Гальваника и гальваническое покрытие металла: виды, преимущества, процесс

Гальваническое покрытие металла – электрохимический метод защиты от неблагоприятных внешних воздействий. Тонкая металлическая пленка защищает детали от действия химических веществ и влаги, продлевает срок службы и улучшает внешний вид.

Технология нанесения гальванических покрытий отличается простотой и экономичностью, благодаря чему получила большое распространение в различных сферах:

• Строительстве. Гальванический способ используется для покрытия металлических конструкций, эксплуатирующихся под открытым небом.
• Авиа- и машиностроении. Для защиты деталей, от воздействия неблагоприятных факторов.
• Приборостроении и электронной промышленности гальваническое покрытие используется для защиты контактов из активных металлов.
• Медицине. Применяется в производстве медицинских и хирургических инструментов.
• Химической промышленности. Для изготовления лабораторной посуды.
• Производстве товаров народного потребления, в том числе сантехники, посуды, предметов интерьера, мебели и т.д.

Принцип метода гальванизации

Нанесение гальванических покрытий – это процесс, в ходе которого на исходной детали образуется металлическое покрытие. Данный метод подразумевает использование электролита. Электролитический состав подбирается в соответствии с необходимым результатом и характеристиками металла, из которого выполнена заготовка.

Для запуска процесса гальваники металла необходимы два анода, соединенных с источником тока. Присоединение помещенной в электролит заготовки к «минусовому» контакту запускает гальванизацию. В данной схеме обрабатываемая заготовка является катодом.

Важный момент – на структуру формируемого покрытия напрямую влияет величина плотности тока. В данном случае она определяется как соотношение силы тока к величинам поверхности заготовки.

Цели процедуры

Методика гальванизации может быть использована для достижения различных целей. Чаще всего данная технология востребована для улучшения эстетических и эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей и конструкций. Она также может применяться в том случае, если нужно получить точные копии образцов с особо сложным рельефом – такое направление использования метода называется гальванопластикой.

Другой, не менее популярной целью использования технологии является обработка черных металлов. В отношении процедуры цинкования гальванизация представляет собой формирование цинкового гальванического покрытия на заготовках из черного металла. Такое покрытие обладает незаурядными антикоррозийными характеристиками. Заготовки (конструкции, детали), обработанные по такой методике, впоследствии могут контактировать с водой, использоваться во влажной среде в течение длительного времени, при этом сохраняя свои прочностные характеристики.

Подготовительный этап

Нанесение гальванического покрытия – это многоуровневый технологический процесс, реализуемый в три основных этапа (подготовка, нанесение покрытия, заключительная обработка готового изделия).

Подготовка поверхностей для дальнейшей гальванизации – наиболее трудоемкий и ответственный этап всего процесса. От правильности и достаточности его проведения зависит качество полученного защитного покрытия. При наличии на поверхности металла малейших следов жира и оксидной пленки получение однородной сплошной защитной пленки будет невозможно – покрытие не сможет проникнуть в слои основного металла, могут образоваться пузыри, разрывы и т. д.

Дефекты могут возникнуть на местах, где остались заусенцы, неровности поверхности, в местах плохо отшлифованных спаев, недостаточно очищенных от пыли местах. Гальваническое покрытие требует низкой шероховатости поверхности, тщательного очищения после шлифовки и обязательной обработки обезжиривающими средствами.

Преимущества метода гальванического покрытия

В сравнении с другими методами защиты, гальванический способ покрытия металлов обладает рядом уникальных достоинств:

• Защитный слой отличается равномерной толщиной, высокой плотностью и адгезией к другим материалам.
• Наносить покрытие можно на конструкции любой формы.
• Метод повышает высокие антикоррозийные свойства металлов, продлевая срок их службы.
• Покрытия отличаются высокой износостойкостью и устойчивостью к механическим воздействиям.
• Гальванические покрытия имеют высокие эстетические характеристики, что сделало технологию популярной в дизайне.
• Экономичность. Технология не требует сложного оборудования и больших затрат на организацию производства. При этом она востребована практически во всех сферах экономики, что делает ее не только перспективной, но и высокорентабельной.

Преимущества

К преимуществам данного метода защиты металлических изделий относятся:

• Высокие антикоррозионные качества.
• Стойкость к механическим и физическим повреждениям.
• Сопротивляемость агрессивным средам природного и промышленного происхождения.
• Низкая пористость покрытия.
• Твердость, износостойкость.
• Возможность регулировать толщину наносимого покрытия в процессе нанесения.

К недостаткам метода относится большой расход электроэнергии, экологические угрозы, высокая стоимость очистных мероприятий.

Функции

Гальванические покрытия подразделяются на несколько видов в зависимости от назначения:

• Защитные. Используется для изоляции металлов от воздействия агрессивных факторов внешней среды.
• Защитно-декоративные. Помимо защитной, несут эстетическую функциию.
• Специального назначения. Гальванизация используется для придания изделиям новых свойств, например, улучшение эксплуатационных характеристик, восстановления начальной формы и размеров изделий.

Виды обработки деталей

Механическая обработка и достижение идеальной гладкости металлических деталей достигается в домашних условиях шлифованием поверхности наждачной бумагой и другими абразивами, в промышленных масштабах используются пескоструйные, химические, автоматизированные методы достижения результатов. На подготовительном этапе проводят изоляцию деталей или отдельных мест, не подлежащих гальванизации.

В зависимости от вида наносимого металла проводят различную подготовку. Перед цинкованием или кадмированием поверхность защищаемой детали обезжиривают и протравливают. Хромирование и никелирование предваряют механической шлифовкой, обезжириванием, удалением оксидной пленки. Обезжиривание проводится в два этапа – стартовые работы и полное обезжиривание.

Предварительно детали промывают растворителями – уайт-спиритом, бензином, специальными органическими смесями и т. д. Окончательную обработку реализуют при помощи щелочных растворов или электрохимическим методом. После чего детали промывают горячей водой, проводят активацию и легкое протравливание металла для удаления мельчайших пленок окислов, что улучшает адгезию поверхности детали с гальваническим покрытием металла.

Виды гальванических покрытий

Для защиты металлоизделий используются различные виды гальванических покрытий, в том числе из драгоценных металлов. Их используют редко, как правило, в радиотехнике, приборостроении и производстве ювелирных изделий.

Наибольшее распространение получили:

• Медь. В промышленности не используется самостоятельно. Это связано с тем, что медь при взаимодействии с кислородом быстро окисляется. Чаще всего ее применяют в качестве подслоя, для улучшения качества покрытия, в сочетании с другими металлами: никелем и хромом.

Последнее время большую популярность приобрели декоративные изделия, имитирующие старинные. Медь оказалась благодатным материалом для декораторов. Она доступна, легко поддается обработке, процесс гальванического покрытия не требует больших финансовых затрат. Ее свойства позволяют подвергать гальванизации необычные материалы, например растения и создавать неповторимые украшения.

• Хром. Хромирование широко применяется в промышленности для снижения трения в механизмах, повышения износостойкости и устойчивости к коррозии. Используется не только для защиты, но и для восстановления металлических деталей, а также в декоративных целях, поскольку покрытие имеет красивую зеркальную поверхность.
• Цинк. Цинкование – одна из самых востребованных технологий. Гальваническое покрытие обладает высоким защитным действием, что позволяет продлить срок службы металлических изделий на десятки лет. Оцинкованные предметы стали популярными в среде декораторов и с успехом используются для оформления интерьеров.
• Никель. Характеризуется прочностью и высокими эстетическими свойствами. Покрытие никелем используется во многих сферах: производстве сантехники, строительстве, машиностроении, химической промышленности, медицине, производстве товаров народного потребления. Никель часто выступает в качестве подслоя при хромировании. Активно применяется для создания декоративных изделий поскольку может использоваться на неметаллических поверхностях, например стекле, керамике и т.д.

Совместимость обрабатываемых металлов

При использовании метода гальваники (в выборе контактируемых металлов) необходимо учитывать их гальванические свойства. Это касается и любых производств, где изготавливаются изделия из разных металлов. Дело в том, что взаимодействие разнородных металлов приводит к такому явлению, как контактная коррозия – к примеру, использование заклепок из меди для скрепления алюминиевых листов приведет к созданию гальванической пары и как следствие, к сильной коррозии.

У каждого из указанных металлов есть свой электродный потенциал. При контакте с электролитическим составом, один из них становится анодом, а другой – катодом. В процессе реакции анодом является алюминий. Медь, в данном случае выступающая в качестве катода, способствует быстрому разрушению алюминия.

Нужно учесть, что почти все разнородные металлы, которые взаимодействуют друг с другом, не могут быть гарантированно защищены от коррозии. Причина в том, что при контакте металлов электролитом может стать даже влага, находящаяся в воздухе: её частицы вполне способны запустить процесс гальванизации.

В данной таблице представлены данные о совместимости гальванических пар:

Характеристики гальванических покрытий

Оценка результатов гальванизации деталей производится путем контроля свойств полученного покрытия. Оно обладает следующими свойствами:

• Электрические параметры покрытия. В изготовлении токопроводящих компонентов эта характеристика гальванического покрытия изделий является ключевой;
• Фактурность. В зависимости от выбранной методики гальванизации покрытие может обладать разной степенью шероховатости поверхности;
• Твердость. Эта характеристика покрытия оценивается при помощи специализированного измерительного оборудования.

Углеродистая сталь.

Углеродистая сталь — один из основных видов конструкционных материалов в современной промышленности, является сплавом железа, углерода и относительно небольшого количества легирующих добавок. Железо не пассивируется на воздухе (в отличие от других металлов своей подгруппы, например никеля), поэтому главным его недостатком является низкая коррозионная стойкость. При коррозии железо соединяется с кислородом и превращается в оксиды FeO, Fe2O3 и Fe3O4, покрывающие сталь пористым слоем полностью проницаемым для внешней среды. Этот слой нисколько не препятствует дальнейшему разрушению металла. Процесс коррозии стали самопроизвольно не затухает и может длиться годами вплоть до полного уничтожения изделий. Поэтому сталь без покрытия, электрохимической защиты или легирования никелем и хромом не следует применять ни в атмосферных условиях, ни в агрессивных средах. Чаще всего для защиты стали от коррозии применяют гальваническое цинкование и химическое фосфатирование (с промасливанием или хроматированием).

Преимущества:

• Низкая стоимость;
• Хорошая свариваемость;
• Относительно высокая твердость;
• Устойчивость к динамическим нагрузкам;
• Отсутствие отпускной хрупкости.

Недостатки:

• Низкая атмосферная коррозионная стойкость;
• Подверженность сильному охрупчиванию при низких температурах.

Используемые материалы и оборудование

Чтобы нанести гальваническое покрытие, необходимы определенные материалы и оборудование. Для нанесения хромированной поверхности, цинка и иных металлов на заготовки применяется стандартное оснащение для гальванизации – разница при использовании перечисленных видов обработки будет в составе электролита, плотности используемого тока и режимах процедуры.

Формирование покрытия из металлов производится с использованием следующего оснащения и материалов:

• гальванические ванны – ёмкости для электролита (раствора, обеспечивающего запуск гальванизации);
• система нагрева (нужна для нагревания электролита до нужной температуры);
• устройство, обеспечивающее подачу постоянного тока (необходимое условие — наличие регулятора напряжения).

Обработка готового изделия

Гальваническое покрытие деталей завершается этапом дополнительной обработки. В этом процессе реализуются следующие операции:

• Осветление.
• Окраска лакокрасочными составами.
• Пассивирование.
• Обезводороживание.
• Промасливание или полировка.
• Выполнение серебрения составами против тусклости.

Осветление и пассивирование повышают антикоррозионные свойства оцинкованных изделий и кадмиевых покрытий. Процесс пассивирования – это погружение изделий в специальный раствор, образующий на поверхности детали защитную пленку толщиной до 1 мкм.

Изделия из стали, меди с гальваническим покрытием дополнительно обрабатывают маслами – промасливают. Это делается в целях улучшения защитных качеств металлической изоляции и способствует повышению антикоррозионной устойчивости.

Этапы процесса гальванизации

Процесс нанесения гальванизации состоит из нескольких стадий:

• Подготовка детали к обработке. Самый длительный и трудоемкий этап, т.к. качество поверхности оказывает решающее влияние на степень адгезии слоев. Подготовка заключается в чистке с использованием различных приспособлений и механизмов, шлифовке, обработке детали от загрязнений и жира.
• Подготовка гальванического раствора. Его состав подбирается в зависимости от назначения и используемых материалов. После раствор наливается в емкость или гальваническую ванну. В жидкий электролит помещается пластилина из металла, которая выполняет роль анода, несущего положительный заряд. В роли катода выступает изделие, подвергающееся обработке.
• Гальванизация – основной этап. Электрическая сеть замыкается. Положительно заряженные частицы анода устремляются в направлении катода, осаждаясь на его поверхности. В результате получается прочное, устойчивое к воздействиям покрытие. Продолжительность воздействия зависит от используемых материалов и толщины защитного слоя, которую необходимо получить.

Принцип

Схема, по которой реализуется гальваническое покрытие металла, довольно проста. В нее входит изделие, на которое наносится защитное покрытие, емкость с раствором электролита, куда помещается изделие. Третьим участником процесса является металлическая пластина, на которую подается положительный заряд тока, она выполняет функции анода, помещенное в раствор изделие становится катодом, куда подается отрицательный заряд.

При замыкании электрической сети металл анода (пластины) растворяется в электролите и под действием тока устремляется к отрицательно заряженному изделию (катоду), тем самым создавая прочное покрытие. Электролит является проводящим раствором для перемещения металлов с анода на катод. Размер емкостей (ванн) с электролитом бывает разным, в зависимости от производственных задач.

Изделия больших размеров размещают на подвесах, через которые пропускают отрицательный заряд, конструкция удерживается на весу в объеме ванной. Мелкие изделия получают гальваническое покрытие в ваннах барабанного типа, где одновременно гальванизируется большое количество продукции. В этом случае отрицательный заряд подается на барабан, вращающийся в емкости с электролитом, куда заведен анод.

Существуют колокольные наливные ванны, где гальваническое покрытие одновременно наносится на большое количество очень мелких деталей, например на метизы. В емкости засыпают продукцию, заливают электролитный состав и устанавливают анод. Ваннам придается медленное вращение, в процессе которого изделия равномерно покрываются защитным металлом.

По каким нормативам оценивается качество готового покрытия

Требования к параметрам гальванического покрытия отражены в ГОСТ 9 301-86.

В отношении толщины слоя в указанном нормативном документе приводятся следующие указания:

Возможно отклонение от максимальной толщины покрытия в том случае, если это отклонение не оказывает влияние на рабочие характеристики изделия. Для деталей со сложным рельефом, в местах изгиба допускается уменьшение толщины слоя до 50%.

предлагает услуги гальванизации металлоизделий в любых объемах. Узнать подробности, сделать заказ или купить продукцию компании можно позвонив по телефону, указанному на сайте.

Особенности процесса

В некоторых случаях при гальваническом методе покрытия обрабатываемые детали навешивают на катодную штангу, расположенную в ванной, а на анодной штанге размещают пластины металла, который будет покрывать изделия. Для получения определенных характеристик покрытия в электролит могут вводиться соли металлов, органические соединения, блескообразователи и т. д.

Для ускорения процесса перенесения металлов электролит перемешивают, что дает возможность применять большую плотность тока. Реверсирование направления тока позволяет получать гладкую поверхность.

Точное время длительности гальванического процесса покрытия устанавливается опытным путем – нанесением защитного слоя на деталь, измерением толщины получаемого слоя за определенный отрезок времени при заданных условиях технологического процесса. Особое внимание на этапе приладки уделяют толщине слоя в углублениях и полостях обрабатываемой опытной детали.