Гальванотехника

Гальванотехника (далее Г), область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий. Г включает: гальваностегию - получение на поверхности изделий прочно сцепленных с ней тонких металлических покрытий и гальванопластику - получение легко отделяющихся, относительно толстых, точных копий с различных предметов, т. н. матриц. Открытие и техническая разработка Г принадлежат русскому ученому Б. С. Якоби, о чем он доложил 5 октября 1838 на заседании Петербургской АН.

Г основана на явлении электрокристаллизации - осаждении на катоде (покрываемом изделии в гальваностегии или матрице в гальванопластике) положительно заряженных ионов металлов из водных растворов их соединений при пропускании через раствор постоянного электрического тока (см. Электролиз). Количественно гальванотехнические процессы регулируются по законам Фарадея с учетом побочных процессов, которые сводятся чаще всего к выделению на поверхности покрываемых изделий наряду с металлом качественно - типом и составом электролита, режимом электролиза, т. е. плотностью тока, а также температурой и интенсивностью перемешивания. Различают электролиты на основе простых или комплексных соединений. Первые значительно проще, дешевле и при интенсивном перемешивании (чаще воздушном) допускают применение высоких плотностей тока, что ускоряет процесс электролиза. Так, например, в гальваностегии при покрытии изделий простой конфигурации электролит на основе сернокислого в присутствии коллоидных добавок допускает плотность тока до 300 а/м², а при интенсивном воздушном перемешивании - до 30 ка/м². В гальванопластике растворы простых солей, чаще сернокислых, обычно применяют без введения каких-либо органических добавок, т. к. в толстых слоях эти добавки отрицательно сказываются на механических свойствах полученных копий. Применяемая плотность тока ниже, чем в гальваностегии; в гальванопластических ваннах она не превышает 10-30 а/м², в то время как при (гальваностегия) плотность тока достигает 2000-4000 а/м². Гальванические покрытия должны иметь мелкокристаллическую структуру и равномерную толщину на различных участках покрываемых изделий - выступах и углублениях. Это требование имеет в гальваностегии особенно важное значение при покрытии изделий сложной конфигурации. В этом случае используют электролиты на основе комплексных соединений или электролиты на основе простых солей с добавками поверхностно-активных веществ. Примером благоприятного влияния поверхностно-активных веществ на структуру покрытия может служить процесс осаждения из сернокислого электролита; без добавок поверхностно-активных веществ на поверхности покрываемых изделий выделяются изолированные напоминающие елочную мишуру и не представляющие никакой ценности как покрытие. При введении в электролит фенола, крезола или др. соединения ароматического ряда вместе с небольшим количеством коллоида (клей, желатина) образуется плотное, прочно сцепленное покрытие с вполне удовлетворительной структурой. Из щелочных электролитов, в которых находится в виде отрицательного комплексного иона (₃)^4-, при температуре 65-70° С без каких-либо поверхностно-активных веществ получаются хорошо сцепленные мелкокристаллические покрытия. Причина такого различия в поведении кислых и щелочных электролитов заключается в том, что в первых простые ионы двухвалентного в отсутствие поверхностно-активных веществ разряжаются без сколько-нибудь заметного торможения (поляризации), а в щелочных электролитах находится в виде комплексных ионов, разряжающихся со значительным торможением. Для изделий сложной формы применяют щелочно-цианистые электролиты или др. комплексные соли Для изделий применяются, как правило, цианистые электролиты. То же можно сказать про золочение, латунирование.

Существенную роль в гальванотехнических процессах играют аноды, основное назначение которых - восполнять в электролите ионы, разряжающиеся на покрываемых изделиях. Аноды не должны содержать примесей, отрицательно влияющих на внешний вид и структуру покрытий. В некоторых случаях анодам придают форму покрываемых изделий. Процессы золочения, родирования и др. протекают с нерастворимыми анодами из металла или сплава, устойчивого в данном электролите. Корректирование электролита в целях сохранения постоянства его состава осуществляется периодическим введением солей или др. соединений выделяющегося металла.

Все процессы как гальванопластики, так и гальваностегии протекают в гальванических ваннах. Часто гальванической ванной называют также состав находящегося в ней электролита. Материалом ванны в зависимости от ее размеров и степени агрессивности электролита могут служить: керамика, эмалированный чугун, сталь, футерованная или винипластом, органическое стекло и др. Емкость ванн колеблется от долей м (для золочения) до 10 м и более. Различают ванны: стационарные (покрываемые изделия в которых неподвижны), полуавтоматические (изделия вращаются или перемещаются по кругу или подковообразно) и агрегаты, в которых автоматически осуществляются загрузка, выгрузка и транспортировка изделий вдоль ряда ванн. Постоянный ток для электролиза получают главным образом от и выпрямителей, плотность тока регулируется при помощи многоступенчатого трансформатора.

Гальваностегия применяется шире, чем гальванопластика; ее цель придать готовым изделиям или полуфабрикатам определенные свойства: повышенную коррозионную стойкость ( лужением, износостойкость трущихся поверхностей ( Г применяется для защитно-декоративной отделки поверхности (достигается покрытием драгоценными металлами). По сравнению с издавна применявшимися методами нанесения покрытий (например, погружением в расплавленный металл) гальваностегический метод имеет ряд преимуществ, особенно в тех случаях, когда можно ограничиться незначительной толщиной покрытия. Так, процесс покрытия жести для пищевой тары электролитическим методом вытесняет старый, горячий метод; в США электролитически луженая жесть составляет более 99% от всей продукции (1966). Расход при этом сокращен во много раз главным образом за счет дифференциации толщины покрытия от 0,2-0,3 до 1,5-2 мкм. в зависимости от степени агрессивности пищевой сред. Все покрытия в гальваностегии должны быть прочно сцеплены с покрываемыми изделиями; для многих видов покрытий это требование должно быть удовлетворено при любой степени деформации основного металла. Прочность сцепления между покрытием и основой обеспечивается надлежащей подготовкой поверхности покрываемых изделий, которая сводится к полному удалению окислов и жировых загрязнений путем травления или обезжиривания. При нанесении защитно-декоративных покрытий ( и т. п.) необходимо удалить с поверхности изделий оставшуюся от предыдущих операций шероховатость шлифованием и полированием.

Технологический прогресс в гальваностегии развивается по пути непосредственного получения блестящих покрытий, не требующих дополнительной полировки; прогресс в области оборудования заключается в разработке и внедрении механизированых и автоматизированных агрегатов для механической подготовки поверхности и нанесения покрытий, включая все вспомогательные операции, вплоть до нанесения покрытий на непрерывную полосу с последующей штамповкой изделий (например, автомобильные кузовы, консервная тара и др.). Ведущими отраслями промышленности, в которых гальваностегия имеет значит, удельный вес, являются автомобилестроение, авиационная, радиотехническая и электронная промышленность и др.

Гальванопластика отличается от гальваностегии главным образом методами подготовки поверхности обратных изображений копируемых предметов-матриц и большей толщиной наращиваемого металла (в десятки и сотни раз). Матрицы бывают металлические и неметаллические. Преимущества металлических матриц заключаются в более легкой подготовке поверхности (чаще методом оксидирования) и возможности снятия большего количества копий. В качестве промежуточного поверхностного слоя на металлическую матрицы обычно наносят тонкую пленку (десятые доли мкм) или (до 2 мкм). Оба эти металла прекрасно оксидируются при трехминутном погружении в 2-3%-ный раствор бихромата и обеспечивают легкий съем наращенного слоя. Перспективно применение в качестве материала для металлических матриц оксидированного Сообщение электрической проводимости лицевой поверхности неметаллических матриц обычно осуществляется путем ее графитирования. Для этой цели свободный от примесей мелкочешуйчатый графит наносят на поверхность матрицы мягкими волосяными щетками. Для крупных и сложных по рельефу предметов, например статуй, барельефов и т. п., наиболее употребительны гипсовые и гуттаперчевые матрицы. При изготовлении матриц подобные предметы делят на участки. Полученные гальванопластически прямые копии соединяют пайкой с таким расчетом, чтобы швы не исказили изображения.

Наиболее распространена гальванопластика, меньше - и Основная область применения гальванопластики - полиграфия. (См. также Гальваностереотипия.) Гальванопластика широко применяется также при изготовлении матриц грампластинок, для производства волноводов и др.

Лит.: Якоби Б. С., Работы по электрохимии, М.- Л., 1957; Лайнер В. И., Современная гальванотехника, М., 1967; Modern electroplating, ed. A. G. Gray, . .- L., 1953; Modern electroplating, ed. . A. Lowenheim, 2 ed., . .-L.-Sydney, 1963.

В. И. Лайнер.

		Новости 22.12.2024 21:35:07

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.