Что может гальваника?

При эксплуатации металлических изделий к поверхности, как правило, предъявляются повышенные требования: прочности, коррозионной стойкости, способности выдерживать перепады температур, а также  паяемости, износостойкости, декоративности и др.

Все эти свойства детали в основном приобретают благодаря всемогущей науке – гальванике! В результате электролиза металл тонким слоем осаждается на поверхности изделия, придавая ему необходимые качества.

Как и за счет чего это происходит? Каким образом подбирается состав электролита, чтобы обеспечить заданные свойства?

Защита от коррозии.

По способу защиты гальванические покрытия делятся на катодные и анодные.

Катодные покрытия имеют более положительный потенциал по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены, а  анодные покрытия – более электроотрицательный.

Медные, никелевые, серебряные и золотые гальванические покрытия, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, a цинковые и кадмиевые по отношению к стали — анодными.

Катодные гальванические покрытия защищают поверхность детали механически, изолируя ее, от окружающей среды, поэтому основное требование к катодным покрытиям — беспористость.

Анодные гальванические покрытия защищают металл детали электрохимически, поэтому степень их пористости не играет существенной роли.

Нанесение цинковых и кадмиевых гальванических покрытий не требует нанесения предварительного подслоя. Для повышения коррозионной стойкости достаточно провести операцию хроматирования (см. «Процесс цинкования»).

Иной подход к процессам меднения и никелирования: чтобы обеспечить коррозионную стойкость изделия необходимо получить мелкокристаллическое гальваническое покрытие с хорошей адгезией и достаточной толщиной. Именно поэтому соль основного металла входит в состав электролита в виде сложного комплекса: пирофосфатного, этилендиаминового, железистосинеродистого и др. (см. «Как выбрать электролит меднения?»).

Это повышает степень поляризации, а значит, способствует получению более качественного защитного покрытия. Более подробно данный механизм представлен в нашем обучающем курсе.

Как правило, чтобы обеспечить беспористость поверхности катодные гальванические покрытия для защиты от коррозии применяются в наборе: Cu – Ni – Cr,  Ni – Cu – Sn-Vi и др.

Декоративность гальванических покрытий обеспечивается введением в состав электролита блескообразователей. В значительной степени на внешний вид покрытия влияет состояние поверхности: чем меньше шероховатость, тем выше степень блеска даже при отсутствии в электролите блескообразователя.

Функциональные свойства гальванических покрытий.

Кроме защиты от коррозии гальванические покрытия позволяют придать поверхности изделий специальные свойства: паяемость, износостойкость, твердость, магнитные свойства.

Для получения заданных свойств, подбираются необходимые по составу электролиты, температурный и токовый режим осаждения.

Однако, перечень гальванических покрытий, обладающих необходимыми функциональными свойствами из чистых металлов сравнительно невелик, поэтому особый интерес приобретают сплавы.

Паяемость обеспечивается нанесением оловянного покрытия. В зависимости от применяемого припоя наносят гальванические покрытия сплавами олово-висмут или олово-свинец с различным содержанием компонентов (см. «Осаждение сплавов олова»).

Детали с покрытием олово-висмут.

Детали с покрытием олово-висмут.

Износостойкость можно повысить нанесением хромового покрытия, а также сплавов Cr – Mo, Cr – W, Ni – Co и др.

Магнитные свойства поверхность приобретает при осаждении покрытия  из Fe – Ni, Ni – Co, Fe – Co сплавов.

Необходимым условием совместного осаждения двух и более металлов является равенство их потенциалов при нанесении гальванического покрытия. Сближение потенциалов можно осуществить путем изменения концентрации компонентов или поляризации, т.е. комплексообразованием или введением в электролиты некоторых поверхностно-активных веществ (ПАВ). Введение ПАВ вызывает резкое торможение катодного процесса у положительного металла, тем самым создает условие сближения потенциалов.

Гальванопластическое наращивание.

Основная задача гальванопластики – изготовление деталей сложной конфигурации методом наращивания. Гальванопластика применяется в  приборостроении, автомобильном производстве для изготовления тонкостенных полых изделий,  где требуется высокая точность и чистота обработки внутренней поверхности и которые невозможно выполнить механически.

Деталь сложной конфигурации, изготовленная наращиванием никеля из сульфаматного электролита.

Деталь сложной конфигурации, изготовленная наращиванием никеля из сульфаматного электролита.

Гальванопластическое наращивание подразумевает осаждение толстослойных гальванических покрытий (до 1,5 – 2 мм), обладающих высокой пластичностью и отсутствием межкристаллических дефектов. Эти требования выполнимы далеко не для всех металлов. Глубоко изучены механизмы осаждения меди, никеля, никель-кобальтовых и железо-никелевых сплавов. За счет состава электролита, режимов осаждения и конструкции установки удается получить заданные характеристики.

Например, с увеличением плотности тока возрастает предел прочности покрытия, а относительное удлинение уменьшается. С увеличением толщины осадков увеличивается шероховатость. Использование в составе сернокислого электролита меднения блескообразующих добавок повышает равномерность осадка и позволяет увеличить рабочую плотность тока.

Поэтому для наращивания меди можно применять более доступный сернокислый электролит, а никелевое покрытие получается пластичным только из сульфаматного комплекса.

При наращивании драгоценных металлов – золота и серебра, так востребованных в ювелирной промышленности, толстым считается  покрытие порядка 25 мкм, т.к. эти покрытия имеют кубическую гранецентрированную решетку.

Золотые и серебряные  покрытия в основном применяются в качестве функциональных при нанесении первичного слоя с последующим наращиванием рабочих слоев из никеля или меди.

Несомненно, гальванопластика по своим возможностям изготовления с одной стороны уникальна, а с другой – требует работы высоко квалифицированной команды из гальваника, конструктора, электротехника и материаловеда.

Качество наращиваемого гальванического покрытия помимо состава электролита и режима осаждения в значительной степени зависит от оборудования и оснастки, которые изготавливаются непосредственно для поставленной задачи. Это может быть вращение катода, прокачка и фильтрация электролита, возможно струйная подача, определенное расположение деталей в ванне и др.

Тем не менее, будущее за гальванопластикой!

По вопросам разработки и внедрения технологии нанесения гальванических покрытий обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Запись опубликована в рубрике Советы молодым специалистам. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Комментарии запрещены.