Гальваническое покрытие

Что такое гальваника металла, детали процесса и ее виды

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.

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.

При проведении процесса гальванической операции существует понятие совместимости материалов. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях это процесс идет замедленно. Но существуют пары, которые нельзя соединять вместе.

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

Для всех видов гальванизации металла применяется однотипное гальваническое оборудование. Емкость, куда погружаются изделия из металла, называется ванной. Различие наблюдается только в разновидности электролита.

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

Процессы гальванического нанесения покрытия на металл отличаются своими особенностями в зависимости от применяемого материала. К видам гальванических покрытий относятся:

  • ­ 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

При проведении цинкования металлическая поверхность покрывается слоем цинка. Образующаяся гальваническая пара хорошо работает в агрессивной среде. Продолжительность эксплуатации такого изделия зависит от времени разрушения цинка. До этих пор расположенный внутри металл не будет подвергаться коррозии.

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.

Метод гальванического покрытия

В современном мире не редко при обработке металлических поверхностей используется гальванический метод. Гальваническое покрытие материалов заключается в нанесении, на их поверхность тонкого металлического слоя. При этом образуется пленка небольшой толщины, которая противостоит окислению отдельных металлов. Гальванический метод используется для придания изделию или материалу:

  • прочность,
  • износостойкость,
  • устойчивость к появлению коррозии,
  • привлекательные внешние качества.

В современном мире данный метод обработки металлических покрытий приобрел большую популярность, потому что к оборудованию и другим изделиям предъявляется большое количество требований. Требуется постоянно увеличивать прочность отдельных деталей и повышать их устойчивость к влиянию агрессивной внешней среды. Металлические детали на современном производстве должны обладать способностью выдерживать температурные перепады. Именно этим обусловлено то, что многие отрасли промышленности широко используют гальванический метод обработки металлических изделий.

Важно: Толщина гальванического покрытия является достаточно тонкой при методе гальваники. Она составляет от 6 до 20 микрон. Она зависит от материалов, которые используются для гальванического процесса.

Гальваническеи покрытия за счет своей прочности получили широкое распространение в таких промышленных отраслях, как:

  • авиастроение,
  • машиностроение,
  • строительная промышленность,
  • радиотехническая промышленность,
  • электронная промышленность.

Процесс гальванического покрытия

Впервые гальваническое покрытие появилось в 1836и году. Оно было открыто русским физиком Якоби. Он провел ряд экспериментов и выяснил, что на катоде после пропускания металлов через водные и соляные растворы под воздействием электрического тока оседают положительно заряженные ионы. Во время прохождения через солевые растворы при помощи электрического тока происходит распад металлов на ионы, которые обладают разными зарядами. Те, которые имеют отрицательный заряд, оседают на аноде. Те, которые имеют положительный заряд, оседают на катоде. Его роль при гальванике играют металлы, которые необходимо защитить от образования коррозии.

Процесс гальванического покрытия с физической точки зрения является достаточно простым.

Он состоит из трех основных этапов:

  • Подготовка поверхности. На данном этапе необходимо тщательным образом подготовить металлическую поверхность к проведению процедуры гальваники. Для этого сначала нужно убрать с нее все загрязнения и провести процесс обезжиривания. Затем необходимо промыть поверхность водой и обработать средствами для остановки процесс окисления.
  • Нанесение гальванического покрытия. После всех подготовительных процедур наступает процесс погружения металлических деталей в гальванические ванны. В них содержится сплав металла, которым будет покрываться поверхность. Вся процедура проводится при высоких температурах. При этом величина электрического тока поддерживается на определенном уровне.
  • Обработка покрытого металлом материала. На завершающем этапе проводятся тесты по определению уровня сцепления металлического сплава с поверхностью.

Виды гальванических покрытий

В современном мире для гальванического покрытия могут быть использованы различные металлы. Они дают тонкую пленку, которая обладает надежной защитой.

Сегодня выделяют:

Гальваническое покрытие медью

Данная процедура получила название медирование. Благодаря меди можно создать на поверхности самых разных металлов прочную защитную пленку. Чаще всего для проведения данной процедуры использует медный купорос.

Гальваническое покрытие золотом

В настоящее время большое распространение получила процедура золочения. Она заключается в том, чтобы раствором покрыть металлическую поверхность придания ей боле дорого внешнего вида и для защиты от появления коррозии.

Гальваническое покрытие хромом

Обработка металлов хромом делает их более прочными и устойчивыми к условиям, которые предлагает агрессивная внешняя среда. Благодаря данному элементу на поверхности образуется тонкая пленка, которая обладает защитными и эстетическими качествами.

Гальваническое покрытие серебром

Нередко в промышленных условиях применяется серебрение. При этом на поверхности металлов появляется серебристая пленка, которая придает металлам немалое количество полезных характеристики. К тому же покрытые серебром изделия всегда выглядят дорого.

Гальваническое покрытие никелем

Покрытие данным элементом обладает экономичностью. Использование данного метода обработки металлов является оптимальным для придания металлическому материалу устойчивости к внешним воздействиям окружающей среды.

Гальваническое покрытие цинком

Данная процедура получила названием цинкование. Благодаря ней на поверхности металлов образуется тонкая пленка цинка, которая предотвращает образование ржавчины. К тому же такое покрытие придает блеск изделиям.

Гальваническое покрытие оловом

Олово применяется для нанесения на такие металлы, как: алюминий, цинк, сталь и медь. Оно придает им прочность и твердость.

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.

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.

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.

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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *