Гальваническое покрытие: виды и способы нанесения

СОДЕРЖАНИЕ

• Суть технологии гальванизации
• Плюсы и минусы гальванических покрытий
• Виды гальванических покрытий
• Меднение
• Хромирование
• Цинкование
• Железнение
• Никелирование
• Латунирование
• Серебрение и золочение
• Родирование
• Покрытие оловом
• Совместимость материалов для гальванизации
• Условия эксплуатации изделий с гальваническим покрытием
• Оборудование для создания гальванического покрытия

Суть технологии гальванизации

Гальванизация представляет собой процесс электролитической диссоциации, когда на поверхность металлической заготовки наносят молекулы другого, как правило, более дорогого и коррозионно-стойкого металла. Таким образом продлевается эксплуатационный срок исходного изделия. В качестве металлов, наносимых на поверхность заготовок, чаще всего используются никель, хром, медь и цинк.

Гальваническим покрытием защищают, как правило, изделия, выполненные из черных металлов и сплавов, которые нестойки перед ржавчиной. Однако гальванизацию проводят не только для защиты, но также и для придания заготовкам декоративных свойств и необычных качественных характеристик. Например, некоторые дизайнерские элементы из стали могут быть покрыты золотом или серебром.

Гальванизация не только препятствует образованию коррозии на поверхности заготовки/детали, но также увеличивает ее износостойкость и твердость. А кроме того, улучшается термостойкость покрываемого металла, поэтому гальванизация широко применяется в отраслях промышленности, где распространены высокотемпературные технологии.

Читайте также: «Цинкование металла»

Процесс гальванизации был разработан ученым Луиджи Гальвани. Он теоретически обосновал возможность осаждения молекул одного металла на поверхности другого под воздействием электрического тока в растворе. Однако подтверждать свои выводы на практике он не стал.

А вот воплотил эту технологию, что называется, «в металле», Мориц Герман, который известен в нашей стране, как Борис Якоби (после переезда в Россию он сменил имя и фамилию). Именно он построил первую в мире гальваническую ванну и провел успешные испытания с медным раствором. Его готовый труд с полным описанием технологического процесса вышел в 1840 году.

Процесс гальванического покрытия металла состоит из нескольких этапов:

1. Подготовка электролита в соответствии с требуемыми характеристиками покрытия.
2. Погружение электродов (анодов) в электролит. Требуемый уровень напряжения подается от источника постоянного тока.
3. Медленное погружение в электролит обрабатываемой заготовки. Ее подключают к катоду.

Читайте также: «Анодное покрытие»

При замыкании электрической цепи катионы металла в составе вещества электролита разрывают химическую связь и оседают на катоде, то есть на заготовке. Покрытие при этом будет отличаться крепчайшим сцеплением с поверхностью, а главное, для его образования требуется совсем немного вещества (оно, как правило, намного дороже металла заготовки).

Плюсы и минусы гальванических покрытий

Каковы же преимущества данной технологии перед другими способами защиты от коррозии?

• Равномерность нанесения гальванического покрытия по всей площади поверхности заготовки. А кроме того, покрытие будет отличаться высочайшей адгезией вне зависимости от того, какие металлы участвуют в процессе в качестве защитного слоя и основы (с учетом их совместимости, однако).
• Защитный слой будет равномерен по всей поверхности заготовки, какой бы сложной ни была ее форма.
• Продлеваются эксплуатационные сроки изделий/заготовок, выполненных из относительно дешевых черных (ржавеющих) металлов.
• Слой покрытия крайне стоек к любым механическим воздействиям.
• Изделия, прошедшие гальванизацию, обладают высокими эстетическими качествами и дизайнерскими характеристиками.
• Экономическая выгода. Данная технология не требует дорогостоящего оборудования и крупных затрат для старта массового производства. При этом бизнес-процесс отличается высокой рентабельностью.

Но есть и недостатки:

• Чем объемнее обрабатываемые заготовки, тем больше должна быть и гальваническая ванна. Крупногабаритные изделия требуют огромных ванн и подъемной техники. А кроме того, количество необходимого электролита увеличивается пропорционально квадрату объема обрабатываемого изделия.
• Гальванизацию можно проводить только с теми изделиями, которые физически возможно поместить в ванну. Со стационарно закрепленными объектами такой процесс, увы, неосуществим (а иногда очень даже надо).

Виды гальванических покрытий

По своему функционалу гальванические покрытия условно подразделяют на несколько видов:

• защитные (призваны предохранять изделия от механических повреждений, а главное от коррозии. Таковы, например, гальванические покрытия стали углеродистых марок и деталей из них);
• защитно-декоративные (кроме защиты от агрессивных химических проявлений внешней среды, такое покрытие призвано улучшать декоративные свойства изделия);
• специальные (в данном случае усилению подлежат определенные свойства и характеристики поверхности заготовки. Например, повышается ее твердость или электроизоляционные качества).

Иногда с помощью гальванизации восстанавливают первоначальный вид изношенных изделий после длительной эксплуатации в неблагоприятных условиях.

Кроме того, создание гальванического покрытия позволяет формировать точные копии изделий, имеющих сложный рельеф поверхности (буквально «клонировать» их). Этот технологический процесс называется гальванопластикой.

Гальванизацию также классифицируют в зависимости от того, какой металл используется для образования финального покрытия:

Меднение

В качестве электролита используется медный купорос. В процессе протекания через него постоянного электрического тока катионы меди осаждаются на поверхности обрабатываемой таким образом заготовки. Гальваническое покрытие деталей медью придает ей лучшие токопроводящие свойства, что определяет основную сферу их применения – электромеханика.

Хромирование

Здесь повышаются прочностные характеристики поверхности заготовки, а кроме того, изделие оказывается полностью защищенным от коррозии, и даже восстанавливаются ранее возникшие поверхностные дефекты. Также совсем иными становятся эстетические характеристики обрабатываемых предметов – они получаются буквально блестящими, сверкающими.

Читайте также: «Металлические ограждения для лестниц»

Различают несколько технологий хромирования, в зависимости от цвета гальванического покрытия:

• серое матовое хромирование усиливает твердость поверхности;
• блестящее – повышает износостойкость;
• молочное пластичное хромирование улучшает внешний вид.

Но все рассмотренные типы одинаково качественно предохраняют изделие от коррозии.

Цинкование

Цинкование, или «оцинковка», является наиболее часто встречаемой технологией гальванизации. Это объясняется относительно невысокой стоимостью цинка (по сравнению с тем же хромом), а защитные качества получаемого таким образом покрытия ничем от хромового не отличаются. Цинкование широко используется при антикоррозийной обработке кузовов автомобилей, но иногда эта технологическая процедура применяется и в строительстве, и в металлургии (для обработки внутренних поверхностей водопроводных труб), и при производстве кровельных материалов, а также всевозможных металлических емкостей.

Железнение

Данный тип гальванизации применяется для усиления прочности поверхности изделий, выполненных из более пластичных металлов (например, из меди).

Никелирование

Никелевое покрытие надежно защищает изделие от коррозии (делает его практически вечным), значительно повышает износостойкость его поверхности, а также придает замечательные декоративные свойства.

Латунирование

Помимо защиты от коррозии, слой латуни выполняет еще одну немаловажную функцию – он способствует лучшей адгезии металла с резиной.

Читайте также: «Ограждения пожарных лестниц»

Серебрение и золочение

Сферы применения данной технологии – это ювелирное дело, а также производства радиодеталей и электронных компонентов. Серебро, а особенно золото, придает любому изделию высокие декоративные характеристики, а также улучшает отражательные и токопроводящие свойства. И разумеется, столь же эффективно, как хром или никель, обеспечивают защиту изделия от коррозии.

Родирование

Родий не просто защищает предметы от коррозии, такое покрытие практически незаменимо, если деталь работает в агрессивных средах. Кроме того, поверхности изделия сообщается дополнительная стойкость ко всяческим механическим воздействиям. Родий и сам не окисляется, и покрываемому объекту окислиться не дает, что особенно важно, если, например, речь идет об изделиях из серебра.

Покрытие оловом

Помимо защиты от коррозии, оловянное покрытие усиливает твердость поверхности заготовки. Обычно гальванизацию оловом применяют в отношении изделий из алюминия, цинка и меди.

Совместимость материалов для гальванизации

Даже если какой-либо металл инертен к коррозионному воздействию воды и кислорода, далеко не факт, что сплав такого металла будет обладать теми же характеристиками. При подготовке к гальванизации следует помнить о совместимости металлов. А некоторые из них вообще вместе соединять нельзя.

Очень трудно, например, наносить гальваническое покрытие на любые изделия из алюминия. Ведь на его поверхности всегда присутствует оксидная пленка (Al2O3) с совсем иными физическими и химическими свойствами, чем у самого металла. В частности, она сильно затрудняет адгезию катионов любого вещества из электролита.

Поэтому для проведения гальванизации с алюминиевыми изделиями используют соединения электролитов. В итоге образуются следующие виды пленок:

• никель – медь – хром;
• хром – никель;
• олово – свинец;
• олово – медь;
• латунь;
• цинк.

Условия эксплуатации изделий с гальваническим покрытием

В действующих ГОСТах по гальваническим покрытиям четко прописаны все их минимальные толщины для конкретных условий и металлов. Различают следующие эксплуатационные условия:

• очень тяжелые (изделие находится под воздействием агрессивных химических сред и высоких температур. Здесь, как правило, требуются максимально возможные толщины гальванических покрытий);
• тяжелые (изделие длительно контактирует с водой в присутствии кислорода, кроме того, возможно воздействие иных неагрессивных химических веществ);
• умеренные (изделие не контактирует длительное время с водой и не находится в агрессивных средах. Нанесение покрытия может осуществляться наиболее экономичным способом);
• легкие (наиболее красноречивым примером здесь являются изделия из разряда бижутерии и ювелирные. Условия их эксплуатации понятны).

Оборудование для создания гальванического покрытия

Технологии гальванических покрытий разными металлами требует не только отличающихся по своему химическому составу электролитов, но также и обеспечения отдельных температурных режимов. Кроме того, требуется специфичное оборудование и столь же особенные расходные материалы высокой химической чистоты. Перечислим, какие коммуникации и устройства нужны для процесса гальванизации:

• гальванические ванны (они наполняются раствором электролита, а после этого в них помещают электроды: аноды и обрабатываемое изделие, подключенное к катоду);
• источник постоянного тока с регулятором мощности и выходного напряжения;
• нагревательное устройство, с помощью которого можно будет поддерживать температурный режим во время гальванизации.

Особое внимание нужно уделять анодным пластинам. Именно они, постепенно растворяясь под воздействием электрического тока, восполняют убывающий металл во время процесса гальванического покрытия. Поэтому очень важно, чтобы материал, из которого сделаны аноды, имел высокий класс химической чистоты.

Читайте также: «Лестница на металлическом каркасе»

Отдельной проблемой является хранение электролитов. Это весьма опасные реактивные химические вещества, контакт которых с воздухом нужно минимизировать, а в идеале вообще предотвращать (во избежание скопления ядовитых паров и опасности взрыва). И разумеется, очень важно использовать корректное количество электролита, для чего необходимы электронные весы.

Как бы аккуратно ни хранились электролитные растворы, при наполнении гальванических ванн появление опасных испарений неизбежно. Поэтому необходимо, чтобы помещение с гальванической ванной обладало эффективной вентиляцией. А кроме того, работу с такими опасными веществами должны осуществлять исключительно компетентные, квалифицированные сотрудники.

Читайте также: «Полочные стеллажи»

Соблюдение правил техники безопасности должно быть поставлено во главу угла. Все сотрудники, вовлеченные в процесс гальванизации, обязаны иметь и использовать:

• респираторы;
• защитные очки;
• плотные резиновые перчатки;
• клеенчатые фартуки и защитную обувь.

Проведение процедуры гальванизации в домашних условиях чревато получением химических ожогов. Поэтому, прежде чем браться за дело, необходимо проштудировать специализированную литературу как относительно корректной подготовки оборудования, так и по теме требований безопасности.