Гальваника металла что это
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!
Хромирование, никелирование и меднение в домашних условиях
В зависимости от требований, предъявляемых к покрываемым изделиям различают три вида гальванических покрытий – защитно-декоративные покрытия, применяемые для придания изделиям красивого внешнего вида и защиты их от коррозии, защитные покрытия (защита деталей от коррозии и воздействия агрессивной среды), функциональные покрытия, предназначенные для придания изделиям специальных свойств (электропроводности, паяемости, твердости и т. д.).
Теоретически процесс нанесения гальванического покрытия на металлическое изделие в домашних условиях представляет собой процесс электрохимического осаждения на поверхности покрываемого изделия ионов другого металла (хрома, меди, никеля и др.), т. е. в теории все как и в промышленной гальванике.
Содержание
Вопросы безопасности гальваники своими руками
Первым вопросом, который Вы должны решить, если решили заняться гальваникой в своем гараже или мастерской, это обеспечение безопасности. Требования техники безопасности в домашней гальванике примерно те же, что и в промышленной – для начала необходимо обеспечить место проведения работ качественной принудительной вентиляцией (в процессе нагрева электролиты могут выделять опасные для здоровья газообразные вещества). Наличие респиратора, защитных очков, резиновых перчаток и защитного фартука также необходимо. Все электрические приборы должны быть заземлены. Огнетушитель и аптечка должны быть легко доступны. В месте проведения гальванического процесса исключается прием пищи или воды.
Важно: Необходимо помнить, что процесс растворения веществ может сопровождаться выделением или поглощением тепла, что необходимо учитывать при приготовлении растворов электролитов. Например, при растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется большое количество тепла и резко повышается температура, что может сопровождаться вскипанием и разбрызгиванием капель жидкости. Растворяемый концентрированный раствор всегда льется в воду, а не наоборот.
Теоретические основы гальваники (гальваника это. )
В зависимости от требований, предъявляемых к покрываемым изделиям различают три вида гальванических покрытий – защитно-декоративные покрытия, применяемые для придания изделиям красивого внешнего вида и защиты их от коррозии, защитные покрытия (защита деталей от коррозии и воздействия агрессивной среды), функциональные покрытия, предназначенные для придания изделиям специальных свойств (электропроводности, паяемости, твердости и т. д.).
Теоретически процесс нанесения гальванического покрытия на металлическое изделие в домашних условиях представляет собой процесс электрохимического осаждения на поверхности покрываемого изделия ионов другого металла (хрома, меди, никеля и др.), т. е. в теории все как и в промышленной гальванике.
Основные понятия в гальванике:
В теории все выглядит просто – в гальваническую ванну, представляющую собой термостойкую диэлектрическую емкость и наполненную электролитом помещают два анода, погружают в ванну обрабатываемое изделие, которое используется в качестве катода. Катод и анод подключаются к источнику постоянного тока, процесс начинается.
Схема гальванического процесса
Рассмотрим подробно, какое оборудование, материалы и приспособления вам понадобятся для практической реализации гальванического процесса в домашних условиях.
Набор для гальваники
Требуемое оборудование и материалы
Подготовка поверхности детали
Перед нанесением гальванического покрытия необходимо провести тщательную обработку поверхности детали.
Важно: Следует помнить, что после нанесения покрытия все дефекты поверхности в том числе повышенная шероховатость будут значительно более заметны, чем на непокрытом изделии.
Поверхность детали шлифуем и полируем до получения требуемого класса чистоты поверхности. Всего различают 14 классов, для получения качественного декоративного покрытия хромом, никелем или цинком требуется 7-9 класс (чистая поверхность). В гальванических мастерских, как правило используются специальные наборы эталонных образцов, изготовленных из того же металла, что и обрабатываемое изделие, т. е. определение класса чистоты поверхности проводится визуальным сравнением образца и изделия. Существуют и специальные методы для измерения данного параметра, например, использование специальных приборов – профилометров или визуальные методы с использованием микроскопа.
В нашем случае, для получения ровной глянцевой поверхности достаточно произвести тщательную полировку изделия на войлочном круге с использованием полировочной пасты. На первом этапе поверхность изделия замыливается – обрабатывается мелкой шкуркой смоченной водой до получения матовой поверхности, затем полируется. В качестве полировочной пасты можно использовать пасту гои.
После полировки поверхность изделия необходимо обезжирить. Для обезжиривания металлических поверхностей обычно используются щелочные растворы с добавлением поверхностно активных веществ. В домашних условиях обезжирить поверхность можно просто ацетоном или спиртом. Качественное обезжиривание изделий из стали обеспечивает их выдержка в растворе фосфорнокислого натрия, нагретого до 90 0 С, цветные металлы обезжириваются в том же растворе без нагрева.
Меднение в домашних условиях
В качестве электролитов меднения используют щелочные, кислые и аммиакатные. В домашних условиях используют электролит основным ингредиентом которого является медный купорос. Химический состав электролита и режим процесса меднения:
При меднении в домашних условиях следует придерживаться тех-же несложных правил, предъявляемых к технологии процесса нанесения металлических покрытий гальваническим способом:
Приготовление кислого электролита меднения заключается в простом вливании в гальваническую емкость предварительно растворенного в теплой воде медного купороса (через фильтр) с последующем добавлении расчетного количества серной кислоты. Скорость осаждения меди при плотности тока 1,5 а/дм 2 составляет примерно 1 мк за 3,4 минуты. После меднения изделие достают из электролита, промывают проточной водой и сушат.
Меднение в домашних условиях процесс несложный, если соблюдать требования, перечисленный выше. Химикаты для электролита меднения достать не сложно, а результат может приятно удивить.
Никелирование в домашних условиях
Никелирование дает, пожалуй, самый впечатляющий результат по сравнению с другими видами домашней или гаражной гальваники. Изделие, покрытое никелем, имеет отличные декоративные качества – глянцевую, блестящую светлую металлическую поверхность, а также приобретает защиту от коррозии. К недостаткам никелевых покрытий следует отнести то, что слой никеля имеет микропоры, которые могут доходить до поверхности основного металла. Наличие таких микропор снижает прочностные и антикоррозионные свойства покрытия, поэтому слой никеля лучше наносить на предварительно осажденный медный подслой или произвести специальную обработку никелированной детали. Существует химический метод нанесения никелевого покрытия, но в рамках данной статьи мы расскажем о гальваническом методе.
Начинать процесс (как и при нанесении других покрытий) следует с подготовки рабочего места, материалов, оборудования и средств защиты. Электролит никелирования включает в себя следующие компоненты:
Полученное данным способом покрытие будет матовым и для придания ему декоративных качеств деталь полируется. Получение глянцевого покрытия прямо из гальванической ванны возможно, но требует введения в состав электролита дополнительных компонентов – блескообразователей. Состав для блестящего никелирования следующий:
Особенностью блестящего никелирования является повышенная до 40-50 0 С температура, немного более высокая плотность тока (1-3 а/дм 2 ) и необходимость непрерывного перемешивания раствора.
После нанесения никелевого покрытия требуется специальная обработка поверхности изделия. Различные источники предлагают множество различных составов для такой обработки, вплоть до использования жидкой смазки или рыбьего жира. Эффективным будет способ, при котором деталь тщательно протирается густой смесью воды с окисью магния и погружается на 1-2 минуты в 50% раствор соляной кислоты.
Хромирование в домашних условиях
Прежде всего, отметим, что хромирование в домашних условиях потребует химикатов, приобретение которых частными лицами невозможно. В частности, основной компонент электролита хромирования оксид хрома CrO3, другое название – хромовый ангидрид в своем шестивалентном воплощении является ядовитым веществом. На гальванических производствах действует ряд серьезных ограничений и требований к работе с такими веществами, а также их утилизации.
Внимание: Хромовый ангидрид является сильным канцерогеном и требует крайне осторожного обращения. Необходимо избегать его попадания на открытые участки кожи. Перед тем как принять решение о целесообразности домашнего хромирования внимательно ознакомьтесь с требованиями техники безопасности. Ни в коем случае не следует сливать отработанный электролит в канализацию или почву, он подлежит специальной утилизации.
Таким образом, техническому воплощение процесса хромирования целесообразно только в хорошо оборудованной гаражной мастерской или на специально подготовленном гальваническом участке.
Считается, что непосредственное нанесение хрома на поверхность стального изделия невозможно, но данное утверждение справедливо только для азотированной стали. Изделия из углеродистых сталей перед процессом хромирования подвергают анодному декапированию в хромовом электролите в течении 3-5 минут. Мы будем рассматривать процесс осаждения хрома на предварительно нанесенную подложку из тонкого слоя никеля или меди. Процесс нанесения меди и никеля в домашних условиях рассмотрен в данной статье. После нанесения подслоя никеля или меди поверхность детали полируется и обезжиривается.
Сам процесс хромирования отличается от процессов никелирования или меднения только составом электролита и материалом катода. В качестве катода используется лист из свинца или сплава свинца с оловом. Площадь поверхности катода должен быть больше поверхности обрабатываемого изделия. Подключается катод к положительной клемме выпрямителя. Анод – обрабатываемая деталь, подключается к отрицательному электроду.
Важно: Анод и катод в гальванической емкости не должны касаться стенок сосуда, а также не должны соприкасаться между собой.
Состав электролита и режим хромирования:
Приготовление электролита хромирования проводится следующим образом: в воде, предварительно разогретой до 70 0 С растворяют хромовый ангидрид, раствор охлаждают, затем по каплям или тонкой струйкой вливают концентрированную чистую серную кислоту. Температура процесса хромирования в пределах 45-55 0 С. В процессе хромирования необходимо точно соблюдать технологический режим – температуру электролита и плотность тока. Рассеивающая способность электролита данного состава средняя, что означает, что возможно осаждение более толстого слоя хрома на выступающих частях деталей, и соответственно в углублениях и пазах детали слой хрома меньше.
Продолжительность осаждения хрома зависит от таких параметров как катодная плотность тока и выход по току в %. При средних значениях примерное время осаждения слоя хрома в 1 мк – 3 минуты.
После нанесения хромового покрытия деталь промывают в дистиллированной воде и сушат. В большинстве случаев, последующая полировка детали значительно улучшает декоративные характеристики покрытия.
В заключение отметим, что данная статья дает общие значения и понятия гальванического процесса хромирования и перед тем как приступить к практической реализации этого процесса необходимо тщательно ознакомится со специальной литературой.
Если Вас не остановили трудности, перечисленные в данной статье, и вы все же решили заняться гальваникой в своем гараже или домашней мастерской то еще раз внимательно перечитайте правила техники безопасности и дерзайте. Результат может превзойти ожидания или сделать гальванику не только вашим хобби, но и источником заработка, особенно это касается такого раздела гальваники как гальванопластика. В настоящее время в свободной продаже можно найти не только готовые электролиты для нанесения различных покрытий, но и целые наборы для гальваники в домашних условиях. Если же вам требуется нанесение покрытий на серийные партии изделий и гарантированное качество, целесообразнее будет обратиться к специалистам.