осаждаются на это не сформирует хорошую связь, и они могут просто стереться снова. Как правило, чистка выполняется путем погружения электрода в прочный кислотным или щелочным раствором или (кратковременно) подключив гальваника в обратном направлении.Если электрод действительно чистый, атомы металла покрытия эффективно связываются с ним, соединяясь очень сильно на внешних краях его кристаллической структуры.

Изображение: Медное покрытие латуни: Вам понадобится медный электрод (серый, слева), латунный электрод (желтый, справа) и немного раствора сульфата меди (синий). Латунный электрод становится отрицательно заряженным и притягивает из раствора положительно заряженные ионы меди, которые прилипают к нему и образуют внешнее покрытие медной пластины.

Теперь мы готовы к основной части гальваники. Нам понадобятся два электрода из различные проводящие материалы, электролит и электричество поставка. Обычно один из электродов изготавливается из металла, который мы пытаясь пластину и электролит представляет собой раствор соли тот же металл. Так, например, если мы покрываем медью латунь, мы нужен медный электрод, латунный электрод и раствор соединение на основе меди, такое как раствор сульфата меди. Такие металлы как золото и серебро не растворяются легко, поэтому их нужно превращать в растворы с использованием сильнодействующих и опасно неприятных химикатов на основе цианидов.Электрод, на который будет наноситься покрытие, обычно изготавливается из более дешевой металл или неметалл, покрытый проводящим материалом, например графит. В любом случае он должен проводить электричество или не проводить электричество. ток будет течь, и никакого покрытия не произойдет.

Мы окунаем два электрода в раствор и соединяем их в цепь так, чтобы медь становится положительным электродом (или анодом), а латунь становится отрицательным электродом (или катодом). Когда мы включаем мощности раствор сульфата меди расщепляется на ионы (атомы с мало или слишком много электронов).Ионы меди (которые положительно заряжены) притягиваются к отрицательно заряженному латунному электроду и медленно нанесите на него, производя тонкий позже из медной пластины. Между тем, сульфат-ионы (которые отрицательно заряжены) прибывают к положительно заряженному медному аноду, высвобождая электроны которые движутся через батарею к отрицательному латунному электроду.

Гальваническим атомам требуется время, чтобы накапливаться на поверхности отрицательного электрода. Сколько именно времени зависит от силы электрического тока у вас использование и концентрация электролита.Увеличение любого из это увеличивает скорость, с которой ионы и электроны движутся через схема и скорость процесса нанесения покрытия. Пока по мере того, как ионы и электроны продолжают двигаться, ток продолжает течь, и процесс покрытия продолжается.

Можно ли гальванизировать пластмассы?

Фотография: Пластик с покрытием часто используется для деталей, которым требуется блестящая отделка металла без его прочности и тяжести, и вот три примера из моего собственного дома. Вверху: переключатель, стрелки и безель (рамка циферблата) этого будильника выглядят блестящими и металлическими, но на самом деле они пластиковые.В центре: детали водопровода, которые не должны быть прочными, часто изготавливаются из пластика с покрытием, поэтому они остаются прохладными на ощупь и гармонируют с металлическими трубами. Регулятор температуры на этом душе (справа, с красной кнопкой) сделан из пластика, но похож на основные металлические компоненты слева. Внизу: компьютерный USB-микрофон имеет глянцевую поверхность, чтобы он выглядел дорогим и качественным.

Недорогой, легко поддающийся формованию, легкий и одноразовый, пластмассы быстро стали наиболее распространенными и гибкими материалами в 20 веке.Но для многих это не только преимущество, но и недостаток: пластик дешевый и дешевый — и именно так они выглядят. Одно из решений — покрыть дешевый пластик тонким слоем металла, чтобы придать ему все преимущества пластика с привлекательной блестящей отделкой. металл. Таким способом можно покрыть множество различных пластиков, включая АБС-пластик, фенольные пластики, карбамидоформальдегид, нейлон и т. Д. и поликарбонат. Вы часто найдете детали на автомобилях, сантехнике, бытовой и электрической арматуре, которые выглядят металлическими, но на самом деле сделаны из пластика.Они легче, дешевле, устойчивы к ржавчине и не требуют полировки после нанесения покрытия.

Как гальванизируют пластмассы?

« … мой приятель … сказал мне, что у него есть процесс металлизации пластмасс. Я сказал, что это невозможно, потому что нет проводимости; нельзя прикрепить провод. Но он сказал, что может наклеить металлическими пластинами все, что угодно … «

Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! Ричард Фейнман

Если вы что-нибудь знаете о пластике, вы сразу заметите очевидную проблему: пластик обычно не проводит электричество.Теоретически это должно полностью исключить гальваническое покрытие; На практике это просто означает, что мы должны дополнительно обработать наш пластик, чтобы сделать его электропроводящим, прежде чем мы начнем. Есть несколько этапов. Во-первых, пластик необходимо тщательно очистить, чтобы удалить пыль, грязь, жир и следы с поверхности. Затем его протравливают кислотой и обрабатывают катализатором (ускорителем химической реакции), чтобы обеспечить прилипание покрытия к его поверхности. Затем его окунают в ванну из меди или никеля (медь является более распространенной), чтобы получить очень тонкое покрытие из электропроводящего металла (толщиной менее микрона, 1 мкм или одной тысячной миллиметра).Как только это будет сделано, на него можно будет нанести гальваническое покрытие, как на металл. В зависимости от того, сколько износа должна выдержать металлическая деталь, толщина покрытия может быть от 10 до 30 микрон.

Зачем нужна гальваника?

Фото: Это автомобильное колесо изготовлено из металлического алюминия, покрытого никель в более экологически чистом процессе, разработанном Metal Arts Company, Inc. В процессе Microsmooth ™ используется примерно на 30 процентов меньше электроэнергии, почти на 60 процентов меньше природного газа и вдвое меньше воды, чем требуется для традиционных процессов нанесения покрытий.Фото: Metal Arts Company, Inc. любезно предоставлено Министерством энергетики США (DOE).

Гальваника обычно выполняется по двум совершенно разным причинам: украшение и защита. Металлы, такие как золото и серебро, покрываются для украшения: дешевле иметь золото или посеребренные украшения, чем цельные изделия из этих тяжелых, дорогие, ценные вещества. Потому что разные металлы разных цветов, гальваника может использоваться для изготовления таких вещей, как кольца, цепочки, значки, медали и т. д. широкий выбор привлекательной декоративной отделки, включая блестящие, матовые и старинные вариации золота, серебра, меди, никеля и бронзы.Металлы, такие как олово и цинк (которые не особенно привлекательны на вид), покрываются гальваническим покрытием, чтобы придать им защитный внешний позже. Например, пищевые контейнеры часто покрывают оловом, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии, в то время как многие предметы быта из железа покрыты цинк (в процессе, называемом гальванизацией) по той же причине. Некоторые формы гальваники являются одновременно защитными и декоративными. Крылья автомобилей и «отделка», например, когда-то широко изготовлен из прочной стали с покрытием с хромом, чтобы сделать их привлекательно блестящими и устойчивы к ржавчине (теперь более вероятны недорогие и естественно устойчивые к ржавчине пластмассы для использования на автомобилях).Сплавы, такие как латунь и бронза, также могут быть покрыты обеспечение содержания в электролите солей всех металлов, которые должен присутствовать в сплаве. Гальваника также используется для изготовление дубликатов печатных форм в процессе, называемом электротипирование и гальванопластика (альтернатива литье изделий из расплавленных металлов).

Насколько толсто гальваническое покрытие?

Независимо от того, покрывают ли вещи покрытие для украшения или защиты, толщина слоя покрытия является еще одним важным фактором. рассмотрение.Очевидно, что чем толще покрытие, тем дольше оно прослужит и тем большую защиту будет давать, но даже самая толстая обшивка намного тоньше, чем можно было ожидать. Типичная толщина плакированного металла варьируется от примерно От 0,5 микрон (0,5 миллионных долей метра или 0,0005 миллиметра) до примерно 20 микрон (20 миллионных долей метра или 0,02 миллиметра) — так это очень тонкий. (Чтобы дать вам некоторое представление, алюминиевая кухонная фольга находится примерно в середине этого диапазона, с самая толстая и прочная фольга — около 10–20 микрон.) Что-то вроде позолоченного корпуса часов будет иметь покрытие в 20 микрон, которое легко выдержит повседневные грубые и кувыркается несколько десятилетий.

Узнать больше

На этом сайте

Деятельность

Гальваника — это то, с чем можно легко поэкспериментировать в школе или (с помощью взрослого) дома. Вот несколько сайтов, которые вы можете безопасно изучить:

Видео

  • Гальваника — как это делается: четкое введение в теорию и практику гальваники и огромное количество повседневных вещей, для которых она используется.Также описывается, как на пластмассы можно наносить гальваническое покрытие и почему гальванику часто необходимо наносить несколькими отдельными слоями или «слоями».
  • Гальваника четверти: ясно и просто объяснено в этом коротком видео от учителя химии г-на Кента.

Книги

Для читателей постарше
  • Гальваника: Инженерное руководство Лоуренса Дж. Дерни (ред.). Springer, 2014. Еще один подробный справочник, в основном предназначенный для людей, работающих в индустрии обработки металлов.
  • Гальваника: основные принципы, процессы и практика Нассера Канани. Elsevier, 2004. Подробное введение для студентов-химиков, а также производителей.
  • Современное гальваническое покрытие Мордехая Шлезингера, Милана Пауновича (ред.). Wiley, 2011. Огромное и подробное руководство с главами по гальванике всех распространенных металлов, включая медь, никель, золото и олово; плюс освещение электроосаждения, полупроводников, органических пленок и многих других тем.
  • Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! Ричард П.Фейнман. Винтаж, 1992. Глава под названием «Главный химик-исследователь корпорации MetaPlast Corporation» (стр. 41 моего издания) представляет собой короткий, но забавный анекдот о гальванических пластиках, первым из которых, как выясняется, оказался Фейнман.
Для младших читателей

Это лучше всего для детей в возрасте 9–12 лет, но эксперименты можно адаптировать для детей старшего и младшего возраста.

  • Химия для каждого ребенка: 101 простой эксперимент, который действительно работает, Дженис ВанКлив. Джосси-Басс, 2010.Очень хорошее практическое введение в химию (с добавлением немного физики и биологии, если это необходимо). Первоначально опубликовано в 1989 году, но не менее актуально сегодня. Мероприятие 43 (Зеленые пенни) является примером металлизации.
  • Пошаговые научные эксперименты в химии Дженис ВанКлив. Розен, 2013. Более новая и короткая подборка того же автора.
  • Роберт Уинстон «Это элементарно». ДК, 2007/2016. Общее введение в химию для детей в возрасте 8–10 лет, посвященное элементам.

Статьи

Современная обшивка
Исторические статьи из архивов

Патенты

Для получения более подробной технической информации их стоит просмотреть:

  • Патент США 6,527,920: Устройство для гальваники меди, Стивен Т. Майер и др., Novellus Systems, Inc. 4 марта 2003 г. Подробное описание типа процессов гальваники, используемых при изготовлении интегральных схем.
  • Патент США 4 039 714: процесс гальваники меди, Ютака Окинака, AT&T Bell Laboratories.4 сентября 1984 г. Описывается типичная современная ванна для меднения.
  • Патент США 4 039 714: Предварительная обработка пластмасс для металлизации, автор — Иржи Рубаль и Иоахим Корпиун. 2 августа 1977 года. Здесь подробно рассказывается о том, как поверхность пластика может быть подготовлена ​​к гальванике.

Гальваника — Химия LibreTexts

Гальваника — это процесс нанесения одного металла на другой путем гидролиза, чаще всего в декоративных целях или для предотвращения коррозии металла.Существуют также особые виды гальваники, такие как меднение, серебряное покрытие и хромирование. Гальваника позволяет производителям использовать недорогие металлы, такие как сталь или цинк, для большей части продукта, а затем наносить различные металлы снаружи, чтобы учесть внешний вид, защиту и другие свойства, необходимые для продукта. Поверхность может быть металлической или даже пластиковой.

Введение

Иногда отделка бывает исключительно декоративной, например, продукты, которые мы используем в помещении или в сухой среде, где они вряд ли пострадают от коррозии.На эти типы продуктов обычно наносится тонкий слой золота или серебра, что делает их привлекательными для потребителя. Гальваника широко используется в таких отраслях, как автомобилестроение, самолеты, электроника, ювелирные изделия и игрушки. В общем процессе гальваники используется электролитическая ячейка, которая заключается в нанесении отрицательного заряда на металл и погружении его в раствор, содержащий соли металла (электролиты), содержащие положительно заряженные ионы металлов. Затем из-за отрицательного и положительного зарядов два металла притягиваются друг к другу.

Цели гальваники:

  1. Внешний вид
  2. Защита
  3. Особые свойства поверхности
  4. Инженерные или механические свойства

Фон

Катодом будет деталь, которую нужно покрыть, а анодом будет либо расходуемый анод, либо инертный анод, обычно либо платиновый, либо углеродный (форма графита). Иногда покрытие наносится на стеллажи или бочки для большей эффективности при нанесении покрытия на многие продукты.Пожалуйста, обратитесь к электролизу для получения дополнительной информации. На рисунке ниже ионы Ag + притягиваются к поверхности ложки, и в конечном итоге она покрывается металлическими покрытиями. Процесс проводится с использованием серебра в качестве анода и винта в качестве катода. Электроны переносятся с анода на катод и проходят через раствор, содержащий серебро.

Рисунок 1 : Гальваническое нанесение серебра на ложку.

История гальваники

Гальваника была впервые открыта Луиджи Бругнателли в 1805 году с помощью процесса электроосаждения для гальваники золота.Однако его открытие не было отмечено, поскольку он был проигнорирован Французской академией наук, а также Наполеоном Бонапартом. Но пару десятилетий спустя Джону Райту удалось использовать цианид калия в качестве электролита для золота и серебра. Он обнаружил, что цианид калия на самом деле является эффективным электролитом. Позже в 1840 году двоюродные братья Элкингтоны использовали цианид калия в качестве электролита и сумели создать возможный метод гальваники для золота и серебра. Они получили патент на гальваническое покрытие, и этот метод получил широкое распространение по всему миру из Англии.Метод гальваники постепенно стал более эффективным и усовершенствованным за счет использования более экологичных формул и источников питания постоянного тока.

Выбор электролитов

Существует множество различных металлов, которые можно использовать в гальванических покрытиях, поэтому выбор правильного электролита важен для качества покрытия. Некоторые электролиты представляют собой кислоты, основания, соли металлов или расплавленные соли. При выборе типа электролита следует помнить о некоторых вещах: коррозии, стойкости, яркости или отражательной способности, твердости, механической прочности, пластичности и износостойкости.

Подготовка поверхности

Целью подготовки поверхности перед началом наклеивания на нее другого металла является обеспечение ее чистоты и отсутствия загрязнений, которые могут мешать склеиванию. Загрязнение часто препятствует отложению и отсутствию адгезии. Обычно это делается в три этапа: очистка, обработка и ополаскивание. Очистка обычно заключается в использовании определенных растворителей, таких как щелочные очистители, вода или кислотные очистители, чтобы удалить слои масла с поверхности.Обработка включает модификацию поверхности, которая заключается в упрочнении деталей и нанесении металлических слоев. Ополаскивание приводит к конечному продукту и является последним штрихом к нанесению гальванических покрытий. Существует два метода подготовки поверхности: физическая очистка и химическая очистка. Химическая очистка заключается в использовании растворителей, которые являются поверхностно-активными химическими веществами или химическими веществами, вступающими в реакцию с металлом / поверхностью. При физической очистке применяется механическая энергия для удаления загрязнений. Физическая очистка включает истирание щеткой и ультразвуковое перемешивание.

Типы гальванических покрытий

Существуют различные процессы, с помощью которых люди могут наносить гальванические покрытия на металлы, такие как нанесение металлического покрытия массой (также гальваническое покрытие цилиндра), гальваническое покрытие на стойке, непрерывное покрытие и нанесение покрытия на линии. Каждый процесс имеет свой собственный набор процедур, позволяющих получить идеальное покрытие.

Таблица 1: Методы нанесения гальванических покрытий
Массовое покрытие Он не идеален для детализированных предметов, так как не защищает от царапин и запутывания.Однако этот процесс эффективно обрабатывает огромное количество объектов.
Обшивка стойки Дороже, чем массовое покрытие, но эффективен как для больших, так и для хрупких деталей. Часто детали погружены в растворы со «стойками».
Сплошное покрытие Такие детали, как провода и трубки, постоянно проходят через аноды с определенной скоростью. Этот процесс немного дешевле.
Покрытие линии Дешевле, так как используется меньше химикатов и используется производственная линия для штамповки деталей.

Металлы для покрытия

Большинство гальванических покрытий можно разделить на следующие категории:

Жертвенное покрытие Декоративное покрытие Функциональные покрытия Мелкие металлы Необычное металлическое покрытие Покрытия из сплавов
используется в первую очередь для защиты.Металл, использованный для покрытия, жертвуется, поскольку он расходуется в реакции. К обычным металлам относятся: цинк и кадмий (сейчас запрещены во многих странах). используется в основном в привлекательных и привлекательных целях. Обычные металлы включают: медь, никель, хром, цинк и олово. — это покрытия, созданные в зависимости от необходимости и функциональности металла. Обычные металлы включают: золото, серебро, платину, олово, свинец, рутений, родий, палладий, осмий и иридий. обычно представляют собой железо, кобальт и индий, потому что их легко покрыть пластинами, но они редко используются для покрытия. — это металлы, которые даже реже используются для гальваники, чем второстепенные металлы. К ним относятся: As, Sb, Bi, Mn, Re, Al, Zr, Ti, Hf, V, Nb, Ta, W и Mo. Сплав — это вещество с металлическими свойствами, состоящее из двух или более элементов. Эти покрытия создаются путем нанесения двух металлов в одну ячейку. Общие комбинации включают: золото – медь – кадмий, цинк – кобальт, цинк – железо, цинк – никель, латунь (сплав меди и цинка), бронзу (медь – олово), олово – цинк, олово – никель и олово– кобальт.

Список литературы

  1. Канани, Н. Гальваника: основные принципы, процессы и практика; Elsevier Advanced Technology: Oxford, UK, 2004.
  2. .
  3. Lowenheim, Фредерик Адольф. Современное гальваническое покрытие . 3-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: J. Wiley and Sons, 1974.
  4. .
  5. Блюм, Уильям и Джордж Б. Хогабум. Принципы гальваники и гальваники (гальванопластики) . 3-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Company Inc., 1949.Распечатать.
  6. Петруччи, Ральф Х., Харвуд, Уильям С., Херринг, Ф. Г. и Мадура Джеффри Д. Общая химия: принципы и современные приложения. 9 изд. Верхняя река Сэдл: Pearson Education, Inc., 2007.

Проблемы

  1. Каковы цели гальваники?
  2. Как работает гальваника?
  3. Почему так важно подготовить поверхность перед нанесением гальванических покрытий?
  4. Какие бывают виды гальваники?
  5. Какие разные металлы можно использовать? (название 5)

Ответы

  1. Обычно гальваника используется в декоративных или функциональных целях, а также для предотвращения коррозии металла.
  2. Гальваника работает через электролитическую ячейку с катодом и анодом. Катод — это металл, на который нужно нанести покрытие.
  3. Важно подготовить поверхность перед началом процедуры, потому что иногда на поверхности есть загрязнения, которые могут привести к плохим результатам гальваники.
  4. К различным типам гальванического покрытия относятся: массовое покрытие (также покрытие цилиндра), покрытие рейки, непрерывное покрытие и нанесение покрытия в линию.
  5. Пять металлов, которые можно использовать в гальванике: цинк, кобальт, железо, олово и платина

Авторы и авторство

  • Вайшали Миттал (Калифорнийский университет в Дэвисе)

Гальваника

Гальваника — это процесс использования электрического тока для восстановления катионов желаемого материала из раствора и покрытия проводящего объекта тонким слоем материала, такого как металл.Гальваника в основном используется для нанесения слоя материала, чтобы придать желаемое свойство (например, износостойкость и стойкость к истиранию, защиту от коррозии, смазывающую способность, эстетические качества и т. Д.) Поверхности, которая иначе лишена этого свойства. В другом приложении используется гальваника для увеличения толщины деталей меньшего размера.

Процесс, используемый при гальванике, называется электроосаждением . Это аналогично гальваническому элементу, действующему в обратном направлении. Деталь, которую нужно покрыть, является катодом схемы.В одном методе анод изготавливается из металла, на который наносится покрытие на детали. Оба компонента погружены в раствор, называемый электролитом, содержащий одну или несколько растворенных солей металлов, а также другие ионы, которые пропускают электрический ток. Выпрямитель подает на анод постоянный ток, окисляя содержащиеся в нем молекулы металла и позволяя им растворяться в растворе. На катоде растворенные ионы металлов в растворе электролита восстанавливаются на границе раздела между раствором и катодом, так что они «оседают» на катоде.Скорость растворения анода равна скорости покрытия катода по отношению к току, протекающему по цепи. Таким образом, ионы в ванне электролита постоянно пополняются анодом. [ Дюфур, IX-1. ]

В других процессах гальваники может использоваться неплавящийся анод, например свинец. В этих методах ионы металла, подлежащего гальванике, должны периодически пополняться в ванне по мере того, как они вытягиваются из раствора. [ Дюфур, IX-2.]

Процесс

Анод и катод в гальваническом элементе подключены к внешнему источнику постоянного тока — батарее или, чаще, выпрямителю. Анод подключается к положительной клемме источника питания, а катод (изделие, подлежащее покрытию) — к отрицательной клемме. При включении внешнего источника питания металл на аноде окисляется из состояния с нулевой валентностью с образованием катионов с положительным зарядом. Эти катионы связываются с анионами в растворе.Катионы восстанавливаются на катоде и осаждаются в металлическом состоянии с нулевой валентностью. Например, в кислотном растворе медь окисляется на аноде до Cu 2+ за счет потери двух электронов. Cu 2+ связывается с анионом SO 4 2- в растворе с образованием сульфата меди. На катоде Cu 2+ восстанавливается до металлической меди за счет получения двух электронов. В результате происходит эффективный перенос меди от анодного источника к пластине, покрывающей катод.

Покрытие чаще всего представляет собой отдельный металлический элемент, а не сплав. Однако на некоторые сплавы можно наносить электроосаждение, особенно на латунь и припой.

Многие ванны для нанесения покрытия содержат цианиды других металлов (например, цианид калия) в дополнение к цианидам осаждаемого металла. Эти свободные цианиды способствуют коррозии анода, помогают поддерживать постоянный уровень ионов металлов и повышают проводимость. Кроме того, для увеличения проводимости могут быть добавлены неметаллические химические вещества, такие как карбонаты и фосфаты.

Если гальваника на определенных участках подложки нежелательна, применяются ограничители, чтобы предотвратить контакт ванны с подложкой. Типичные защитные покрытия включают ленту, фольгу, лаки и воски. [ Дюфур, IX-3. ]

трехколесный велосипед

Первоначально можно использовать специальный слой покрытия, называемый «удар» или «вспышка», для формирования очень тонкого (обычно менее 0,1 микрометра) покрытия с высоким качеством и хорошей адгезией к подложке .Это служит основой для последующих процессов нанесения покрытия. Для удара используется высокая плотность тока и ванна с низкой концентрацией ионов. Этот процесс медленный, поэтому после получения желаемой толщины покрытия используются более эффективные способы нанесения покрытия.

Ударный метод применяется также в сочетании с нанесением покрытия на различные металлы. Если желательно нанести один тип покрытия на металл для повышения коррозионной стойкости, но этот металл по своей природе имеет плохую адгезию к подложке, сначала можно нанести удар, совместимый с обоими.Одним из примеров такой ситуации является плохая адгезия электролитического никеля к цинковым сплавам, и в этом случае используется медный стержень, который хорошо прилегает к обоим сплавам. [ Дюфур, IX-2. ]

Плотность тока

Плотность тока (сила тока гальванического покрытия, деленная на площадь поверхности детали) в этом процессе сильно влияет на скорость осаждения, адгезию покрытия и качество покрытия. Эта плотность может изменяться по поверхности детали, так как внешние поверхности будут иметь более высокую плотность тока, чем внутренние поверхности (например,г., отверстия, расточки и т. д.). Чем выше плотность тока, тем выше будет скорость осаждения, хотя существует практический предел, обусловленный плохой адгезией и качеством покрытия, когда скорость осаждения слишком высока.

В то время как в большинстве гальванических ячеек используется постоянный постоянный ток, в некоторых используется цикл 8–15 секунд включения с последующим отключением 1–3 секунды. Этот метод обычно называют «импульсным гальваническим покрытием» и позволяет использовать высокие плотности тока при одновременном получении качественного покрытия. Чтобы справиться с неравномерной скоростью нанесения покрытия, которая возникает из-за высоких плотностей тока, ток иногда даже реверсируют методом, известным как «покрытие с обратным импульсом», в результате чего часть покрытия из более толстых участков снова попадает в раствор.Фактически, это позволяет заполнить «впадины», не перекрывая «пики». Это обычное явление для грубых деталей или когда требуется яркая отделка. [ Там же. ] В типичной операции обратного импульса плотность обратного тока в три раза больше плотности прямого тока, а ширина обратного импульса составляет менее одной четверти ширины прямого импульса. Импульсно-обратные процессы могут работать в широком диапазоне частот от нескольких сотен герц до порядка мегагерц.

Гальваническое покрытие щеткой

Тесно связанным процессом является нанесение гальванического покрытия щеткой, при котором локализованные области или целые элементы покрываются щеткой, пропитанной раствором для гальваники. Щетка, обычно корпус из нержавеющей стали, обернутый тканью, которая удерживает раствор для нанесения покрытия и предотвращает прямой контакт с покрываемым предметом, подключается к положительной стороне источника постоянного тока низкого напряжения, и предмет, который будет покрытие подключено к минусу.Оператор окунает кисть в раствор для покрытия, затем наносит его на предмет, непрерывно перемещая щетку, чтобы равномерно распределить материал покрытия. Щетка действует как анод, но обычно не вносит какой-либо гальванический материал, хотя иногда щетка изготовлена ​​из гальванического материала или содержит его, чтобы продлить срок службы гальванического раствора.

Щеточное гальваническое покрытие имеет несколько преимуществ по сравнению с покрытием резервуаров, включая портативность, способность наносить покрытие на предметы, которые по каким-то причинам не могут быть покрыты резервуаром (одним из применений было покрытие участков очень больших декоративных опорных колонн в реставрации здания), низкая маскировка или ее отсутствие требования и сравнительно низкие требования к объему раствора для нанесения покрытия.Недостатки по сравнению с металлизацией резервуара могут включать большее участие оператора (покрытие резервуара часто можно выполнить с минимальным вниманием) и невозможность добиться такой большой толщины пластины.

Нанесение электролитическим способом

Обычно электролитическая ячейка (состоящая из двух электродов) , электролит и внешний источник тока) используется для электроосаждения. Напротив, в процессе химического осаждения используется только один электрод и никакой внешний источник электрического тока.{z +} + Red_ {solution} stackrel {ext {каталитическая поверхность Longrightarrow M_ {solid} + Oxy_ {solution}

Например, для химического никелирования используется процесс химического восстановления.

Чистота

Чистота важна для успешного гальванического покрытия, так как молекулярные слои масла могут препятствовать прилипанию покрытия. ASTM B322 — это стандартное руководство по очистке металлов перед нанесением гальванических покрытий. Процессы очистки включают очистку растворителем, очистку горячим щелочным моющим средством, электроочистку, кислотную очистку и т. Д.Самым распространенным промышленным тестом на чистоту является тест на водонепроницаемость, при котором поверхность тщательно ополаскивают и удерживают в вертикальном положении. Гидрофобные загрязнения, такие как масла, заставляют воду рассыпаться и расслаиваться, позволяя воде быстро стекать. Идеально чистые металлические поверхности гидрофильны и будут удерживать непрерывный слой воды, который не скатывается и не стекает. ASTM F22 описывает версию этого теста. Этот тест не обнаруживает гидрофильных загрязнителей, но процесс гальваники может легко их вытеснить, поскольку растворы на водной основе.Поверхностно-активные вещества, такие как мыло, снижают чувствительность теста, и их необходимо тщательно смыть.

Ограничения

Получение однородной толщины с помощью гальваники может быть затруднено в зависимости от геометрии покрываемого объекта. Металл покрытия преимущественно притягивается к внешним углам и выступам, но не к внутренним углам и выемкам. Эти трудности можно преодолеть с помощью нескольких анодов или анода особой формы, имитирующего геометрию объекта, однако оба эти решения увеличивают стоимость.[ Цитирование | last = Degarmo | первый = Э. Пол | last2 = Черный | first2 = J. T. | last3 = Козер | first3 = Рональд А. | title = Материалы и процессы в производстве | издатель = Wiley | page = 794 | год = 2003 | edition = 9-е | isbn = 0-471-65653-4 . ]

История

Современная электрохимия была изобретена итальянским химиком Луиджи В. Бругнателли в 1805 году. Бругнателли использовал изобретение своего коллеги Алессандро Вольта пятилетней давности, гальваническую батарею, для облегчения первого электроосаждения.Изобретения Бругнателли были подавлены Французской академией наук и не стали использоваться в общей промышленности в течение следующих тридцати лет.

К 1839 году ученые в Великобритании и России независимо друг от друга разработали процессы осаждения металлов, аналогичные способам Бругнателли для гальваники медных пластин печатных машин. Вскоре после этого Джон Райт из Бирмингема, Англия, обнаружил, что цианид калия является подходящим электролитом для гальваники золота и серебра. Сподвижники Райта Джордж Элкингтон и Генри Элкингтон получили первые патенты на гальванику в 1840 году.Затем эти двое основали гальваническую промышленность в Бирмингеме, откуда она распространилась по всему миру.

По мере роста науки об электрохимии, стало понятным ее отношение к процессу гальваники, и были разработаны другие типы недекоративных процессов гальваники металлов. Промышленное гальваническое покрытие никеля, латуни, олова и цинка было развито к 1850-м годам. Гальванические ванны и оборудование, основанные на патентах Elkingtons, были увеличены для размещения покрытия многочисленных крупномасштабных объектов и для конкретных производственных и инженерных приложений.

Гальваническая промышленность получила большой импульс с появлением в конце 19 века электрических генераторов. При более высоких токах доступные металлические компоненты машин, аппаратные средства и автомобильные детали, требующие защиты от коррозии и улучшенных свойств износа, а также лучшего внешнего вида, могут обрабатываться в больших объемах.

Две мировые войны и растущая авиационная промышленность дали толчок к дальнейшим разработкам и усовершенствованиям, включая такие процессы, как твердое хромирование, покрытие из бронзовых сплавов, покрытие сульфаматным никелем, а также множество других процессов нанесения покрытия.Гальваническое оборудование превратилось из деревянных резервуаров, покрытых гудроном, с ручным управлением, до автоматизированного оборудования, способного обрабатывать тысячи килограммов в час деталей.

Одним из первых проектов американского физика Ричарда Фейнмана была разработка технологии нанесения гальванического покрытия на пластик. Фейнман превратил оригинальную идею своего друга в успешное изобретение, позволив своему работодателю (и другу) сдержать коммерческие обещания, которые он дал, но не смог бы выполнить иначе. [ Ричард Фейнман, «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман».Фейнман! »(1985), в главе 6:« Главный химик-исследователь компании Metaplast Corporation »]

Гальваника — один из трех процессов, составляющих процесс LIGA, используемый для производства устройств MEMS.

ee также

* Анодирование
* Хромирование
* Электрохимия
* Золочение
* Промышленное травление
* Гальваника
* Электрополировка

Справочные материалы

Примечания

Библиография

последняя версия
первый = Джим
title = Введение в металлургию, 5-е изд.
издатель = Кэмерон
дата = 2006
* цитировать книгу
сначала = Джеймс Б.
последний = Mohler
authorlink =
соавторы =
год = 1969
месяц = ​​
title = Гальваника и связанные процессы
глава =
редактор =
другие =
издание =
страниц =
издатель = Chemical Publishing Co.
расположение =
id = ISBN 0-8206-0037-7
url =

Внешние ссылки

* [ http://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-e01-electroplat.htm Статья в энциклопедии электрохимии ]

Фонд Викимедиа.2010.

Гальваника — Гальваника — Золочение, Серебрение, Хромирование, Наборы для гальваники и многое другое

Гальваника

Гальваника — это широко используемый метод изменения поверхностных свойств металлов и пластмасс. В процесс включает использование электрического тока для мобилизации катионов металлов с электрода, погруженного в раствор, чтобы депозит на ведущий объект. Наиболее частые причины гальваники —

Уменьшить абразивный износ / Улучшить износ сопротивление
Защита от коррозии (в химическом сложные условия)
Эстетика (золото, серебро, блестящий хром и многие другие цвета)

Преимущества гальваники

  1. Сниженная стоимость vs.изготовление всего продукта из драгоценного металла (например, золотое покрытие или золото)

  2. Улучшенные свойства по сравнению с одним материалом. Например, хромированная углеродистая сталь. обеспечивает прочность и химическую стойкость по сравнению с хромированной или углеродистой сталью

Мы стремимся предложить посетителям нашего сайта подробную информацию о различных вариантах гальваники, а также о плюсах и минусыПосетите отдельные страницы, чтобы узнать больше.

Процесс нанесения гальванических покрытий

Серебряное покрытие

Позолота

Хромирование

Наборы для гальваники

Гальваника | Британника

Гальваника , процесс покрытия металлом с помощью электрического тока. Металлическое покрытие может быть перенесено на проводящие поверхности (металлы) или на непроводящие поверхности (пластмассы, дерево, кожа) после того, как последние были превращены в проводящие с помощью таких процессов, как покрытие графитом, проводящим лаком, химическим способом пластины или напыленным покрытием.

Подробнее по этой теме

скульптура: Гальваника

Поверхности металлической скульптуры или специально подготовленной неметаллической скульптуры могут быть покрыты такими металлами, как хром, серебро, золото, медь, …

На рис. 1 показан типичный резервуар для гальваники, содержащий раствор сульфата меди (CuSO 4 ). Динамо-машина подает электрический ток, который регулируется реостатом.Когда переключатель замкнут, катодная планка, удерживающая деталь, подлежащую покрытию, заряжается отрицательно. Часть электронов от катодного стержня передается положительно заряженным ионам меди (Cu 2+ ), освобождая их как атомы металлической меди. Эти атомы меди занимают свое место на поверхности катода, покрывая его медью. Одновременно, как показано на чертеже, такое же количество сульфат-ионов (SO 4 2- ) разряжается на медных анодах, замыкая электрическую цепь.При этом они образуют новое количество сульфата меди, которое растворяется в растворе и восстанавливает его первоначальный состав. Эта процедура типична почти для всех обычных процессов гальваники; ток осаждает определенное количество металла на катоде, а анод растворяется в той же степени, поддерживая раствор более или менее однородным. Если этот баланс идеален и отсутствуют побочные реакции или потери, возможно, будет достигнута 100-процентная эффективность катода и 100-процентная эффективность анода.

Рисунок 1: Схема гальваники

Encyclopædia Britannica, Inc.

Если металлическая поверхность катода химически и физически чиста, разряженные атомы меди осаждаются в пределах нормального межатомного расстояния между атомами основного металла и пытаются стать его неотъемлемой частью. Фактически, если основным металлом является медь, новые атомы меди часто будут располагаться так, чтобы продолжить кристаллическую структуру основного металла, при этом пластина становится более или менее неотличимой и неотделимой от основного металла.

Если смешать подходящие растворы разных металлов, можно покрыть самые разные сплавы металлов. Таким образом, плакированная латунь может быть более или менее неотличима от литой латуни. Однако также возможно осаждение сплавов или соединений металлов, которые нельзя получить путем их плавления и литья. Например, пластина из оловянно-никелевого сплава использовалась в коммерческих целях благодаря своей твердости и коррозионной стойкости, которые превосходят свойства любого металла в отдельности.Месторождение состоит из соединения олова и никеля (Sn-Ni), которое невозможно получить другим способом.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Пластины из других распространенных сплавов включают бронзу и золото с различными свойствами, например разными цветами или твердостью. Пластины из магнитного сплава из таких металлов, как железо, кобальт и никель, используются для барабанов памяти в компьютерах. Пластина припоя (Sn-Pb) используется в работе с печатными схемами.

Разработка гальваники.

В то время как некоторые методы нанесения покрытия на металл восходят к древним временам, современное гальваническое покрытие началось в 1800 году, когда Алессандро Вольта открыл гальваническую батарею или батарею, которая сделала доступным значительное количество электроэнергии постоянного тока. Примерно в то же время батарея использовалась для осаждения свинца, меди и серебра. После того, как на серебряный катод был нанесен узелок меди, удалить медь не удалось. В том же году цинк, медь и серебро были нанесены на себя и на различные основные металлы (металлы, на которые наносится покрытие), такие как золото и железо.

Гальваника в промышленных масштабах началась примерно в 1840–1841 годах и была ускорена открытием цианидных растворов для покрытия серебра, золота, меди и латуни. Например, раствор цианида-меди давал прилипшие отложения меди непосредственно на железе и стали. Раствор цианида-меди до сих пор используется для этой цели, а также для первоначального покрытия цинковых отливок. Описанный выше раствор сульфата меди разъедает эти металлы, образуя неприлипающие отложения.

Гальваника стала крупной и быстрорастущей отраслью, требующей сложных инженерных решений и оборудования.Металлы, которые могут быть легко нанесены из водных растворов при высоком КПД, близком к 100%, лучше всего можно увидеть на Рисунке 2. На нем эти металлы показаны в едином прямоугольнике в их правильном соотношении друг с другом. Единственный металл, показанный за пределами прямоугольника, который обычно используется, — это хром, который обычно покрывают с низким КПД около 10–20 процентов. Для покрытия более или менее широко используются железо, кобальт, никель, медь, цинк, рутений, родий, палладий, серебро, кадмий, олово, иридий, платина, золото и свинец.Остальные можно легко отложить, но они не нашли широкого применения таким способом из-за стоимости, доступности или отсутствия полезных свойств.

Рисунок 2: Периодическая диаграмма металлов, легко наносимых на покрытие

Encyclopædia Britannica, Inc.

Введение хромирования в 1925 г. вызвало резонанс во всей индустрии гальваники. Хром, по сути, представлял собой яркую пластину и сохранял свою яркость бесконечно долго. Хромированная пластина нашла готовый рынок в автомобильной и бытовой промышленности, где вскоре были доказаны достоинства комбинированной пластины никель-хром или медь-никель-хром.Требования к более строгим процедурам контроля состава ванны, температуры и плотности тока нашли свое отражение в улучшении контроля и развитии других процессов.

Так называемое твердое хромирование также стало новым способом повышения износостойкости деталей машин и улучшения их работы за счет хороших фрикционных и термостойких свойств. Изношенные или малоразмерные детали были изготовлены из хромированной пластины.

В то время как неметаллические материалы наносились с середины 19 века, период быстрого роста использования гальванических пластиков начался в 1963 году с появлением АБС-пластика (акрилонитрил-бутадиен-стирол), который легко наносился.Пластиковая деталь сначала подвергается химическому травлению с помощью подходящего процесса, такого как погружение в горячую смесь хромовой кислоты и серной кислоты. Затем он сенсибилизируется и активируется, сначала погружаясь в раствор хлорида олова, а затем в раствор хлорида палладия. Затем на него наносят химическое нанесение меди или никеля перед дальнейшим покрытием. Получена полезная степень адгезии (примерно от 1 до 6 кг на см [от 5 до 30 фунтов на дюйм]), но она никоим образом не сравнима с адгезией металлов к металлам.

Основные приложения.

Меднение широко используется для предотвращения упрочнения стали на указанных деталях. Все изделие может быть покрыто медью, а пластина может быть отшлифована на участках, подлежащих упрочнению. Посеребрение используется на посуде и электрических контактах; он также использовался в подшипниках двигателя. Наиболее широко позолота используется для украшений и корпусов часов. Цинковые покрытия предотвращают коррозию стальных изделий, а никелевый и хромовый листы используются в автомобилях и бытовой технике.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

Что такое гальваника? (с фотографиями)

Любой, кто приобрел недорогие украшения с тонким покрытием из драгоценного металла, стал свидетелем конечного результата гальваники. Это электрохимическая реакция, используемая для нанесения тонкого металлического покрытия на объект. Помимо изготовления ювелирных изделий, этот процесс имеет важное применение в автомобильной промышленности для хромирования, а также в электронной промышленности для оптики и датчиков.

Алюминиевые бидоны для пищевых продуктов покрыты гальваническим покрытием.

Процесс гальваники (также называемый электроосаждением) довольно прост. Для начала на объект, на который будет нанесено покрытие, помещается отрицательный заряд. Затем объект погружают в солевой раствор металла, который будет использоваться для пластинчатого покрытия объекта.Оттуда это просто вопрос притяжения; Ионы металлов соли заряжены положительно и притягиваются к отрицательно заряженному объекту. Как только они соединяются, положительно заряженные ионы снова возвращаются к своей металлической форме, в результате чего возникает новый гальванический объект.

Многие автомобильные детали, в том числе колесные диски, имеют гальваническое покрытие.

Контроль толщины покрытия обычно достигается изменением времени, в течение которого объект находится в растворе соли. Чем дольше он остается внутри ванны, тем толще становится раковина. Конечно, в ванне также должно быть достаточное количество ионов металла, чтобы продолжить покрытие объекта. Форма объекта также будет влиять на толщину, а острые углы будут покрыты более толстым слоем, чем углубленные области.Это связано с тем, что электрический ток в ванне более плотно течет по углам.

Гальванику можно использовать для создания недорогих украшений.

Перед нанесением гальванического покрытия на объект его необходимо тщательно очистить, а все пятна и царапины отполировать.Как уже упоминалось, углубленные области будут покрывать менее острые углы, поэтому царапина станет более заметной, а не сглаживается покрытым материалом.

Процесс был разработан в начале 20 века и продолжает развиваться сегодня. Многие обычные предметы, такие как жестяные банки, на самом деле представляют собой гальваническую сталь с защитным слоем олова.Медицинская наука экспериментировала с этой техникой, а также создавала синтетические соединения с гальваническими покрытиями, и новые достижения в электронике были сделаны с гальваническими материалами.

В гальванике используются положительные и отрицательные электрические заряды. .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.