В данной статье рассматриваются особенности процесса гальванизации, виды и области применения гальванических покрытий, а также альтернативы, которые в некоторых случаях вполне оправданно заменяют этот метод защиты металлов.
Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлической пленки, которая препятствует коррозии и окислению поверхностей. Она придает им эстетичный внешний вид, износостойкость и увеличивает твердость.
Данный метод обработки улучшает термостойкость металлов, поэтому его широко применяют в таких отраслях промышленности, в которых присутствуют высокотемпературные процессы.
Как появилось гальваническое покрытие?
Открытием гальванического покрытия мир обязан русскому физику Борису Якоби. В 1836 году в ходе экспериментов он пропускал металлы через соляные и водные растворы, которые находились под воздействием электрического тока.
При прохождении через солевые растворы металлы разделялись на разнозарядные ионы. Положительные оседали на катоде, а отрицательные – на аноде.
Технология гальванизации
Гальванические покрытия требовательны к подготовке поверхностей. Перед началом работ требуется провести тщательную очистку и обезжиривание деталей.
Для металлических поверхностей рекомендуется использовать органические растворители, которые не вызывают коррозии, например Очиститель металла MODENGY
Он эффективно удаляет нефтепродукты, силиконовые масла, консервационные составы, адсорбированные пленки, газы, влагу и другие виды загрязнений. Испаряется быстро и без остатка.
Однако одной очистки и обезжиривания в большинстве случаев бывает недостаточно. Помимо этого проводится пескоструйная обработка и последующая шлифовка наждачной бумагой, специальными пастами.
Гальваническое покрытие выделяет все сколы, царапины и раковины поверхностей, поэтому обрабатываемое изделие должна быть идеально подготовленным.
Далее рассмотрим технологию гальванизации.
На деталь, погруженную в емкость с электролитом, подается отрицательный заряд, в результате чего она становится катодом. Отдельно стоящая металлическая пластина получает положительный заряд и берет на себя функцию анода.
Именно эта пластина служит для образования покрытия. При замыкании электрической сети металл с нее растворяется в электролите и направляется к катоду, где образует равномерную тонкую пленку.
Данный способ гальванизации называется анодным. Благодаря ему при возникновении очагов коррозии разрушается именно гальваническая изоляция, а защищаемый металл в течение длительного времени остается нетронутым.
Существует еще один метод гальванизации – катодное напыление. Он применяется гораздо реже. При нарушении целостности такого покрытия возрастает интенсивность разрушения металла под ним. Этому способствует сама технология нанесения.
Электролит – это проводящий раствор, благодаря которому металлы попадают на катод с анода. Размер емкостей для этой жидкости может быть разным и зависит от производственных задач.
Детали больших размеров находятся в объемных ваннах в подвешенном состоянии. На более мелкие изделия гальваническое покрытие наносится в барабанных емкостях, где отрицательный заряд подается на барабан, который вращается в электролите.
Для обработки деталей очень маленького размера (метизы, крепежные элементы) используются колокольные наливные ванны. В процессе работы они вращаются с низкой скоростью, в результате чего детали равномерно покрываются защитным покрытием.
Большое значение имеет плотность тока, который проходит через электролит. Он влияет на структуру формируемого осадка. Данная величина измеряется отношением силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.
При слишком большой величине плотности порошковых отложений много, а при низкой – его вообще не образуется. Это сказывается на качестве конечного покрытия. Именно поэтому процесс гальванизации требует постоянного контроля.
Толщина гальванического покрытия на деталях составляет 6-20 мкм и определяется особенностями металлов, участвующих в гальванизации. Уровень адгезии металлического сплава с поверхностями определяется при помощи специальных тестов.
Совместимость металлов
Совместимость материалов при гальванизации очень важна. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях процесс протекает замедленно. Однако существуют материалы, которые соединять вместе крайне не рекомендуется.
С определенными трудностями связана работа с алюминием и его сплавами. Это связано с тем, что на поверхностях этих материалов присутствует окисная пленка, которая затрудняет процесс гальванизации.
Для алюминия можно использовать следующие сочетания материалов: никель-хром, медь-никель-хром, медь-олово, свинец-олово. Допускается также цинкование и латунирование алюминия.
Области применения гальванических покрытий
Прочность и износостойкость гальванических покрытий позволяет использовать данный вид защиты:
- В авиастроении
- В машиностроении
- В радиотехнической промышленности
- В электронной промышленности
- В строительстве
Альтернатива гальваническому покрытию
Повысить прочность и антикоррозионные характеристики металлов можно не только с помощью гальванизации, но и другими методами: закалкой, рекристаллизацией, чеканкой, обкатыванием, газопламенным напылением, наплавкой и т.д.
Одним из наиболее простых и эффективных способов повышения износостойкости металлических изделий, предотвращения их коррозии и защиты от агрессивных внешних факторов является применение специальных твердосмазочных покрытий. Внешне они напоминают лакокрасочные материалы, только вместо пигмента содержат частицы твердых смазочных веществ.
Такие покрытия создают на поверхностях тонкую сухую пленку, которая обладает высокой несущей способностью и низким коэффициентом трения. Это особенно важно для металлических деталей, которые являются частью подвижных механизмов, работают при очень высоких нагрузках, давлениях и температурах.
Рассмотрим особенности антифрикционных твердосмазочных покрытий на примере материалов MODENGY. Их основу составляют неорганические и органические связующие вещества, а также твердые смазочные материалы: графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен (ПТФЭ), нитрид бора, дисульфид вольфрама, фториды бария и кальция.
Эти материалы формируют на поверхностях прочный композиционный слой. Он представляет собой полимерную матрицу с равномерно распределенными в ней частицами твердых смазочных веществ. Они заполняют и сглаживают микронеровности поверхностей, тем самым увеличивая их опорную площадь и несущую способность.
Покрытия MODENGY обладают высоким сопротивлением сжатию и малым сопротивлением сдвигу, поэтому их коэффициент трения достигает значений в несколько сотых при контактных давлениях, соизмеримых с пределом текучести материала основы.
Многие из материалов MODENGY доказали свою работоспособность в условиях радиации и вакуума. Их несущая способность достигает 2500 МПа, диапазон рабочих температур составляет от -200 до +560 °C. Благодаря технологии сухой смазки, которую они реализуют, покрытия эффективно работают в запыленных условиях.
Жидкие покрытия наносятся стандартными методами окрашивания: распылением, окунанием, центрифугированием. Составы в аэрозольной фасовке не требуют какого-либо оборудования.
Виды гальванических покрытий
В зависимости от назначения гальванические покрытия подразделяются на следующие виды:
- Защитные: служат для изоляции металлических изделий от механических повреждений и воздействия агрессивных сред
- Защитно-декоративные: предназначены для защиты деталей от агрессивных и разрушающих внешних факторов, а также для придания им эстетичного внешнего вида
- Специальные: служат для улучшения определенных характеристик поверхностей, например, повышения износостойкости и твердости, электроизоляционных, магнитных свойств
В некоторых случаях гальванизация применяется для восстановлении изначального вида изделий после их длительной эксплуатации.
Гальваническое покрытие позволяет создавать точные копии деталей, которые обладают даже очень высокой сложностью рельефа. Данный процесс называется гальванопластикой.
В зависимости от используемых в качестве покрытий материалов выделяют следующие виды гальванизации.
Меднение
В качестве покрытия используется медный купорос. Такая обработка способствует повышению прочности металлических изделий и повышению их токопроводящих свойств. Металлы с медным покрытием используются для производства электропроводников.
Хромирование
Данная процедура повышает прочностные характеристики металлов, а также их сопротивляемость различным агрессивным воздействиям. Помимо этого, она улучшает внешней вид деталей и восстанавливает поврежденные элементы.
В зависимости от технологии выполнения хромированное покрытие может обладать различными свойствами и параметрами. Например, серое матовое увеличивает твердость металла, блестящее повышает его износостойкость, молочное пластичное придает эстетичный внешний вид и усиливает стойкость к коррозии.
Цинкование
Самая популярная операция гальванизации. Тонкий слой цинка придает металлам блеск и предотвращает образование коррозии. Цинкование особенно популярно в строительной и автомобильной индустрии. Цинк используется для обработки трубопрокатных изделий, емкостей, опорных и кровельных конструкций, кузовных деталей автомобилей.
Железнение
Используется для усиления прочностных характеристик легкоизнашиваемых деталей, например, из меди. Такое покрытие практически не подвержено воздействию коррозии.
Никелирование
Данный метод обработки является оптимальным для придания металлам устойчивости к воздействиям окружающей среды. Слой никеля надежно защищает изделия от коррозии, возникающей вследствие загрязнения щелочами, кислотами, солями. Никелированные детали отличаются очень высокой стойкостью к истиранию и механическим повреждениям.
Латунирование
Используется для защиты металлов от воздействия коррозии. Кроме того, слой латуни обеспечивает лучшую адгезию металлических деталей с резиной.
Серебрение и золочение
Эти операции применяются в ювелирном деле, радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Серебро и золото придают поверхностям презентабельный внешний вид, высокие отражающие свойства, предотвращают коррозию, улучшают токопроводящие свойства, повышают твердость и защищают от агрессивных внешних факторов.
Родирование
Слой родия увеличивает сопротивляемость деталей воздействию химически агрессивных сред, а также придает им дополнительную механическую стойкость. Родирование предотвращает окисление, потускнение изделий из серебра.
Покрытие оловом
Олово увеличивает прочность и твердость металлических деталей. Гальванизация этим материалом применяется для алюминия, цинка, стали и меди.
Методы и особенности нанесения гальванического покрытия
Технология нанесения на поверхность металла других материалов считается популярной при изготовлении различных изделий.
Защитный слой снижает риск появления ржавчины, увеличивает показатель прочности. Гальваническое покрытие — защитный слой, который оберегает поверхность детали от воздействия коррозии.
После обработки повышается срок службы изделия, улучшаются технические характеристики.
Гальваническое покрытие ( pixabay.com)
Описание метода
Гальванизация — технологический процесс, при котором на поверхность металлической заготовки наносится слой другого металла, который защищает деталь. Пленка препятствует образованию ржавчины, продлевает срок службы изделия. Для проведения процедуры чаще применяется медь, никель, цинк, хром.
Гальванизация не только защищает металлические изделия от коррозии, но и улучшает его технические характеристики, вид. Чтобы «освежить» предмет, может наноситься гальваническое покрытие из золота, серебра.
Немного истории
Гальваническое покрытие металла впервые было разработано ученым Луиджи Гальвани. Он придумал метод осаждения металлических частиц на поверхность другого металла. Луиджи описал только теоретическую часть процесса и не стал углубляться в ее применение на практике.
Собрал данные вместе и провел первые практические эксперименты Мориц Герман. Переехав в Россию, он сменил имя, фамилию, став Борисом Якоби. Он впервые опробовал гальваническую ванну, провел испытание с применением медного раствора. В 1840 году вышел его труд с описанием готовой технологии.
Особенности процесса
Гальваническая обработка состоит из нескольких действий:
- Приготовления электролитического раствора. Его состав будет зависеть от необходимых технических характеристик готовой пленки.
- Погружения 2 анодов в готовый раствор. На них подключаются плюсовые контакты. Напряжение передает источник постоянного тока.
- Медленного погружения заготовки в электролит. Его необходимо подключить к минусовому контакту. Заготовка будет выполнять роль катода.
В итоге электрическая цепь буден замкнута, начнется процесс гальванизации. Металлические частицы, содержащиеся в электролитическом растворе и имеющие положительный заряд, будут оседать на обрабатываемую деталь.
Раствор электролита ( pixabay.com)
Сферы применения
Цели проведения технологического процесса:
- Защита. Металлическое покрытие должно защитить основу от коррозии, разрушения.
- Изменение вида. Гальванизация может преобразить любое изделие из металла, восстановить его поверхность (закрыть мелкие повреждения).
- Специальное назначение. Часто технология применяется для улучшения технических характеристик основы.
Гальванические покрытия применяются в автомобилестроении, изготовлении посуды, украшений, металлоконструкций, строительных материалов, крепежных элементов, промышленного оборудования. Также метод применяют при изготовлении CD и DVD дисков.
Виды покрытия
Гальванический метод обработки подразумевает под собой применение разных металлов. От этого изменяется вид, название метода. Технологии:
- Хромирование — популярный тип обработки. После обработки деталь становится износоустойчивой, поврежденные места восстанавливаются.
- Цинкование — процесс нанесения покрытия для защиты металлических заготовок от появления ржавчины.
- Серебрение — применяется для улучшения вида заготовки. Защищает деталь от образования ржавчины. Повышает показатель электропроводности.
- Латунирование — применяется для повышения показателя адгезии с резиновыми поверхностями, защиты основы от коррозии.
- Гальванизация золотом — применяется для восстановления украшений, придания им обновленного вида. Улучшает отражающие свойства, повышает коррозийную защиту, увеличивает токопроводящий показатель, ценность предмета.
- Радирование — чтобы основание стало устойчивым к длительному воздействию химических веществ, кислот, щелочей, проводится этот тип обработки.
- Никелирование — технологический процесс, применяемый для покрытия медных, стальных, алюминиевых заготовок. Готовое покрытие защищает изделие от разрушительного воздействия кислот, образования ржавчины. Поверхность становится устойчивой к истиранию, любым механическим воздействиям.
Нанесение гальванического покрытия выполняется согласно ГОСТам.
Обработанное изделие ( pixabay.com)
Материалы и оборудование
Чтобы провести покрытие металлов защитным слоем, необходимо использовать специальное оборудование:
- Источник постоянного тока для передачи напряжения через замкнутую цепь. Важно чтобы он имел регулятор изменения выходного напряжения.
- Емкости для электролита (гальванические ванны). В них погружаются обрабатываемые заготовки.
Дополнительно понадобится прибор для нагрева электролита до рабочей температуры. В гальванической ванне необходимо разместить анодные пластины.
Подготовительный этап
Процесс гальванической металлизации требует проведения тщательной подготовки обрабатываемой детали. Для этого необходимо выполнить несколько действий:
- Очистить поверхности от грязи, пыли, ржавчины, налета.
- Отшлифовать деталь мелкой наждачной бумагой.
- Обезжирить поверхность, чтобы удалить масляные подтеки, жировые пятна.
После выполнения подготовки можно приступать к проведению основных работ.
Подготовка детали ( pixabay.com)
Обработка
Гальванизация происходит по следующей схеме:
- Ванна заполняется электролитом.
- На аноды подается напряжение через плюсовые контакты.
- Электролитический раствор нагревается до рабочей температуры.
- На заготовке закрепляется минусовой контакт, она медленно погружается в ванну.
Длительность проведения технологического процесса зависит от размеров изделия, его формы, требуемой толщины защитного слоя. После проведения гальванизации нужно выполняется ряд дополнительных процедур:
- осветление поверхностей;
- покрытие лаками или красками;
- пассивирование;
- полировку.
После выполнения работ необходимо проверить готовое покрытие. Для этого нужно оценить механическую устойчивость, вид заготовки.
При желании гальванику можно выполнить в домашних условиях. Для этого необходимо подготовить ряд материалов, инструментов, оборудования:
- стеклянный стакан;
- песочную бумагу;
- 1–2 литра воды;
- глубокий пластиковый контейнер;
- сульфат цинка;
- уксус, перекись водорода;
- кусок меди;
- подготовленную металлическую заготовку;
- блок питания на 3–6 вольт;
- тканевую бумагу, провода;
- цинк из батареек.
Проведение работ с ионным электролитом:
- Равные части перекиси водорода, уксуса нагреть, перемешать.
- Растворить кусок меди в готовом составе. Посиневшую жидкость можно использовать для проведения работ.
- На блоке питания закрепить зажимы с проводами.
- Плюсовую клемму закрепить на куске меди, лежащем в электролите, минусовую на подготовленной металлической поверхности.
- Включить блок питания.
Толщина слоя зависит от условий эксплуатации изделия:
- Легкие — кратковременное воздействие агрессивных веществ. Оптимальная толщина защитной пленки — от 7 до 15 мк.
- Средние — предметы подвергаются воздействию влажности, морской воды, промышленных отходов. Оптимальная толщина слоя — от 15 до 30 мк.
- Жесткие — изделия постоянно испытывают повышенную влажность, воздействие кислот, солей, щелочей, химических веществ. Оптимальная толщина пленки — от 30 до 45 мк.
При проведении гальваники своими руками нельзя забывать про безопасность. Работать нужно в перчатках, защитной одежде, респираторе, очках. Рабочее место должно быть очищено от воспламеняющихся жидкостей, материалов. В помещении нужно продумать система вентиляции.
Гальваническое покрытие защищает металлические поверхности от коррозии, восстанавливает поврежденные места, улучшает их вид. Для его нанесения применяются разные виды металлов. Работы проводятся на специализированном оборудовании, но при желании их можно выполнить в домашних условиях.
( 3 оценки, среднее 4.33 из 5 )
Что такое гальваника металла, детали и виды процесса
Операция гальванического покрытия металлов заключается в нанесении на поверхность металлического изделия тонкой пленки из такого же материала с использованием электролита. В процессе обработки детали молекулы покрывающего металла переносятся токопроводящим раствором и проникают в верхний слой изделия. В итоге происходит внедрение одного металла в поверхностное пространство другого.
Как результат, такой гальванический метод позволяет металлоизделиям приобретать дополнительную твердость, устойчивость к коррозии и износостойкость. У металла с гальваническим покрытием значительно повышается декоративность.
Для проведения гальванического процесса необходима ванна, которая является основой всего оборудования. В нее заливается токопроводящий раствор, в который помещаются 2 анода.
Для гальванизации металлов существуют линии оборудования. Устанавливаются они в отдельных цехах. Поскольку работа связана с химическими реактивами, в помещении монтируется вентиляция.
Несмотря на сложность гальванического процесса, он достаточно хорошо изучен. Поэтому его можно проводить и в домашних условиях. При этом следует помнить основное правило: общая площадь анодов должна превышать этот же параметр обрабатываемой детали.
Для чего гальванизируют металл
Во время гальванической обработки металла преследуются определенные цели. Все зависит от условий, в которых будет работать данное изделие, и требований, которые к нему будут применяться.
Цели гальванизации металла бывают следующие:
- Придание поверхностному слою защитных функций. Как вариант – никелирование.
- В целях улучшения декоративности предметов. Например, хромирование.
- Для получения копий деталей, отличающихся сложностью рельефа поверхности.
- Нашло широкое применение гальваническое цинкование продукции. Проводится оно с трубопрокатными, кровельными и строительными конструкциями. Это придает им устойчивость в условиях повышенной влажности.
- В ювелирном деле. Поверхностный слой украшений насыщается золотом и серебром. При этом не только улучшаются декоративные качества продукции, но и верхний слой золотых изделий увеличивает свою твердость в 2 раза.
Процесс гальванизации металлов отличается характерной особенностью. На поверхности изделий формируется пленка. Вне зависимости от сложности конфигурации ее толщина везде будет одинаковая. Это особенно важно, когда на первый план выходит внешний вид продукции.
Методы гальваники
Процесс образования защитной пленки другим металлом осуществляется двумя методами:
- Гальваническое катодное напыление. Такая технология покрытия металла отличается тем, что при небольшом ее нарушении происходит быстрая коррозия основного изделия. Этому процессу способствует сам поверхностный слой. В качестве примера можно привести лужение оловом.
- Гальваническое анодное нанесение. Относится к надежным гальваническим покрытиям. При возникновении угрозы коррозии в первую очередь начинаются разрушения в поверхностном слое. Основной металл длительное время сохраняет первоначальную форму. При этом он надежно защищен не только от внешней среды, но и от механических воздействий.
Процесс гальванического покрытия металла
Гальваническая обработка металла состоит из 3 этапов:
- Подготовка. Это наиболее трудоемкий процесс. В случае наличия на поверхности металла жира, заусенцев или пыли качество гальванизирования будет низким. Изделия должны быть обработаны вручную или на пескоструйной машине. При наличии остатков жира их следует обработать химическим раствором.
- Сам процесс гальванической обработки металла. Электролит заливается в ванну, в него помещаются 2 анода и покрываемая деталь. Проводится нагрев электролита с помощью специального устройства до температуры, указанной в технологии. Затем включается ток, который контролируется регулятором напряжения. Катодом является сама деталь. Положительно заряженные ионы движутся через электролит и оседают на отрицательно заряженном изделии, образуя поверхностный слой. Длительность второго этапа продолжается до тех пор, пока поверхностный слой металла не достигнет требуемой величины.
- После гальванической процедуры детали нуждаются в дополнительной обработке. Заключается она в осветлении, пассивировании или промасливании поверхности. Для этого изделия погружаются в специальный раствор с реактивами. В результате идет образование поверхностной пленки толщиной 1 мм.
При проведении процесса гальванической операции существует понятие совместимости материалов. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях это процесс идет замедленно. Но существуют пары, которые нельзя соединять вместе.
О совместимости гальванических пар таблица дает наглядное представление.
| Алюминий | + | — | + | — | — | — | — | — | + | — | + |
| Бронза | — | + | — | + | + | + | Пайка | Пайка | — | + | — |
| Дюраль | + | — | + | — | — | — | — | — | + | — | + |
| Латунь | — | + | — | + | + | + | Пайка | Пайка | — | + | — |
| Медь | — | + | — | + | + | + | Пайка | Пайка | — | + | — |
| Никель | — | + | — | + | + | + | Пайка | Пайка | + | Отсутствуют данные | + |
| Олово | — | Пайка | — | Пайка | Пайка | Отсутствуют данные | + | + | + | Отсутствуют данные | + |
| Сплав свинца с оловом | — | Пайка | — | Пайка | Пайка | Пайка | + | + | + | Отсутствуют данные | + |
| Углеродистая сталь и чугун | + | — | + | — | — | + | + | + | + | + | + |
| Хром | — | + | — | + | + | Отсутствуют данные | Отсутствуют данные | Отсутствуют данные | + | + | + |
| Цинк | + | — | + | — | — | + | + | + | + | + | + |
Используемые материалы и оборудование
Для всех видов гальванизации металла применяется однотипное гальваническое оборудование. Емкость, куда погружаются изделия из металла, называется ванной. Различие наблюдается только в разновидности электролита.
Исключение составляет холодное цинкование, совершаемое «Гальвонолом». Это жидкая суспензия, которая непосредственно наносится на металл. Отличается неустойчивостью к некоторым растворителям, поэтому нуждается в финишном покрытии.
Различается несколько групп гальванических ванн:
- Крупные. Рассчитаны на крупногабаритные изделия.
- Средние. В них нет возможности поместить большое изделие. При этом они остаются наиболее востребованными в условиях средних масштабов производства.
- Мелкие. В них можно проводить гальванизацию только мелких деталей.
В ванну помещаются анодные пластины. Изготавливаются из разных материалов. Их основная задача заключается в восполнении убывающего металла с изделия в процессе гальванизации.
Важными составляющими являются разновидность электролита и плотность тока. Эти параметры меняются в зависимости от вида операции.
Составы цианидных ванн для серебрения представлены в таблице.
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Цианистое серебро | 2 | 6 | 30 | 100 |
| Цианистый натрий | 70 | 70 | — | — |
| Цианистый калий | — | — | 70 | 100 |
| Углекислый натрий | 10 | 10 | — | — |
| Углекислый калий | — | — | 10 | 25 |
| Гипосульфит натрия | — | — | 0,4 | 0,5 |
| Аммиак водный, мл/л | — | — | 1-2 | 2 |
| Едкий калий | — | — | — | 15 |
Величина плотности тока оказывает влияние на структуру формируемого осадка. Измеряется как отношение силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.
Такой параметр имеет важное значение во время работы. При низкой величине плотности осадка вообще не образуется. Слишком большая его величина приводит к образованию порошкового отложения. Поэтому гальванический процесс требует контроля этого показателя.
Виды гальванических покрытий
Процессы гальванического нанесения покрытия на металл отличаются своими особенностями в зависимости от применяемого материала. К видам гальванических покрытий относятся:
- хромирование;
- цинкование;
- травление;
- золочение и серебрение;
- меднение;
- латунирование;
- гальваника алюминия.
Хромирование
Это процесс внедрения в поверхность металла хрома с использование электролита под воздействием тока. В результате изделие приобретает коррозионную устойчивость к агрессивной среде. Увеличивается твердость поверхностного слоя. Обработанные детали находят применение во многих отраслях промышленности.
Цинкование
При проведении цинкования металлическая поверхность покрывается слоем цинка. Образующаяся гальваническая пара хорошо работает в агрессивной среде. Продолжительность эксплуатации такого изделия зависит от времени разрушения цинка. До этих пор расположенный внутри металл не будет подвергаться коррозии.
Травление
Травление – это электролитическое снятие поверхностного слоя с изделия. Процедура проводится с целью обнаружения внутренних дефектов, устранения ржавчины или окислов. После такой операции часто детали подвергаются финишному покрытию. Обработанные поверхности заготовок хорошо сопрягаются друг с другом.
Золочение и серебрение
Золочение и серебрение применяются в ювелирном деле. Ванна заполняется электролитом, куда опускается обрабатываемое украшение. В электролите растворяются ионы серебра или золота. По окончании процедуры на поверхности изделия образуется тонкий поверхностный слой драгоценного металла.
ПОСМОТРЕТЬ чистый никель для гальванического производства на AliExpress →
Меднение
Меднение является промежуточной операцией, поскольку такая поверхность плохо противостоит коррозии. С течением времени она окисляется. В дальнейшем идет наслоение еще одного покрытия. В качестве электролитов используются щелочные и кислотные составы.
Латунирование
При работе используются цианистые электролиты меди, цинка, натрия или калия. Латунная поверхность наносится с целью улучшения декоративных качеств. Особенно это касается белого латунирования. Еще такой обработке подвергаются стальные заготовки, которые обклеиваются резиной.
Гальваника алюминия
К гальваническим покрытиям алюминия относятся сочетания:
- медь – никель – хром;
- никель – хром;
- свинец – олово;
- медь – олово;
- латунирование;
- цинкование.
Работа с алюминием и его сплавами сопровождается определенными трудностями. На их поверхностях присутствует окисная пленка, которая затрудняет процесс гальванизации.
Гальваническое покрытие металлических изделий проводится не только в промышленных масштабах. Домашние условия тоже позволяют заняться этим видом деятельности. Если у кого-то есть опыт проведения таких мероприятий, большая просьба поделиться им в х к этой статье.
Способы нанесения гальванических покрытий
Гальваника — это технологический процесс получения металлических покрытий путем осаждения требуемого элемента на поверхность детали из раствора солей.
Гальванические покрытия могут быть получены химическим и электрохимическим способом. Электрохимическим называется способ получения металлического неорганического покрытия в электролите под действием электрического тока от внешнего источника. Химическим называется способ получения металлического неорганического покрытия в растворе солей без наложения на него электрического тока.
Электрохимический процесс
Электрохимический процесс, протекающий на электродах при прохождении через электролит электрического тока, называется электролизом. Устройства, в которых за счет внешней электрической энергии совершаются химические превращения веществ, называются электролизерами или электролитическими (гальваническими) ваннами 1 (рис. 5.1).
При гальваническом покрытии деталей в качестве электролита 2 применяют обычно раствор соли осаждаемого металла (в электролит вводят также некоторые компоненты, улучшающие свойства покрытий и увеличивающие электрическую проводимость электролита и т.д.).
Анодами 3 служат пластины из осаждаемого металла, а катодами 4 — предварительно очищенные и подготовленные детали, подлежащие покрытию.
Процесс электролиза состоит из следующих этапов:
- получение в электролите ионов осаждаемого металла;
- перенос полученных ионов к детали-катоду;
- переход ионов металла в атомарное состояние;
- осаждение атомов на поверхности детали;
- формирование кристаллической решетки.
Рис. 5.1. Схема стационарной гальванической ванны:1 — ванна; 2 — электролит; 3 — аноды; 4 — деталь.
Электролиз может проводиться с применением растворимых и нерастворимых анодов.
В случае проведения электролиза с растворимым анодом, изготовленным из осаждаемого на поверхности детали металла, он постепенно растворяется в электролите, образуя новые ионы металла взамен выделившихся на катоде, тем самым поддерживая требуемую концентрацию металла в растворе.
В тех случаях, когда происходит нанесение покрытия на внутреннюю поверхность цилиндрических деталей малого диаметра и большой длины, допускается применение нерастворимых анодов.
Нерастворимые аноды изготавливаются из металла или сплава, который в данном электролите не растворяется (чаще всего используется свинец), или из графита. При осаждении металлов из цианистых электролитов в качестве нерастворимых анодов используют стальные аноды, а в кислых — освинцованную проволоку. На нерастворимых анодах при электролизе обычно выделяется кислород.
Выбор электролитов
Режим электролиза при заданном составе электролита характеризуется тремя основными показателями:
- кислотностью электролита, выраженной в граммах на литр, или в единицах рН;
- температурой электролита;
- катодной плотностью тока в амперах на квадратный дециметр.
В зависимости от кислотности электролиты можно разделить на две группы: щелочные и кислые электролиты. По составу входящих в них соединений электролиты бывают простые и сложные, в состав которых входят комплексные соединения.
Качество гальванических покрытий определяется их внешним видом, прочностью сцепления с основным металлом, толщиной и пористостью. Допускается наличие рисок, царапин, отдельных шероховатостей и несквозных пор, легко устраняемых при последующем полировании. Допустимыми дефектами являются также высохшие подтеки воды и разные оттенки.
Виды ванн
В зависимости от размеров детали конструкция гальванической ванны существенно различается. Нанесение гальванических покрытий может проводиться:
- в стационарных емкостях с вращением детали и без него;
- в струйных ваннах;
- в переносных ваннах;
- электролизом во внутренних полостях деталей без использования гальванической ванны;
- в барабанах и колоколах.
Рис. 5.2. Установка для покрытия наружной поверхности цилиндрических деталей:1 — катодная шина со скользящим контактом; 2 — покрываемая деталь; 3 — цилиндрический корпус гальванической ванны; 4 — цилиндрический анод; 5 — подпятник из пластмассы; 6 — станина; 7 — электродвигатель с редуктором.
Процесс получения гальванических покрытий в стационарных емкостях представлен выше (см. рис. 5.1). Вращение детали вокруг своей оси в течение всего времени осаждения позволяет формировать более ровные по толщине гальванические покрытия. Вращение детали также применяют для покрытия наружной поверхности цилиндрических деталей.
Как видно из рис. 5.2, деталь помещена вертикально в центре цилиндрического анода, установленного также в цилиндрической стационарной ванне, и получает вращение от электродвигателя с редуктором. Для питания током к детали подведен скользящий контакт.
Вращение детали позволяет применять высокие плотности тока и поэтому покрытия получаются гладкими и равномерными.
Использование для нанесения покрытий струйных ванн повышает производительность процесса. Постоянная смена электролита, контактирующего с поверхностью детали, предотвращает его обеднение ионами осаждаемого металла. Возможность регулировки размеров ванны для струйного нанесения позволяет создавать гальванические покрытия на отдельных участках длинномерных деталей (рис. 5.3).
Применение переносных ванн целесообразно для создания местных покрытий на крупногабаритных деталях. В переносных ваннах деталь не погружают в электролит целиком, а наоборот, пристраивают ванну к тому участку детали, на котором необходимо сформировать гальваническое покрытие (рис. 5.4).
Рис. 5.3. Схема установки для струйного нанесения покрытий:1 — анод; 2 — верхняя часть гальванической ванны; 3 — деталь; 4 — раздвижная кассета; 5 — нижняя часть гальванической ванны; 6 — электролит; 7 — подогреватель; 8 — насос.
Рис. 5.4. Схема установки переносной ванны:1 — деталь; 2 — анод; 3 — электролит; 4 — гальваническая ванна; 5 — клеевой слой.
Создание гальванических покрытий на внутренних поверхностях в деталях, имеющих закрытые внутренние полости, может осуществляться без использования емкостей для электролита. Роль такой емкости выполняет сама деталь (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Монтаж внутренних электродов для создания покрытий на внутренних поверхностях трубчатых деталей:1 — анод; 2 — центрирующая втулка; 3 — деталь.
В центре наращиваемой детали помещают свинцовый анод, а деталь служит катодом. При монтаже внутренних анодов в трубчатых деталях диаметр анодов должен составлять от 0,3 до 0,5 внутреннего диаметра труб. Внутренние аноды должны быть строго центрированы по отношению к стенкам трубы, что достигается установкой центрирующих втулок из пластмассы.
Если диаметр анода велик, то его изготовляют полым внутри, а для снижения его массы и увеличения активной поверхности сверлят ряд отверстий в стенках. Полые трубчатые аноды особенно удобны, когда электролит во время процесса необходимо нагревать или охлаждать.
Часто через полые трубчатые аноды производят прокачивание электролита для улучшения или ускорения процесса. При большой длине труб или при использовании гибких проволочных анодов на них через равные промежутки длины надевают центрирующие изоляторы в форме равностороннего плоского треугольника с отверстием в центре для пропускания анода.
В качестве материала для изолятора применяют листовой целлулоид, винипласт и прочие химические стойкие пластмассы.
При этом деталь устанавливают на резиновый лист рядом с емкостью для удаления в процессе нанесения покрытий промывающей и охлаждающей жидкости. Резиновый лист покрывают целлулоидом, так как резина может растворяться в горячем электролите.
Для массового осаждения покрытий на крепежных или мелких деталей используют ванны с вращающимися барабанами.
Барабан изготовляют шестигранного сечения, из листового железа, с задвижной дверцей для загрузки и выгрузки деталей и с шестерней для вращения, закрепленной по оси на одном из торцов.
Диаметр с барабана обычно принимают равным 500-600 мм при длине 600-800 мм. Частота вращения не выше 15-5 об/ч. Загрузка барабана составляет 40-50 кг деталей.
Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:
Гальванические покрытия: история, виды, назначение, применение, фото, видео, свойства, гост
Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлической пленки, которая препятствует коррозии и окислению поверхностей. Она придает им эстетичный внешний вид, износостойкость и увеличивает твердость.
Данный метод обработки улучшает термостойкость металлов, поэтому его широко применяют в таких отраслях промышленности, в которых присутствуют высокотемпературные процессы.
Как появилось гальваническое покрытие?
Открытием гальванического покрытия мир обязан русскому физику Борису Якоби. В 1836 году в ходе экспериментов он пропускал металлы через соляные и водные растворы, которые находились под воздействием электрического тока.
При прохождении через солевые растворы металлы разделялись на разнозарядные ионы. Положительные оседали на катоде, а отрицательные – на аноде.
Технология гальванизации
Гальванические покрытия требовательны к подготовке поверхностей. Перед началом работ требуется провести тщательную очистку и обезжиривание деталей.
Для металлических поверхностей рекомендуется использовать органические растворители, которые не вызывают коррозии, например Очиститель металла MODENGY
Он эффективно удаляет нефтепродукты, силиконовые масла, консервационные составы, адсорбированные пленки, газы, влагу и другие виды загрязнений. Испаряется быстро и без остатка.
Однако одной очистки и обезжиривания в большинстве случаев бывает недостаточно. Помимо этого проводится пескоструйная обработка и последующая шлифовка наждачной бумагой, специальными пастами.
Гальваническое покрытие выделяет все сколы, царапины и раковины поверхностей, поэтому обрабатываемое изделие должна быть идеально подготовленным.
Далее рассмотрим технологию гальванизации.
На деталь, погруженную в емкость с электролитом, подается отрицательный заряд, в результате чего она становится катодом. Отдельно стоящая металлическая пластина получает положительный заряд и берет на себя функцию анода.
Именно эта пластина служит для образования покрытия. При замыкании электрической сети металл с нее растворяется в электролите и направляется к катоду, где образует равномерную тонкую пленку.
Данный способ гальванизации называется анодным. Благодаря ему при возникновении очагов коррозии разрушается именно гальваническая изоляция, а защищаемый металл в течение длительного времени остается нетронутым.
Существует еще один метод гальванизации – катодное напыление. Он применяется гораздо реже. При нарушении целостности такого покрытия возрастает интенсивность разрушения металла под ним. Этому способствует сама технология нанесения.
Электролит – это проводящий раствор, благодаря которому металлы попадают на катод с анода. Размер емкостей для этой жидкости может быть разным и зависит от производственных задач.
Детали больших размеров находятся в объемных ваннах в подвешенном состоянии. На более мелкие изделия гальваническое покрытие наносится в барабанных емкостях, где отрицательный заряд подается на барабан, который вращается в электролите.
Для обработки деталей очень маленького размера (метизы, крепежные элементы) используются колокольные наливные ванны. В процессе работы они вращаются с низкой скоростью, в результате чего детали равномерно покрываются защитным покрытием.
Большое значение имеет плотность тока, который проходит через электролит. Он влияет на структуру формируемого осадка. Данная величина измеряется отношением силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.
При слишком большой величине плотности порошковых отложений много, а при низкой – его вообще не образуется. Это сказывается на качестве конечного покрытия. Именно поэтому процесс гальванизации требует постоянного контроля.
Толщина гальванического покрытия на деталях составляет 6-20 мкм и определяется особенностями металлов, участвующих в гальванизации. Уровень адгезии металлического сплава с поверхностями определяется при помощи специальных тестов.
Виды гальванических покрытий
В современном мире для гальванического покрытия могут быть использованы различные металлы. Они дают тонкую пленку, которая обладает надежной защитой.
Сегодня выделяют:
Гальваническое покрытие медью
Данная процедура получила название медирование. Благодаря меди можно создать на поверхности самых разных металлов прочную защитную пленку. Чаще всего для проведения данной процедуры использует медный купорос.
Гальваническое покрытие золотом
В настоящее время большое распространение получила процедура золочения. Она заключается в том, чтобы раствором покрыть металлическую поверхность придания ей боле дорого внешнего вида и для защиты от появления коррозии.
Гальваническое покрытие хромом
Обработка металлов хромом делает их более прочными и устойчивыми к условиям, которые предлагает агрессивная внешняя среда. Благодаря данному элементу на поверхности образуется тонкая пленка, которая обладает защитными и эстетическими качествами.
Гальваническое покрытие серебром
Нередко в промышленных условиях применяется серебрение. При этом на поверхности металлов появляется серебристая пленка, которая придает металлам немалое количество полезных характеристики. К тому же покрытые серебром изделия всегда выглядят дорого.
Гальваническое покрытие никелем
Покрытие данным элементом обладает экономичностью. Использование данного метода обработки металлов является оптимальным для придания металлическому материалу устойчивости к внешним воздействиям окружающей среды.
Гальваническое покрытие цинком
Данная процедура получила названием цинкование. Благодаря ней на поверхности металлов образуется тонкая пленка цинка, которая предотвращает образование ржавчины. К тому же такое покрытие придает блеск изделиям.
Гальваническое покрытие оловом
Олово применяется для нанесения на такие металлы, как: алюминий, цинк, сталь и медь. Оно придает им прочность и твердость.
Загрузка...
