Гальваника что это за процесс
Гальваника и гальваническое покрытие: оборудование, методы, процесс, технология
Гальваника появилась несколько веков назад как альтернатива дорогим материалам. А также как способ получить свойства конкретного металла, если из него невозможно сделать изделие с хорошими механическими свойствами.
Гальваническое покрытие– это нанесенный химическим или электрохимическим способом слой металла или неметалла.
Понятие «гальваника» обозначает способ обработки, сам процесс этой обработки и строгую последовательность действий, приводящую к результату.
Весь выше обозначенный процесс обработки, а именно гальванику можно осуществить с приложением электрического тока, но существуют случаи, когда он возможен без приложения электрического поля.
Гальванический метод обработки металлических поверхностей активно применяют сегодня в различных отраслях производства. Таким способом можно наносить на детали и целые изделия тончайший слой декоративного или защитного гальванического покрытия. Подобные технологии активно применяются научно-производственным предприятием «6 микрон» в Москве.ООО «6 микрон» — это научно-производственная компания, работающая в области гальваники (электрохимического и химического нанесения металлов).Гальваника – раздел электрохимии, который изучает процессы осаждения металлов на определенной поверхности. Так проводят золочение, серебрение, родирование металлов для придания им красоты, долговечности, износостойкости и других необходимых изделию свойств.
Чтобы понять преимущества процесса гальваники, необходимо ознакомиться с технологическими особенностями применения гальванических ванн, спецификой подбора электролитов для каждого типа поверхности, расчетом толщины осаждаемого металла.
Назначение гальванического метода
Гальванику металла на поверхности используют для придания им свойств конкретного материала (серебро, золото, никель и т.д.). Либо если из этого материала невозможно изготовить предмет, а также если цена будет неоправданно высока.
Например, нанесение хрома придает твердость и антикоррозионные свойства простой стали. Эта технология широко применялась для покрытия деталей и механизмов станков. Хром кроме твердости, дает зеркальный блеск, и обеспечивает хорошую защиту от коррозии. Хром твердый, но хрупкий металл, и изготовление из него деталей и предметов не возможно. Нанесение его на поверхность гальваникой хорошая тому альтернатива, а также возможность использовать свойства хрома в обиходе.
Процесс гальваники проводят в специальных ваннах. Туда заливается электролит, содержащий соли того металла, который осаждается на поверхности обрабатываемой детали. По сравнению с прочими методами, технология гальваники имеет преимущества. При применении, например, пульверизатора или иных приспособлений для распыления (очень многие организации выдают такой метод металлизации за гальванику) невозможно добиться идеально ровного покрытия, качественной адгезии и получить на поверхности свойства металла. Обычно путем распыления наносят непроводящий полимерный слой, проще говоря, краску, либо тонкий серебряный слой (реакция серебряного зеркала см. школьную программу), а сверху прозрачный или калорированный лак. Процесс гальваники позволяет получать равномерное, плотное, хорошо адгезированное покрытие, обладающее всеми свойствами осажденного металла.
Суть технологического процесса
Гальванику применяют для получения толстых технических и тонких декоративных слоев металла. Функции гальваники определяются не слоем, который наносят на поверхность, а его характеристиками: толщиной, подслойкой, подготовкой (травление, полировка).
Метод гальваники достаточно прост:
Технология гальваники несложная, но требует наличия специального оборудования, достаточной квалификации исполнителей.
Гальванический метод используют для придания механизмам, контактным группам или поверхностям, свойств наносимого металла. Например, нанесение драгоценных металлов (золото, палладий, родий) на электрические контакты, используют для придания химической стойкости, а также сохранения постоянного сопротивления. При этом видовые характеристики не важны. Конечно, необходимо соблюдать заданную зернистость покрытия, но эта проблема появляется на толщине нанесения металла более 20 микрон. Толстая гальваника дает высокую износостойкость и беспористые металлы, значит реакционные свойства основного материала можно не принимать в расчет.
Технические покрытия гальваникой Никелем делают для агрегатов, предметов которые испытывают на себе постоянное механическое воздействие. Никель — твердый недорогой металл. Его наносят на стальные изделия, которым требуется защита от коррозии.
Часто встречаются покрытия-смазки, при нанесении которых не столько учитываются химические характеристки самого металла, сколько необходимо обеспечить, например, плотную притирку деталей, но по какой-то причине нельзя использовать смазочные материалы. Это оловянные, свинцовые, индиевые покрытия. В данных случаях толщина нанесения лежит в пределах от 30 до 50 микрон.
Наша организация — ООО «6 микрон» оказывает услуги по нанесению технических покрытий, оборонным предприятиям, предприятиям космической, авиационной отрасли, электронной промышленности.
Часты случаи, когда металлы наносятся только в декоративных целях или для придания цвета (золото, серебро и т.д.), без запросов по твердости или плотности.
Гальванический метод
Гальванический метод нанесения покрытий применяется в следующих отраслях деятельности:
Если в сфере машиностроения, автомобилестроения, производства металлоконструкций требуются большие промышленные гальванические ванны, то при производстве и гальванике ювелирных украшений и контактных групп используют компактное оборудование.
Ювелирные предприятия составляют число постоянных клиентов нашей организации. Производство украшений из драгоценных металлов и ювелирных сплавов периодически требует нанесения защитного или декоративного слоя гальваники на поверхность. Например, бижутерные сплавы, покрытые слоем настоящего золота в несколько раз вырастают в цене, при этом себестоимость украшений сравнительно невысока. Этим часто пользуются владельцы громких имен, выпуская коллекции бижутерии в золотом или родиевом покрытии при том что цена покрытых сережек часто сравнима с ценой на серьги сделанные из чистого золота.
Требования к электролитам и результату обработки на ювелирном предприятии очень высоки: необходимо выдерживать класс поверхности, оттенок нанесенного металла, толщину его нанесения. Обычно в ювелирных, а также декоративных целях толщина нанесения не превышает 2 микрометров, поэтому перечисленные требования выполнимы.
В сфере нанесения декоративных покрытий на ювелирные украшения, ООО «6 микрон» сотрудничает с заводами из Московской области, Санкт-Петербурга, Костромы, Калининградской области, а также других субъектов Российской Федерации.
Для нашей организации обширная область деятельности – нанесение гальваники на сувениры, подарки, предметы обихода. Подарить сувенир, покрытый золотом или серебром, сделать гальванику старинных часов, восстановить ее на антикварной посуде – все это наши ежедневные услуги. Например, в подарок строителю делают золотую каску, а хоккеисту – золотую шайбу. Список идей тут ограничивается только человеческой фантазией. Любую вещь можно обработать гальваническим золотом — получить оригинальный сувенир или памятный подарок. Золочение выполняется только золотом пробы 999. Гальваника единственный способ нанесения настоящего золота или серебра.
Также, клиенты обращаются к нам с целью получения красивого химически стойкого покрытия сантехники – смесителей, кнопок, рычагов, вентилей.
Последние 5 лет гальванику также часто применяют для золочения украшений из настоящих древесных листиков, цветов, веточек. В недавнее время эта идея стала популярна и запросы на такую работу поступают все чаще.
Предварительный осмотр детали
Перед началом работ эксперт проведет предварительное обследование, оценивая размер, форму, геометрию изделия, наличие декоративных элементов, гравировки, рельефных деталей. Состав металла тоже важен.
На основе полученных сведений подбирается состав электролита. С заказчиком заранее оговаривается точная толщина гальванического слоя. Чем толще будет покрытие, тем дольше оно прослужит, тем значительнее расходы на обработку и, следовательно, выше стоимость работы.
При необходимости металл дополнительно обезжиривается и чистится. Полировка возможна только в небольшом объеме и только на простых деталях. Если необходимо получить зеркальное покрытие на изделии, нужно предварительно его отполировать у ювелира или самостоятельно. Только таким способом можно получить идеально ровное гальваническое покрытие. Целостность изделия при нанесении гальванического покрытия не нарушается. Если деталь сложная, то обязательно требуется разборка на отдельные детали до процесса гальваники.
Часто до начала самого процесса нанесения металла требуется провести предварительную механическую её обработку. Это необходимо, так как наносимый металл полностью сохраняет структуру поверхности, которая была до обработки. Поэтому если нужно проводить полную реставрацию поверхности, заранее оговариваются дефекты, уточняем что можно поправить, а что останется после обработки.
Тщательность механической обработки поверхности зависит от глубины дефектов (царапин, ударов, шлифовки, коррозионных каверн и т.д.). Механическая обработка (от грубой к тонкой обработке):
После механической обработки приступают непосредственно к самому нанесению металла на поверхность, то есть непосредственно к электрохимии. Технологическая карта гальванического процесса пишется в зависимости от исходного материала и финишного покрытия.
Большое значение имеет последовательность действий и время между ваннами. Всю линейку гальваники необходимо пройти без длительных перерывов.
Подготовка электролита для гальваники
Состав электролита подбирают индивидуально. Эксперты учитывают следующие особенности:
Для каждого изделия, попадающего на гальваническое производство состав раствора индивидуален, или даже разрабатывается новая рецептура.
Присоединение электродов
К ванне и изделию подсоединяют электроды для запуска электрического тока. Положительная клемма подключена к анодам, а обрабатываемая деталь – к отрицательной клемме. После запуска гальванической системы через электролит проходит электрический ток, поэтому катионы металла налипают на поверхность отрицательно заряженного изделия. Металл, который содержится в электролите, ровным однородным слоем оседает на детали. Два анода применяют, чтобы обработать поверхность с обеих сторон одновременно. Это очень упрощенная, но верная схема гальванического процесса.
Гальванический процесс
Система запускается через источник постоянного тока с регулировкой уровня входящего напряжения или тока. Чем дольше длится воздействие электрического тока на электролит и изделие, тем толще становится слой защитного покрытия. Иногда деталь обрабатывают несколько раз, в зависимости от конкретной технологии и конечной задачи от клиента.
Важна температура электролита. Иногда используется дополнительное нагревательное устройство, которое погружается в гальваническую ванну или находится вне ее.
Строгие требования предъявляют к помещению, где проходит обработка. Обязательное условие – эффективная вентиляция, проточная вода и пожарная безопасность. Работы проходят в лабораториях компании «6 микрон», которые специально оборудованы для выполнения таких заданий. Здесь созданы оптимальные микроклиматические условия, поддерживается требуемая температура и влажность воздуха. Эксперты работают в специальных защитных костюмах. Технология гальваники металла досконально изучена представителями научно-производственного предприятия.
Стадии процесса гальваники
Гальваника работает по строгим законам и требует соблюдать очередь нанесения. Так, например, медь и золото необходимо разделять слоем никеля во избежание диффузионных процессов золота в медь. Кроме того, данные подслойки требуются для повышения блеска самой поверхности, повышения адгезии и наращивания габаритных размеров детали.
Линейка различных подслоев часто представляет из себя так называемый классический гальванический пирог, состоящий, например, из таких прослоек как никель-медь-никель.
Во многих случаях эта универсальная схема требует корректировки и доработки.
На производствах технологические карты расписываются для каждого процесса индивидуально, с указанием рабочих режимов, временем выдержки и последовательностью операций.
Получение новых изделий требует разработки индивидуальной технологической карты. В этом заключается основная сложность небольшого гальванического производства – разноплановые изделия требуют ежедневной работы по настройке процесса.
Исправление ошибок в 90 процентах случаев подразумевает полную очистку от некачественно нанесенных элементов. Причем чаще всего это приходится делать механически, химический способ снятия имеет в гальванике ограниченное применение.
Гальванические технологии
В гальванике широко распространен метод гальванопластки. При этом изделие, погружаемое в гальваническую ванну, выступает в роли негатива, то есть покрытие растет не на рабочей стороне изделия а на задней, обратной стороне. На форму из непроводящего материалы осаждается слой металла, чаще всего это медь.
Толщина меди может достигать 2 мм, обычно такого запаса по прочности не требуется и в среднем, в гальванопластике растят покрытия до 1 мм. После отделения матрицы от созданного слоя получают его точную копию. Таким способом создают точные копии окладов, медали, панно, декоративные элементы.
Самостоятельный гальванический процесс
Гальваника своими руками в домашних условиях — очень сложная процедура. Категорически запрещено пытаться собрать гальваническую ванну у себя дома самостоятельно, запустить систему.
Малейшие ошибки в подборе электролита, выборе оптимального напряжения сети приведут к негативным последствиям. Кроме того, это небезопасно. Обратитесь к экспертам электрохимических технологий, которые качественно выполнят работы или обучат клиентов работе со сложным оборудованием.
Оценка результата
По завершении обработки эксперты оценивают итоговый результат. Если работы по гальванике проводят профессионалы, сомневаться в высоком качестве покрытия не стоит. С использованием точных инструментов оценивается толщина нанесенного слоя металла, равномерность покрытия, прочие критерии.
Обратиться по вопросу гальваники могут физические или юридические лица. Любая идея клиента будет передана на рассмотрение нашим технологам!
Технологи ООО «6 микрон» имеют большой опыт в области гальваники и подготовительных этапов. Нанесение покрытия возможно, как по строгому заданию, так и по простому словесному описанию. Гальваника – это наш профиль!
При оформлении заказа онлайн скидка 10 %!
Наш приоритет — индивидуальный подход к каждому заказу и качество выполняемых работ!
Гальванопластика: делаем украшения в домашних условиях
Наука всегда помогала человечеству изобретать что-то новое и делать что-то необыкновенно красивое. Так при помощи метода гальванопластики современное общество сегодня пытается скопировать элементы природы: листья, цветы, букашек, жуков, и сделать из них настоящие произведения искусства. А почему бы и нет: такие изделия всегда будут актуальными и популярными, так как придумать лучшие формы, чем сделала это природа, человеку еще не удавалось.
Давайте сегодня попробуем хоть немного разобраться с тем, что такое гальванопластика, какие примеры гальванопластики мы можем встретить в повседневной жизни, и как ее используют для создания самых необыкновенных по красоте ювелирных украшений.
Что такое гальванопластика понятным языком?
Гальванопластика – технология получения точных металлических копий различных предметов, путем осаждения разнородных металлов на модели. Другими словами, мы берем в руки какой-то предмет, который хотим скопировать до мельчайших подробностей. Далее посредством электрохимического влияния и разнородных манипуляций, мы осаждаем на этом предмете тонкий слой металла. На следующем этапе модель отделяется от покрытия. Все.
Основной целью метода гальванопластики является получение точной металлической копии модели, воспроизведение точной формы предмета, или нанесение тонкого покрытия металла. Вы, скорее всего, понимаете, что если взять в руки лист с любого дерева, то его механическими методами просто невозможно скопировать до мельчайших подробностей. На такие подвиги способна только машина или супер точный робот. Однако все равно всех перегибов, выпуклостей и мельчайших деталей компьютеризированный мозг не способен воспроизвести.
Гальванопластика получила такое романтическое название по той причине, что осаждаемый в процессе электролиза металл «пластически точно» воспроизводит изделие, отпечаток которого был в форме.
Начало этой технологии в России и во всем мире связано с именем Б.С. Якоби (1801-1874 гг.), который и открыл метод гальванопластики. Якоби родился в Германии – здесь его звали Мориц Герман. В 1835 году он переехал в Россию.
В 1836 г. Якоби Б.С. изобрел оригинальную конструкцию медно-цинкового гальванического элемента. 4 октября 1838 года Б.С. Якоби официально сообщил о своем изобретении в письме к секретарю Академии наук П.Н. Фуссу в город Санкт-Петербург. На следующий день об изобретении было незамедлительно доложено на заседании Академии наук. К письму была приложена гальванопластическая копия гравировальной доски, на которой был изображен двуглавый орел. Под орлом помещалась надпись, составленная женой ученого: «Великое великим парит и осеняет».
Метод гальванопластики дает самые неограниченные возможности для копирования, и, соответственно, для творчества. Это метод позволяет создавать документально точные:
Также эта технология широко применяется при реставрации или создании предметов интерьера, скульптур, статуэток, светильников, подсвечников, предметов быта, сувениров и т.д.
Принцип действия
Принцип работы этого метода довольно простой. Рассмотрим процессы покрытия и копирования.
Предмет, например, ложка, вилка, табличка, монета, пластик, эмаль, листик с дерева помещается в ванную с химическим раствором. Далее эта вся система подключается к источнику питания и запускается электрохимическая реакция, при которой металл из раствора (то есть, атомы металла, присутствующие в жидкости) осаждается на поверхности предмета. Чем дольше поддерживать протекание реакции, чем толще осадок получается на модели. Далее процесс останавливается, модель остужается и промывается в проточной воде от реактивов. Все готово, предмет покрыт слоем металла.
Если вы собрались не нанести покрытие на предмет, а полностью скопировать его, не подвергая никаким воздействиям, то путь немного другой.
а) С копируемого предмета или изделия (назовем его моделью) прежде всего снимают отпечаток с двух сторон на легкоплавком металле, воске, пластилине или гипсе, как, например, делается отпечаток ключа для копирования.
б) Далее эти две половинки-копии отпечатков соединяют (склеивают) между собой, оставляя отверстие для заливки модельного материала типа воска – эта конструкция называется литейной формой.
в) После в эту форму заливается жидкий легкоплавкий металл.
Для позолоты куполов храма Христа Спасителя в Москве, Исаакиевского собора, Петропавловского собора и нескольких других гальванопластическая мастерская при участии Б.С. Якоби израсходовала 45 пудов 32 фунта (750,2 кг) золота.
г) Литейная форма помещается в холодное место, чтобы мастер-модель застыла.
д) Чтобы достать полученную мастер-модель, литейную форму распиливают на две половинки таким образом, чтобы ни в коем случае не повредить полученную копию. Далее ее обезжиривают и подвергают меднению в электролитической ванне, то есть, гальванопластике. Для того чтобы металл не откладывался на тех сторонах формы, где нет оттиска, их покрывают расплавленным воском или парафином при помощи кисточки.
е) После процесса гальванопластики легкоплавкий металл, заключенный в медную оболочку, расплавляют в кипящей воде, получая таким образом матрицу. Последнюю заливают гипсом или свинцом, и копия готова.
Преимущества метода
Изготовление копий предметов методом гальванопластики предоставляет ряд преимуществ:
Обучение работы с гальванопластикой дома с нуля
Для повторения эксперимента дома вам придется хорошенько подготовиться, однако мы заранее предостерегаем вас, что придется иметь дело с ядовитыми химическими реактивами. Поэтому или все таки оставьте эксперименты для специалистов, или проводите ваши опыты в хорошо проветриваемой комнате с мощной вытяжкой, чтобы не отравиться.
Оборудование
Какое оборудование нужно собрать:
Готовим раствор
Далее приготовление раствора. Если вы хотите на поверхности пластины осадить медь, например, для меднения листьев, тогда берут 150. 180 г медного купороса. Его необходимо тщательно перемещать с 1 литром чистой (желательно дистиллированной) воды. В эту химию для повышения электропроводности добавляют серную кислоту плотностью 1,4. 1,6 г/см3 массой 20. 25 г. Для повышения качества осажденной меди можно добавить спирт в количестве 8. 10 г/л.
Запомните, что в электролите не должны присутствовать никакие органические включения, вредно влияющие на работу раствора.
Химические составы электролитов для никелирования, серебрения, золочения, и т.п. отличаются друг от друга, но в их составе обязательно присутствует кислота, вода и сульфаты или нитраты наносимых металлов.
Расчет плотности тока
Ровное плотное покрытие предмета металлом (медью, никелем и прочими металлами) получается при определенной величине тока, которая зависит от двух факторов:
Производится следующий расчет. К примеру, модель предмета имеет общую поверхность равную 0,5 дм2. Допустимая плотность тока в реакции должна составлять 0,5 А/дм2. Это значит, что ток не должен превышать Iмакс=0,5-0,5=0,25 (А).
Теперь собираем схему
Нам нужно подготовить два электрода, которые называют катод (электрод с отрицательным потенциалом) и анод (электрод с положительным потенциалом).
В нашей схеме катод состоит из трех деталей:
Модель очень жестко закрепляется вручную на токопроводе. Эта деталь в свою очередь вешается на токоподвод, который в горизонтальном положении крепится на стеклянной таре. Далее при помощи обычных проводов токоподвод присоединяется к отрицательному полюсу источника питания.
Собираем анод. Анодных пластин должно быть две. Обычно они изготавливаются из двух толстых пластин меди, которые устанавливаются в ванну на определенном расстоянии друг от друга, параллельно. Расстояние выбирается таким образом, чтобы между анодными пластинами свободно помещалась подвешенная модель катода. Однако можно сделать анод другим способом. Возьмите одну медную пластину и загните ее в форме цилиндра. При этом имейте в виду, что объема внутри цилиндра должно быть столько, чтобы туда без проблем помещался катод, со всеми своими подвесками. Важно, чтобы покрываемые предметы были обращены к анодам своими наибольшими площадями и находились с ними примерно в параллельных плоскостях.
Далее аноды крепятся к горизонтальным токоподводам. Эти перекладины, необходимо снабдить клеммами для удобства и надежности соединения. Проволоки, которыми прикреплен анод к перекладине, должны находиться выше уровня электролита, особенно если они сделаны из другого металла. Иначе в этом месте проволока утончается и перегорает.
Аноды должны быть очень тщательно очищены от окислов, грязи и обезжирены, так же как и предметы, предназначенные для покрытия металлом.
Важным условием успеха данной технологии является чистота. Если в электролите появилась легкая муть или образовался осадок, то раствор необходимо профильтровать. Для этого найдите пустую емкость достаточного размера. Вымойте ее. Просушите. За это время вся грязь в растворе усядется. Аккуратно, не опрокидывая стеклянную ванную, посредством трубочки (как сливают бензин с машины) либо чашки (методом зачерпывания), перелейте раствор. Гущу со дна зачерпывать не стоит. Ее лучше просто утилизировать. Однако остатки раствора не стоит смывать в канализацию. С трубами могут потом работать сантехники, которые просто-напросто пожгут себе руки, при контакте с вашими химикатами, да и труды от такого раствора вам спасибо не скажут.
Электрическая схема подключения
Электрическую схему подключения вы можете без проблем найти в интернете. Однако следует помнить одно простое правило. Для получения хорошего осадка необходимо, чтобы в процессе реакции поддерживалась надлежащая сила тока на единицу поверхности катода. Для регулирования электрической схемы пользуются реостатом, который вводят через провода к ванне. А чтобы знать напряжение на электродах, ставится вольтметр.
Примеры изделий из гальванопластики вы могли видеть в церквях, музеях, выставках. Это иконы, гербы, таблички с надписями.
Финиш
Запомните, что предмет, вынутый из ванны, как бы хорошо он ни был предварительно отполирован, имеет матовую поверхность. Для придания блеска его полируют тончайшим мелом (зубным порошком) при помощи суконки или прорезиненного круга.
Покрытие металлом неметаллических предметов: жуков
Для покрытия металлом различных насекомых, бабочек, жуков, других предметов их необходимо подготавливать соответствующим способом. Насекомых вымачивают в 1,5 % растворе сулемы (хлорид ртути II, бесцветное кристаллическое растворимое в воде очень ядовитое соединение). Далее их высушивают, покрывают специальным лаком или тонким слоем воска. Затем всю поверхность нужно сделать токопроводящей, иначе металл не ляжет. Для этого жука при помощи кисточки смазывают жидкой кашицей из графита, разведенного на спирте или водке. После высыхания излишки графита удаляют.
После этого насекомое подвешивают на нескольких тонких медных проволочках диаметром 0,1-0,2 мм и помещают в гальвано-пластическую ванну. Для устранения плавучести в электролите бабочку или жучка прикрепляют парафином к грузику. Это может быть стекло или кусочек пластмассы. Продолжительность этого процесса обычно занимает несколько часов. Толщина покрытия может колебаться от 0,1 до 2 мм в зависимости от выдержки.
Возможно ли делать украшения по методу гальванопластики в домашних условиях
На данный вопрос есть только лишь один ответ: да, все у вас может получиться, однако придется хорошенько «заморочиться». Причин тут несколько:
Мастер-класс изготовления украшения по технике гальванопластики в домашних условиях
Чаще всего нас интересует техника гальванопластики с точки зрения изготовления различных украшений, как бижутерии, так и ювелирных изделий. Давайте на простом примере разберемся, как в домашних условиях можно изготовить украшение из листьев.
Итак, вы, наверное, растерялись, прочитав эту статью. Понятное дело. Для того чтобы воспроизвести весь этот алгоритм, требуется достаточное количество знаний из многих отраслей науки и техники. Тут без подготовки не обойтись. Однако все приходит с опытом, великими учеными не рождаются, а становятся, преодолевая огромные кучи книг, посещая множество лабораторий, претерпевая попытки и неудачи. Поэтому если вы захотели поэкспериментировать или просто поиграться в великого химика, тогда не пугайтесь умных слов и длинного списка работ, а действуйте, и скоро на горизонте появится результат.