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.