Гальваника металла и технология гальванизации

Гальваника – это электрофизический процесс и наука, его изучающая. Они названы в честь итальянского ученого Л.Гальвани, создавшего прототип электрического аккумулятора, благодаря чему стало возможно получать постоянный ток достаточной мощности. Изучение электрических процессов активизировалось после изобретения в 1800 г. П.А.Вольта «Вольтова столба» – первого химического источника тока. В 1805 году Луиджи Бругателли систематизировал результаты опытов по прохождению электрического тока через жидкие составы, основав тем самым науку электрохимию, разделом которой и является гальваника.

Явление гальванизации, или гальванопластики, было открыто русским учёным Б.С.Якоби в 1837 году, при проведении экспериментов с медно-цинковым гальваническим элементом. Экспериментатор заметил, на катоде образовывался слой фольги, который полностью повторял рисунок микроцарапин на медных же стенках сосуда. В 1842 году, благодаря цианистому раствору в гальванизационной ванне, удалось осадить бронзовое покрытие, и с тех пор, варьируя составы и токи, созданы технологии нанесения покрытий из множества металлов и сплавов.

В России в 1844 году был открыт первый гальванизационный завод, и вплоть до 1910 года завод оставался единственным, хотя существовало множество мелких, кустарных цехов. В советские времена, в 20-х годах, благодаря усилиям академиков Н.Т.Кудрявцева и В.И.Лайнера гальванизационные цеха на производствах стали создаваться повсеместно.

В настоящее время перед гальваникой  ставятся цели разработки покрытий со специальными свойствами: отражающими, магнитными, высокопроводимыми, сохраняющими пайкость при долгом хранении на воздухе и др.

Суть процесса гальваники

Гальваника металла – способ его обработки при помощи пропускания через помещенную в ванну с раствором соли другого металла заготовку, электрического тока. Целью процесса является получение новых свойств заготовки, в результате осаждения на нее атомов другого вещества. Как правило, на заготовку из прочного металла наносят слой дорогого, и даже драгоценного, металла (серебра, родия, золота).

Металл гальванизируют в эстетических целях, для защиты от коррозии, придания износоустойчивости, прочности и т.д.

В производстве гальванику используют для придания заготовке свойств осаждаемого металла (блеска никеля или золота, прочности хрома). Это очень выгодно, т.к. толщина слоя покрытия всего несколько сотен молекул, следовательно, налицо огромная экономия. В примере с хромом, наносимым на сталь, получается не восприимчивая к коррозии, блестящая и износостойкая деталь, благодаря свойствам хрома. Но изготовить её из самого хрома нельзя – он очень хрупок.

Деталь погружают в ванну с электролитом, подключают к ней катод, а анод опускают в электролит. После подключения к источнику постоянного тока ионы металла в соляном электролите отрываются от остатка и равномерно оседают на катоде (детали).

Заметим, что другие способы нанесения покрытий, такие как распыление пульверизатором, краскопультом, не дают возможности добиться равномерности покрытия. Гальваническое покрытие отличается высокой адгезией – атомы покрывающего вещества практически встраиваются в материал заготовки. Можно получать не только сверхтонкие, но и довольно толстые слои – все зависит от времени обработки, концентрации раствора и силы тока.

Производственные этапы гальваники металла

Перед началом производится тщательный осмотр детали на предмет выявления трещин, сколов, иных дефектов, наличия гравировки – это дает возможность специалисту правильно подобрать состав электролита. Сложные детали необходимо разобрать, а при требовании к глянцевости поверхности – отполировать.

Затем производят очистку детали от возможных следов ржавчины и обезжиривание в растворителе или щелочных растворах. Иногда возникает необходимость в протравливании детали.

На основе желаемой толщины и материала покрытия составляется раствор, который заливают в гальванизационную ванну.

К детали и ванной (либо проводнику, погруженному в неё) подсоединяются электроды: деталь – к отрицательной клемме (катод), ванна к положительной (анод). Деталь плавно опускается в ванну и включается подача электрического тока через устройство, позволяющее контролировать и регулировать напряжение и силу тока. Обязательное условие – проводить процесс можно только в помещении с проточной вентиляции, используя средства индивидуальной защиты (резиновые перчатки, фартук или комбинезон, защитные очки).

Качественная гальванизация требует постоянной температуры, поэтому рекомендуется наличие термометра внутри раствора и подогревателя (зачастую включаемого автоматически), чтобы поддерживать заданную температуру.

Следует помнить, что покрытие интегрируется в структуру металла, поэтому при некачественной гальванизации для повторения процесса его придется удалить. К сожалению, сделать это возможно только механическими способами, вместе с верхним слоем материала детали.

По окончанию процесса отключают подачу электрического тока, деталь извлекают из раствора и промывают в большом количестве проточной воды.

Преимущества и недостатки гальваники

Преимущества метода таковы:

• Покрытие может наноситься на заготовки из любого металла, любых размеров и форм.
• Слой покрытия прочно соединяется с деталью, имеет плотную равномерную структуру.
• Толщина такого слоя может регулироваться в широких пределах.
• Технология хорошо отработана и проста в применении даже в домашних условиях.
• Это дешевый и качественный способ придания детали внешнего вида и свойств других, даже драгоценных металлов.

Из недостатков способа можно отметить:

• Длительность процесса, его низкая производительность, зачастую требуется подстройка параметров под каждую новую деталь, постоянный контроль плотности электролита в ванной и его возобновление в случае перехода нижнего порога концентрации.
• Невозможность применения к крупным деталям ввиду ограничения по объёму ванны.
• С увеличением размера детали в прогрессии растёт потребление электроэнергии.