|
Описание процесса
Гальваническое покрытие может быть нанесено на практически любую подготовленную поверхность, а процесс
гальванического металлоосаждения называют электролитическим осаждением металла.
В водных растворах соли металлов ионизируются и распадаются на положительно заряженные ионы (катионы) металлов и отрицательно заряженные ионы (анионы) кислотных радикалов. Например, сульфат
меди ионизируется в растворе следующим образом:
Ионы в растворе существуют независимо друг от друга, но находятся в электронном балансе, т.е. количество отрицательно заряженных ионов равно числу ионов с положительным зарядом.
Если включить источник постоянного тока и, погрузив в раствор два электрода, т.е. создать в нем разность потенциалов, ионы начнут перемещаться. Положительно заряженные ионы двигаются к катоду, а отрицательно заряженные – к аноду. В приведенном выше примере с раствором сульфата меди ионы меди движутся к катоду и, соединяясь с электронами атомов металла катода, образуют атомы меди, осаждающиеся на поверхности катода.
Отрицательно заряженные сульфат-ионы отдают свои электроны на медном аноде, и образуется сульфат меди, который затем снова ионизируется, и равновесие восстанавливается.
Иногда в электролитических ваннах, предназначенных например, для
хромирования или
золочения используются нерастворимые аноды. Поскольку в таком случае источник
металла для поддержания баланса в растворе отсутствует, раствор постепенно становится все менее и менее насыщенным, и для поддержания оптимальной концентрации приходится периодически добавлять в раствор соль металла.
Металл можно осаждать на поверхность изделия из раствора либо одной соли, либо комплекса солей. На практике первый из этих вариантов используется редко. Как правило, в раствор входит определенное число (комплекс) солей, выполняющих различные функции. Например, хлориды добавляются в никелировочные растворы для того, чтобы ускорить окисление анода, а борная кислота действует как буфер, поддерживающий баланс pH. Большая часть цианидов металлов нерастворимы в воде, и их приходится растворять в растворах цианида натрия или цианида калия. Некоторые соли применяются для улучшения электропроводящих свойств раствора и т.д.
В практической
гальванотехнике такие растворы называются основными. Металл можно осаждать из основных растворов, но покрытия в таком случае получаются тусклые, недостаточно стойкие и иногда имеют плохую кристаллическую структуру. Такими в начале ХХ века всегда получались никелевые покрытия. Для придания поверхности желаемого блеска и гладкости их приходилось перед нанесением окончательного покрытия из хрома механически полировать. Точно так же приходилось поступать и с серебряными покрытиями.
Современные
гальванические растворы содержат много сложных органических или металлоорганических соединений, выполняющиx специальные функции, и называющимися блескообразующими добавками, ускоряющими присадками и т.д. Такие добавки могут иметь самое различное назначение: для ускорения гальванического процесса, для повышения устойчивости к загрязнению, для придания покрытиям зеркального блеска, для уменьшения или увеличения жесткости осаждаемого слоя, изменения его кристаллической структуры, уменьшения внутреннего механического напряжения и т.д. Разработка и создание таких добавок – это результат усилий отдельных научно-исследовательских институтов и компаний-разработчиков, занятых этого рода деятельностью, поэтому их химический состав, как правило, не разглашается.
Эти добавочные компоненты осаждаются вместе с металлом. Их оптимальная концентрация в растворе поддерживается периодическим добавлением компонентов в раствор при помощи дозаторов в зависимости от потребляемого количества электричества, выраженного в ампер-часах. Концентрация добавок в растворе может быть совсем небольшой, но по ходу процесса в него периодически добавляются определенные количества основного компонента.
Заводские гальванические установки состоят из нескольких емкостей, собранных в определенной последовательности, а обрабатываемые изделия переносятся на специальных штангах обычным механическим способом. На тех предприятиях, где в больших количествах производятся однотипные изделия, обычно используются автоматические установки возвратного типа, в которых емкости размещены в два ряда.
Чего следует избегать при нанесении гальванического покрытия
1) Прежде всего, обрабатываемое изделие не должно иметь острых краев и ребер. На острых выступающих краях происходит сосредоточение силовых линий тока и толщина покрытия в этом месте будет больше, чем на ровной поверхности, и в этом месте будут образовываться дендриты. И наоборот, в углублениях и полостях изделия, слой покрытия будет слишком тонким или оно может не образоваться совсем.
2) На поверхности изделия не должно быть углублений. Толщина покрытия в углублении будет меньше, чем на прилегающей поверхности, и поэтому придется либо увеличивать среднюю толщину слоя по всему изделию (для того, чтобы толщина покрытия в углублении была не меньше минимально допустимой).
3) Крупные детали подвешиваются при помощи специальных подвесок, имеющих для этого технологические отверстия. Поскольку в месте примыкания электрического контакта процесс будет идти слабо, и образующийся слой будет тонким, контакт следует подсоединять в таком месте, где толщина покрытия не будет иметь особого значения.
4) Внутри изделий с болтовыми соединениями могут оставаться не покрытые участки, на которых впоследствии возможна коррозия.
5) Довольно трудно наносить металлопокрытие на сплавы, поскольку для разных металлов, которые могут содержаться там, применяются различные методы очистки поверхности.
Полезные советы
При сохранении в целом неизменной конструкции, используйте все конструктивное особенности изделия, дающие возможность нанести покрытие как можно более равномерно по всей поверхности. Каждый острый угол необходимо скруглять.
Для равномерного распределения покрытия необходимо уменьшить величину углублений, скруглить все острые углы. Это сделает толщину наносимого слоя более равномерной и повысит устойчивость поверхности к коррозии. |
