Содержание:

1. Для кого эта статья?

2. Что такое гальваника?

3. Цели гальваники

4. Обсуждение с заказчиком технического задания и подготовка электролита

5. Техпроцесс в гальванике

6. Конверсионные процессы (Хим.окс , Ан.окс, Хим.фос)

7. Оборудование. Актуально для гальваники в домашних условиях

8. Достоинства и недостатки гальваники. Сравнение с горячим методом.

9. Цена гальваники

10. Вредность гальваники

11. Гальваника своими руками в домашних условиях

12. Гальванопластика и электроформинг

13. Хромирование авто

14. Заключение

1. Для кого эта статья?

В этой статье постараемся подробно рассказать «о Гальванике» максимально емко и просто. Не будем углубляться в инженерные термины,  у нас уже достаточно много экспертных статей. Тем, кто в этом глубоко разбирается или кому захочется подробней изучить вопросы — мы оставим ссылочки.

Теоретические основы нанесения гальванических и химических покрытий.

Механизм и технология анодирования алюминия

2. Что такое гальваника?

Гальваника — раздел в науке «Электрохимия», изучающий процессы осаждения металла или оксида на поверхности изделий для придания им новых функциональных свойств или улучшения внешнего вида. Проще говоря, гальваника - это нанесение на металлические изделия защитной металлической пленки.

Как происходят процессы в гальванике?

В специальную ванну наливают раствор (далее - электролит) и помещают изделие, на которое необходимо нанести покрытие. В этот же раствор помещают «аноды» (куски металла, служащие «донором» для покрытия).

К анодам и изделию прикрепляют трансформатор тока (выпрямитель), аноды цепляют на «+», изделие (катод) на «-». Подается электрический ток. Анод потихоньку растворяется в растворе, а затем осаждается на изделии, тем самым образовывая покрытие.

Иногда заказчики задают вопросы «Вы можете сделать гальванику?». Говорить только "Сделать гальванику", понимая под этим какое-то конкретное покрытие, нельзя. Гальваническим способом осаждается более 30 видов металлов и оксидов, поэтому всегда нужно уточнять, какое именно покрытие требуется. Гальваника - это метод, а, например, гальваническое цинкование - это уже конкретное покрытие.

Рисунок 1 — Принципиальная схема электролизера в гальванике.

Эта технология используется на нашем научно-производственном предприятии Электрохимия. Работаем в области гальваники более 7 лет. Мы оказываем услуги по нанесению гальванических и химических покрытий промышленным предприятиям электронной, авиационной и машиностроительной отрасли. Имеем опыт работ в рамках Гособоронзаказа.

3. Цели гальваники.

Главная цель - придание изделиям необходимых свойств. Например, защита от коррозии. Представьте, что на огромной фабрике заржавел и сломался механизм основного двигателя и все процессы остановились. Это миллионы рублей потерь в день. Гораздо проще гальванически защитить от ржавчины все детали механизма и не допускать подобного.

Иногда вместо того, чтобы изготовить изделие полностью из дорогого металла, экономнее выполнить его из дешевого и покрыть гальваникой. Например, таким образом изготавливают медали для чемпионатов, делают из латуни, покрывают золотом, серебром и бронзой.

Далее приведем основные металлы, наносимые в гальванике, и укажем, какие свойства они обеспечивают для изделия:

Цинк (защита от коррозии, улучшение внешнего вида)

Олово (защита от коррозии, улучшение электропроводности, улучшение паяемости, улучшение свинчиваемости резьбовых соединений)

Никель (защита от коррозии, увеличение твердости, увеличение износостойкости, улучшение электропроводности, улучшение паяемости, улучшение внешнего вида)

Медь (мягкий подслой под другие покрытия, улучшение свинчиваемости, улучшение тепло- и электропроводности)

Хром (защита от коррозии, увеличение твердости, увеличение износостойкости, улучшение внешнего вида)

Серебро (улучшение электропроводности, улучшение паяемости, улучшение внешнего вида)

Свинец (антифрикционные свойства, улучшение паяемости, защита от кислот)

Кадмий (защита от коррозии в морских условиях)

Оксиды. (увеличение износостойкости, защита от коррозии). Это отдельная группа. О ней читайте в п.6

Это не полный перечень металлов и их свойств. Подробнее читайте в каталоге статей по гальванике в разделах "Как выбрать покрытие?" и "Где какие покрытия применяются?"

4. Обсуждение с заказчиком технического задания и подготовка электролита.

Изделие нельзя просто начать покрывать, как только его привез клиент. Обязательно требуется техническое задание (ТЗ) на гальваническое покрытие. Если цель клиента – красивый сувенир, который будет лежать на полке – выбираем хром или никель. Цель – защита стального изделия от коррозии на 20 лет – выбираем цинк. А для хорошей электропроводности шины в электротехническом шкафу –  олово/серебро/никель. И т.д.

Здесь же требуется оговорить толщину покрытия. Чем больше толщина - тем лучше покрытие защищает изделие, но и цена покрытия выше. 

Если ТЗ на гальванику у Заказчика не имеется - достаточно словесного описания, какие свойства необходимы для изделия. Или в каких условяих будет работать деталь. Грамотный менеджер сам подберет гальваническое покрытие. Вы можете позвонить в наш офис для бесплатной консультации.

Подготовка электролита. Гальванические предприятия работают на заранее приготовленных штатных электролитах. Растворы надежны, проверены и подходят для большинства заказов. Но в ряде случаев требуется развести персональный раствор для достижения определенных характеристик покрытия. Перед каждым запуском нового заказа в работу инженеры анализируют, подойдет ли штатный раствор или нужен персональный.

5. Техпроцесс в гальванике.

1) Осмотр и предварительные операции

Перед началом работ изделие внимательно осматривают на наличие дефектов, отмывают от грязи, пыли, заусенцев, толстого слоя жира. Если изделие не имеет отверстия для крепления – его необходимо проделать (не всегда). 

2) Навязка на проволоку

В раствор изделие погружают на проволоке. Поэтому при расчете, какую толщину проволоки выбрать и сколько подвязок соорудить, необходимо учитывать вес изделий. По проволоке (как правило, медной) будет идти ток, поэтому сечение (толщина) проволоки выбирается исходя из того, какой общий ток подается на подвеску. В ряде случаев навязка на проволоку не производится, например, если изделия покрываются в барабане.

Далее после каждого процесса изделия необходимо промывать. Это делают чтобы избежать попадания одного раствора в другой и для более качественного покрытия.

3) Обезжиривание химическое

Следующим этапом является химическое обезжиривание. На любом изделии присутствует жировая пленка, мещающая качественному нанесению покрытия. Пленка удаляется моющим средством.

4) Обезжириванние электрохимическое

Аналогичная операция, только здесь на изделия дополнительно подают ток. В конце процесса даже тончайшая жировая пленка удаляется.

5) Травление

Это удаление оксидов на изделии (ржавчина, окалина и т.д.). Здесь нужно быть особенно аккуратным, т.к. для травления используют кислоты (соляную, серную) или концентрированную щелочь. Процесс необходим для получения качественного сцепления покрытия с изделием. Если работаем со сталью - после травления изделие начнет ржаветь через 10-30 секунд. Поэтому его нужно максимально быстро промыть и отправить на сл. этап.

6) Нанесение гальванического покрытия

Собственно сам процесс. Производится на исключительно чистую подготовленную поверхность. Аноды растворяются, металл осаждается на изделиях.

7) Дополнительные операции (не всегда). 

Иногда после нанесения гальванического покрытия его требуется доработать. Например, отполировать для блеска.

8) Сушка

Влажное изделие не рекомендуется использовать сразу. После гальваники в первые сутки нанесенный металл активен, любит впитывать в себя грязь, жир от пальцев и т.п. Поэтому лучше чтобы после интенсивной сушки в сушильном шкафу изделия сутки полежали при комнатной температуре на складе.

9) Контроль гальванического покрытия

Соответствие техническим требованиям заказчика проверяет специалист Отдела Технического Контроля (ОТК). Измеряет толщину, адгезию (прочность сцепления), блеск, паяемость и кучу других параметров. Если все в порядке – для изделий выписывается сертификат качества, и они едут к заказчику. Если нет – изделия возвращаются в цех для снятия бракованного покрытия и нанесения нового качественного.

НПП Электрохимия выполняет полный цикл работ по нанесению гальванических покрытий. После нанесения покрытия и его проверки мы выдаем паспорт (сертификат) качества. Это особенно важно в рамках выполнения ГОЗ.

6. Конверсионные процессы (Химическое оксидирование , Анодирование, химическое фосфатирование).

Главное отличие этих процессов — Вы не наносите покрытие поверх изделия, а производите его из самого металла изделия. Грубо говоря, на поверхности образуется защитная корочка. Поэтому после покрытия размеры изделия практически не увеличиваются (защитная пленка растет вовнутрь)

Еще важное отличие — полярность. Для обычных покрытий изделие является катодом и его цепляют на «-».  Здесь же все наоборот. Изделие является анодом и его цепляют на "+".

Химическое оксидирование (Хим.окс) применятся для стальных или алюминиевых изделий. После покрытия на поверхности образуется очень тонкая защитная корочка. (2-3мкм).

Анодирование (Ан.окс) – для алюминия. В этом случае защитная корочка толще (20-40мкм).

Фосфатирование (Хим.фос) – для стальных изделий. На поверхности образуется пленка из соли железа (фосфаты, 20-40мкм).

 

Рисунок 2 — Анодирование

 

Рисунок 3 — Химическое оксидирование

 

Рисунок 4 — Химическое фосфатирование

Покрытия отличаются относительно низкой стоимостью. (особенно Хим.окс)

7. Оборудование. Актуально для гальваники в домашних условиях.

Емкости для растворов. Именно в них будут содержаться наши рабочие электролиты. Емкости лучше выбирать бесшовные, но это не обязательное требование. 

ПОДОЙДЕТ любая полипропиленовая или полиэтиленовая посуда, баночки для специй, обрезки канистр и пр. В крайнем случае - новые эмалированные кастрюли, пока эмаль не растрескается (после этого стальная основа быстро корродирует, загрязняя раствор, а при сильной коррозии электролит может просто вытечь).

НЕ ПОДОЙДЕТ металлическая посуда, лавсан, ПЭТ бутылки из-под воды или минералки. Надеемся, что более экзотические материалы типа глины, дерева, ДСП вам в голову и не приходили.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Емкости должны быть герметичные и конструкционно жесткие, чтобы их не "расперло" в залитом состоянии. Проверять лучше обычной водой. Для усиления вокруг емкости можно пустить обвязку из дерева, металла, полимерных тросов. 

Шины токоведущие. В верхней части емкости нужно будет сделать надрезы для крепления шинок или толстой проволоки, взятой из проводов. Шины далее будут подключаться к источнику тока. Если мы хотим осаждать металл, то одна шина, на которую и будет завешиваться деталь, подключается к (-), две других к (+), слева и справа от нее. На них разместятся аноды. При анодном оксидировании все делается наоборот. Сечение шин нужно выбирать исходя из ампеража постоянным током - чем выше, тем толще.

ПОДОЙДЕТ медная шина или проволока. И то и другое можно найти в электротехнических магазинах.

НЕ ПОДОЙДЕТ алюминий и сталь, т.к. они очень быстро корродируют, на них не получиться добиться хорошего долговременного контакта с деталью. Исключение - электрохимическое обезжиривнаие, когда шины могут быть сделаны из стали, но обязательно должны быть погружены в раствор.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Шины (-) и (+) не должны касаться друг друга. При обкусывании проволоки нужно защитить глаза от попадания мелких частичек. Чтобы случайно не закоротить катодную и анодную шину их концы можно заизолировать изолентой. 

Аноды (противоэлектроды). При осаждении металлов аноды делают либо из того металла, который наносят, либо нерастворимыми - из нержавеющей стали, титана, свинца. При получении оксидов (анодировании) сама деталь выполняет роль анода и противоэлектроды к ней - катоды, делаются, как правило, из свинца и его сплавов.

ПОДОЙДЕТ любая пластинка из соответствующего материала. Лучше, чтобы она была побольше, но не превышала размеры покрываемой детали (в сумме по площади). Иначе есть риск получения "пригаров" на краях детали. Можно завешивать несколько противоэлектродов на одной шине.

НЕ ПОДОЙДЕТ пластина из смешанных разных материалов, непонятного состава.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Свинец очень токсичен. Его не следует брать голыми руками, вдыхать его пыль при механической обработке. Отливать свинец дома - совсем плохая затея! Признаком попадания свинца в организм является сладковатый привкус во рту).   

Электролиты. Раствор, в котором происходят нужные нам реакции под током. Под каждый процесс нужен свой раствор. Какие-то компоненты, типа медного купороса или аккумуляторной серной кислоты можно купить в магазине, другие - нет. Электролит получается после разведения требуемых реагентов в воде до рецептурных концентраций. Мы рассмотрим составы растворов в отдельной статье. 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Работать с электролитами лучше в латексных или нитриловых перчатках, обязательно в очках и под вытяжкой. Попадание растворов на кожу как правило не смертельно, но есть некоторые, способные вызвать ожоги (сильнощелочные или сильнокислые).  Попадание азотной кислоты и хромовых солей на кожу почти моментально приводит к ее пожелтению. Хранить приготовленные электролиты можно в таре подобной рабочим емкостям. Однако, она должна быть герметично закрыта и находиться в недоступном для детей месте. Многие растворы имеют окраску и дети могут подумать, что это газировка или что-нибудь вкусненькое. ВСЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ ТОКСИЧНЫ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА!!! 

Электролиты нельзя выливать в канализацию, как и промывные воды после них. Это наказуемое действие. Что делать с ними - это ваша личная ответственность!

Источник постоянного тока. Нужен прибор, преобразующий переменный ток в постоянный. Он называется выпрямитель. Он, кроме этого, понижает напряжение тока и повышает его ампераж. 

ПОДОЙДЕТ фабричный выпрямитель с плавной регулировкой тока, стабилизацией по напряжению и пульсациям. Но он, как правило, неоправданно дорог, в пересчете на стоимость 1А выдаваемого тока. Отличная замена - зарядники для автомобильных аккумуляторов. Наилучшим решением являются ОРИОНы. Самые мощные из них выдают до 20А при 20В. Их применимость многократно была проверена нами на практике. 

НЕ ПОДОЙДЕТ зарядники для бытовой техники и телефонов, сварочные аппараты (они не рассчитаны на длительную работу под нагрузкой), выпрямители без регулировки (если не снабдить их реохордами).

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Выпрямитель - электрический прибор, поэтому к нему применяются все нормы электробезопасности. Нельзя работать с ним мокрыми руками, допускать попадания на него растворов, аэрозолей, выхлопов из ванны. В случае сильного окисления компонентов внутри прибора он может устроить короткий прощальный "фейерверк". 

Перемешивающие устройства. Многие растворы работают лучше, если их перемешивать. Можно использовать простую палочку и свои руки, но лучше доверить это дело "профессионалам". Так, отлично подойдут аквариумные компрессоры. Чем больше объем аквариума, на который рассчитан компрессор, тем больше поток воздуха и интенсивнее перемешка.

ПОДОЙДЕТ аквариумный компрессор с плавной регулировкой. Без регулировки приборы менее универсальные, они могут слишком сильно перемешивать небольшие объемы электролитов, приводя к разбрызгиванию.

НЕ ПОДОЙДЕТ любые мешалки, в которых есть элементы, контактирующие с раствором и корродирующие в нем. Миксер, пожалуй, не очень хороший выбор, но если постараться....

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Компрессор тоже электрический прибор, как и выпрямитель. Здесь не будем повторяться. Что важно - проверять его нужно на требуемом объеме ванны, заполненной водой. Лучше, чтобы в лицо полетели брызги воды, а не химического раствора, если мощность компрессора будет подобрана неправильно.

Нагреватели. Часть растворов  гальванике работает с нагревом до 50-60° С. Большая температура нужна редко. Просто засунуть кипятильник не получится. Он очень быстро прокорродирует и сгорит. В случае пробоя изоляции и за счет высокой электропроводности наших растворов можно дополнительно получить удар током при соприкосновении с рабочей емкостью. Чем же нагреть раствор в гальванике?

ПОДОЙДЕТ. Аквариумные нагреватели. Правда, едва найдутся рыбки, которые любят горячее джакузи при температуре 50° С. Поэтому такие нагреватели снабжаются термостатами с весьма узким диапазоном температур. Удалять термостат самостоятельно не стоит, т.к. нарушается герметичность нагревателя, а они рассчитаны на полное погружение. И все-же, если нужна температура несколько выше 30° С, то они вполне подойдут.

Можно использовать водяную баню. Поставить емкость с раствором в кастрюлю с водой и подогреть. Важно, чтобы раствор не выплескивался в кастрюлю, иначе в ней создастся со временем коррозионная среда. 

Самый лучший вариант - профессиональные химически стойкие нагреватели, но они не всегда доступны и всегда дорогие.

НЕ ПОДОЙДЕТ. Бытовые погружные нагреватели. По причинам, описанным выше. И уж точно не стоит пытаться поставить ванну на нагревательную плитку.

Вытяжка. Она не влияет напрямую на процесс гальванизации, но делает его более безопасным. Чем мощнее - тем лучше. 

ПОДОЙДЕТ. В домашних условиях можно использовать кухонные вытяжные зонты, но имейте в виду - они не химстойкие. Решетка же в них вообще выполнена из алюминия, которые быстро гниет от многих испарений. Можно применить канальные вентиляторы, но придется все равно делать вытяжной зонт. Мощным решением для дома являются вентиляторы МАРС, высасывающие более 600 м³ воздуха в час.

НЕ ПОДОЙДЕТ. Напольные вентиляторы, любая система вентиляции, способная вредить другим людям.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Вытяжку нельзя выводить в общую систему дома. За счет мощных вентиляторов вы будете передавливать испарения в квартиры соседей. Вообще, если вы собираетесь работать с парящими и аэрозолящими процессами - подумайте! По законодательству РФ ваши установки будут относиться к стационарным источникам выбросов, что влечет огромное количество последствий. Ответственность всегда лежит на вас, в.т.ч. и уголовная!

8. Достоинства и недостатки гальваники. Сравнение с горячим методом.

Как мы уже знаем, металл на поверхность можно наносить разными способами. Например, самый распространенный - горячий метод. Это когда изделие погружают в огромный бассейн расплавленного металла. Сравним его с гальваникой.

Достоинства гальваники:

1) Можно максимально точно задавать толщину покрытия (точность до 1 мкм). В то время как у горячего метода толщина 50-400 мкм. Это особенно важно для высокоточных изделий. Будет неприятно, если из-за толстого покрытия Ваше изделие не пройдет в сборку по допускам.

2) Множество покрытий. Гальванически можно нанести более 40 различных металлов, горячим методом не более 10.

3) Настройка процесса. В гальванике можно корректировать раствор для получения покрытия с разными свойствами (например, блестящее или матовое хромирование).

4) Равномерность покрытия. Часто в изделиях с большим количеством внутренних полостей горячим методом невозможно достичь равномерную прокрываемость полостей, иногда полости остаются без покрытия вообще. В гальванике все относительно равномерно.

Недостатки гальваники:

1) Низкая производительность. Относительно горячего метода, которым можно покрывать сотни тонн изделий в сутки. Гальванику дольше настраивают.

2) Высокая цена. Исходя из низкой производительности. Гальваника всегда дороже горячего метода, просто потому что требования к покрытию выше.

3) Требования к техническому заданию. Если Вы хотите качественное нанесение покрытия – максимально подробно опишите требования. Если не знать, что ты хочешь – получишь точно не то.

4) Редко подходит для особо-крупных изделий. Если у изделия большая площадь – на покрытие потребуется огромное количество тока. Мало предприятий в России имеют такие производственные мощности.

9. Цена гальваники.

Первое, что нужно понять — единой цены на гальванику для всех изделий не существует. Почему?

Вот пример: Если указать цену за покрытие, скажем, 60р за 1 кг.

1кг это может быть металлический брусок, который по площади не занимает почти ничего. Или это может быть проволока в размотанном виде, занимающая половину комнаты. По цене оба изделия будут стоить 60р. А теперь представьте насколько сложней покрыть проволоку, чем брусок?

Существуют ориентировочные цены для стандартных покрытий. Ими пользуются снабженцы, когда необходимо прикинуть бюджет на проект. Но окончательную цену гальванические предприятия укажут только когда посмотрят на чертежи изделий или сами изделия вживую.

С ценами на гальванику НПП Электрохимия Вы можете ознакомиться здесь. А лучше отправьте заявку менеджеру.

10. Вредность гальваники.

Гальваника — это вредно. Всегда!  Если не обеспечить соблюдение норм безопасности, то можно доставить много проблем и себе и соседям. Поэтому гальванические предприятия уделяют особое внимание очистным сооружениям (очищают воду) и вентиляции (очищают воздух).

Заниматься гальваникой в промышленном масштабе дома нельзя, т.к. это, во-первых незаконное предпринимательство, во-вторых — поднадзорная деятельность (Росприроднадзор, МВД). 

Вот статьи про вредность металлов для организма человека. Почитайте, сделайте выводы.

• Общие сведения о вреде тяжелых металлов для здоровья

• Влияние меди

• Влияние олова.

• Влияние хрома (особенно вредно).

• Влияние никеля никеля.

• Влияние NO3-- Нитраты.

• Влияние PO43- - Фосфаты и пирофосфаты.

11. Гальваника своими руками в домашних условиях

Вообще мы не рекомендуем Вам самим заниматься гальваникой в домашних условиях. Лучше обратитесь на гальваническое производство (можно и к нам :)). Сбережете здоровье и нервы.

Если Вы все же решились — про необходимое оборудование мы уже написали в п.7. Настоятельно рекомендуем заниматься гальваникой дома только как хобби, когда покрываются штучные детали и для себя.

По мере написания мы будем выкладывать статьи по нанесению определенных металлов дома:

-Меднение

-Оловянирование

-Никелирование

-Серебрение и т.д.

12. Гальванопластика и электроформинг.

Суть процесса в том, что покрываются неметаллические изделия (диэлетрики). Для этого вначале наносится токопроводящее покрытие, а затем детали гальванизируются.

Частным случаем покрытия диэлектриков является гальванопластика и металлизация отверстий в печатных платах. Гальванопластика подразумевает получение толстых, до нескольких миллиметров толщиной покрытий на готовых формах. После отделения покрытия от формы оно само по себе становится товарным изделием. Если форма остается внутри готовой детали, то процесс будет называться электроформинг.

13. Хромирование авто.

Еще одно заблуждение — хромирование авто это всегда гальваника. Совсем нет. Почти всегда под хромированием авто подразумевается краска. Просто она выглядит как хром. Но никакой связи с гальваническим хромом не имеет. Как только в хромированный таким образом диск попадет небольшой камешек – краска сразу отлетит.

Гальванический хром имеет огромную твердость и износостойкость. Никакой камешек ему нипочем.

Говоря о цене, вот Вам пример. Покрыть гальваническим хромом 4 диска авто будет стоить от 100 т.р., когда как покрыть хромом (краской) стоит 5-10 т.р. Ощутимая разница.

Если Вам автосервис предлагает хромирование, уточните, как они его производят. Скорей всего это будет распыление из шланга или балончика.

В России менее 10 гальванических предприятий профессионально занимаются хромированием авто и мото. Повторюсь, это очень дорого. Рестравраторы платят от 1 млн рублей за такую роскошь.

14. Заключение.

Еще раз оговорюсь, статья носит ознакомительный характер и написана простым языком. Если Вы разбираетесь в теме - лучше прочитайте Теоретические основы гальванотехники.

Надеюсь, в целом мне удалось передать суть гальваники и гальванических покрытий.

Если Вам необходимо узнать что-то еще, проконсультироваться или заказать гальваническое покрытие – звоните нашим менеджерам. Будем рады помочь.