Что такое гальваника и ее 7 основных видов

Гальваническое покрытие являет собой специально создаваемый слой одного металла на изделие из другого. Это делается для улучшения возможностей конструкционного материала и существенного расширения сфер его применения.

Этой идее уже сотни лет, но получать оптимальное качество можно только с помощью электрического тока и раствора электролита.

Что такое гальваника

Гальваническое покрытие представляет собой тонкий плёночный слой одного металла, специально осаждаемый ровным слоем на поверхности другого. Источник этого эффекта – специфичный процесс электрохимического рода, результатом которого является тонкий слой специального покрытия.

Выглядит это так: в резервуар с химическим раствором (электролитом) погружается деталь, на которую замыкается электрический ток. Через некоторое время он снимается, деталь достаётся – на ней появляется новое покрытие.

Суть процесса

Гальваническая обработка проводится следующим образом:

• подготавливается необходимый состав электролита;
• в раствор опускается пара электродов, которые подключаются к источнику электрического тока;
• в раствор помещается заготовка (деталь), на которую необходимо нанести покрытие;
• заготовка подключается в электрическую цепь – к катоду («минус»), электроды – к аноду («плюс»);
• подача тока на сформированную цепь – с расчётной продолжительностью по времени.

Описанные этапы являются основными технологическими операциями. Толщина гальванического покрытия зависит от продолжительности прохождения тока и его величины.

Методы гальваники

Гальванический метод как образование нового металлического слоя работает одним из таких вариантов:

• нанесение на катод: стандартный метод, имеющий недостаток в виде начала коррозионных процессов под поверхностным слоем
• нанесение на анод: высокий КПД результата, повышенная степень защищенности основного материала.

Интересно, что само слово «гальваника» способно одновременно обозначать идею получения покрытия, непосредственно технологический процесс и целевой результат этого процесса.

Виды гальванических покрытий

Такое покрытие металла как гальваника производится с помощью нескольких материалов с требуемыми свойствами. Применение каждого из них даёт устойчивый результат в виде прочного покрытия со специфичными свойствами, но каждый из них нуждается в определённой технологии производства работ.

Хромирование

Гальванирование металлических изделий хромом сильно распространено. Основная причина – в значительной износостойкости покрытия и некоторой степени восстановления поверхностных дефектов.

Может выполняться разными типами растворов, которые дают 3 варианта наносимого осадка:

• блестящий – с максимальными износостойкостью и твёрдостью;
• молочный – с максимальными пластичностью и малой пористостью;
• серый – с не лучшими эксплуатационными свойствами.

Для электролиза чаще всего применяется сульфатный электролит универсального типа – в стандартной, разбавленной или концентрированной форме.

Также свою роль играет технологический режим электролизного процесса – сила тока и продолжительность отдельных этапов его подачи.

Цинкование

При словах «гальваника металла» обычно вспоминают цинкование: нанесение на сталь или иной сплав устойчивого к электрохимическим процессам цинкового слоя.

Создание заданной толщины Zn позволяет образовать прочную плёнку окисла – защитить основной материал от негативного воздействия атмосферы и от механических воздействий.

Цинковый слой уверенно защищает сталь от атмосферного кислорода – образуя прочную окисную плёнку. В то же время механическая прочность покрытия высокая, но следует беречь и его.

Интересно, что даже при истирании «защиты» в действие вступает электрохимия: железо и цинк формируют гальваническую пару – где железо вступает в реакцию окисления последним.

Успешно задействуются целых 5 типов цинкования:

• холодное: напыление или окрашивание ручным способом (подобно покраске);
• горячее: деталь погружается в расплав Zn;
• термическая диффузия: деталь временно размещается в горячей среде с высоким содержанием порошкового цинка;
• газотермический способ: местное расплавление присадочной проволоки с высоким содержанием цинка;
• гальваника: пропускание электрического тока через специальный раствор, в котором находится деталь.

Каждый из них по-своему интересен и помогает создать уникальные изделия.

Травление

Травление как обработка металла не позволяет нанести другой материал – наоборот, при её выполнении убирается слой основного материала.

Это значит, что под действием химически агрессивных веществ (кислота, щёлочь или концентрированный раствор соли) очищается поверхность металла, а при долгой обработке даже «съедается» на определённую глубину.

Травление применяется как шаг, предваряющий метод нанесения заданного покрытия:

• устраняются ржавчина, цветные плёнки окислов и жиров;
• снимается защитное покрытие – причём в заданной форме (что часто применяется в декоративных целях);
• подготавливает основу к сцеплению с будущим слоем.

Данный способ обработки металлических поверхностей оптимально проводить в посуде из металла или стекла.

Золочение и серебрение

Гальванический процесс создания тонкого слоя из золота и серебра крайне полезен для электроники и создания ювелирных изделий.

Суть – та же, что и для остальных металлов, включая латунные и медные сплавы. Ввиду малой толщины целевого слоя применяется несколько методов его образования. Самые популярные из них следующие:

• натирание детали порошками золота и серебра;
• временное погружение в насыщенный раствор;
• применение ртути (получая нагрев, она расплавляет золото – на поверхности детали образуется особая амальгама);
• современная гальваника.

Первые 2 метода архаичны, они не дают равномерного по толщине покрытия. Создание амальгамы традиционно считается уделом архитектуры и отделки сооружений. Лучшее по качеству золочение и серебрение производится только электрохимическим способом.

Благородные металлы обладают сложностью проведения химических реакций. Поэтому для надёжного сцепления подложку необходимо механически и химически очистить, обезжирить и высушить.

При необходимости поверхность нужно предварительно отшлифовать и отполировать. Чем лучше степень подготовки, тем качественнее будет новый ценный слой.

Меднение

Нанесение покрытий также выполняется для меди. Её полезные свойства с запасом перекрываются склонностью к окислению и даже корродированию (это можно избежать повторным омеднением). Это выполняется как функциональное покрытие либо как промежуточная прослойка для создания внешнего слоя из иного металла.

В отношении технологии меднение является средством создания слоя толщиной от 0,3 мм.

Результат хорош в плане адгезии, пластичности и электропроводности. Из-за этого меднение интересно для таких направлений как гальванопластика, электротехника, декор, создание специальных покрытий (защитных, восстановительных и декоративных).

В качестве жидкой среды применяются кислые и щелочные электролиты. Для высокого качества результата нужно предварительно обработать заготовку – или запланировать промежуточный никелевый слой.

Латунирование

Гальванизация металла также проводится латунями – сплавами меди, олова и цинка. Если раньше метод был промежуточным этапом, сегодня латунирование в основном полезно для создания сложных изделий из стали, алюминия и резинополимеров.

Ценность результата – существенное повышение коррозионной устойчивости детали, её подготовка к дальнейшей обработке и сборке (в частности, при последующем соединении алюминиевых и стальных частей), а также в создании сравнительно мягкого промежуточного слоя.

Толщина слоя – считанные микрометры, химический состав – треть цинка и две трети меди. Создаётся покрытие в электролите, насыщенным цинком, калием и натрием.

А вы знаете вес пустого кислородного баллона ?

Гальваника алюминия

Защита «крылатого» металла нужна для экономии его ресурса (он остаётся не самым дешёвым материалом) и для проработки внешнего вида изделия.

Гальванические покрытия алюминиевых сплавов выполняются сочетаниями никеля, хрома, свинца, олова, цинка, меди и латуней. Основная проблема при этом – обход сложно удаляемой окисной плёнки самого алюминия, что достигается с помощью выверенных технологических приёмов:

• цинкатная обработка: погружение изделия в раствор цинката натрия (до 1 минуты), в ходе чего образуется тёмная плёнка цинка;
• гальваника в электролите из ортофосфорной кислоты (Н3РО4) – при определённом химсоставе сплава, если в нём большое количество меди и марганца;
• обработка в растворе сульфата цинка.

Также практикуется нанесение свинца и олова, кадмия, золота и других драгоценных металлов.

Используемые материалы и оборудование

Гальваника металла проводится при наличии 4-х основных компонентов:

• ёмкость (или «ванна»): подходит по размеру для размещения необходимой части обрабатываемого изделия;
• электролит: раствор химических реагентов необходимого состава и концентрации;
• источник электрического тока постоянного рода: он будет подавать напряжение на поверхность металла, вызывая сложные электрохимические реакции;
• электроды: подводятся к гальванизируемому объекту и ванне.

Оборудование задействуется типовое и даже унифицированное. Технология разнится по плотности электрического тока, подаваемого на единицу площади электродов, и продолжительности подачи напряжения.

Различия состоят в электролите – его компонентах и плотности. Каждый наносимый металл или сплав нуждаются в строго выдержанном составе, в который входят соли, окислы и прочие соединения целевого материала.

Процесс гальванизации

Гальваническое нанесение слоя металла производится в такой последовательности.

Поступающие заготовки специальным образом подготавливаются для электрохимической реакции – механическим, химическим и даже термическим способами.

После этого они размещаются в ванне, которую заранее заполняют соответствующим электролитом. За уровнем качества жидкости следит гальваник – специалист, в обязанности которого входит контроль всего процесса.

Заготовки подключаются к энергоцепи – при помощи электродов. Соединение выполняется к строго предусмотренным участкам – этот аспект рассчитывается технологом.

При необходимости электролит нагревается – силами специального механизма. Цель этого – ввести теплоту, достаточную для начала активации работы «химии».

По готовности на заготовку подаётся напряжение. Его величина регулируется с пульта управления или иными фактическими средствами.

Механика происходящего сводится к следующему: ионы целевого металла под действием электрического тока оседают на поверхности обрабатываемого металла, формируя плотный слой. Длится это до достижения необходимой толщины этого слоя, после чего напряжение снимают.

А вы знаете что такое ультразвуковой контроль?

Подготовка поверхности детали

Гальванизация металла начинается с получения достаточной степени чистоты его поверхности. Достигается это с помощью таких приёмов:

• механическое удаление сторонних частиц и окислов (пескоструйная обработка, очистка наждаком с не слишком крупной шероховатостью);
• снятие лакокрасочных покрытий, жиров и т.д. (с помощью химреактивов и растворителей);
• полирование целевой поверхности – для снижения шероховатости и единовременного повышения адгезии материала;
• промывка и высушивание.

Ценность подготовки заключается в глубине сцепления молекул – адгезия должна быть на максимальном уровне.

Полезная статья — Поксипол инструкция по применению

Нанесение гальванических покрытий

Техническая система гальваники построена на аноде с катодом (электроды, на которых выполняются окисление и восстановление соответственно), составляющих внутреннюю энергетическую цепь, и электролите, цепь внешнюю.

При пропускании электрического тока процессы окисления и восстановления приводят к образованию нового слоя на изделии.

При этом металлические вещества, построенные вокруг водорода как базиса, формируют ряд по величине своего потенциала.

Почти всегда металл из ряда будет вытеснять из солей и растворов остальные, находящиеся справа от него. Общее правило: чем дальше они расположены друг от друга, тем сильнее будет происходить замещение.

Главная сложность при гальванике – планирование совместимости. Известны пары материалов, которые почти не корродируют (процесс идёт с малой скоростью) или корродируют очень сильно из-за высокой разницы электрохимических потенциалов.

Готовое покрытие способно в скором времени самостоятельно разрушиться. Чтобы этого избежать, нужно пользоваться таблицей совместимости металлов.

Д – контакт допускается, О – контакт следует ограничить, Н – контакт не допускается.

Завершением гальванической обработки часто выступает обработка дополнительная: пассивирование, осветление, промасливание образованной поверхности. В ходе этого новое покрытие помещается в соответствующий химический раствор, где на нём специально создаётся защитная плёнка.

Получение гальванического покрытия в домашних условиях

Гальванику целесообразно проводить в специализированных условиях – в закрытом цеху с замкнутой системой вентиляции, под контролем обученного и опытного персонала, при техническом оснащении процесса. Однако такую задачу можно реализовать дома и/или в нежилом помещении.

Меднение в домашних условиях

Меднение даёт не только функциональные, но и красивые эстетичные покрытия. Плёнка будет иметь цветной вид, степень насыщенности зависит от продолжительности подачи напряжения.

Для нанесения медного слоя дома подходят аммиакатные, кислые и щелочные электролиты, наиболее доступный из них – купорос медный. Из него готовится состав: купорос – до 0,25 грамм на литр, кислота серная – до 0,075 г/л.

Режим: плотность тока на катоде – не выше 2 Ампер на кв. дециметр, электролит нагревается до 240 °С, медь осаждается со скоростью около 1 мкм каждые 3,5 мин.

Раствор готовится прямо в ванне: купорос заливается в тёплую чистую воду, к ним добавляется серная кислота. Изделие нужно погрузить в электролит полностью. Площадь катода рекомендуется планировать в 2 раза большей, чем площадь изделия. Касание электродов не допускается.

По завершении изделие нужно обмыть технической водой. Результат можно покрыть лаком.

Никелирование в домашних условиях

Никелирование дома позволяет получить наиболее яркий результат: светлый и глянцевый металл, защищающий от коррозии.

Требуемый электролит: никель сернокислый – до 140—145 г/л, натрий сернокислый – до 50-55 г/л, кислота борная – до 20-25 г/л, натрий хлористый – до 6 г/л. Последовательность смешивания – любая, последним компонентом до требуемого объёма заливается вода.

Режим: аноды – никелевые пластины, плотность тока – до 1,2-1,3 А/кв.дм, температура – комнатная, продолжительность – до получаса.

Результат нужно отполировать. Для повышенного блеска в ванну добавляется кислота дисульфонафталиновая или другой блескообразователь, который требует постоянного помешивания при поданном напряжении.

А вы знаете — Какой полярностью варить тонкий металл инвертором?

Гальванические покрытия – ГОСТ

Промышленное планирование и проведение гальваники нуждается в параметрах качества и методах их контроля. В этом помогают государственные стандарты (ГОСТ), содержащие описания и количественные критерии для оценки технологии.

Такими, к примеру, являются ГОСТ 9.308-85, 9.309-86, 9.005-72, 9.908-85 и другие. Дополняют их документы с требованиями в области безопасности труда, к примеру, ГОСТ 12.3.008-75.

Хромирование в домашних условиях

Хромирование не в промышленных условиях нуждается в таких реагентах, которые будет тяжело добыть обывателю, а их обработка будет вредной.

Так, CrO3 (ангидрид хромовый, основной элемент электролита) – это ядовитое вещество, вызывающее онкологические заболевания. Поэтому технология «домашнего» хромирования в плане безопасности должна быть выверена как часы.

Организацию работ лучше вести для отдельного гаража или мастерской. Саму заготовку необходимо подготовить посредством электрохимической обработки: её очищают, обезжиривают и погружают в хромовый электролит на 4-6 минут.

После этого её размещают в ванне с электролитом. Состав жидкости: ангидрид хромовый (опасен!) – до 245-255 г/м, кислота серная – до 2,4 г/л, вода дистиллированная – до требуемого объёма.

Режим: плотность тока – до 55 А/кв. дм, напряжение – до 11 В. Катод – свинцовый лист. Мощность генерирования плёнки – около 1 мкм за 3 мин.

Результат промывается в чистой воде и высушивается, после чего полируется.

Вопросы безопасности гальваники своими руками

Угрозу здоровью человека несёт рабочая среда гальванического процесса – сам электролит. В любой концентрации и при любых условиях (особенно – в домашних) он является опасной смесью химических веществ. Контакт со многими из них чреват химическим ожогом и отравлением.

Некоторые электролиты способны вести себя несколько взрывоопасно – с образованием брызг и капель при вскипании или охлаждении (физическое следствие изменения температуры). Повышенная кислотность состава вряд ли оставит всё вокруг в целости.

Опасность повышается при пропускании через раствор электрического тока: при этом выделяется огромное количество токсичные паров. Основное техническое средство на страже здоровья – достаточная по мощности система принудительной вентиляции.

Отдельное слово – об электробезопасности: при подготовке процесса и его осуществлении велик риск удара электрическим током. Значительный уровень холостого напряжения и активного тока требуют исправного заземления и проверенных приёмов работы с энергоцепями.

В любом случае гальванику необходимо применять все положенные СИЗ: очки, респиратор, перчатки резиновые, защитный фартук и просто спецодежда. В шаговой доступности необходимо иметь огнетушитель, средства первой медицинской помощи, фонарь.

Уделяется внимание приёмам работы. Опытный персонал знает, что принимать пищу и пить воду в помещении для гальваники строго запрещено – как и просто держать здесь продукты питания.

Приготовление электролитов следует выполнять с учётом свойств отдельных его компонентов, к примеру, во избежание бурной химической реакции лить нужно кислоту в воду.

Краткая история развития и преимущества гальваники

Название «гальваника» происходит от имени учёного, который впервые применил её в деле. Итальянец Луиджи Гальвани создал устройство, ставшее родоначальником семейства аккумуляторов и прочих автономных источников питания, и создал теорию этой технологии, прорабатывая электрофизические процессы в физиологии.

Однако связывают активное начало гальваники с учёным Борисом Якоби – именно он начал реализовывать технологию в промышленных целях. К концу 1840-х гальванику начали применять для изготовления монет, некоторых деталей оборудования и произведений искусства.

Среди основных достоинств технологии ценятся следующие:

• оперативное и надёжное получение однородной плёнки для самой сложной геометрии детали;
• мощное сцепление покрытия с материалом основы, что сказывается на долговечности;
• сравнительно лёгкая регулируемость толщины образуемого слоя;
• технологическая простота и надёжность метода;
• значительная плотность металлического покрытия;
• доступность реактивов и относительная дешевизна организации.

При всём этом функциональные и эстетические возможности гальванических покрытий находятся на качественно высоком уровне. Из-за этого гальваника применяется в промышленности, приборостроении, присоздании ювелирных изделий, инструментов и даже в косметологии.

Задавайте свои вопросы в комментариях и мы поможем Вам найти на них ответы