Фазлутдинов К.К.

04.05.2018 (обновленно 07.08.2020)

3416 просмотров

Основные понятия по гальваническим покрытиям

Гальванотехника (гальваника) — отрасль электрохимии, занимающаяся нанесением металлических покрытий на изделия с использованием электрохимических реакций. Покрытие образуется путем восстановления ионов (принятия ими электронов) осаждаемого металла из электролита при пропускании через него тока.

Гальваностегия — область гальванотехники, занимающаяся преимущественно нанесением защитных, защитно-декоративных и специальных металлических покрытий на изделия.

Гальванопластика — область гальванотехники, занимающаяся получением толстых металлических покрытий на изделиях-формах с целью их копирования. Гальванопластикой можно получать как копии металлических предметов, так и неметаллических (диэлектричеких).

Гальванические покрытия — покрытия, полученные восстановлением ионов металлов из электролита под действием внешнего электрического тока. Иногда к ним относят аноднооксидные покрытия (что верно) и химические, иммерсионные, конверсионные покрытия (что терминологически неверно, т.к. при их нанесении не применяется внешний источник тока). Аноднооксидне покрытия, в отличие от катодных, образуются на аноде за счет окисления основного материала.

Электрод (в гальванотехнике) — чаще всего твердый электропроводный элемент электрохимической системы, на который подается внешнее напряжение от выпрямителя. Электроды делятся на катоды и аноды.

Анод — положительный электрод, на котором происходит процесс окисления (отдачи электронов). Общепринято, что потенциал анода при поляризации смещается в положительную сторону. Анод может быть растворимым и нерастворимым (инертным):

• Растворимый анод выполняется из металла или сплава, который должен быть осажден. При работе нерастворимый анод ионизируется, металл в виде ионов переходит в раствор. При достижении определенного потенциала анод может частично или полностью запассивироваться. При этом на нем может прекратиться растворение и начнутся побочные реакции. Чаще всего это выделение кислорода или хлора.

• Нерастворимый анод может выполняться из материала, который легко пассивируется в данном электролите. Например, инертные аноды делают из углерода, свинца, титана, некоторых видов стали. Особыми видами нерастворимых анодов являются окисно-рутениевые титановые аноды (ОРТА) или платинированный иридий. Инертный анод не растворяется в процессе осаждения покрытий, на нем происходят побочные реакции, например, выделение газообразного кислорода или хлора.

Катод — отрицательный электрод, на котором происходит процесс восстановления (принятие электронов) ионов осаждаемого металла и образование покрытия. Потенциал катода при поляризации смещается в отрицательную сторону. Катод, проще говоря — это непосредственно покрываемые изделия (кроме процесса анодирования).

Катодная/анодная плотность тока — отношение тока, протекающего через электролизер к площади катода/анода.

Выход по току — доля тока, расходуемая на протекание основной реакции – осаждения металла или сплава.

Поляризационная кривая — зависимость плотности тока от потенциала электрода.

Поляризация — отклонение потенциала электрода от равновесного под действием внешнего источника тока).

Поляризуемость — скорость изменения плотности тока при отклонении потенциала электрода от равновесного значения. Чем выше поляризуемость, тем круче идет поляризационная кривая. В предельном случае электрод будет называться идеально поляризуемым.

Выпрямитель — основное оборудование гальванического цеха, устройство преобразования переменного тока в постоянный с одновременным монижением напряжения и повышением силы. Выпрямитель, при определенном исполнении, может изменять постоянный ток по заданной программе, делать его реверсивным, импульсным и т.д.

Гальваническая ванна — емкость, содержащая электролит, электроды на штангах, дополнительные элементы, например, бортовые отсосы, теплоизоляцию, нагреватели, диафрагмы, барботеры (устройства для прокачки воздуха через раствор) и т.д. Гальваническая ванна может быть выполнена из металла или полимера (полиэтилен, полипропилен, тефлон и т.д.) В ванне, как правило, находится химически стойкий футеровочный материал, отделяющий корпус ванны от электролита (винипласт, пластикат, фторопласт и т.д.).

Оксидирование — получение оксидных покрытий на металлических изделиях, в основном из стали, алюминия, титана. Оксидирование может быть выполнено электрохимически (на аноде под током - анодирование), химически (в растворе без тока), термически (например, воронение стали на воздухе под действие высокой температуры).

Отходы — нецелевые продукты, образованные в ходе производства за счет несовершенства технологии, которые невозможно более использовать в данном техпроцессе.

Стоки — жидкие системы, образующиеся при межоперационной промывке деталей, выходе из строя ванн и пр. Стоки обязательно подлежат нейтрализации перед сбросом в канализацию или водоемы, если ПДК загрязняющих компонентов в них превышают установленные нормы.

ПДК — предельно допустимые концентрации.

Технологические операции — основными технологическими операциями в гальваностегии являются: механическая подготовка, обезжиривание, травление, декапирование, электролиз, сушка. Дополнительно могут быть проведены и другие операции — отжиг, пассивация и т.д. Между операциями проводится промывка. Первые четыре операции – подготовка поверхности, т.е. удаление с нее механических, органических, оксидных загрязнений. При этом травлением удаляются толстые оксидные слои, а декапированием (активированием) – тонкие, непосредственно перед электролизом (нанесением покрытия). Электролиз при химическом нанесении покрытия заменяется на безтоковое осаждение из специального раствора, содержащего соль металла, восстановитель и добавки.

Электролит — раствор, проводящий электрический ток за счет ионной проводимости. В гальванике электролит – раствор, из которого осаждаются металлические и неметаллические покрытия. Электролит в гальванотехнике содержит соль осаждаемого металла (кроме электролитов анодирования и хромирования) и добавки – буферные (для регулирования водородного показателя - рН), блескообразующие, фоновые (для увеличения электропроводности раствора).

Электрохимия — область химии, а точнее, физической химии, занимающаяся изучением процессов на границе электрод/электролит, в том числе при прохождении через нее тока от внешнего источника.