Что такое гальваника металла


Гальванические покрытия металлов: описание обработки, таблица пар

Описание процесса гальванического покрытия металла. В каких случаях применяется и с какой целью. Методы гальванирования. Применяемое оборудование и материалы для нанесения покрытий.

Операция гальванического покрытия металлов заключается в нанесении на поверхность металлического изделия тонкой пленки из такого же материала с использованием электролита. В процессе обработки детали молекулы покрывающего металла переносятся токопроводящим раствором и проникают в верхний слой изделия. В итоге происходит внедрение одного металла в поверхностное пространство другого.

Как результат, такой гальванический метод позволяет металлоизделиям приобретать дополнительную твердость, устойчивость к коррозии и износостойкость. У металла с гальваническим покрытием значительно повышается декоративность.

Для проведения гальванического процесса необходима ванна, которая является основой всего оборудования. В нее заливается токопроводящий раствор, в который помещаются 2 анода.

Для гальванизации металлов существуют линии оборудования. Устанавливаются они в отдельных цехах. Поскольку работа связана с химическими реактивами, в помещении монтируется вентиляция.

Несмотря на сложность гальванического процесса, он достаточно хорошо изучен. Поэтому его можно проводить и в домашних условиях. При этом следует помнить основное правило: общая площадь анодов должна превышать этот же параметр обрабатываемой детали.

Для чего гальванизируют металл


Во время гальванической обработки металла преследуются определенные цели. Все зависит от условий, в которых будет работать данное изделие, и требований, которые к нему будут применяться.

Цели гальванизации металла бывают следующие:

  1. Придание поверхностному слою защитных функций. Как вариант – никелирование.
  2. В целях улучшения декоративности предметов. Например, хромирование.
  3. Для получения копий деталей, отличающихся сложностью рельефа поверхности.
  4. Нашло широкое применение гальваническое цинкование продукции. Проводится оно с трубопрокатными, кровельными и строительными конструкциями. Это придает им устойчивость в условиях повышенной влажности.
  5. В ювелирном деле. Поверхностный слой украшений насыщается золотом и серебром. При этом не только улучшаются декоративные качества продукции, но и верхний слой золотых изделий увеличивает свою твердость в 2 раза.

Процесс гальванизации металлов отличается характерной особенностью. На поверхности изделий формируется пленка. Вне зависимости от сложности конфигурации ее толщина везде будет одинаковая. Это особенно важно, когда на первый план выходит внешний вид продукции.

Методы гальваники


Процесс образования защитной пленки другим металлом осуществляется двумя методами:
  1. Гальваническое катодное напыление. Такая технология покрытия металла отличается тем, что при небольшом ее нарушении происходит быстрая коррозия основного изделия. Этому процессу способствует сам поверхностный слой. В качестве примера можно привести лужение оловом.
  2. Гальваническое анодное нанесение. Относится к надежным гальваническим покрытиям. При возникновении угрозы коррозии в первую очередь начинаются разрушения в поверхностном слое. Основной металл длительное время сохраняет первоначальную форму. При этом он надежно защищен не только от внешней среды, но и от механических воздействий.

Процесс гальванического покрытия металла

Гальваническая обработка металла состоит из 3 этапов:

  1. Подготовка. Это наиболее трудоемкий процесс. В случае наличия на поверхности металла жира, заусенцев или пыли качество гальванизирования будет низким. Изделия должны быть обработаны вручную или на пескоструйной машине. При наличии остатков жира их следует обработать химическим раствором.
  2. Сам процесс гальванической обработки металла. Электролит заливается в ванну, в него помещаются 2 анода и покрываемая деталь. Проводится нагрев электролита с помощью специального устройства до температуры, указанной в технологии. Затем включается ток, который контролируется регулятором напряжения. Катодом является сама деталь. Положительно заряженные ионы движутся через электролит и оседают на отрицательно заряженном изделии, образуя поверхностный слой. Длительность второго этапа продолжается до тех пор, пока поверхностный слой металла не достигнет требуемой величины.
  3. После гальванической процедуры детали нуждаются в дополнительной обработке. Заключается она в осветлении, пассивировании или промасливании поверхности. Для этого изделия погружаются в специальный раствор с реактивами. В результате идет образование поверхностной пленки толщиной 1 мм.



При проведении процесса гальванической операции существует понятие совместимости материалов. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях это процесс идет замедленно. Но существуют пары, которые нельзя соединять вместе.

О совместимости гальванических пар таблица дает наглядное представление.

МеталлАлюминийБронзаДюральЛатуньМедьНикельОловоСплав олово со свинцомУглеродистая сталь и чугунХромЦинк
Алюминий+-+-----+-+
Бронза-+-+++ПайкаПайка-+-
Дюраль+-+-----+-+
Латунь-+-+++ПайкаПайка-+-
Медь-+-+ ++ПайкаПайка-+-
Никель-+-+++ПайкаПайка+Отсутствуют данные+
Олово-Пайка-ПайкаПайкаОтсутствуют данные+++Отсутствуют данные+
Сплав свинца с оловом-Пайка-ПайкаПайкаПайка+++Отсутствуют данные+
Углеродистая сталь и чугун+-+--++++++
Хром-+-++Отсутствуют данныеОтсутствуют данныеОтсутствуют данные+++
Цинк+-+--++++++

Используемые материалы и оборудование


Для всех видов гальванизации металла применяется однотипное гальваническое оборудование. Емкость, куда погружаются изделия из металла, называется ванной. Различие наблюдается только в разновидности электролита.

Исключение составляет холодное цинкование, совершаемое «Гальвонолом». Это жидкая суспензия, которая непосредственно наносится на металл. Отличается неустойчивостью к некоторым растворителям, поэтому нуждается в финишном покрытии.

Различается несколько групп гальванических ванн:

  1. Крупные. Рассчитаны на крупногабаритные изделия.
  2. Средние. В них нет возможности поместить большое изделие. При этом они остаются наиболее востребованными в условиях средних масштабов производства.
  3. Мелкие. В них можно проводить гальванизацию только мелких деталей.

В ванну помещаются анодные пластины. Изготавливаются из разных материалов. Их основная задача заключается в восполнении убывающего металла с изделия в процессе гальванизации.

Важными составляющими являются разновидность электролита и плотность тока. Эти параметры меняются в зависимости от вида операции.

Составы цианидных ванн для серебрения представлены в таблице.


СоставНомер электролита
1234
Цианистое серебро2630100
Цианистый натрий7070--
Цианистый калий--70100
Углекислый натрий1010--
Углекислый калий--1025
Гипосульфит натрия--0,40,5
Аммиак водный, мл/л--1-22
Едкий калий---15

Величина плотности тока оказывает влияние на структуру формируемого осадка. Измеряется как отношение силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.

Такой параметр имеет важное значение во время работы. При низкой величине плотности осадка вообще не образуется. Слишком большая его величина приводит к образованию порошкового отложения. Поэтому гальванический процесс требует контроля этого показателя.

Виды гальванических покрытий


Процессы гальванического нанесения покрытия на металл отличаются своими особенностями в зависимости от применяемого материала. К видам гальванических покрытий относятся:
  • ­ хромирование;
  • ­ цинкование;
  • ­ травление;
  • ­ золочение и серебрение;
  • ­ меднение;
  • ­ латунирование;
  • ­ гальваника алюминия.

Хромирование

Это процесс внедрения в поверхность металла хрома с использование электролита под воздействием тока. В результате изделие приобретает коррозионную устойчивость к агрессивной среде. Увеличивается твердость поверхностного слоя. Обработанные детали находят применение во многих отраслях промышленности.

Цинкование


При проведении цинкования металлическая поверхность покрывается слоем цинка. Образующаяся гальваническая пара хорошо работает в агрессивной среде. Продолжительность эксплуатации такого изделия зависит от времени разрушения цинка. До этих пор расположенный внутри металл не будет подвергаться коррозии.

Травление

Травление – это электролитическое снятие поверхностного слоя с изделия. Процедура проводится с целью обнаружения внутренних дефектов, устранения ржавчины или окислов. После такой операции часто детали подвергаются финишному покрытию. Обработанные поверхности заготовок хорошо сопрягаются друг с другом.

Золочение и серебрение

Золочение и серебрение применяются в ювелирном деле. Ванна заполняется электролитом, куда опускается обрабатываемое украшение. В электролите растворяются ионы серебра или золота. По окончании процедуры на поверхности изделия образуется тонкий поверхностный слой драгоценного металла.

Меднение


Меднение является промежуточной операцией, поскольку такая поверхность плохо противостоит коррозии. С течением времени она окисляется. В дальнейшем идет наслоение еще одного покрытия. В качестве электролитов используются щелочные и кислотные составы.

Латунирование

При работе используются цианистые электролиты меди, цинка, натрия или калия. Латунная поверхность наносится с целью улучшения декоративных качеств. Особенно это касается белого латунирования. Еще такой обработке подвергаются стальные заготовки, которые обклеиваются резиной.

Гальваника алюминия

К гальваническим покрытиям алюминия относятся сочетания:

  • ­ медь – никель – хром;
  • ­ никель – хром;
  • ­ свинец – олово;
  • ­ медь – олово;
  • ­ латунирование;
  • ­ цинкование.

Работа с алюминием и его сплавами сопровождается определенными трудностями. На их поверхностях присутствует окисная пленка, которая затрудняет процесс гальванизации.

Гальваническое покрытие металлических изделий проводится не только в промышленных масштабах. Домашние условия тоже позволяют заняться этим видом деятельности. Если у кого-то есть опыт проведения таких мероприятий, большая просьба поделиться им в комментариях к этой статье.

Как работает гальваника - объясните, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 июля 2020 г.

Не существует такой вещи, как алхимия - волшебным образом превращающая обычные химические элементы в редкие и ценные, - но гальваника, возможно, следующая лучшая вещь. Идея состоит в том, чтобы использовать электричество для покрытия относительно приземленных металл, например медь, с тонким слоем другого, более ценного металл, например золото или серебро.Гальваника имеет много других применений, помимо того, что дешевые металлы выглядят дорогими. Мы можем использовать это, чтобы сделать устойчивые к ржавчине вещи, например, для производства различных полезных сплавы, такие как латунь и бронза, и даже чтобы пластик был похож на металл. Как работает этот удивительный процесс? Рассмотрим подробнее!

Фото: Гальваника в действии - выставка в Think Tank (музей науки в Бирмингеме, Англия). Эти две вилки являются электродами, и синий раствор (сульфат меди) используется для медного покрытия одной из них.

Что такое гальваника?

Фото: Позолоченное: Когда астронавт Эд Уайт совершил первый выход в открытый космос в 1965 году, на его шлеме был позолоченный козырек, защищающий глаза от солнечного излучения. Фото любезно предоставлено НАСА в палате общин.

Гальваника включает пропускание электрического тока через раствор, называемый электролит. Это делается путем погружения двух клемм, называемых электроды в электролит и подключив их к цепь с аккумулятором или другим источником питания.Электроды и электролит состоит из тщательно подобранных элементов или соединений. Когда электричество проходит через цепь, которую они образуют, электролит расщепляется, и некоторые из атомов металла, которые он содержит, осаждается тонким слоем поверх одного из электродов - он становится гальваническим. Все виды металлов могут таким образом покрыть золотом, серебром, олово, цинк, медь, кадмий, хром, никель, платина и свинец.

Гальваника очень похожа на электролиз. (используя электричество для расщепления химического раствора), что является обратным процессу, при котором батареи производят электрические токи.Все это примеры электрохимия: химические реакции, вызванные или производящие электричество, которое дает полезные в научном или промышленном отношении конечные продукты.

Фото: Серебряные столовые приборы дороги и тускнеют; нержавеющая сталь с хромовым покрытием является хорошей заменой для многих людей. Несмотря на то, что он устойчив к ржавчине и долговечен, покрытие со временем стирается, как вы можете видеть в коричневатой области в центре этого пирогового сервера. Маркировка "EPNS" на столовых приборах является окончательным знак покрытия: это гальванический нейзильбер.

Как работает гальваника?

Во-первых, вы должны выбрать правильные электроды и электролит, определив химическая реакция или реакции, которые должны произойти, когда электрический ток включен. Атомы металла, покрывающие ваш объект, исходят из электролит, поэтому, если вы хотите что-то медить, вам понадобится электролит изготовлен из раствора медной соли, а для золочения понадобится электролит на основе золота и так далее.

Затем вы должны убедиться, что электрод, который вы хотите покрыть, полностью чистый.В противном случае, когда атомы металла из электролита осаждаются на это не сформирует хорошую связь, и они могут просто стереться снова. Как правило, чистка выполняется путем погружения электрода в прочный кислотным или щелочным раствором или (кратковременно) подключив гальваника в обратном направлении. Если электрод действительно чистый, атомы металла покрытия эффективно связываются с ним, соединяясь очень сильно на внешних краях его кристаллической структуры.

Изображение: Медное покрытие латуни: Вам понадобится медный электрод (серый, слева), латунный электрод (желтый, справа) и немного раствора сульфата меди (синий).Латунный электрод становится отрицательно заряженным и притягивает из раствора положительно заряженные ионы меди, которые прилипают к нему и образуют внешнее покрытие медной пластины.

Теперь мы готовы к основной части гальваники. Нам понадобятся два электрода из различные проводящие материалы, электролит и электричество поставка. Обычно один из электродов изготавливается из металла, который мы пытаясь пластину и электролит представляет собой раствор соли тот же металл. Так, например, если мы покрываем медью латунь, мы нужен медный электрод, латунный электрод и раствор соединение на основе меди, такое как раствор сульфата меди.Такие металлы как золото и серебро не растворяются легко, поэтому их нужно превращать в растворы с использованием сильнодействующих и опасно неприятных химикатов на основе цианидов. Электрод, на который будет наноситься покрытие, обычно изготавливается из более дешевой металл или неметалл, покрытый проводящим материалом, например графит. В любом случае он должен проводить электричество или не проводить электричество. ток будет течь, и никакого покрытия не произойдет.

Мы окунаем два электрода в раствор и соединяем их в цепь так, чтобы медь становится положительным электродом (или анодом), а латунь становится отрицательным электродом (или катодом).Когда мы включаем мощности раствор сульфата меди расщепляется на ионы (атомы с мало или слишком много электронов). Ионы меди (которые положительно заряжены) притягиваются к отрицательно заряженному латунному электроду и медленно нанесите на него, производя тонкий позже из медной пластины. Между тем, сульфат-ионы (которые отрицательно заряжены) прибывают к положительно заряженному медному аноду, высвобождая электроны которые движутся через батарею к отрицательному латунному электроду.

Гальваническим атомам требуется время, чтобы накапливаться на поверхности отрицательного электрода.Сколько именно времени зависит от силы электрического тока у вас использование и концентрация электролита. Увеличение любого из это увеличивает скорость, с которой ионы и электроны движутся через схема и скорость процесса нанесения покрытия. Пока по мере того, как ионы и электроны продолжают двигаться, ток продолжает течь, и процесс покрытия продолжается.

Можно ли гальванизировать пластмассы?

Фотография: Пластик с покрытием часто используется для деталей, которым требуется блестящая отделка металла без его прочности и тяжести, и вот три примера из моего собственного дома.Вверху: переключатель, стрелки и безель (рамка циферблата) этого будильника выглядят блестящими и металлическими, но на самом деле они пластиковые. В центре: детали водопровода, которые не должны быть прочными, часто изготавливаются из пластика с покрытием, поэтому они остаются прохладными на ощупь и гармонируют с металлическими трубами. Регулятор температуры на этом душе (справа, с красной кнопкой) сделан из пластика, но похож на основные металлические компоненты слева. Внизу: компьютерный USB-микрофон имеет глянцевую поверхность, чтобы он выглядел дорогим и качественным.

Недорогой, легко поддающийся формованию, легкий и одноразовый, пластмассы быстро стали наиболее распространенными и гибкими материалами в 20 веке. Но для многих это не только преимущество, но и недостаток: пластмассы дешевы и выгодны - и именно так они выглядят. Одно из решений - покрыть дешевый пластик тонким слоем металла, чтобы придать ему все преимущества пластика с привлекательной блестящей поверхностью. металл. Таким способом можно покрыть множество различных пластиков, включая АБС-пластик, фенольные пластики, карбамидоформальдегид, нейлон и т. Д. и поликарбонат.Вы часто найдете детали на автомобилях, сантехнике, бытовой и электрической арматуре, которые выглядят металлическими, но на самом деле сделаны из пластика. Они легче, дешевле, устойчивы к ржавчине и не требуют полировки после нанесения покрытия.

Как гальванизируют пластмассы?

" ... мой приятель ... сказал мне, что у него есть процесс металлизации пластмасс. Я сказал, что это невозможно, потому что нет проводимости; нельзя прикрепить провод. Но он сказал, что может наклеить металлическими пластинами что угодно ... "

Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! Ричард Фейнман

Если вы что-нибудь знаете о пластике, вы сразу заметите очевидную проблему: пластик обычно не проводит электричество.Теоретически это должно полностью исключить гальваническое покрытие; На практике это просто означает, что мы должны дополнительно обработать наш пластик, чтобы сделать его электропроводящим, прежде чем мы начнем. Есть несколько этапов. Во-первых, пластик необходимо тщательно очистить, чтобы удалить пыль, грязь, жир и следы с поверхности. Затем его протравливают кислотой и обрабатывают катализатором (ускорителем химической реакции), чтобы обеспечить прилипание покрытия к его поверхности. Затем его окунают в ванну из меди или никеля (медь является более распространенной), чтобы получить очень тонкое покрытие из электропроводящего металла (толщиной менее микрона, 1 мкм или одной тысячной миллиметра).Как только это будет сделано, на него можно будет нанести гальваническое покрытие, как на металл. В зависимости от того, сколько износа должна выдержать металлическая деталь, толщина покрытия может быть от 10 до 30 микрон.

Зачем нужна гальваника?

Фото: Это автомобильное колесо изготовлено из металлического алюминия, покрытого никель в более экологически чистом процессе, разработанном Metal Arts Company, Inc. В процессе Microsmooth ™ используется примерно на 30 процентов меньше электроэнергии, почти на 60 процентов меньше природного газа и вдвое меньше воды, чем требуется для традиционных процессов нанесения покрытий.Фото: Metal Arts Company, Inc. любезно предоставлено Министерством энергетики США (DOE).

Гальваника обычно выполняется по двум совершенно разным причинам: украшение и защита. Металлы, такие как золото и серебро, покрываются для украшения: дешевле иметь золото или посеребренные украшения, чем цельные изделия из этих тяжелых, дорогие, ценные вещества. Потому что разные металлы разных цветов, гальваника может использоваться для изготовления таких вещей, как кольца, цепочки, значки, медали и т. д. широкий выбор привлекательной декоративной отделки, включая блестящие, матовые и старинные вариации золота, серебра, меди, никеля и бронзы.Металлы, такие как олово и цинк (которые не особенно привлекательны на вид), покрываются гальваническим покрытием, защитный внешний позже. Например, пищевые контейнеры часто покрывают оловом, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии, в то время как многие предметы быта из железа покрыты цинк (в процессе, называемом гальванизацией) по той же причине. Некоторые формы гальваники являются одновременно защитными и декоративными. Крылья автомобилей и "отделка", например, когда-то широко изготовлен из прочной стали с покрытием с хромом, чтобы сделать их привлекательно блестящими и устойчивы к ржавчине (теперь более вероятны недорогие и естественно устойчивые к ржавчине пластмассы для использования на автомобилях).Сплавы, такие как латунь и бронза, также могут быть покрыты обеспечение содержания в электролите солей всех металлов, которые должен присутствовать в сплаве. Гальваника также используется для изготовление дубликатов печатных форм в процессе, называемом электротипирование и гальванопластика (альтернатива литье изделий из расплавленных металлов).

Насколько толсто гальваническое покрытие?

Независимо от того, покрывают ли вещи покрытие для украшения или защиты, толщина слоя покрытия является еще одним важным фактором. рассмотрение.Очевидно, что чем толще покрытие, тем дольше оно прослужит и тем большую защиту будет давать, но даже самая толстая обшивка намного тоньше, чем можно было ожидать. Типичная толщина плакированного металла варьируется от примерно От 0,5 микрон (0,5 миллионных долей метра или 0,0005 миллиметра) до примерно 20 микрон (20 миллионных долей метра или 0,02 миллиметра) - так это очень тонкий. (Чтобы дать вам некоторое представление, алюминиевая кухонная фольга находится примерно в середине этого диапазона, с самая толстая и прочная фольга - около 10–20 микрон.) Что-то вроде позолоченного корпуса часов будет иметь покрытие в 20 микрон, которое легко выдержит повседневные грубые и кувыркается несколько десятилетий.

Узнать больше

На этом сайте

Деятельность

Гальваника - это то, с чем можно легко поэкспериментировать в школе или (с помощью взрослого) дома. Вот несколько сайтов, которые вы можете безопасно изучить:

Видео

  • Гальваника - как это делается: четкое введение в теорию и практику гальваники и огромное количество повседневных вещей, для которых она используется.Также описывается, как на пластмассы можно наносить гальваническое покрытие и почему гальванику часто необходимо наносить несколькими отдельными слоями или «слоями».
  • Гальваника четверти: ясно и просто объяснено в этом коротком видео от учителя химии г-на Кента.

Книги

Для читателей постарше
  • Гальваника: Инженерное руководство Лоуренса Дж. Дерни (ред.). Springer, 2014. Еще один подробный справочник, в основном предназначенный для людей, работающих в индустрии обработки металлов.
  • Гальваника: основные принципы, процессы и практика Нассера Канани. Elsevier, 2004. Подробное введение для студентов-химиков, а также производителей.
  • Современное гальваническое покрытие Мордехая Шлезингера, Милана Пауновича (ред.). Wiley, 2011. Огромное и всестороннее руководство с главами по гальванике всех распространенных металлов, включая медь, никель, золото и олово; плюс освещение электроосаждения, полупроводников, органических пленок и многих других тем.
  • Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! Ричард П.Фейнман. Винтаж, 1992. Глава под названием «Главный химик-исследователь корпорации MetaPlast Corporation» (стр. 41 моего издания) представляет собой короткий, но забавный анекдот о гальванических пластиках, первым из которых, как выясняется, оказался Фейнман.
Для младших читателей

Это лучше всего для детей в возрасте 9–12 лет, но эксперименты можно адаптировать для детей старшего и младшего возраста.

  • Химия для каждого ребенка: 101 простой эксперимент, который действительно работает, Дженис ВанКлив. Джосси-Басс, 2010.Очень хорошее практическое введение в химию (с добавлением немного физики и биологии, если это необходимо). Первоначально опубликовано в 1989 году, но не менее актуально сегодня. Мероприятие 43 (Зеленые пенни) - это пример металлизации.
  • Пошаговые научные эксперименты в химии Дженис ВанКлив. Розен, 2013. Более новая и короткая подборка того же автора.
  • Роберт Уинстон «Это элементарно». ДК, 2007/2016. Общее введение в химию для детей в возрасте 8–10 лет, посвященное элементам.

Статьи

Современная обшивка
Исторические статьи из архивов

Патенты

Для получения более подробной технической информации их стоит просмотреть:

  • Патент США 6,527,920: Устройство для гальваники меди, Стивен Т. Майер и др., Novellus Systems, Inc. 4 марта 2003 г. Подробное описание типа процессов гальваники, используемых при изготовлении интегральных схем.
  • Патент США 4 039 714: процесс гальваники меди, выполненный Ютакой Окинака, AT&T Bell Laboratories.4 сентября 1984 г. Описывается типичная современная ванна для меднения.
  • Патент США 4 039 714: Предварительная обработка пластмасс для металлизации, авторы Иржи Рубаль и Иоахим Корпиун. 2 августа 1977 года. Здесь подробно рассказывается о том, как поверхность пластика может быть подготовлена ​​к гальванике.
.

Что такое гальваника? | Как работает гальваника

Гальваника - это популярный процесс отделки и улучшения металла, используемый в различных отраслях промышленности для различных целей. Однако, несмотря на популярность гальваники, очень немногие за пределами отрасли знакомы с этим процессом, что это такое и как работает. Если вы планируете использовать гальваническое покрытие в своем следующем производственном процессе, вам необходимо знать, как работает этот процесс, и какие материалы и варианты процесса доступны вам.

Быстрые ссылки

Что такое гальваника? | Гальваника | Виды гальваники

Применение гальваники | Отрасли, в которых используется гальваника | Преимущества гальваники

Примеры гальваники | Выберите SPC | Запросить ценовое предложение

Что такое гальваника?

Гальваника также известна как электроосаждение. Как следует из названия, процесс включает осаждение материала с помощью электрического тока.В результате этого процесса на поверхность детали, называемой подложкой, наносится тонкий слой металла. Гальваника в основном используется для изменения физических свойств объекта. Этот процесс можно использовать для придания объектам повышенной износостойкости, защиты от коррозии или эстетической привлекательности, а также увеличения толщины.

Хотя гальваника может показаться передовой технологией, на самом деле это многовековой процесс. Самые первые эксперименты по нанесению гальванических покрытий проводились в начале 18 века, а официально этот процесс был официально оформлен Бругнателли в первой половине 19 века.После экспериментов Бругнателли процесс гальваники был принят и развит по всей Европе. По мере того, как в течение следующих двух столетий производственная практика развивалась в результате промышленной революции и двух мировых войн, процесс гальваники также эволюционировал, чтобы не отставать от спроса, в результате чего компания Sharretts Plating Company использует сегодня процесс.

Процесс нанесения гальванических покрытий

В процессе гальваники используется электрический ток для растворения металла и нанесения его на поверхность.Процесс работает с использованием четырех основных компонентов:

  • Анод: Анод, или положительно заряженный электрод, в цепи - это металл, из которого образуется покрытие.
  • Катод: Катод в цепи гальваники - это часть, на которую необходимо нанести покрытие. Его еще называют субстратом. Эта часть действует как отрицательно заряженный электрод в цепи.
  • Раствор: Реакция электроосаждения протекает в растворе электролита.Этот раствор содержит одну или несколько солей металлов, обычно включая сульфат меди, для облегчения прохождения электричества.
  • Источник питания: В цепь добавляется ток от источника питания. Этот источник питания подает ток на анод, подавая электричество в систему.

Когда анод и катод помещены в раствор и подключены, источник питания подает на анод постоянный ток (DC). Этот ток вызывает окисление металла, позволяя атомам металла растворяться в растворе электролита в виде положительных ионов.Затем ток заставляет ионы металла перемещаться к отрицательно заряженной подложке и оседать на детали тонким слоем металла.

В качестве примера рассмотрим процесс нанесения золота на металлические украшения. Металл с золотым покрытием является анодом в цепи, а металлические украшения - катодом. Оба помещаются в раствор, и к золоту, растворяющемуся в растворе, подается постоянный ток. Затем растворенные атомы золота прилипают к поверхности ювелирных изделий из недрагоценных металлов, создавая золотое покрытие.

Хотя этот процесс является постоянным, на качество покрытия могут влиять три фактора. Эти факторы следующие:

  • Условия ванны: Как температура, так и химический состав ванны влияют на эффективность процесса гальваники.
  • Размещение детали: Расстояние, на которое должен пройти растворенный металл, будет влиять на эффективность покрытия подложки, поэтому размещение анода относительно катода имеет важное значение.
  • Электрический ток: Уровень напряжения и время приложения электрического тока играют роль в эффективности процесса гальваники.

Какие металлы используются в процессе гальваники?

Гальваника может происходить отдельными металлами или в различных комбинациях (сплавах), что может придать дополнительную ценность процессу гальваники. Некоторые из наиболее часто используемых металлов для гальваники включают:

  • Медь: Медь часто используется из-за ее проводимости и термостойкости.Он также обычно используется для улучшения адгезии между слоями материала.
  • Цинк: Цинк обладает высокой устойчивостью к коррозии. Часто цинк сплавляют с другими металлами для улучшения этого свойства. Например, в сплаве с никелем цинк особенно устойчив к атмосферной коррозии.
  • Олово: Этот матовый блестящий металл хорошо паяется, устойчив к коррозии и не наносит вреда окружающей среде. Кроме того, он недорогой по сравнению с другими металлами.
  • Никель: Никель обладает отличной износостойкостью, которую можно улучшить за счет термической обработки.Его сплавы также очень ценны, так как обладают стойкостью к элементам, твердостью и проводимостью. Металлическое никелирование ценится также за его коррозионную стойкость, магнетизм, низкое трение и твердость.
  • Золото: Этот драгоценный металл обладает высокой устойчивостью к коррозии, потускнению и износу, а также ценится за его проводимость и эстетический вид.
  • Серебро: Серебро не так устойчиво к коррозии, как золото, но оно очень пластично и податливо, обладает отличной устойчивостью к контактному износу и предлагает отличный внешний вид.Это также альтернатива золоту в приложениях, где необходима теплопроводность и электрическая проводимость.
  • Палладий: Этот блестящий металл часто используется вместо золота или платины из-за его твердости, коррозионной стойкости и красивой отделки. При легировании никелем этот металл обеспечивает отличную твердость и качество покрытия.

Цена, состав основы и желаемый результат являются ключевыми факторами при выборе наиболее подходящего гальванического материала для вашего применения.

Доступно несколько различных методов нанесения покрытия, каждый из которых может использоваться в различных приложениях. Некоторые из этих типов гальваники описаны более подробно ниже:

  • Покрытие ствола: Покрытие ствола - это метод, используемый для нанесения пластин на большие группы мелких деталей. При этом детали помещаются внутрь бочки, заполненной раствором электролита. Процесс гальваники продолжается, пока барабан вращается, перемешивая детали, чтобы они получали равномерную отделку.Покрытие ствола лучше всего использовать на небольших прочных деталях, но это дешевое, эффективное и гибкое решение.
  • Гальваника стойки: Гальваника стойки или проводки - хороший вариант, если вам нужно покрыть большие группы деталей. В этом методе детали помещаются на проволочную стойку, позволяя каждой части вступить в физический контакт с источником электроэнергии. Хотя этот вариант дороже, он оптимален для более деликатных деталей, которые не могут подвергаться гальванике. Важно отметить, что покрытие стойки сложнее для деталей, чувствительных к электричеству или имеющих неправильную форму.
  • Электроосаждение: Электроосаждение, также известное как автокаталитическое покрытие, использует тот же процесс, что и электроосаждение, но не применяет электричество непосредственно к детали. Вместо этого металлический слой растворяется и осаждается с помощью химической реакции вместо электрической. Хотя этот вариант полезен для деталей, несовместимых с электрическими токами, он более дорогостоящий и менее производительный, чем другие варианты.

Хотя эти методы выполняют электроосаждение по-разному, все они используют одни и те же основные принципы.

Применение гальваники

Хотя гальваника часто используется для улучшения эстетического вида основного материала, этот метод используется для нескольких других целей во многих отраслях промышленности. Эти виды использования включают следующее:

  • Толщина покрытия: Гальваника часто используется для увеличения толщины подложки за счет постепенного использования тонких слоев.
  • Защитить подложку: Гальванические слои служат в качестве жертвенных металлических покрытий.Это означает, что когда деталь помещается в опасную среду, гальванический слой разрушается раньше основного материала, защищая основу от повреждений.
  • Свойства поверхности Lend: Гальваника позволяет подложкам использовать свойства металлов, которыми они покрыты. Например, некоторые металлы защищают от коррозии, улучшают электрическую проводимость, уменьшают трение или подготавливают поверхность для лучшей адгезии краски. Разные металлы обладают разными свойствами.
  • Улучшить внешний вид: Конечно, гальваника также широко используется для улучшения эстетического вида подложки. Это может означать покрытие основы эстетически приятным металлом или просто нанесение слоя для улучшения однородности и качества поверхности.

Преимущества гальваники

Гальваника предлагает ряд преимуществ для компонентов. Некоторые особенности электро

.

вещей, которые инженеры должны знать о гальванике

Гальваника стала важной технологией во многих отраслях промышленности, поскольку металлическое покрытие может улучшить характеристики и долговечность деталей. Гальваническое покрытие можно наносить на самые разные материалы, чтобы обеспечить множество преимуществ, таких как лучшая проводимость, износостойкость и долговечность при экстремальных температурах. Гальваника деталей может дать лучший конечный продукт с повышенным сроком службы. Прежде чем приступить к гальванике для вашего следующего инженерного проекта, полезно получить базовые знания о том, как работает гальваника, о различных доступных типах и преимуществах, которые они имеют.

Что такое гальваника?

Гальваника - это вид обработки металла, при котором металлическое покрытие наносится на поверхность детали или компонента с помощью электрического тока. Деталь или компонент, также называемый подложкой, погружается в гальваническую ванну и соединяется с отрицательно заряженным электродом, также называемым катодом. Гальванический металл соединен с положительно заряженным электродом, также известным как анод. Когда электрический ток подается на цепь, ионы в покрытии окисляются в ванне и осаждаются на подложке.Этот процесс также называется электроосаждением, поскольку ионы металлов осаждаются на подложку тонким слоем или покрытием.

Многие компоненты процесса гальваники должны быть тщательно рассчитаны для достижения наилучших результатов. Перед тем, как погрузить субстрат, его необходимо очистить и обработать в химических ваннах, которые помогают активировать поверхность деталей. Это гарантирует создание прочной связи между подложкой и покрытием для обеспечения хорошей адгезии. Во время процесса также необходимо контролировать температуру и химический состав гальванической ванны.Электрический ток должен подаваться с надлежащим напряжением и в течение достаточного времени.

Гальваника применяется в самых разных отраслях промышленности, включая электронику, автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, медицину, оптику, а также нефть и газ. Хотя конкретные применения различаются в зависимости от сектора, гальваника обычно используется для улучшения характеристик или внешнего вида продукта или для защиты его от износа. В области машиностроения гальваника имеет множество преимуществ, включая предотвращение коррозии, повышение проводимости и повышение долговечности деталей.

Что следует учитывать инженерам перед нанесением гальванических покрытий

Поскольку доступно множество типов и методов гальваники, вы должны определить правильный процесс для размера и объема имеющихся у вас деталей. Чтобы достичь наилучших результатов при нанесении гальванических покрытий, инженеры должны сначала учесть несколько важных факторов:

  • Использование деталей по назначению: Ваши конечные рабочие характеристики будут определять правильный тип гальванического покрытия для ваших деталей, поскольку различные типы металлического покрытия обеспечивают различные преимущества.Вы также должны учитывать среду, в которой будет использоваться ваш готовый продукт. Если ваши детали подвергаются чрезмерному износу или воздействию агрессивных сред, эти факторы также должны влиять на тип покрытия, которое вы выбираете.
  • Допуски: Поскольку гальваника включает нанесение слоя металла на поверхность детали, не забудьте учесть это изменение размеров, указав допуски. Рассмотрим Compl
.

Что нужно знать каждому инженеру> ENGINEERING.com

Обработка металлов за несколько десятилетий превратилась из того, что когда-то было эмпирическим ремеслом, в ключевую технологию, основанную на научных принципах. 1

Современное гальваническое покрытие - это форма отделки металла, используемая в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, автомобильную, военную, медицинскую, радиочастотную микроволновую, космическую, электронную и производство батарей. Это электрохимический процесс, при котором ионы металлов в растворе связываются с металлической подложкой посредством электроосаждения.

Перед нанесением гальванического покрытия детали должны быть очищены и подвергнуты обработке в химических ваннах для их подготовки или активации, чтобы в процессе электроосаждения создавалась прочная связь и, следовательно, сильная адгезия.

Гальваническая ванна включает в себя множество переменных и компонентов, за которыми необходимо внимательно следить. Источник питания обеспечивает подачу постоянного тока к деталям и электрическим соединениям в ванне для нанесения покрытий. Этот поток тока вызывает притяжение ионов в растворе к поверхности металлической части.

На каждый моль электронов, передаваемых детали, один моль ионов металла в растворе будет прилипать к детали. Кроме того, на поверхности детали происходит химическая реакция, включающая восстановление и окисление ионов.

(Фото любезно предоставлено The Time Preserve / watchplating.com)


Что следует учесть инженеру или проектировщику перед нанесением гальванических покрытий

  • Раскрой деталей в процессе гальваники.Поскольку гальваника включает в себя как электрическую, так и химическую реакцию на поверхности детали, воздействие химического состава покрытия имеет решающее значение для общих характеристик готового продукта. Вложение деталей приведет к отсутствию адгезии или покрытия на поверхности готовой детали.
  • Допуск на критические размеры детали следует определять с учетом толщины покрытия. Это также означает, что необходимо учитывать соответствие конструкции в целом сборке.
  • Среда, которой будут подвергаться готовые детали. Это поможет определить толщину покрытия, необходимую, например, для устойчивости детали к коррозии или повторяющимся циклам износа.
  • Поскольку гальваника включает использование тока для инициирования реакции на поверхности детали, общая геометрия детали будет влиять на распределение тока, часто называемое плотностью тока, по поверхности детали. Покрытие имеет тенденцию образовываться на таких деталях, как острые углы, изгибы или резьба.Существуют расширенные процессы покрытия, которые могут предотвратить возникновение этой проблемы .
  • Слив гальванического раствора (подготовка поверхности или химические составы гальванической ванны) таким образом, чтобы внутренние поверхности деталей были достаточно покрыты, а гальваническое покрытие имело достаточную прочность сцепления. Для некоторых деталей это означает добавление дренажного отверстия на этапе проектирования.
  • Использование по назначению и требуемые характеристики (например, проводимость, низкое трение, высокая прочность и устойчивость к коррозии, износу и т. Д.)). Этих критериев должно быть достаточно для обозначения типа металла , который следует использовать для отделки каждой конкретной детали.


Каковы преимущества гальваники?

Гальваника улучшает или изменяет свойства металлической детали.

В зависимости от использования детали производителю может потребоваться лучшая износостойкость и стойкость к истиранию, защита от коррозии, большая смазывающая способность и меньшее трение, улучшенное экранирование EMI ​​/ RFI, термостойкость и ударопрочность, улучшенная проводимость, улучшенная паяемость, уменьшенная пористость. твердость или прочность или наращивание толщины на мелких или малоразмерных деталях.

В дополнение к механическим или функциональным свойствам, которые могут быть изменены в процессе гальваники, часто также важна общая эстетика готовой детали.


Виды и методы нанесения гальванических покрытий

Специализированные гальванические установки могут наносить покрытие на различные основные материалы с использованием различной отделки поверхности:

Общие базовые материалы

  • Бериллиевая медь
  • Латунь
  • Холоднокатаная сталь
  • Медь
  • Никель
  • Фосфорная бронза
  • Нержавеющая сталь
  • Теллур Медь
  • Нейзильбер

Обычная отделка поверхности

  • Золото
  • Серебро
  • Никель, нанесенный химическим способом
  • Медь
  • Никель электролитический
  • Совместный депозит сплава

Материал покрытия, метод покрытия и детали, которые необходимо покрыть, будут варьироваться в зависимости от области применения.

Покрытие из золота обеспечивает отличную электропроводность, что делает его одним из лучших вариантов для электродов, токоведущих контактов и компонентов печатных плат. Золото идеально подходит для защиты от сильного нагрева и коррозии в широком диапазоне окружающей среды и климата.

Серебряное покрытие также часто используется для электроники (поверх медной «вспышки») из-за его более низкого электрического сопротивления.

Никель является обычным явлением, потому что он обеспечивает превосходную химическую и коррозионную стойкость, а также более высокую износостойкость, что увеличивает срок службы продукта.Никель может заменять серебро в электронике или использоваться в качестве покрытия для стали в качестве альтернативы изделиям из более дорогой нержавеющей стали. Никель также обеспечивает блестящую поверхность, которую можно регулировать в соответствии с требованиями заказчика.

Медь обычно используется в качестве слоя покрытия перед нанесением последнего слоя металла. Эта обработка поверхности обычно используется в печатных платах, автомобильных деталях или в оборонной промышленности. Добавление меди в деталь перед наплавкой окончательного металла также может улучшить общий эстетический вид готовой детали.

Если один металл не обеспечивает требуемых свойств, также возможно совместное осаждение двух или более металлов для нанесения гальванического покрытия сплава. Одним из примеров этого является сплав медь / олово / цинк, также известный как Tri-Metal или Tri-M3, предлагаемый компанией Electro-Spec, Inc., специализирующейся на нанесении покрытий,

.


Поиск подходящей гальванической компании для ваших нужд

При поиске компании по нанесению покрытий необходимо учитывать множество критериев в зависимости от требований вашего проекта и возможностей компании, занимающейся нанесением покрытий, в том числе:

  • Размер деталей
  • Объем штук (от прототипа до серийного производства)
  • Металлическое покрытие, используемое для достижения желаемого результата
  • Бюджет проекта
  • Соответствие отраслевым стандартам
  • Лабораторные и испытательные возможности / сертификаты

Еще одно соображение - метод нанесения гальванических покрытий, поскольку не все предприятия обязательно предлагают одинаковые процессы.

Гальваническое покрытие «бочонок» может эффективно обрабатывать большие и малые объемы деталей, где адекватная замена раствора и оборот имеют решающее значение для удовлетворения требований к толщине. Плотность тока в нагрузке на детали в стволе обычно оптимизируется за счет межчастичного контакта во время вращения.

Однако есть некоторые типы деталей, которые не подходят для большинства обычных стволов. Например, детали, которые могут поцарапаться, поцарапаться или поцарапаться в результате контакта детали с деталью, гораздо более восприимчивы к повреждению в большинстве типов стволов.И наоборот, некоторые плоские детали не идеальны для цилиндра из-за слипания деталей во время обработки, что приводит к отсутствию покрытия или неравномерной толщине покрытия.

В зависимости от геометрии некоторых деталей и допусков, детали также более склонны к «вложению» друг в друга во время металлизации ствола.

Вибрационное покрытие, используемое для мелких или хрупких деталей. (Фото любезно предоставлено Electro-Spec, Inc.)

Вибрационное покрытие используется для небольших деталей с глубоким внутренним диаметром, зенковкой, хрупкими наконечниками / концами или деталями, которые могут прогнуться через покрытие цилиндра.За счет включения вибрирующей или пульсирующей корзины, которая передает кинетическую энергию нагрузке, детали перемещаются по часовой стрелке через контакты кнопок на дне корзины. Эти контакты передают ток на нагрузку деталей и обеспечивают стабильную силу тока во время обработки.

Более крупные детали, которые имеют чрезмерный вес, или части, которые могут запутаться или легко складываться вместе, не могут быть помещены в вибрационную корзину, поскольку они не будут двигаться равномерно. И наоборот, меньшие детали, которые не имеют достаточного веса, также не могут быть помещены в вибрационную корзину.

Обшивка стойки подходит как для деликатных, так и для крупных деталей. Он работает, удерживая детали в фиксированном положении на раме стойки, пока они подвешены в растворе. Это предотвращает повреждение деталей во время обработки и облегчает обработку гораздо более крупных деталей, на которые нельзя было нанести гальваническое покрытие.

Самая большая проблема с покрытием стойки состоит в том, что прямое соединение с деталями в стойке приводит к снижению эффективности распределения покрытия из-за областей с высокой и низкой плотностью тока по всем частям и стойке.Детали, помещенные на стойку, также плохо перемещаются по раствору, что необходимо для контроля толщины, и они более склонны к образованию пятен от ополаскивания и высыхания.

Выборочное покрытие процессов изолируют покрытие покрытия на выбранной области детали. Этот процесс осуществляется посредством металлизации с контролируемой глубиной, которая включает в себя фиксацию детали таким образом, чтобы обеспечить непрерывный электрический контакт и погружение области покрытия на определенную глубину через раствор для нанесения покрытия.

Селективное покрытие идеально подходит для конкретных применений, где требуется функциональное покрытие для повышения производительности и / или экономии затрат на драгоценный металл за счет уменьшения площади поверхности, необходимой для покрытия.

Хотя это эффективный метод нанесения покрытия на отдельные детали и снижения затрат, он требует затрат инструмента и рабочей силы для загрузки деталей. Существуют также некоторые ограничения на размер и геометрию деталей, которые могут помешать выборочной металлизации некоторых деталей.

Выборочное покрытие отдельных деталей. (Фото любезно предоставлено Electro-Spec, Inc.)

Электрод с носовым слоем (SBE) Покрытие предназначено для небольших деталей, плоских деталей, деталей с зенковкой, деталей с выступами, деталей, которые входят в гнездо или имеют сложную геометрию, что делает невозможным или непрактичным использование вибрационного покрытия или обычного покрытия цилиндра.

Процесс SBE осуществляется в камере с ультразвуковым воздействием, и непрерывный раствор закачивается в камеру и из нее для облегчения движения детали и подачи свежего электролита для покрытия во время процесса нанесения покрытия. SBE обеспечивает очень равномерное покрытие покрытия в областях с высокой и низкой плотностью тока детали, а также в расточенных отверстиях.

Единственным ограничением SBE является размер деталей, поскольку камеры SBE могут соответствовать только определенным размерам и весу, которые позволяют перемещаться внутри камер.

Покрытие электрода с носиком. (Фото любезно предоставлено Джорджем Градилем / Technic, Inc.)

Electro-Spec, Inc., является одним из примеров специализированного оборудования для нанесения покрытия, обеспечивающего высококачественное и надежное гальваническое покрытие золота, серебра, никеля (электролитическим и химическим способом), меди и Tri-M3 (три сплава), а также пассивирование, термообработка / отжиг и услуги контроля качества.

Компания

Electro-Spec вместе со своим поставщиком также разработала революционный процесс погружения штифтов под названием SAMs , или Self Assembled Molecules, который обеспечивает повышенную коррозионную стойкость и контактную стойкость, а также отличную паяемость при одновременном сокращении использования драгоценных металлов и стоимости.SAM - это обработка поверхности, которая образует защитный слой на золоте, серебре, Tri-M3 и других металлах с покрытием.

Для получения дополнительной информации об Electro-Spec, Inc. посетите их веб-сайт здесь или их видео ниже.

1 Основные принципы, процессы и практика нанесения гальванических покрытий Нассера Канани. Atotech Deutschland GmbH Берлин, Германия; Издано Elsevier Kidlington, Oxford 2004


Electro-Spec, Inc.спонсировал этот пост. У него нет редакционных материалов для этого сообщения. Все мнения мои. –Меган Браун

.

Смотрите также