Гальванотехніка
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Гальванотехніка

Гальванотехніка , область прикладний електрохімії, що охоплює процеси електролітичного осадження металів на поверхню металевих і неметалічних виробів. Р. включає: гальваностегію — здобуття на поверхні виробів міцно зчеплених з нею тонких металевих покриттів і гальванопластику — здобуття легке що відділяються, відносно товстих, точних копій з різних предметів, т.з. матриць. Відкриття і технічна розробка Р. належать російському ученому Б. С. Якобі, про що він доповів 5 жовтня 1838 на засіданні Петербурзької АН(Академія наук).

загрузка...

  Р. заснована на явищі електрокристалізації — осадженні на катоді (виробі, що покривається, в гальваностегії або матриці в гальванопластиці) позитивно заряджених іонів металів з водних розчинів їх з'єднань при пропусканні через розчин постійного електричного струму (див. Електроліз ). Кількісно гальванотехнічні процеси регулюються по законам Фарадея з врахуванням побічних процесів, які зводяться найчастіше до виділення на поверхні виробів, що покриваються, поряд з металом водню; якісно — типом і складом електроліту, режимом електролізу, тобто щільністю струму, а також температурою і інтенсивністю перемішування. Розрізняють електроліти на основі простих або комплексних з'єднань. Перші значно простіше, дешевше і при інтенсивному перемішуванні (частіше повітрі) допускають вживання високої щільності струму, що прискорює процес електролізу. Так, наприклад, в гальваностегії при покритті виробів простий конфігурації електроліт на основі сірчанокислого цинку в присутності колоїдних добавок допускає щільність струму до 300 а/м 2 , а при інтенсивному повітряному перемішуванні — до 30 ка/м 2 . У гальванопластиці розчини простих солей, частіше сірчанокислих, зазвичай застосовують без введення яких-небудь органічних добавок, т. до. в товстих шарах ці добавки негативно позначаються на механічних властивостях отриманих копій. Вживана щільність струму нижча, ніж в гальваностегії; у залізних гальванопластичних ваннах вона не перевищує 10—30 а/м 2 , тоді як при залізненні (гальваностегія) щільність струму досягає 2000—4000 а/м 2 . Гальванічні покриття повинні мати дрібнокристалічну структуру і рівномірну товщину на різних ділянках виробів, що покриваються, — виступах і поглибленнях. Ця вимога має в гальваностегії особливо важливе значення при покритті виробів складної конфігурації. В цьому випадку використовують електроліти на основі комплексних з'єднань або електроліти на основі простих солей з добавками поверхнево-активних речовин. Прикладом сприятливого впливу поверхнево-активних речовин на структуру покриття може служити процес осадження олова з сірчанокислого олов'яного електроліту; без добавок поверхнево-активних речовин на поверхні виробів, що покриваються, виділяються ізольовані кристали, що нагадують ялинкову мішуру і що не представляють жодної цінності як покриття. При введенні в електроліт фенолу, крезолу або ін. з'єднання ароматичного ряду разом з невеликою кількістю колоїду (клей, желатину) утворюється щільне, міцно зчеплене покриття із сповна задовільною структурою. З лужних олов'яних електролітів, в яких олово знаходиться у вигляді негативного комплексного іона (Sno 3 ) 4- , при температурі 65—70° З без яких-небудь поверхнево-активних речовин виходять добре зчеплені дрібнокристалічні покриття. Причина такої відмінності в поведінці кислих і лужних електролітів полягає в тому, що по-перше прості іони двовалентного олова у відсутність поверхнево-активних речовин розряджаються без скільки-небудь помітного гальмування (поляризації), а в лужних електролітах олово знаходиться у вигляді комплексних іонів, що розряджаються з значним гальмуванням. Для цинкування виробів складної форми застосовують лужно-ціаністі електроліти або ін. комплексні солі цинку. Для кадміювання виробів застосовуються, як правило, ціаністі електроліти. То ж можна сказати про сріблення, золочення, латунювання.

  Істотну роль в гальванотехнічних процесах грають аноди, основне призначення яких — заповнювати в електроліті іони, що розряджаються на виробах, що покриваються. Аноди не повинні містити домішок, що негативно впливають на зовнішній вигляд і структуру покриттів. В деяких випадках анодам надають форму виробів, що покриваються. Процеси хромування, золочення, платинування, родірованія і ін. протікають з нерозчинними анодами з металу або сплаву, стійкого в даному електроліті. Коректування електроліту в цілях збереження постійності його складу здійснюється періодичним введенням солей або ін. з'єднань металу, що виділяється.

  Всі процеси як гальванопластики, так і гальваностегії протікають в гальванічних ваннах. Часто гальванічною ванною називають також склад електроліту, що знаходиться в ній. Матеріалом ванни залежно від її розмірів і міри агресивності електроліту можуть служити: кераміка, емальований чавун, сталь, футерована свинцем або вініпластом, органічне скло і ін. Ємкість ванн вагається від доль м-коду (для золочення) до 10 м-код і більш. Розрізняють ванни: стаціонарні (вироби, що покриваються, в яких нерухомі), напівавтоматичні (вироби обертаються або переміщаються по кругу або підковоподібний) і агрегати, в яких автоматично здійснюються завантаження, вивантаження і транспортування виробів уздовж ряду ванн. Постійний струм для електролізу отримують головним чином від селенових і кремнієвих випрямлячів, щільність струму регулюється за допомогою багатоступінчастого трансформатора.

  Гальваностегія застосовується ширше, ніж гальванопластика; її мета додати готовим виробам або напівфабрикатам певні властивості: підвищену корозійну стійкість (цинкуванням, кадміюванням, лудінням, свінцеванієм), зносостійкість поверхонь, що труться (хромуванням, залізненням). Р. застосовується для захисно-декоративної обробки поверхні (досягається нікелюванням, хромуванням, покриттям дорогоцінними металами). В порівнянні з методами, що відвіку застосовувалися нанесення покриттів (наприклад, зануренням в розплавлений метал) гальваностегичеський метод має ряд переваг, особливо в тих випадках, коли можна обмежитися незначною товщиною покриття. Так, процес покриття оловом жерсті для харчової тари електролітичним методом витісняє старий, гарячий метод; у США електролітично луджена жерсть складає більше 99% від всієї продукції (1966). Витрата олова при цьому скорочена у багато разів головним чином за рахунок диференціації товщина олов'яного покриття від 0,2—0,3 до 1,5—2 мкм. залежно від міри агресивності харчової середовищ. Всі покриття в гальваностегії мають бути міцно зчеплені з виробами, що покриваються; для багатьох видів покриттів ця вимога має бути задоволене при будь-якій мірі деформації основного металу. Міцність зчеплення між покриттям і основою забезпечується належною підготовкою поверхні виробів, що покриваються, яка зводиться до повного видалення оксидів і жирових забруднень дорогою труять або знежирення. При нанесенні захисно-декоративних покриттів (срібних, золотих і т. п.) необхідно видалити з поверхні виробів шорсткість, що залишилася від попередніх операцій, шліфуванням і поліруванням.

  Технологічний прогрес в гальваностегії розвивається по шляху безпосереднього здобуття блискучих покриттів, що не вимагають додатковою поліровки; прогрес в області устаткування полягає в розробці і впровадженні механізірованих і автоматизованих агрегатів для механічної підготовки поверхні і нанесення покриттів, включаючи всі допоміжні операції, аж до нанесення покриттів на безперервну смугу з подальшим штампуванням виробів (наприклад, автомобільні кузови, консервна тара і ін.). Провідними галузями промисловості, в яких гальваностегія має означає, питома вага, є автомобілебудування, авіаційна, радіотехнічна і електронна промисловість і ін.

  Гальванопластика відрізняється від гальваностегії головним чином методами підготовки поверхні зворотних зображень копійованих предметів-матриць і більшою товщиною нарощуваного металу (у десятки і сотні разів). Матриці бувають металеві і неметалічні. Переваги металевих матриць полягають в легшій підготовці поверхні (частіше методом оксидування) і можливості зняття більшої кількості копій. Як проміжний поверхневий шар на металеву матриці зазвичай наносять тонку плівку срібла (десяті долі мкм ) або нікелю (до 2 мкм ) . Обидва ці металу прекрасно оксидуються при трихвилинному зануренні в 2—3%-ний розчин біхромату і забезпечують легке знімання нарощеного шару. Перспективне вживання як матеріал для металевих матриць оксидованого алюмінію. Повідомлення електричної провідності лицьової поверхні неметалічних матриць зазвичай здійснюється шляхом її графітування. Для цієї мети вільний від домішок дрібнолускатий графіт наносять на поверхню матриці м'якими волосяними щітками. Для крупних і складних по рельєфу предметів, наприклад статуй, барельєфів і т. п., найбільш споживані гіпсові і гутаперчеві матриці. При виготовленні матриць подібні предмети ділять на ділянки. Отримані гальванопластично прямі копії сполучають паянням з таким розрахунком, щоб шви не спотворили зображення.

  Найбільш поширена мідна гальванопластика, менше — залізна і нікелева. Основна сфера застосування гальванопластики — поліграфія. (Див. також Гальваностереотіпія . ) Гальванопластика широко застосовується також при виготовленні матриць грамплатівок, для виробництва хвилеводів і ін.

  Літ.: Якобі Б. С., Роботи по електрохімії, М.— Л., 1957; Лайнер Ст І., Сучасна гальванотехніка, М., 1967; Modern electroplating, ed. A. G. Gray, N. Y.— L., 1953; Modern electroplating, ed. F. A. Lowenheim, 2 ed., N. Y.—L.—Sydney, 1963.

  Ст І. Лайнер.