Первые эксперименты с электрическим током европейские учёные проводили уже в 17 столетии. Но взаимодействие физических и химических процессов было изучено позже — и в 1800 году появился новый способ обработки металлов: гальваника. Принцип этого метода заключается в том, что электричество не просто участвует в реакции, но и способно кардинально изменить механические свойства вещества.
Практическое применение новой методики начинается с 1939 года. Первым «заданием» гальванопластики стало участие в изготовлении металлических стереотипов, необходимых для денежной реформы. Вскоре начались и творческие процессы — работа с предметами не только из меди, но и бронзы, золота, серебра.
Алгоритм (как, впрочем, и конкретная рецептура) подбирались эмпирическим путём. Вскоре, в середине 19 века, был запатентован метод никелирования. А развитие автомобильной индустрии стало расцветом для гальванической теории и практики. И теперь эта технология превратилась в один из разделов электрохимии, а основной методикой стали процессы осаждения оксидов и металлов на изделиях самой различной формы и назначения.
Для чего гальванический способ обработки используется сегодня
Защитная металлическая плёнка, которая появляется в результате гальванических процессов, выполняет три основные задачи:
- Расширяет функциональность обработанных предметов.
- Придаёт поверхности необходимые химические и физические свойства.
- Создаёт презентабельную внешность изделий.
Гальваника нашла широкое распространение не только в промышленности и механической обработке металла, но и в автотюнинге: она позволяет успешно защищать транспорт от главного врага металла — коррозии. Электрохимическая полировка продлевает срок эксплуатации техники и одновременно служит декоративным элементом: достаточно вспомнить хромированные «Волги» отечественного автопрома недавней эпохи.
В каких сферах невозможно сегодня обойтись без гальванической обработки:
- самолётостроение;
- автомобильная индустрия, включая реставрацию старых авто;
- промышленная и радио- электроника;
- разнообразные задачи в строительстве.
Гальваника обеспечивает важное преимущество — простота регулирования толщины металлического слоя, который наносит мастер. Его размер можно варьировать в зависимости от задач гальванирования, конкретных материалов и заложенного заказчиком бюджета.
На какие материалы возможно нанести покрытие гальваническим методом
- Медь и её сплавы
- Титан и его сплавы
- Алюминий и его сплавы
- Чугун
- Диэлектрики
- Углеродистая сталь
- Нержавеющая сталь
- Сплавы цинк-алюминий-медные сплавы
Какие металлы используются в качестве покрытия
- хром
- медь
- серебро
- цинк
- железо
- родий
- никель
- золото
- латунь
- олово
Широкое распространение гальванический метод получил не только по техническим, но и по финансовым причинам — некоторые изделия окажутся слишком дорогостоящими, если их целиком выполнить из нужного металла. А вот использование дешёвых материалов, которые будут затем покрыты металлической плёнкой, позволит получить те же самые механические и визуальные свойства, но за гораздо меньшую стоимость.
Как происходит процесс гальваники
Изделия, на которые необходимо наносить защитную плёнку, помещают в специальную ванну, наполненную электролитическим раствором. Здесь же размещены аноды (естественно, несущие положительный заряд). В качестве анода используются металлические компоненты, которым предстоит «расплавиться» в электролите и превратиться в покрытие. Обрабатываемое изделие выполняет роль катода. Под воздействием тока аноды растворяются, и частицы металла постепенно осаждаются на отрицательно заряженном изделии.
Таким методом можно работать более чем с тридцатью видами металлов и их оксидов. Большинство из них обладает высокими антикоррозийными характеристиками: например, кадмий успешно справляется с защитой оборудования в морском судоходстве. У меди другие задачи — в первую очередь после её нанесения возрастают показатели электро- и теплопроводности деталей.
Техническая база обычного гальванического цеха
Оборудование должно обеспечивать не только качественный результат, но и максимальную безопасность. Теоретически подобный процесс возможно выполнить и в кустарных условиях. Но для надёжного результата и соблюдения элементарных норм безопасности необходимо подобрать основное и вспомогательное оборудование:
- ёмкости для электролита — и в оптимальном варианте они должны быть бесшовными;
- аноды, изготовленные из того металла, который должен превратиться в покрытие готового изделия;
- электролит, точно подобранный под конкретную задачу;
- трансформатор, преобразующий переменный ток в постоянный;
- перемешивающие устройства, не вступающие в реакцию с электролитом и металлами;
- химически стойкие нагреватели.
Гальваническая ванна в современном варианте — это ёмкость с электролитом. поверхность которой для безопасности отделена материалами, не вступающими в химические реакции с наполнителем. Преимущественно это стойкие пластиковые вещества нового поколения.
Шины необходимо подбирать исходя из ампеража — как правило, они изготовлены из меди. Потребуется и мощная вытяжка — к сожалению, процесс создания гальванического покрытия далёк от экологической безопасности.
Особое внимание на производстве уделяется утилизации отходов — они обладают токсичностью, и остатки электролита не могут быть просто вылиты в канализацию.
Что происходит в гальваническом цехе
Перед началом процесса гальванической обработки изделия должны быть очищены от грязи, пыли или налёта жира. Ржавчина (как и любые оксиды) удаляется при помощи кислоты или концентрированной щёлочи. Предварительный этап — проверка изделия на наличие дефектов. В некоторых случаях потребуется дополнительно создать отверстие для крепления: погружение в электролит выполняется при помощи специальной проволоки (при выборе шины потребуется проанализировать все параметры обрабатываемой детали или конструкции).
Материал вспомогательной проволоки, её сечение и другие параметры определяет мастер в зависимости того, какой величины подаётся ток и сколько весит гальванизируемое изделие.
После каждого этапа предварительной обработки требуется тщательная промывка. И только после этого начинается непосредственно нанесение гальванического слоя: металлическая плёнка осаждается на идеально чистую поверхность. Дополнительно может потребоваться полировка и сушка изделия, но в обязательный алгоритм работы они не входят. Сушка применяется потому, что в течение первых суток после обработки металл активен и с лёгкостью впитывает посторонние вещества.
Основные преимущества, которые обеспечивает процесс гальванического покрытия:
- ровная защитная плёнка без «качелей» в любой заданной толщине;
- возможность работы с изделиями самой сложной формы;
- надёжная защита от коррозии;
- высокий показатель адгезии;
- демократичная стоимость;
- презентабельная внешность обработанных деталей.
Как и на любом производстве, заключительным этапом является контроль полученных характеристик (от адгезии до блеска, от теплопроводности до антикоррозионных качеств), и только по результатам тестирования оформляется сертификат качества. Если любой из параметров не соответствует стандарту — не прошедшее проверку изделие отправляется в повторную обработку. Каждый этап работы строго регламентирован Российским стандартом.
| ГОСТ | Значение |
|---|---|
| ГОСТ 9.308-85 | ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ |
| ГОСТ 9.309-86 | ПОКРЫТИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ |
| ГОСТ 2789-73 | ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ. Параметры и характеристики |
| ГОСТ 12.1.007-76 | Вредные вещества. Классификация и безопасность |
| ГОСТ 12.3.016-87 (2001) | Антикоррозионные работы. Требования безопасности |
| ГОСТ 9.005-72 | Допустимые и недопустимые контакты металлов |
Коротко о терминах
Врач Гальвани начал исследование, но большинство его предположений были далеки от истины. А вот физик, химик и физиолог Вольта разобрался в «электрохимических» реакциях на современном уровне, положив начало новым исследованиям. Практическое применение электролиза — заслуга адъюнкта Российской академии наук Якоби. Но название уникального метода связано именно с тем, кто впервые обратил внимание на непонятное явление.
Современное определение «гальваника» относится к общему описанию процесса. А конкретные термины указывают в первую очередь на металл, который используется в качестве анода и наносится на изделия — никелирование, латунирование. С растворимым анодом мы уже разобрались, а нерастворимый используется для того, чтобы на его поверхности происходили второстепенные (побочные) реакции. К примеру, выделение хлора или кислорода.
Основные направления современной гальваники — гальваностегия и гальванопластика. В первом случае происходит нанесение защитного или декоративного слоя металлической плёнки, во втором — создание металлического покрытия значительной толщины, цель — копирование металлического или диэлектрического предмета.
И с каждым годом появляются новые сферы применения — начиная от электроники и заканчивая изготовлением изящных ювелирных изделий. Сейчас без гальванической обработки сложно представить многие аксессуары компьютеров и рыболовных снастей, фурнитуру для одежды и канцелярские принадлежности. Но самое распространённое применение — автомобилестроение, ремонт, восстановление и производство любых транспортных средств: от раритетного Мустанга до школьного велосипеда.
