Особенности получения гальванического покрытия и его виды

Особенности получения гальванического покрытия и его виды

В данной статье рассматривается область применения и особенности нанесения гальванических покрытий.

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, где в технологическом процессе присутствуют операции, проводимые при высоких температурах.

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.

Принцип гальванизации

Гальванические покрытия требовательны к подготовке поверхностей. Перед началом работ требуется провести тщательную очистку и обезжиривание оснований.

Для металлических поверхностей рекомендуется использовать органические растворители, которые не вызывают коррозии.

Одним из таких материалов является Очиститель металла MODENGY. Он отлично 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.

Очищенная деталь погружается в емкость с электролитом и на нее подается отрицательный заряд, в результате чего она становится катодом. Отдельно стоит металлическая пластина, которая получает положительный заряд и выполняет функцию анода. Именно она служит для образования покрытия.

При замыкании электрической сети металл с анодной пластины растворяется в электролите и направляется к катоду, где он 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.

Технология гальванического никелирования

Гальваника с применением никеля представляет собой очень сложный процесс, описывающийся несколькими последовательными этапами:

1. Химическое обезжиривание. В качестве основных растворов здесь используются органические растворители.
2. Декапирование и промывка. Сюда входит очистка поверхности от грязи, ржавчины, окалин и т.д. Промывка выполняется изначально в холодной, а затем горячей воде. Когда поверхность металла готова, ее обязательно подвергают сушке.
3. Завершающим шагом является непосредственное никелирование. Он предполагает применение эффекта катодного и анодного осаждения элементов электролита на покрываемой поверхности. Выполняется никелирование в специальных ваннах, которые заполнены особыми растворами.

Характеристики электролиза, влияющие на качество осадка и выход

Гальваника с применением никеля требует соблюдения определенных физических условий:

1. Состав. Самыми распространенными электролитами в наше время являются сульфатный (Уоттса) и сульфаминовый растворы. Следует отметить, что первый тип веществ применяется для получения 80% всех блестящих никелированных изделий. При этом концентрация никеля в нем достигает 400 г/л. Из сульфаминовых растворов в основном получают так называемый «матовый никель», который имеет относительно низкие показатели внутреннего напряжения.
2. Температура. Чтобы добиться оптимального осаждения никеля на заготовке, нужно довести это значение раствора до 50-60 градусов. Также при выполнении никелирования обязательно производится перемешивание электролита. Для таких целей используется сжатый очищенный от масла и других компонентов воздух. Его стандартная концентрация должна быть на уровне 10 л/дм катодной штанги в минуту.
3. Кислотность. Оптимальным значением для проведения гальванического никелирования считается рН в диапазоне от 4,5 до 5,5. Если этот показатель меньше 1-2, это приводит к тому, что металл практически не осаждается на поверхности заготовки.
4. Плотность тока также играет важную роль в процессе никелирования. Если это значение завышено, то это может привести к образованию порошкообразного покрытия. Стандартным значением плотности тока (сульфатный раствор) является диапазон от 2 до 3 А/кв.дм. Когда же в электролит дополнительно вводится блескообразователь, то это значение увеличивается до 4 А/кв.дм и больше.

Гальваническое никелирование, выполняемое в целях защиты металлических изделий, требует не только специального оборудования, но и правильного расчета всех составных электролита, силы тока и кислотности.

Совместимость металлов

Совместимость материалов при гальванизации очень важна. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях данный процесс протекает замедленно. Однако существуют материалы, которые соединять вместе 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.

Дополнительные методы

Наиболее простым способом гальваники является цинкование. Состав раствора в этом случае следующий:

• 200 гр. сернокислого цинка;
• 15 гр. уксусного натрия;
• 50 гр. сернокислого аммония на 1 л воды.

В роли анода будет выступать пластина из цинка, которая по площади должна соответствовать обрабатываемому изделию.

Но есть металлы, которыми в домашних условиях покрывать изделия нельзя. Меднение и латунирование проводят с использованием сильных ядовитых веществ, испарения которых могут привести к летальному исходу. Медью покрывают изделия при помощи солей медного купороса и серной кислоты. Электролит для латунирования должен содержать соли меди и цинка, растворенные в цианиде.

Если будет покрываться изделие серебром, то раствор для этого должен содержать:

• хлористое серебро;
• железноцианистый калий;
• соду;
• воду.

Электролит нагревают до 20°C и применяют в качестве анода пластину из графита.

Область применения

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 помимо гальванизации можно закалкой, рекристаллизацией, чеканкой, обкатыванием, газопламенным напылением, наплавкой и другими методами обработки.

Одним из наиболее простых и эффективных способов обеспечения прочности и износостойкости металлических изделий, предотвратить их коррозию, защитить от агрессивных внешних факторов позволяет применение специальных антифрикционных покрытий (АФП). Внешне они напоминают лакокрасочные материалы, только вместо колера содержат частицы твердых смазочных веществ.

АФП 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 и работают при очень высоких нагрузках, давлениях и температурах.

Рассмотрим особенности антифрикционных покрытий на примере АТСП MODENGY. Их основу составляют неорганические и органические связующие вещества, а также твердые смазочные материалы: графит, дисульфид молибдена, ПТФЭ, нитрид бора, дисульфид вольфрама, фториды бария и кальция.

Эти материалы формируют на поверхностях прочный композиционный слой, который представляет собой полимерную матрицу, где распределены частицы твердых смазочных веществ. Они заполняют и сглаживают микронеровности поверхностей, тем самым увеличивая их опорную площадь и несущую способность.

Антифрикционные покрытия 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 покрытия доказали свою работоспособность в условиях радиации и вакуума. Они обладают высокой несущей способностью до 2500 МПа и высокими противозадирными характеристиками. Благодаря технологии сухой смазки они эффективно работают в запыленных условиях. Диапазон рабочих температур покрытий составляет от -200 до +560 °C.

Нанесение АФП производится путем стандартных технологий окрашивания.

Виды гальванических покрытий

Гальванические покрытия, в зависимости от назначения, бывают следующих видов:

• 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 при 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 улучшает прочностные характеристики металлов, а также их сопротивляемость агрессивному воздействию внешней среды. Помимо этого, она улучшает внешней вид и восстанавливает поврежденные детали до начальных параметров.

В зависимости от технологии хромированое покрытие может обладать различными свойствами и параметрами. Например, серое матовое увеличивает твердость металла, но не повышает износостойкость, блестящее повышает твердость и износостойкость, молочное пластичное придает эстетичный внешний вид, усиливает стойкость к коррозии, но не придает твердости изделиям.

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 внешним воздействию 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. 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 химическим агрессивным средам, а также придает дополнительную механическую стойкость. Родирование предотвращает окисление, потускнение изделий из серебра и эстетичный внешний вид металлам.

Этапы процесса анодирования алюминия

Весь процесс анодирования можно разделить на три больших этапа:

• Подготовка изделия. Качество проведения этого этапа оказывает влияние на протекание последующих электрохимических процессов и прочность готового покрытия. Деталь подвергают механической зачистке и обезжириванию, после чего она проходит травление в щелочном растворе и осветление в кислоте. В заключении деталь несколько раз промывают, чтобы окончательно удалить с ее поверхности кислоту.
• Анодирование производится в специальной емкости. Подготовленную деталь закрепляют на специальных приспособлениях и опускают в электролит, ее располагают между двумя катодами. Кислоту для анодирования выбирают, исходя из особенностей детали. Для сложных форм лучше использовать хромовые кислоты, а если необходимо создать цветное покрытие – щавелевую кислоту.
• Закрепление позволяет закрыть все поры, которые появляются на поверхности алюминия после анодирования. Сделать это можно при помощи кипящей воды или пара. После этого все поры закрываются, и поверхность становится однородной. Если планируется проведение окрашивания, то поры закрывать нет необходимости — краска заполнит все пустоты.

Окрашивание детали при анодировании может производиться несколькими способами. При помощи органических красителей окрашивают изделие сразу же после того, как его вынимают из ванны с электролитом.

Также желаемый цвет можно получить при помощи электрохимической реакции. Для этого деталь после анодирования перемещают в другую ванну, где в качестве электролита используется кислый раствор солей определенных металлов. Таким способом можно получить бронзовые оттенки и черный цвет. Получить большее количество оттенков позволяет формирование на поверхности специального слоя со светоотражающими свойствами. Принципиальное отличие имеет интегральное окрашивание, оно осуществляется сразу во время процесса анодирования. Это становится возможным за счет добавления в электролит различных органических солей.

Гальваническое покрытие: назначение, виды, нанесение

1. Что такое гальванизация?
2. Совместимость материалов
3. Область применения гальванических покрытий
4. Виды гальванических покрытий
5. Получение гальванического покрытия в домашних условиях

Что такое гальванизация?

Гальванизация – это электрохимический процесс, где участвует электролит, электрический ток, два электрода и обрабатываемая деталь. При этом металлический слой не просто наносится на поверхность, а проникает на молекулярном уровне в основание детали.

Для гальванизации необходимо, чтобы обрабатываемое изделие было идеально чистым. Для очистки и обезжиривания поверхностей можно использовать специальные органические растворители, которые не приведут к образованию коррозии.

Например, для этих целей подойдет очиститель металла MODENGY. Он хорошо удаляет разнородные загрязнения, такие как нефтепродукты, силиконовые, минеральные, синтетические масла, консервационные составы, адсорбированные пленки газов, влагу и т.д. Средство быстро испаряется и не оставляет следов.

В большинстве случаев для подготовки поверхности к гальванизации достаточно очистить и обезжирить поверхности. Можно также выполнить пескоструйную обработку и последующую шлифовку с применением специальных паст и наждачной бумаги.

Очень важно, чтобы покрываемая деталь имела идеальную поверхность без каких-либо раковин, царапин и сколов.

Рассмотрим сам процесс гальванизации. Подготовленное изделие погружается в раствор электролита и на него подается отрицательный заряд, который превращает деталь в катод. В электролите также находится специальная пластина из металла, который в дальнейшем и станет покрытием. Она является анодом. При подаче электричества металл с анода растворяется в растворе и переносится на отрицательно заряженный катод, в роли которого выступает обрабатываемая деталь. Таким образом на поверхностях образуется равномерный тонкий слой гальванического покрытия.

Данный метод гальванизации называется анодным. Благодаря ему при образовании коррозии в первую очередь разрушается само покрытие, а металл под ним в течение длительно времени сохраняет целостность.

Существует и другой способ – катодное напыление. Он используется гораздо реже, так как при нарушении защитного слоя разрушение металла под ним происходит более интенсивно, что обусловлено самой технологией нанесения.

Средой для перемещения металла с анода на катод выступает электролит. Он находится в специальных емкостях, объем которых зависит от производственных задач.

Крупногабаритные изделия подвешиваются в объемных ваннах. Небольшие детали покрываются в барабанных емкостях, где отрицательный заряд имеет сам барабан, который вращается в электролите. Для покрытия очень мелких изделий используются наливные ванны колокольного типа, которые при работе медленно вращаются, благодаря чему детали равномерно покрываются защитным слоем.

Большое значение играет плотность тока, проходящего через электролит. Она влияет на структуру формируемого слоя. Данная величина измеряется как отношение силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.

Если плотность тока слишком низкая, осадок вообще не образуется, а при слишком большой количество отложений превысит допустимую норму, что отрицательно скажется на качестве покрытия. Именно поэтому при осуществлении гальванизации следует постоянно контролировать данную величину.

Толщина готового гальванического покрытия может варьироваться от 6 до 20 микрон. Она зависит от особенностей материалов, которые участвуют в процессе нанесения. Адгезия металлического покрытия с основанием детали определяется при помощи специальных тестов.

Для проведения гальванизации очень важно помнить о совместимости материалов. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях этот процесс протекает с низкой скоростью. Но существуют материалы, которые нельзя соединять вместе.

Например, при работе с алюминием и его сплавами достаточно сложно работать, так как их поверхность покрыта окисной пленкой, затрудняющей нанесение гальванического покрытия.

Для гальванизации алюминия можно использовать следующие сочетания материалов:

Что такое гальваника металла, детали и виды процесса

Описание процесса гальванического покрытия металла. В каких случаях применяется и с какой целью. Методы гальванирования. Применяемое оборудование и материалы для нанесения покрытий.

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:

1. Придание поверхностному слою защитных функций. Как вариант – никелирование.
2. В целях улучшения декоративности предметов. Например, хромирование.
3. Для получения копий деталей, отличающихся сложностью рельефа поверхности.
4. Нашло широкое применение гальваническое цинкование продукции. Проводится оно с трубопрокатными, кровельными и строительными конструкциями. Это придает им устойчивость в условиях повышенной влажности.
5. 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

1. 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.
2. 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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.

О совместимости гальванических пар таблица дает наглядное представление.

Металл	Алюминий	Бронза	Дюраль	Латунь	Медь	Никель	Олово	Сплав олово со свинцом	Углеродистая сталь и чугун	Хром	Цинк
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

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:

1. Крупные. Рассчитаны на крупногабаритные изделия.
2. Средние. В них нет возможности поместить большое изделие. При этом они остаются наиболее востребованными в условиях средних масштабов производства.
3. 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.

Состав	Номер электролита
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

• ­ 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

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.

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 комментариях к этой статье.

Гальваническое покрытие: свойства, разновидности, альтернативы

Смотрите также

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 радиотехнической промышленности

В электронной промышленности

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. Краткую видеоинструкцию по их нанесению смотрите на примере работы с покрытием MODENGY Для деталей ДВС .

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.

Присоединяйтесь

• О компании
• Пресс-центр
• Дилерская сеть
• Мы и общество

• Наши услуги
• Отраслевые решения
• Статьи

• Molykote
• MODENGY
• DOWSIL
• EFELE
• PermabondMerbenit

© 2004 – 2022 ООО “АТФ”. Все авторские права защищены. ООО “АТФ” является зарегистрированной торговой маркой.

Гальваническое покрытие металла: виды, методы, описание процесса

Гальваническое покрытие – это химический метод нанесения металлической пленки для защиты изделий и придания им дополнительных характеристик: устойчивости к коррозии, твердости, износостойкости, декоративности и т. д. В дополнительной защите нуждается любое металлическое изделие, гальванической изоляцией покрывают даже алюминиевые детали.

Принцип

Схема, по которой реализуется гальваническое покрытие металла, довольно проста. В нее входит изделие, на которое наносится защитное покрытие, емкость с раствором электролита, куда помещается изделие. Третьим участником процесса является металлическая пластина, на которую подается положительный заряд тока, она выполняет функции анода, помещенное в раствор изделие становится катодом, куда подается отрицательный заряд.

При замыкании электрической сети металл анода (пластины) растворяется в электролите и под действием тока устремляется к отрицательно заряженному изделию (катоду), тем самым создавая прочное покрытие. Электролит является проводящим раствором для перемещения металлов с анода на катод. Размер емкостей (ванн) с электролитом бывает разным, в зависимости от производственных задач.

Изделия больших размеров размещают на подвесах, через которые пропускают отрицательный заряд, конструкция удерживается на весу в объеме ванной. Мелкие изделия получают гальваническое покрытие в ваннах барабанного типа, где одновременно гальванизируется большое количество продукции. В этом случае отрицательный заряд подается на барабан, вращающийся в емкости с электролитом, куда заведен анод.

Существуют колокольные наливные ванны, где гальваническое покрытие одновременно наносится на большое количество очень мелких деталей, например на метизы. В емкости засыпают продукцию, заливают электролитный состав и устанавливают анод. Ваннам придается медленное вращение, в процессе которого изделия равномерно покрываются защитным металлом.

Методы

Гальванический метод покрытия изделий позволяет создать стойкое защитное покрытие на металлах, изолируя детали от агрессивного воздействия рабочих сред. Изоляция может быть создана из различных металлов, нанесение осуществляется анодным и катодным напылением.

Катодное покрытие характеризуется тем, что при малейшем нарушении целостности нанесенного слоя металл под ним разрушается более интенсивно, чему способствует сама технология покрытия. Примером быстрой эрозии служат изделия из луженого металла, где изоляционным слоем служит олово.

Анодное нанесение гальванических покрытий имеет иные характеристики. При возникновении условий угрозы коррозии разрушению подвергается гальваническая изоляция, металл длительное время остается нетронутым. Анодированные изделия надежно защищены от агрессивных сред, механических повреждений. Наиболее распространенный вид изоляции – цинкование. Метод позволяет сохранить все характеристики обрабатываемого изделия, его внешний вид, форму и размеры.

Гальванические покрытия разделяются на несколько видов в зависимости от целей применения изделия:

• Защитно-декоративные. Целью нанесения является получение высоких эстетических характеристик и защита продукции от разрушающих факторов.
• Защитные. Изолируют металлические детали от действия агрессивных сред, механических повреждений.
• Специального назначения. Гальваническое покрытие наносится для получения новых свойств – повышенной износостойкости, увеличения характеристик твердости, получения магнитных, электроизоляционных свойств готового изделия. В некоторых случаях гальванизацию используют для восстановления первоначального вида изделия или после длительной эксплуатации.

Виды покрытий

Гальванический способ покрытия реализуется нанесением различных металлов на изделие, каждый из них имеет свои особенности и цели в дальнейшей эксплуатации детали или предмета:

• Серебрение – увеличивает эстетическую ценность, защищает от коррозии, улучшает отражающие, токопроводящие характеристики. Вид нанесения востребован при производстве статических реле, контакторов, электромагнитных реле, электромагнитных пускателей, микросхем и другой электронной продукции.
• Никелирование – наиболее востребованное гальваническое покрытие стали, медных и алюминиевых изделий. Никелевый слой надежно защищает изделия или детали машин от ржавчины, образующейся под воздействием внешней среды, а также от видов коррозии, возникающих вследствие загрязнения агрессивными средами рабочей среды – щелочами, кислотами, солями. Никелированные изделия демонстрируют высокую устойчивость к сильным механическим повреждениям, истиранию.
• Хромирование – увеличивает износостойкость, твердость анодированных поверхностей, позволяет улучшить внешний вид, восстановить поврежденные детали до первоначальных параметров. В зависимости от изменений технологического режима получают гальваническое покрытие с различными параметрами и свойствами – серое матовое (увеличение твердости, но низкая износоустойчивость), блестящее (высокие показатели износостойкости, твердости), молочное пластичное (эстетичность, высокая степень антикоррозионной защиты, низкая твердость), цинкование – антикоррозионная обработка цельных стальных листов, частей автомобилей, строительно-отделочных материалов.

• Гальваническое золотое покрытие – используется в ювелирном деле, электронной промышленности и других сферах. Слой золота придает деталям высокие отражающие свойства, эстетичность, защиту от коррозии, повышает токопроводящие качества.
• Омеднение – часто используется для покрытия металла в целях защиты от коррозии, медь повышает токопроводящие качества, металл с таким покрытием часто используются для производства электропроводников, эксплуатируемых на открытом воздухе.
• Латунирование – используется для защиты от коррозионного повреждения сталей, алюминия и сплавов. Слой латуни обеспечивает необходимую адгезию металлических деталей с резиной.
• Родирование – специальное покрытие, наносимое для придания деталям высокой устойчивости в химических агрессивных средах, получения дополнительной механической износоустойчивости. Также покрытие родием придает изделиям декоративность, бережет серебряные предметы от окисления, тусклости.

Регуляция качества и технологических процессов гальванического покрытия происходит с помощью ГОСТ 9.301-78.

Подготовительный этап

Нанесение гальванического покрытия – это многоуровневый технологический процесс, реализуемый в три основных этапа (подготовка, нанесение покрытия, заключительная обработка готового изделия).

Подготовка поверхностей для дальнейшей гальванизации – наиболее трудоемкий и ответственный этап всего процесса. От правильности и достаточности его проведения зависит качество полученного защитного покрытия. При наличии на поверхности металла малейших следов жира и оксидной пленки получение однородной сплошной защитной пленки будет невозможно – покрытие не сможет проникнуть в слои основного металла, могут образоваться пузыри, разрывы и т. д.

Дефекты могут возникнуть на местах, где остались заусенцы, неровности поверхности, в местах плохо отшлифованных спаев, недостаточно очищенных от пыли местах. Гальваническое покрытие требует низкой шероховатости поверхности, тщательного очищения после шлифовки и обязательной обработки обезжиривающими средствами.

Виды обработки деталей

Механическая обработка и достижение идеальной гладкости металлических деталей достигается в домашних условиях шлифованием поверхности наждачной бумагой и другими абразивами, в промышленных масштабах используются пескоструйные, химические, автоматизированные методы достижения результатов. На подготовительном этапе проводят изоляцию деталей или отдельных мест, не подлежащих гальванизации.

В зависимости от вида наносимого металла проводят различную подготовку. Перед цинкованием или кадмированием поверхность защищаемой детали обезжиривают и протравливают. Хромирование и никелирование предваряют механической шлифовкой, обезжириванием, удалением оксидной пленки. Обезжиривание проводится в два этапа – стартовые работы и полное обезжиривание.

Предварительно детали промывают растворителями – уайт-спиритом, бензином, специальными органическими смесями и т. д. Окончательную обработку реализуют при помощи щелочных растворов или электрохимическим методом. После чего детали промывают горячей водой, проводят активацию и легкое протравливание металла для удаления мельчайших пленок окислов, что улучшает адгезию поверхности детали с гальваническим покрытием металла.

Как реализуется процесс

Осаждение защитного слоя металла на изделиях проводится при помощи специального оборудования. Различия нанесения видов гальваники отражены в рецептуре используемого электролита.

Гальванический метод покрытия металлов и других материалов происходит следующим образом:

• Гальванические ванны заполняются электролитическим раствором. В них помещают аноды и обрабатываемые изделия. Размер и вид ванны зависят от величины деталей, требующих покрытия.
• Нагревательное устройство доводит температуру электролитического состава до нужного технологически обоснованного значения.
• В конструкцию подается ток от источника, оснащенного регулятором напряжения.
• Процесс гальванического покрытия занимает определенное время, его величина обуславливается размером детали, достижением необходимой толщины защитного слоя.

Особенности процесса

В некоторых случаях при гальваническом методе покрытия обрабатываемые детали навешивают на катодную штангу, расположенную в ванной, а на анодной штанге размещают пластины металла, который будет покрывать изделия. Для получения определенных характеристик покрытия в электролит могут вводиться соли металлов, органические соединения, блескообразователи и т. д.

Для ускорения процесса перенесения металлов электролит перемешивают, что дает возможность применять большую плотность тока. Реверсирование направления тока позволяет получать гладкую поверхность.

Точное время длительности гальванического процесса покрытия устанавливается опытным путем – нанесением защитного слоя на деталь, измерением толщины получаемого слоя за определенный отрезок времени при заданных условиях технологического процесса. Особое внимание на этапе приладки уделяют толщине слоя в углублениях и полостях обрабатываемой опытной детали.

Толщина слоя

Толщина гальванического покрытия определяется согласно данным о средних толщинах наносимого слоя, зависит от условий, в которых будет эксплуатироваться деталь. Они делятся на группы:

• Легкие условия (ЛС) – детали используются в закрытых отапливаемых помещениях с относительно сухой атмосферой, или изделие будет эксплуатироваться в течение непродолжительного срока во внешней среде, где нет активных коррозионных агентов. Толщина однослойного покрытия составляет около 7 мк, многослойного – 15 мк.
• Средние условия (СС) – детали будут использоваться в среде со средней влажностью, загрязнением, небольшими количествами топливных, промышленных выбросов или испарений морской воды. Толщина однослойного покрытия составляет 15 мк, многослойного – 30 мк.
• Жесткие условия (ЖС) – предусматривают эксплуатацию деталей в условиях высокой влажности, повышенного уровня загрязнений промышленными газами, отходами топлива, твердыми веществами, пылью. Толщина однослойного покрытия – 30 мк, многослойного – 45.

Данные о толщине гальванического покрытия деталей одним слоем содержит ГОСТ 2249-43. Сюда относятся цинковые покрытия. Контролирует многослойное нанесение гальванического покрытия ГОСТ 3002-45 (никелевые покрытия). Толщина слоя может быть изменена по конструктивным требованиям или в тех случаях, когда обрабатываемая деталь рассчитана на короткий срок эксплуатации. Срок службы цинкования – до 5 лет, для остальных видов покрытий – до 3 лет.

Обработка готового изделия

Гальваническое покрытие деталей завершается этапом дополнительной обработки. В этом процессе реализуются следующие операции:

• Осветление.
• Окраска лакокрасочными составами.
• Пассивирование.
• Обезводороживание.
• Промасливание или полировка.
• Выполнение серебрения составами против тусклости.

Осветление и пассивирование повышают антикоррозионные свойства оцинкованных изделий и кадмиевых покрытий. Процесс пассивирования – это погружение изделий в специальный раствор, образующий на поверхности детали защитную пленку толщиной до 1 мкм.

Изделия из стали, меди с гальваническим покрытием дополнительно обрабатывают маслами – промасливают. Это делается в целях улучшения защитных качеств металлической изоляции и способствует повышению антикоррозионной устойчивости.

Контроль качества

Требования к качеству гальванического покрытия зависят от условий эксплуатации обработанного изделия. Для оценки нанесения используются такие виды контроля:

• Оценка внешнего вида детали путем визуального осмотра, сравнения с эталонными образцами (чистота поверхности, цвет, наличие или отсутствие блеска).
• Определение толщины гальванического покрытия и пористость производится в лабораторных условиях (измерение).
• Устойчивость к коррозии согласно ТУ или ГОСТ (испытание).
• Механическая, физическая устойчивость (отражательные свойства, пластичность, износостойкость, электрическое и температурное сопротивление, твердость и пр.)

Преимущества

К преимуществам данного метода защиты металлических изделий относятся:

• Высокие антикоррозионные качества.
• Стойкость к механическим и физическим повреждениям.
• Сопротивляемость агрессивным средам природного и промышленного происхождения.
• Низкая пористость покрытия.
• Твердость, износостойкость.
• Возможность регулировать толщину наносимого покрытия в процессе нанесения.

К недостаткам метода относится большой расход электроэнергии, экологические угрозы, высокая стоимость очистных мероприятий.

Гальваника и гальваническое покрытие: оборудование, виды, назначение

Гальваника как технология обработки металлических изделий представляет собой электрохимический процесс, участниками которого являются обрабатываемая деталь, электролит, два электрода и электрический ток. Электролит – это токопроводящее жидкое вещество, из которого в результате прохождения через него электрического тока выделяются молекулы металла, оседающие на поверхности обрабатываемого изделия и образующие на ней тонкую пленку. Гальванические покрытия, чем они и примечательны, формируются не простым нанесением слоя металла на обрабатываемую поверхность, а в результате проникновения его молекул в поверхностный слой детали.

Гальваника является надежным способом получения защитного или декоративного покрытия на металлических изделиях

В чем заключается суть гальванического процесса

Чтобы разобраться в том, что такое гальваника, важно понять сущность такого электрохимического процесса. Гальваническая обработка изделия, в процессе которой на его поверхности формируется тонкий металлический слой, может быть разбита на несколько основных этапов:

• приготовление электролитического раствора, состав которого подбирается в каждом конкретном случае;
• погружение в электролитический раствор двух анодов, подключаемых к плюсовому контакту источника постоянного тока;
• погружение в раствор для гальванизации обрабатываемого изделия, расположение его между анодами и подключение к минусовому контакту источника электрического тока (таким образом, обрабатываемое изделие будет выступать в роли катода);
• замыкание сформированной электрической цепи.

Схема гальванической ванны

Гальванические процессы, начинающие протекать в такой электрической цепи, заключаются в том, что положительно заряженные частицы наносимого металла, содержащиеся в растворе электролита, под воздействием электрического тока начинают стремиться к отрицательно заряженному катоду-изделию, оседая на его поверхности и формируя на ней тонкую металлическую пленку.

Цели выполнения

Наносить гальванические покрытия на поверхность металла можно с различными целями. Например, чтобы выполнить гальваническое хромирование, обрабатываемую поверхность надо покрыть слоем никеля. В основном же гальванические покрытия наносятся для того, чтобы улучшить защитные свойства и декоративные характеристики изделий. Используется гальваника и для создания точных копий деталей, отличающихся даже очень высокой сложностью рельефа. В таких случаях данный процесс называют гальванопластикой.

Широко распространен метод цинкования черных металлов с помощью гальваники. Он позволяет сформировать на их поверхности слой цинка, отличающийся исключительно высокой устойчивостью к коррозии. Металлические изделия, обработанные по данной технологии, могут очень длительное время эксплуатироваться в условиях повышенной влажности, находиться в постоянном контакте с пресной и соленой водой, не утрачивая при этом своих изначальных характеристик. При помощи цинкования, в частности, обрабатывают трубопрокатную продукцию, различные емкости, элементы кровельных, строительных и опорных конструкций. За счет цинкования металл получает не только барьерную, но и электрохимическую защиту.

Оцинковка кузова автомобиля в гальванической ванне

Если при помощи цинкования повышают только коррозионную устойчивость металла, то гальваническое покрытие хромом позволяет не только решить эту важную задачу, но и сделать поверхность обрабатываемой детали более твердой и износоустойчивой, а также повысить ее декоративную привлекательность. Этим же целям служат гальванические покрытия из никеля.

Ювелирное дело – еще одна сфера, где гальванике отведена особая роль. Гальванирование в данном случае применяется для того, чтобы улучшить декоративные характеристики обрабатываемых изделий. Гальванический процесс используется для нанесения на ювелирное изделие слоя золота или серебра, реставрации поверхности, утратившей свою привлекательность с течением времени. Примечательно, что золочению с помощью гальваники подвергают даже изделия из золота, что позволяет почти в два раза увеличить твердость их поверхностного слоя. Кроме того, такая пленка, нанесенная на золотое изделие, как будто подсвечивает его, делает ярче и красивее.

Оборудование и материалы

Нанесение гальванических покрытий на различные металлы требует использования соответствующего оборудования и расходных материалов. Для хромирования, цинкования, а также для покрытия обрабатываемых деталей другими металлами используется однотипное гальваническое оборудование. Различия при выполнении таких процессов будут заключаться только в составе используемого электролита, его температуре и других режимах выполнения обработки.

Обработка металла методом гальваники выполняется с использованием такого оборудования, как:

• гальванические ванны, в которые заливается электролитический раствор, помещаются аноды и обрабатываемое изделие;
• источник постоянного тока, оснащенный регулятором выходного напряжения;
• нагревательное устройство, при помощи которого электролитический раствор доводят до требуемой рабочей температуры.

Гальваническая ванна с механизмом покачивания

Для выполнения гальваники также необходимы анодные пластины, которые могут быть изготовлены из различных металлов. Назначение таких пластин состоит не только в подаче электрического тока в электролит, а также в равномерном распределении тока по поверхности обрабатываемого изделия, но и в том, чтобы восполнять убыль наносимого на деталь металла, активно расходуемого из состава электролита.

Различные виды гальванических покрытий наносятся с использованием электролитических растворов с разным химическим составом. Для приготовления таких растворов применяются опасные химические вещества, поэтому храниться они должны в герметичных стеклянных емкостях с притертыми крышками. Все химические реагенты, из которых готовится электролитический раствор для гальваники, должны отмеряться в точных количествах, поэтому для выполнения такой процедуры необходимо использовать электронные весы.

Ручная линия гальванопластики драгоценных металлов

Любая линия для выполнения гальваники металлов или простейшее гальваническое оборудование должны устанавливаться в помещениях, оснащенных эффективной вентиляционной системой. Необходимо также очень ответственно отнестись к личной безопасности специалиста, обслуживающего оборудование для гальваники. Все работы, связанные с гальваникой, надо выполнять в респираторе и защитных очках, в плотных резиновых перчатках, клеенчатом фартуке и обуви, способной защитить кожу ног от ожогов. Если этот процесс выполняется в домашних условиях, при этом вы еще в полной мере не знаете, что такое гальванизация, то следует заранее внимательно изучить специальную литературу или посмотреть обучающее видео на эту тему.

Краткая история развития и преимущества гальваники

Датой разработки метода гальванического осаждения (вернее, одной из его разновидностей – гальванопластики) считается 1838-й год, когда его изобрел известный ученый Борис Якоби. После разработки данной технологии ученый начал активно внедрять ее в различные производственные процессы, благодаря чему ее и стали использовать монетные дворы и предприятия, занимающиеся производством типографского оборудования, а также специалисты художественных ремесел.

В средние века гальваническая ванна использовалась для съемки копий медалей, которые опускались в раствор в качестве катода (m)

Свое название гальваника получила не в честь изобретателя данной технологии – Бориса Якоби, а в честь итальянского ученого Луиджи Гальвани, который начал применять метод электрохимической обработки изделий практически одновременно с Якоби.

К наиболее значимым преимуществам покрытия изделий слоем металла при помощи гальваники можно отнести следующие.

• Гальванические покрытия могут без проблем наноситься на детали, отличающиеся даже очень сложной конфигурацией.
• Формируемое при помощи данной технологии покрытие отличается высокой плотностью и равномерностью толщины.
• Покрытие, нанесенное методом гальваники, характеризуется отличной адгезией с обработанной поверхностью.
• Защитные и декоративные характеристики выполненных с помощью гальваники покрытий, если они сформированы в строгом соответствии с технологическими требованиями, находятся на самом высоком уровне.
• Толщину наносимого с помощью гальваники слоя металла можно легко регулировать.

Немаловажным является то, что технология гальваники уже хорошо отработана и не отличается высокой сложностью, а ее практическая реализация не требует значительных финансовых вложений.

Технология гальванопластики настолько доступна, что позволяет самостоятельно создавать установки, вполне конкурирующие с заводскими моделями

С термином «гальваника» можно столкнуться не только в различных отраслях промышленности и ювелирном деле, но и в косметологии. Процесс, который подразумевается под таким названием косметологической процедуры, сложно назвать гальваникой в полном смысле слова, тем не менее термин прижился, и гальваническая чистка кожи лица пользуется большой популярностью в наше время. При выполнении такой чистки на кожу воздействуют токами малой мощности, благодаря чему жиры, скопившиеся в ее глубинных слоях, разжижаются и легко выходят через поры.

В заключение небольшое видео о том, как в домашних условиях покрыть металлические детали медью с помощью гальваники.

Особенности получения гальванического покрытия и его виды

Гальваническое покрытие — это поверхностный слой металла, который образуется на обрабатываемой детали во время электрохимических процессов. Суть гальваники в том, чтобы получить не просто декоративное покрытие из металла на другом металле, а защитный слой на поверхности, который образуется в результате проникновения молекул металла в поверхностном слое обрабатываемой детали. Получается не просто декоративный, а защитный слой, препятствующий развитию коррозийных процессов.

Немного истории

Луиджи Гальвани (1737-1798 гг), чьим именем назван метод осаждения частей одного металла на поверхность другого – гальваника, к посеребрению чайных ложечек и цинкованию алюминиевых вёдер никакого отношения не имел. Он всецело посвятил себя богословию, анатомии, физиологии и физике, был выдающимся врачом своего времени, желавшим понять и объяснить принципы «животного электричества», когда при пропускании тока через отжившую плоть можно наблюдать мышечные сокращения. Он и описал первым возникающую при его опытах разницу потенциалов разных видов металлов и электролита при их контакте. Описал и двинулся дальше в своих электрофизиологических изысканиях.

Применить эту разницу в практических целях пришло в голову обрусевшему немцу Морицу Германну (1801-1874 гг). Переехав на ПМЖ в Россию, Мориц сменил имя на Борис, оставив за собой вторую из старинных фамилий, принадлежавших его роду – Якоби.

В Императорской академии наук над Германном немного посмеивались, за глаза называя его «Яко бы Борис», но и уважением он пользовался колоссальным. Это он – блестящий физик и изобретатель, которому Россия обязана множеству гениальных изобретений, в 1840-ом году пишет труд под названием: «Способ производить по данным образцам из медных растворов медные изделия с помощью электричества или Гальванопластика для прикладных искусств».

Поскольку Якоби использовал в своём изобретении работы Луиджи Гальвани, новый метод «продвижения технологий при производстве монет, оборудования типографий и художественных ремёсел» Борис-Мориц назвал гальванопластикой, прибор, где происходит чудодейство – гальванической ванной. И выглядел он примерно так.

Вот с такого прибора и началась история широко применяемого ныне электрохимического процесса, ставшего целой отдельной отраслью современной промышленности.

Где и для чего применяется метод гальванирования?

Гальваника (раздел науки Электрохимии, изучающий осаждение электролита на поверхность металла) включает в себя 2 полноценных раздела: гальванопластика и гальваностегия. Оба включают в себя непосредственный процесс металлизирования поверхности изделий для получения копий и защиты:

• антикоррозийное гальваническое покрытие (технологическое хромирование, цинкование и т.д.);
• декоративная защита (эстетическое покрытие драгоценными металлами ювелирных изделий);
• придание прочности изделиям из мягких металлов и пластмасс.

В двух последних случаях применяется гальваническое наращивание более толстого слоя металлических осадков – гальванопластика серебром, золотом или их имитация. Гальваностегия «нашла себя» в никелировании, меднении, хромировании, лужении, копировании, металлизации пластика и камня, при производстве сувениров, везде, где требуется электрохимическое покрытие устойчивого в механическом отношении металлом другого материала.

Самый доходный пример гальваностегии – производство компьютерных компакт-дисков, по подобной технологии когда-то выпускались массово виниловые пластинки.

Гальванический способ нанесения металла на выбранную поверхность позволяет получить равномерную металлическую плёнку на деталях любой сложности. И плёнка это будет одинаковой толщины по всей поверхности!

На видео: мастер-класс по гальванике.

Как это происходит?

Участники волшебного действия гальванического покрытия: основа-металл, постоянный ток и металлический электролит. Каков металл – таково и покрытие. Если пропускать ток (напряжение) через свинец, то и покрытие будет свинцовое, если нужна гальванопластика серебра, то и пластина, опущенная в электролит, должна быть серебряная.

Толщина гальванического покрытия драгоценными и полудрагоценными металлами составляет всего 2 микрона (1 мкм равен 0,001 мм), но делает изделие необычайно износостойким, к тому же улучшает его внешний вид. Электролитическая плёнка получается плотной, ровной, без наплывов, пузырьков и пустот, лишая ювелирное изделие хрупкости и придавая ему яркий, отражающий солнце свет, которым не прошедшие гальванизацию украшения не обладают. В частности, коэффициент отражения гальванопластического серебра равен 98%!

Электролит – водный раствор кислот или солей, в котором (под действием тока) молекулы солей и кислот распадаются на ионы. Положительные ионы водорода и металлов стремятся к катоду – электрод со знаком «минус», а отрицательные ионы кислотных остатков – к аноду со знаком «плюс».

Покрываемое изделие выступает в роли катода – принимающая сторона, основа, которой требуется покрытие, а в качестве анода-отдающего используют пластину того металла, чьё гальваническое покрытие хотят получить. Железом? – Пластина железа. Мерцающее холодным инеем родирование? – Пластина благородного родия. И для каждого случая обработка металла будет требовать индивидуального режима электролиза и своей толщины покрытия.

Общими для всех вариантов является так называемая ванна Якоби или гальваническая ванна – сосуд или ёмкость из кислотоустойчивого и не электропроводного материала (стекло, пластик) и источника постоянного тока (батарейка, аккумулятор, выпрямитель). К слову сказать, первую в мире батарейку изобрёл всё тот же «Яко бы Борис».

А вот так выглядит «примитивный» кустарный прибор, где может происходить домашняя обработка не только металлов, но и различных милых безделушек для домашнего уюта (раковин, бусин, ключиков и т.п.)

Но, обработка металла другим металлом – это не только увлекательное развлечение и не просто поверхностное блестящее покрытие. Дешевизна и простота выполнения метода, прочность покрытия нашли широкое распространение в машиностроении, авиастроении, радиотехнической, электронной и строительной промышленностях. Это всегда конечная, чистовая обработка.

Что значит чистовая обработка в промышленности? Это значит, что после гальваники изделия для этих сфер промышленности приобретают такие качества, как повышенная твёрдость, увеличение сопротивляемости к износу, стойкость к коррозии, механическая и электрохимическая защита при различных условиях эксплуатации + равномерный по толщине блестящий слой на любой конфигурации деталей, не требующий никаких дополнительных действий. Вот что такое чистовая гальваническая обработка.

Виды основных гальванических покрытий

Хромирование

Слой хрома наносится на поверхности стальных болтов, осей, мерительных инструментов и пр. для придания повышенной твёрдости и увеличения сопротивляемости коррозии таких металлов, как медь и никель. Часто встречается тройной «тулуп»: основа – медь, потом – никель, а затем – хром. Используются и в качестве декоративных напылителей.

Цинкование

Цинк не только устойчив к атмосферным воздействиям, но и являясь анодным металлом, обеспечивает деталям повышенную механическую и электрохимическую защиту. Цинкование может быть блестящее, как в случае с хромом, а может иметь матовую поверхность, что не влияет на его устойчивость к загрязнениям и коррозии.

Настал или насталение

Так называется гальваническое покрытие железом «слабых» металлов. Например – медь. Детали и элементы из этого красного металла очень быстро изнашиваются. Покрытие их гальваническим железом придаёт им твёрдость стали, к тому же светло-серебристая плёнка из такого железа практически не ржавеет.

Гальваника алюминиевых сплавов

Гальванируют такие сплавы с целью сочетать ряд ценных качеств алюминия и покрытия. Для защитных и декоративных функций гальваническое покрытие алюминия будут осуществлять комбинированный сплав меди, никеля и хрома. Для придания антифрикционных свойств деталям машин (втулки, подшипники и пр. детали, работающие при скольжении) применяется гальваника из свинца и олова или олова и меди.

Для ускорения пайки алюминиевых деталей гальваническое покрытие должно быть оловянным или серебряным. Латунь – для адгезии алюминия с резиной (горячее прессование). От заедания резьбовых деталей из алюминия – цинкование. Сопряжение узлов алюминий + сталь или медь – кадмий.

Гальваническое травление

Это единственный способ гальваники, где используется не постоянный, а переменный ток. К тому же «обряд» травления (нанесения рисунка на желаемый предмет) легко провести в домашних условиях. Для этого понадобятся гальваническая ванночка (любой подходящий пластиковый контейнер), трансформатор, способный понижать ток до 6В, 2 пластины из меди и железа и 2 металлических стержня-штанги.

Процесс травления осуществляется так:

1. Нагрейте слегка пластины и покройте тонким слоем воска или парафина. Нанесите на восковую поверхность любой желаемый рисунок.
2. Повесьте пластины «лицом» друг к другу на штангах-стержнях на расстоянии 1,5-2 см.
3. Залейте в пластиковый контейнер раствор обыкновенной поваренной соли (2-3 ст.л. на 1 л воды) и подайте напряжение.
4. Через 40 мин. ток отключаем, пластины вынимаем, промываем и аккуратно нагреваем до той температуры, когда воск легко счищается без соскабливания.

Теперь с радостью рассматриваем травлёный на пластинах гальванический узор – точную копию нанесённого ранее рисунка. Это, конечно, не аэрография на кузове любимого авто, но вытравить собственный узор на лезвии охотничьего ножа вы точно сможете!

Сегодня без гальваники уже не обойтись. Подвергаются серебрению, золочению, родированию повреждённые и поцарапанные серёжки, колечки и кулончики. Заполняются сколы и дырочки, выравниваются поверхности деталей и кузовов автомобилей. В сантехнических магазинах мы любуемся блестящими кранами-смесителями, выбираем хромированные трубы и прицениваемся к золочёным столовым приборам. И всё это потому, что практически все отрасли промышленности взяли на вооружение метод Бориса-Морица Якоба-Германна.

Кустарная гальваника (1 видео)