Гальванизация металла

Общие сведения

Гальваника (гальванизация) — физико-химическая технология, с помощью которой можно создать на поверхности металла дополнительный слой из другого металла. Толщина дополнительного слоя является небольшой. Обычно она составляет от 0,1 до 2-3 миллиметров. Гальванизация используется для многих целей — повышение прочности, создание антикоррозийного слоя и другие. Покрыть гальваническим слоем можно только металлическую поверхность. Это может быть посуда, детали для автомобиля, инженерные инструменты, декоративные изделия. В качестве гальванизирующего слоя выступают металлы — хром, никель, медь, серебро, цинк + сплавы на их основе.

Схема электролиза

С точки зрения химии и физики гальванизация осуществляется за счет специального процесса под названием электролиз. В упрощенном виде электролиз металлических изделий выглядит так:

1. Поверхность запчасти очищается от различных загрязнений (органика, пыль, грязь, легкая коррозия). Очистку рекомендуется дополнять обезжириванием, поскольку эта процедура позволяет получить чистую поверхность, на которую будет наноситься тонкий гальванический слой веществ, полученных из электролита.
2. В пластиковую или стеклянную емкость помещается электролит — раствор щелочей, кислот и солей, содержащих нужный металл. Скажем, для электролитического хромирования используется хромовая кислота, которая при электролизе высвобождает хром, переходящий на деталь. Для улучшения гальваники электролит может нагреваться до небольших температур (обычно не более 60 градусов).
3. К электролиту подключается источник постоянного тока (источники переменного тока не используются, поскольку операция не запустится). Для подключения используются два провода — катод и анод. Катод прикрепляется непосредственно к обрабатываемой детали, а анод помещается в раствор электролита. Анод обычно дополняется пластиной из соответствующего металла, что усиливает гальванизацию (скажем, для цинкования нужна цинковая пластина).
4. Обрабатываемая деталь прикрепляется к катоду, а потом катод помещается в раствор электролита. Катод с запчастью не должен контактировать с анодом напрямую, поскольку в таком случае случится короткое замыкание либо гальваника не запустится/будет идти медленно. Обрабатываемая запчасть должна находится на хорошем расстоянии от анода с пластинами, чтобы операция прошла успешно.
5. Теперь включается электрический ток, что приводит к замыканию цепи. Ток сперва попадает на анод, а потом поступает в электролитический раствор. Это запускает ряд химических реакций, в результате которых металлические ионы высвобождаются из вещества и начинаются двигаться вместе с электрическим током по направлению к катоду. При прохождении через катод эти ионы осаждаются на поверхности запчасти, что и приводит к образованию нужного покрытия. Для гальванической обработки одной детали требуется 20-40 минут в зависимости от размеров и формы детали.

Основные технологии

Основные технологии гальваники — это хромирование, серебрение, никелирование и цинкование, при которых деталь покрывается соответственно хромом, серебром, никелем и цинком. Помимо этого существуют и другие операции (скажем, меднение и латунирование). Однако для их осуществления необходимо использование цианистых солей, которые являются ядовитыми даже для человека в защитной одежде. Поэтому эти процедуры обычно выполняются в специальных цехах или мастерских.

Схема реализации гальванического покрытия

Процессы гальванизации впервые начал изучать русский физик Борис Якоби в 1836 году. Помещая различные металлы через электролитические солевые растворы, он наблюдал, как они распадались на ионы с отрицательными и положительными зарядами. Первые оседали на аноде, а вторые – на катоде (его роль в гальванике играют металлы, которые нуждаются в защите).

Перед нанесением гальванического покрытия поверхности должны быть правильно подготовлены.

Для очищения и обезжиривания металлов существуют специальные средства, которые не вызывают их коррозии. Составы на основе органических растворителей, к примеру, Очиститель метала MODENGY, обеспечивают удаление загрязнений любой химической природы – нефтепродуктов, силиконов, консервационных средств, адсорбированных пленок газов и др. Такие средства не вредят экологии, испаряются быстро и без остатка.

Гальваническое покрытие выделяет все недостатки поверхности, поэтому на ней не должно быть сколов, царапин, раковин. В связи с этим подготовка деталей к гальванизации в большинстве случаев не ограничивается их очисткой и обезжириванием, а включает также механические методы обработки (например, пескоструйный способ, шлифовку наждачной бумаги или с помощью специальных паст).

Схема реализации гальванического покрытия металла достаточно проста.

В емкость с раствором электролита помещается очищенная деталь, нуждающаяся в защите. На нее подается отрицательный заряд – таким образом деталь берет на себя роль катода. Металл, который в дальнейшем будет служить покрытием, заряжается положительно и принимает на себя функции анода. Электрическая сеть замыкается, металл анода переносится в среде электролита к отрицательно заряженному изделию (катоду) и создает на нем тонкую защитную пленку.

Это – анодный способ гальванизации. Гальваническая изоляция, полученная таким образом, первой воспринимает разрушительное воздействие коррозии, оставляя металл нетронутым.

В зависимости от вида покрываемых изделий (их размера, конструкции и пр.), а также производственных задач гальванизация проводится разными способами.

Детали больших размеров обрабатываются навесу в объемных ваннах. Более мелкие элементы получают гальваническое покрытие в емкостях барабанного типа – отрицательный заряд в них подается на барабан, вращающийся в электролите. Для обработки очень мелких деталей (например, крепежа) используются колокольные ванны: они медленно вращаются, способствуя равномерному покрытию изделий защитным металлом.

От плотности тока, проходящего через электролит, во многом зависит структура формируемого осадка. Эта величина измеряется как отношение силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.

Необходимо помнить, что при слишком высокой плотности тока образуется большое количество порошковых отложений, негативно влияющих на качество покрытия. Именно поэтому процесс гальванизации требует постоянного контроля.

Слой готового гальванического покрытия может иметь толщину от 6 до 20 мкр – она определяется особенностями участвующих в гальванизации материалов. Уровень адгезии металлического сплава с поверхностями определяется с помощью специальных тестов.

Виды гальванических покрытий

В зависимости от назначения гальванические покрытия подразделяются на следующие виды:

• Защитные: служат для изоляции металлических изделий от механических повреждений и воздействия агрессивных сред

• Защитно-декоративные: предназначены для защиты деталей от агрессивных и разрушающих внешних факторов, а также для придания им эстетичного внешнего вида

• Специальные: служат для улучшения определенных характеристик поверхностей, например, повышения износостойкости и твердости, электроизоляционных, магнитных свойств

В некоторых случаях гальванизация применяется для восстановлении изначального вида изделий после их длительной эксплуатации.

Гальваническое покрытие позволяет создавать точные копии деталей, которые обладают даже очень высокой сложностью рельефа. Данный процесс называется гальванопластикой.

Меднение

В качестве покрытия используется медный купорос. Такая обработка способствует повышению прочности металлических изделий и повышению их токопроводящих свойств. Металлы с медным покрытием используются для производства электропроводников.

Хромирование

Данная процедура повышает прочностные характеристики металлов, а также их сопротивляемость различным агрессивным воздействиям. Помимо этого, она улучшает внешней вид деталей и восстанавливает поврежденные элементы.

В зависимости от технологии выполнения хромированное покрытие может обладать различными свойствами и параметрами. Например, серое матовое увеличивает твердость металла, блестящее повышает его износостойкость, молочное пластичное придает эстетичный внешний вид и усиливает стойкость к коррозии.

Цинкование

Самая популярная операция гальванизации. Тонкий слой цинка придает металлам блеск и предотвращает образование коррозии. Цинкование особенно популярно в строительной и автомобильной индустрии. Цинк используется для обработки трубопрокатных изделий, емкостей, опорных и кровельных конструкций, кузовных деталей автомобилей.

Железнение

Используется для усиления прочностных характеристик легкоизнашиваемых деталей, например, из меди. Такое покрытие практически не подвержено воздействию коррозии.

Никелирование

Данный метод обработки является оптимальным для придания металлам устойчивости к воздействиям окружающей среды. Слой никеля надежно защищает изделия от коррозии, возникающей вследствие загрязнения щелочами, кислотами, солями. Никелированные детали отличаются очень высокой стойкостью к истиранию и механическим повреждениям.

Латунирование

Используется для защиты металлов от воздействия коррозии. Кроме того, слой латуни обеспечивает лучшую адгезию металлических деталей с резиной.

Серебрение и золочение

Эти операции применяются в ювелирном деле, радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Серебро и золото придают поверхностям презентабельный внешний вид, высокие отражающие свойства, предотвращают коррозию, улучшают токопроводящие свойства, повышают твердость и защищают от агрессивных внешних факторов.

Родирование

Слой родия увеличивает сопротивляемость деталей воздействию химически агрессивных сред, а также придает им дополнительную механическую стойкость. Родирование предотвращает окисление, потускнение изделий из серебра.

Покрытие оловом

Олово увеличивает прочность и твердость металлических деталей. Гальванизация этим материалом применяется для алюминия, цинка, стали и меди.

Промышленное применение электролиза

Электролиз широко используется в следующих сферах промышленности:

• Выделение и очистка металлов.
• Получение алюминия, магния, натрия, кадмия.
• Получение щелочей, хлора, водорода.
• Очистка меди, никеля, свинца.
• Процессы напыления защитных покрытий с целью защиты металлов от коррозии.лектролиз (от греч. «лизис» – разложение, растворение, распад) – это совокупность физико-химических явлений на находящихся в жидкости электродах при прохождении электрического тока. Например, погрузив в воду два электрода и подключив их к источнику постоянного тока, мы обнаружим, что вокруг электродов выделяются пузырьки – это газы водород и кислород. При их образовании уменьшается масса воды, то есть она разлагается на входящие в её состав элементы.

Если электроды погружать не в воду, а в растворы или расплавы солей, кислот и щелочей, то можно наблюдать выделение других газов и даже твёрдых веществ, оседающих на поверхности электродов. По этой причине электролиз широко применяют в технике. Рассмотрим самые важные направления его применения. Но перед этим запомним, что электрод, присоединяемый к «+» источника тока, называют анодом, а электрод, присоединяемый к «–» источника тока, называют катодом.

Получение рафинированной меди.

Электрометаллургия

Электролитическим путём в промышленности получают многие металлы: алюминий, медь, магний, хром, титан и др. Например, для получения чистого алюминия в специальную металлическую ванну вливают расплавленную при 900 °С руду, содержащую алюминий в химически связанном виде (обычно в виде оксидов). В ванну опускают угольные стержни, которые служат анодами, а сама ванна – катодом. При прохождении тока через расплав на дне ванны выделяется жидкий алюминий, который сливают через отверстие внизу ванны.

Электрометаллургия.

Рафинирование (очистка) меди

Медь, применяемая в электро- и радиотехнике для изготовления проводников, должна быть чистой, поскольку примеси уменьшают электропроводность. Для очистки меди от примесей в электролитическую ванну заливают раствор сульфата меди II (устаревшее название – медный купорос) и опускают две пластины: анод – толстую пластину из неочищенной меди и катод – тонкий лист из чистой меди.

При пропускании электрического тока анод постепенно растворяется, примеси выпадают в осадок, а на катоде оседает чистая медь. Аналогичным способом получают и другие чистые металлы – никель, свинец, золото.

Гальваностегия

Для придания изделиям красивого внешнего вида, прочности или для предохранения от коррозии, их покрывают тонким слоем какого-либо металла: никеля, хрома и др. Для этого изделие тщательно очищают, обезжиривают и помещают как катод в электролитическую ванну, содержащую соль того металла, которым желают покрыть. Для более равномерного покрытия полезно применять две пластины в качестве анода, помещая изделие между ними.

Результат гальваностегии.

Гальванопластика

Это электролитическое осаждение металла на поверхности какого-либо предмета для воспроизведения его формы. Для этого с предмета сначала снимают слепок (из воска или гипса) и покрывают его токопроводящим слоем, например, слоем графита. Подготовленный таким способом предмет помещают в качестве катода в ванну с раствором соли соответствующего металла. При включении тока металл из электролита оседает на поверхности предмета. Гальванопластику используют для изготовления неограниченного числа точных копий того изделия, с которого был снят слепок.

Гальванополировка

Если резное металлическое изделие поместить в раствор электролита и включить ток, то наиболее сильное электрическое поле образуется у микроскопических выступов на поверхности этого изделия. Если оно подключено к «+» источника тока, то наиболее интенсивно ионы металла будут «вырываться» именно из выступов, и поверхность металла выровняется.

Будет интересно Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

Электрофорез

От греч. «форезис» – перенесение), это лечебная процедура. Электроды накладывают на тело человека. Между телом и электродом помещают бумагу или ткань, пропитанную электропроводящим лекарственным препаратом. При включении тока начинается движение заряженных частиц из бумаги или ткани в кожу, а затем в тело человека. Так происходит процесс ввода лекарств, скорость которого можно регулировать, изменяя силу тока. Электролиз применяют также и для синтеза различных неорганических и органических веществ; это изучается в отдельной науке – электрохимии.

Технология гальванизации

Гальванические покрытия требовательны к подготовке поверхностей. Перед началом работ требуется провести тщательную очистку и обезжиривание деталей.

Для металлических поверхностей рекомендуется использовать органические растворители, которые не вызывают коррозии, например Очиститель металла MODENGY

Он эффективно удаляет нефтепродукты, силиконовые масла, консервационные составы, адсорбированные пленки, газы, влагу и другие виды загрязнений. Испаряется быстро и без остатка.

Гальваническое покрытие выделяет все сколы, царапины и раковины поверхностей, поэтому обрабатываемое изделие должна быть идеально подготовленным.

Далее рассмотрим технологию гальванизации.

На деталь, погруженную в емкость с электролитом, подается отрицательный заряд, в результате чего она становится катодом. Отдельно стоящая металлическая пластина получает положительный заряд и берет на себя функцию анода.

Именно эта пластина служит для образования покрытия. При замыкании электрической сети металл с нее растворяется в электролите и направляется к катоду, где образует равномерную тонкую пленку.

Данный способ гальванизации называется анодным. Благодаря ему при возникновении очагов коррозии разрушается именно гальваническая изоляция, а защищаемый металл в течение длительного времени остается нетронутым.

Существует еще один метод гальванизации – катодное напыление. Он применяется гораздо реже. При нарушении целостности такого покрытия возрастает интенсивность разрушения металла под ним. Этому способствует сама технология нанесения.

Электролит – это проводящий раствор, благодаря которому металлы попадают на катод с анода. Размер емкостей для этой жидкости может быть разным и зависит от производственных задач.

Детали больших размеров находятся в объемных ваннах в подвешенном состоянии. На более мелкие изделия гальваническое покрытие наносится в барабанных емкостях, где отрицательный заряд подается на барабан, который вращается в электролите. Для обработки деталей очень маленького размера (метизы, крепежные элементы) используются колокольные наливные ванны. В процессе работы они вращаются с низкой скоростью, в результате чего детали равномерно покрываются защитным покрытием.

Большое значение имеет плотность тока, который проходит через электролит. Он влияет на структуру формируемого осадка. Данная величина измеряется отношением силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.

При слишком большой величине плотности порошковых отложений много, а при низкой – его вообще не образуется. Это сказывается на качестве конечного покрытия. Именно поэтому процесс гальванизации требует постоянного контроля.

Гальваническая обработка металла: особенности покрытия

Гальваника представляет собой особый электрохимический процесс, при котором применяется электролит, электроток, пара электродов и обрабатываемый элемент. Это уникальная технология, предназначенная для обработки изделий из металла. Электролит является жидким веществом с высокой токопроводностью, из которого под воздействием электротока выделяются частицы металлического сплава, оседающие на обрабатываемом элементе и формирующие на его поверхности защитную пленку.

• Суть процесса
• Цели гальванического покрытия металла
• Материалы и оборудование
• Преимущества и история развития

Покрытия гальванического типа создаются не банальным нанесением металлического слоя, а путем проникновения частиц внутрь поверхностных слоев элемента.

https://youtube.com/watch?v=WmRXIChznbw

Обработка

Гальванизация происходит по следующей схеме:

1. Ванна заполняется электролитом.
2. На аноды подается напряжение через плюсовые контакты.
3. Электролитический раствор нагревается до рабочей температуры.
4. На заготовке закрепляется минусовой контакт, она медленно погружается в ванну.

Длительность проведения технологического процесса зависит от размеров изделия, его формы, требуемой толщины защитного слоя. После проведения гальванизации нужно выполняется ряд дополнительных процедур:

• осветление поверхностей;
• покрытие лаками или красками;
• пассивирование;
• полировку.

При желании гальванику можно выполнить в домашних условиях. Для этого необходимо подготовить ряд материалов, инструментов, оборудования:

• стеклянный стакан;
• песочную бумагу;
• 1–2 литра воды;
• глубокий пластиковый контейнер;
• сульфат цинка;
• уксус, перекись водорода;
• кусок меди;
• подготовленную металлическую заготовку;
• блок питания на 3–6 вольт;
• тканевую бумагу, провода;
• цинк из батареек.

Проведение работ с ионным электролитом:

1. Равные части перекиси водорода, уксуса нагреть, перемешать.
2. Растворить кусок меди в готовом составе. Посиневшую жидкость можно использовать для проведения работ.
3. На блоке питания закрепить зажимы с проводами.
4. Плюсовую клемму закрепить на куске меди, лежащем в электролите, минусовую на подготовленной металлической поверхности.
5. Включить блок питания.

Толщина слоя зависит от условий эксплуатации изделия:

1. Легкие — кратковременное воздействие агрессивных веществ. Оптимальная толщина защитной пленки — от 7 до 15 мк.
2. Средние — предметы подвергаются воздействию влажности, морской воды, промышленных отходов. Оптимальная толщина слоя — от 15 до 30 мк.
3. Жесткие — изделия постоянно испытывают повышенную влажность, воздействие кислот, солей, щелочей, химических веществ. Оптимальная толщина пленки — от 30 до 45 мк.

При проведении гальваники своими руками нельзя забывать про безопасность. Работать нужно в перчатках, защитной одежде, респираторе, очках. Рабочее место должно быть очищено от воспламеняющихся жидкостей, материалов. В помещении нужно продумать система вентиляции.

Гальваническое покрытие защищает металлические поверхности от коррозии, восстанавливает поврежденные места, улучшает их вид. Для его нанесения применяются разные виды металлов. Работы проводятся на специализированном оборудовании, но при желании их можно выполнить в домашних условиях.

Гальваника в домашних условиях

При небольших затратах времени и усилий можно обработать металлическую поверхность гальваникой в домашних условиях. Это производится такими путями:

1. Совместно с ионным электролитом.
2. С муриевой кислотой.
3. С совместимыми металлами.

С ионным электролитом

При домашней гальванизации необходимо заранее оценить, какую реакцию ожидается получить. Это влияет на тип материала для анода и состав раствора электролита.

Необходимо оценить состав раствора электролита.

Атомы, которые постепенно присоединяются к образцу, должны присутствовать в рабочей смеси. Поэтому для получения красивого серебряного или золотого покрытия в электролит нужно включить соответствующие примеси.

С муриевой кислотой

Этот компонент является соляным веществом с формулой HCI. Обработка с применением такой смеси выглядит так:

1. К источникам питания подключается отрезок меди и стальной образец с соблюдением полярности.
2. В резервуар погружается электролит, созданный на основе воды и соляной кислоты, смешанных в пропорции 5:1.
3. 2 элемента опускаются в смесь, а зажим на образце соединяется с местом гальванизации.
4. Состав периодически размешивается. Это необходимо для поддержания равномерности слоя.

С различными металлами

Разные способы обработки одного типа металла другим посредством электрохимической реакции реализуются на одном станке в домашних условиях. Чтобы провести такие работы, необходимо определиться с технологией гальванизации и видом материала для нанесения защитного слоя.

Способы обработки металла реализуются в домашних условиях.

Меры предосторожности

Поскольку электролит является токсичным и опасным веществом, при любых домашних работах с ним нужно соблюдать ряд мер предосторожности. Опасность для организма представляют вредные пары, выделяющиеся при нагреве рабочей смеси и его химических реакциях

Кроме того, во время гальванизации есть риск поражения электрическим током, особенно если схема не заземлена. Под воздействием высоких температур пластиковые ванны подвергаются повреждениям.

Оцинковка кузова авто батарейкой в гаражных условиях

У машины чаще всего после зимы начинают «гнить» места, где застаивается вода и оголен металл. Это пороги, днище, кромки дверей, колесные арки, крышка багажника, рама с номерным знаком и другие элементы. Удаление очагов коррозии и повторная покраска даст лишь временный эффект. Поэтому, чтобы уберечь автомобиль от ржавчины на долгие годы, его стальную конструкцию покрывают гальванической пленкой.

Самостоятельная оцинковка авто

Если обратиться в СТО, то оцинковать «горячим» способом или «лужением» стоит от 30-80 тыс. рублей. Но можно сэкономить на обслуживании и получить неплохую защиту от ржи в «домашних» условиях». Гальваническая обработка металла подручными средствами обойдется в пределах 300-600 рублей.

Особенности работы

Сначала надо удалить ржавчину и нанести цинковую «корочку» на участки автомобиля. Понадобятся следующие приспособления:

Нельзя забывать об экипировке. Резиновые перчатки уберегут ладони от кислотных ожогов, а респиратор и очки защитят от проникновения ядовитого дыма при обработке.

Этапы работы

Сперва надо собрать электролитный набор. Порядок действий:

В случае использования паяльной кислоты или готового раствора, насыщенного цинком, шаг 2-4 следует пропустить.

Следующий этап — удаление остатков коррозии и нанесения цинковой пленки. Рабочая температура в помещении должна быть в диапазоне 5-40 °C.

Во время работы можно услышать шипение и заметить дым. Это химический процесс перетекания цинка с электролита на стальную поверхность машины. На ней образуется серебряная пленка толщиной 5-20 мкм.

Завершающий этап — промывка и нанесение финального покрытия. Для этого надо сделать следующее:

В результате обработанный участок металла даже с небольшими сквозными отверстиями получит устойчивость к негативному воздействию влаги и химических реагентов.