Гальваническое покрытие. Виды и материалы. Особенности

Гальваническое покрытие или гальванизация металлических поверхностей проводится с целью их защиты от коррозии и других разрушающих факторов. Нанесение на изделия тонкого слоя металла (металлизация) не только защищает их от воздействия влаги, но и существенно улучшает внешний вид. Гальваническая обработка – надежная гарантия того, что имеющий его предмет или заготовка прослужат достаточно долго, не потеряв при этом своей привлекательности.

Как появилась технология под названием «гальваническое покрытие»

Метод гальванизации посредством металлов был открыт в начале девятнадцатого века ученым из России Б. С. Якоби, который задался целью улучшить механические свойства некоторых материалов. В ходе своих опытов он испробовал множество различных методик, пока не получил ожидаемый результат. Итогом работы ученого стала совершенно новая технология, получившая название «гальваническая обработка металлов» или гальванопластика.

После ее открытия и промышленного освоения эта методика нашла широкое применение в следующих сферах:

• Изготовление (чеканка) монет.
• Производство типографского инструмента.
• Изготовление отдельных деталей для промышленного оборудования и бытовой техники.

Со временем усовершенствованная технология позволила разработать метод покрытия деталей и заготовок микронным защитным слоем в электролитических растворах олова, меди, цинка и других металлов.

Порядок проведения операций электролитической гальванизации

Получить качественное гальваническое покрытие с использованием жидкого электролита удается лишь в том случае, если при его нанесении соблюдается определенная последовательность действий. В общем случае эта процедура включает в себя следующие этапы:

• Подготовка электролитического раствора нужного состава.
• Подключение к заготовке отрицательного электрода (катода).
• Ее полное погружение в электролит.
• Подача плюса источника питания на ванну с рабочей жидкостью.

Для подготовки электролитического раствора используются заранее подобранные химические компоненты с ионами металлов. Их выбор определяется характером задач, стоящих перед мастером по гальванопластике. Учитываются такие параметры будущего покрытия, как толщина защитного слоя и структура обрабатываемой поверхности заготовки. В зависимости от этих факторов, а также от назначения данного изделия готовится смесь определенного состава и консистенции.

Перед погружением в подготовленный раствор поверхность заготовки тщательно зачищается наждачной бумагой, позволяющей удалить с нее следы загрязнений. Затем к ней с помощью болтового соединения подключается минус источника питания. После этого заготовка опускается в жидкость таким образом, чтобы ее поверхность полностью скрылась в электролите. Для запуска электролизного процесса на проводящий ток корпус ванны от источника питания подается плюсовое напряжение. По завершении этих операций обрабатываемая поверхность превращается в катод, а налитая в ванну электролитическая жидкость становится анодом.

Процесс гальванизации

После подачи напряжения по образовавшейся цепи анод-катод начинает течь постоянный ток. Он создается ионами металла, растворенного в электролите перед его заливкой в рабочую емкость. Положительные частицы выбранных металлических примесей мгновенно устремляются к катоду (поверхности заготовки) и прочно оседают на ней.

Функцию подвижных ионов в растворе чаще всего выполняют цинковые, хромовые или медные элементы, оседающие на заготовке и формирующие тонкий слой. Длительность гальванизации выбирается с учетом того, какой толщины защитное покрытие требуется получить по ее окончании. Чем толще слой пленки, наносимой на изделие – тем дольше должна продолжаться эта операция.

С какой целью наносится гальваническое покрытие

Задачи, которые решаются при нанесении защитного покрытия этим методом, могут быть самыми разными. Чаще всего эта процедура используется в следующих целях:

• Формирование привлекательного на вид и защищающего металл хромированного покрытия.
• Оцинкование поверхностей строительных заготовок и отдельных деталей.
• Получение точных копий изделий методом гальванопластики.

В первом случае применяется анодный метод нанесения тонкой пленки хрома на поверхность обрабатываемой детали. Полученное покрытие надежно защищает изделие от коррозийного разрушения и обеспечивает ему привлекательный внешний вид.

Во втором случае на поверхности «черных» металлов анодным методом наносится защитный слой на основе цинка. Обработанным таким образом изделиям (их называют оцинкованными) не страшны никакие разрушающие воздействия, включая коррозию и химически активные реагенты. Эту методику применяют при производстве различных строительных конструкций, а также при изготовлении металлических труб, промышленных станков и автомобилей.

Гальваническое покрытие, получаемое методом гальванопластики, подходит для тех случаев, когда требуется получить точную копию изделия с рифленой поверхностью и сложной структурой. Помимо этого, такой подход нередко применяется в ювелирной практике при ремонте или изготовлении украшений. Гальванизация, как метод химической обработки металлов, позволяет не только повысить декоративную привлекательность исходных деталей. С его помощью удается восстанавливать поврежденные участки поверхности металлических изделий, заметно улучшая их внешний вид.

Гальванизация методом катодного напыления

Образование защитной пленки на обрабатываемой заготовке возможно и без использования жидкого электролита методом так называемого «катодного напыления». Этот способ не полностью соответствует понятию «гальваника», предполагающему наличие жидкого электролита, но очень близок к нему по процессу нанесения покрытия.

Суть этого подхода состоит в принудительном отделении молекул нагреваемого металла под действием приложенного потенциала с одновременным впрыскиванием разреженной газовой смеси. Оторвавшиеся от катода частицы разгоняются до высокой скорости и оседают на рабочей поверхности подложки (заготовки), образуя тонкий защитный слой.

Плюсы и минусы двух технологий

Метод катодного напыления привлекателен своей относительной простотой и сравнительно небольшими материальными издержками. Его основной недостаток состоит в возможности загрязнения обработанного изделия из-за непосредственного контакта частичек газа с металлом. Их соединение нередко становится причиной образования ржавчины на получившейся тонкой пленке.

В отличие от катодного напыления рассмотренный ранее метод анодирования исключает возможность образования малейших следов ржавчины на поверхности конечного продукта. В данном случае происходит диффузионное соединение двух металлов на молекулярном уровне. Единственный минус этого способа – необходимость длительной подготовки электролита.

Из каких металлов формируется гальваническое покрытие

Помимо покрытий на основе хрома и цинка при проведении гальванизации нередко используются и другие металлы или их сплавы. Это могут быть обычное железо, медь, никель, латунь, олово или родий. В особо ответственных случаях при электролизе применяются благородные металлы (золото, серебро и др.).

Гальваническое покрытие на основе железа применяется для повышения прочности поверхности обрабатываемых заготовок. Дополнительным слоем Fe покрывают детали и изделия, которые подвергаются постоянному механическому воздействию и износу.

При обработке медью используются ее щелочные или кислотные растворы, существенно повышающие защитные свойства гальванического покрытия. Применение медных добавок препятствует коррозии обрабатываемой поверхности и способствует улучшению эстетического восприятия изделия.

Никелевыми добавками чаще всего покрываются медные заготовки, а также алюминиевые или стальные изделия. Никелирование повышает защищенность поверхностей от преждевременного износа, воздействия реактивов и механических повреждений.

Получить гальваническое покрытие на основе латуни удается за счет использования электролита, состоящего из смеси калия, натрия и цинка. Латунная обработка гарантирует получение пленочного слоя, равномерно распределенного по всей поверхности заготовки. С ее помощью удается улучшить декоративные свойства металлических конструкций и создать условия для наклеивания на них резиновых накладных элементов.

Покрытие поверхностей родием существенно повышает их износостойкость, надежно защищая заготовки от действия агрессивных кислотно-щелочных сред и механических повреждений. Этот тип гальванической обработки традиционно применяется в ювелирном деле. Гальванизация поверхностей оловом (лужение) чаще всего применяется при производстве радиоэлектронных компонентов.

Гальванизация благородными металлами

Серебрение востребовано в ювелирном деле, где благодаря этой процедуре удается получать неповторимые по красоте украшения. Помимо этого гальванизация ионами серебра широко применяется в электронной промышленности при изготовлении комплектующих изделий и деталей.

Технологию золочения применяют не только при изготовлении ювелирных украшений; она также широко распространена в электронной промышленности. Так, нанесение на контакты тонкой пленки из золота повышает их проводящие свойства и улучшает эксплуатационные показатели.

Похожие темы:

• Электроэрозионная обработка. Применение и особенности
• Электростатическая покраска. Оборудование и особенности
• Электролиз. Виды и применение. Особенности процессов