Как наносится гальваническое покрытие на производстве и в домашних условиях

В деятельности каждого грамотного электрика встречаются моменты, требующие точного анализа явлений, происходящих при электролизе. Во многих случаях возникает необходимость точной настройки источников постоянного тока на рабочий режим с различными временны?ми характеристиками для полной автоматизации процесса.

Историческая справка

Впервые основные законы, описывающие действие постоянного тока на поведение растворенных в электролитах веществ, установил английский ученый Майкл Фарадей.

Физико-химические процессы электролиза происходят в электролитической ячейке.

Она изготавливается в сосуде с электролитом. Внутри корпуса размещены два электрода, на которые подаются положительный и отрицательный заряды от управляемого источника постоянного напряжения. Сила тока, протекающего по общей цепи, регулируется по величине и контролируется оператором по измерительным приборам. Автоматизированные электрические ячейки работают под присмотром электроники.

Электрод, на который подается положительный заряд, называют «Анод», а отрицательный — «Катод». Под действием тока в электролите образуются ионы с зарядами противоположных знаков:

1. катионы;

2. анионы.

Положительно заряженные ионы называют «Катионами» потому, что, они движутся к катоду. Анионы — это ионы отрицательного заряда, притягиваемые к аноду.

Технологии, происходящие при электролизе, находятся на стыке двух наук:

1. химии;

2. электротехники.

Поэтому исторически сложилась практика, что гальванотехникой занимается специальный раздел электрохимии, изучающий как электрохимические, так и физические явления, которые происходят во время осаждения катионов металла на любом виде анода. Это делается для подбора оптимальных условий технологии, разработки специальных приемов и методов обработки, подбора номинальных режимов оборудования во время осаждения определенных металлов на различных подложках.

На практике гальванотехника давно разделилась на два отдельных, независимых направления:

1. гальванопластику;

2. гальваностегию.

Эти методы работают примерно по одинаковым технологиям, но отличаются материалами основы, на которую наносится гальваническое покрытие.

Гальванопластика

Это способ создания поверхностной копии объемного изображения неметаллической детали. Материалами основы могут служить легкообрабатываемые гипс, камень, дерево, пластмассовые заготовки и другие вещества.

В художественных мастерских создают уникальные формы украшений при покрытии слоем металла листочков различных деревьев, цветков, насекомых.

Основоположником гальванопластики считается россиянин Борис Семенович Якоби, разработавший технологию, позволившую создать знаменитые металлические скульптуры, которые украшают до сих пор здание Исаакиевского собора в Санкт Петербурге. За эту работу он получил всемирное признание, был поощрен самой почетной для ученых России Демидовской премией и награжден большой золотой медалью во время прохождения торжественной церемонии на Парижской выставке.

Толщина изделий, создаваемых методами гальванопластики, отличается увеличенными размерами для придания им прочности при эксплуатации. Она может достигать от 0,25 до двух и более миллиметров. Это реализуется длительностью протекания электрохимических процессов.

Гальванопластикой в художественных изделиях чаще всего наносят цветные благородные металлы:

• золото;

• серебро,

• платина;

• родий.

Для технических целей используют:

• медь;

• никель;

• железо.

При золочении, серебрении, никелировании медь применяют как промежуточный слой в технологических процессах гальванопластики.

Гальваностегия

Этот прием гальванического покрытия основан на нанесении тонкого слоя защитного металла на поверхность металлической детали или группы предметов. Верхнее покрытие может выполнять различные функции:

• предохранения от коррозии;

• защитного декорирования;

• облагораживания внешнего вида;

• придания поверхности различных электрических свойств с целью улучшения токопроводимости либо повышения изоляционных характеристик;

• поднятия противозадирочных характеристик прочности;

• продления износостойкости;

• улучшения адгезии при гуммировании сталей;

• повышения сцепляемости для припоев и ряд других свойств.

Широкий ассортимент изделий, покрытых методами гальваностегии, можно встретить во всех окружающих нас предметах.

На приведенной картинке показаны обработанные детали, которые окружают нас в быту: декорированные элементы мебели и светильников, защитные покрытия бытовой техники и консервных банок.

Качество наносимого слоя на изделие зависит от структуры создаваемого покрытия. В технических целях используются наиболее мелкозернистые и одновременно плотные слои осадков. Они создаются:

• подбором компонентов и состава электролита;

• поддержанием оптимального температурного режима рабочей среды при электролизе;

• уставками тока, стабильностью его плотности и длительностью производственного цикла.

Виды гальванических покрытий

Слой золота придает изделиям богатый вид, защищает от коррозии, увеличивает отражательные способности изделия. Токопроводящие свойства позолоченных поверхностей успешно работают в электронных приборах.

Серебреное покрытие используется в этих же целях и, одновременно, часто применяется для улучшения токопроводящих свойств силовых цепей. Его наносят на контакты пускателей, контакторов, электромагнитных и статических реле, ножки операционных усилителей, микросхем и других электронных компонентов.

Никелирование позволяет изделиям из стали, меди и ее сплавов, алюминия, цинка и реже вольфрама, титана и молибдена придавать декоративный вид и обеспечивать защиту от коррозии не только атмосферного воздействия, но и при работе в условиях:

• загрязнения растворами солей, щелочи, слабых кислот;

• повышенного воздействия механических истирающих нагрузок.

Хромирование повышает твердость и износостойкость металлов и позволяет восстанавливать отработавшие поверхности трущихся деталей до первоначальных параметров. Изменение характеристик технологического режима позволяет создавать:

• матовые покрытия с серым оттенком, обладающие наибольшей твердостью, хрупкостью, но наименьшей износоустойчивостью;

• блестящие поверхности с хорошими показателями износостойкости и твердости;

• пластичные молочные покрытия с низкой твердостью, но привлекательным видом и хорошими антикоррозионными свойствами. Цинкование позволяет защищать стальные листы и изделия из них от коррозии, часто используется в автомобилестроении и строительстве.

Омеднение стальных изделий защищает от коррозии и повышает токопроводящие свойства металла, применяется для покрытия электрических проводников, работающих на открытом воздухе.

Латунирование не только защищает стальные и алюминиевые сплавы от коррозии, но и обеспечивает их хорошую сцепляемость с резиной.

Бронзирование придает поверхностям уникальный вид.

Родирование обеспечивает:

• защиту серебра от потускнения;

• декорирование поверхностей;

• высокую химическую стойкость;

• повышенное сопротивление износу.

Особенности технологических процессов нанесения гальванического покрытия

Промышленные способы гальванотехники широко используются в производственных процессах.

Разнообразие оборудования и методик нанесения внешнего слоя определяют большое количество технологий наращивания поверхностного металла.

Обычно технологические процессы включают в себя этапы:

1. предварительной подготовки заготовок;

2. наращивания гальванического слоя в ваннах;

3. заключительную обработку детали.

На предварительном этапе производится механическая обработка и декапирование поверхностей:

• очистка от окислов и грязи;

• предварительное обезжиривание;

• закрепление на подвесном оборудовании;

• изолирование площадок, не требующих обработки;

• окончательное обезжиривание.

Во время проведения анодной обработки заготовок важно соблюдать оптимальные токовые параметры и их продолжительность.

Заключительный этап включает:

• проведение нейтрализации остатков электролита на обработанных деталях;

• поочередную обработку струями воды с разной температурой;

• снятие деталей с элементов подвески;

• ликвидация изолированного слоя с закрытых площадок;

• просушивание;

• выполнение при необходимости термической обработки;

• механическую доводку до требуемого размера.

Особенности конструкций современного оборудования для нанесения гальванических покрытий

Для размещения электролита используются гальванические ванны из стойких полимеров:

• ПВХ;

• ПВДФ;

• полипропилена.

Их монтируют на прочном металлическом основании вместе с блоками управления в модульных конструкциях.

Высококачественная отмывка деталей обеспечивается методами создания:

• струйного течения;

• проточного способа;

• каскадного приема.

Окончательную оценку процесса отмывки осуществляет оператор методами визуального наблюдения.

Смонтированное электрическое оборудование и нагревательные приборы управляются автоматически или оператором. Для ускорения операций выполняется барботаж, покачивания и другие приемы.

Промышленные установки оборудуются защитными устройствами, вытяжными колпаками, бортовыми отсосами, системами очистки сточных вод и позволяют выполнять только определенные процессы, например:

• нанесение слоев никель-золото на промышленные изделия;

• покрытие никелем, серебром, медью, хромом на подвесках;

• никелирование в барабанах;

• обработка медью и оловом в маленьких барабанах;

• металлизация на подвесках;

• очистка сточных вод и другие технологии.

Промышленные установки, используемые на крупных предприятиях, объединяются в производственные линии.

Способы нанесения гальванических покрытий в домашних условиях

Применение способов галваностегии и гальванопластики в бытовых целях под силу любому домашнему мастеру. Однако, перед изготовлением таких устройств следует изучить и учесть правила безопасности, которые необходимо соблюдать при работе с агрессивными жидкостями и электроустановками, обеспечить хорошее проветривание помещений и удаление сточных вод.

Использование ванн из стекла нежелательно по причине их хрупкости. Лучше подбирать сосуды из прочных прозрачных полимеров.

Для протекания электрического тока постоянной величины в небольших резервуарах с электролитом можно использовать конструкции готовых блоков от компьютера или мобильного телефона либо изготовить их самостоятельно под конкретные нужды.

Довольно простые устройства блоков питания от старых радиоприемников с транзисторным регулированием можно найти в интернете или взять за основу следующую схему.

В ней можно применить трансформатор от любого старого телевизора либо намотать его самостоятельно. Номиналы силового транзистора, выпрямительного диодного моста и регулировочного резистора подбираются по мощности нагрузки. Электролитический конденсатор выравнивает сглаженное напряжение. Амперметр встраивается для постоянного контроля величины тока.

Компоновка деталей подобного блока, но с дополнительным узлом транзисторов управления показана на картинке.

Для лучшего охлаждения силового транзистора использован воздушный радиатор.

Очень просто можно сделать другой блок питания: выводы отдельных контактов «+» и «-»с зарядного устройства мобильника подключить через измерительный прибор и регулировочный нагрузочный резистор соответствующей мощности к электродам гальванической ванны.

Домашнему мастеру при выполнении работ методами гальваностегии или гальванопластики придется самостоятельно проводить эксперименты и записывать их результаты для приобретения опыта. Только так появится мастерство и практические навыки.