Операция гальванического покрытия металлов заключается в нанесении на поверхность металлического изделия тонкой пленки из такого же материала с использованием электролита. В процессе обработки детали молекулы покрывающего металла переносятся токопроводящим раствором и проникают в верхний слой изделия. В итоге происходит внедрение одного металла в поверхностное пространство другого.
Как результат, такой гальванический метод позволяет металлоизделиям приобретать дополнительную твердость, устойчивость к коррозии и износостойкость. У металла с гальваническим покрытием значительно повышается декоративность.
Для проведения гальванического процесса необходима ванна, которая является основой всего оборудования. В нее заливается токопроводящий раствор, в который помещаются 2 анода.
Для гальванизации металлов существуют линии оборудования. Устанавливаются они в отдельных цехах. Поскольку работа связана с химическими реактивами, в помещении монтируется вентиляция.
Несмотря на сложность гальванического процесса, он достаточно хорошо изучен. Поэтому его можно проводить и в домашних условиях. При этом следует помнить основное правило: общая площадь анодов должна превышать этот же параметр обрабатываемой детали.
Для чего гальванизируют металл
Во время гальванической обработки металла преследуются определенные цели. Все зависит от условий, в которых будет работать данное изделие, и требований, которые к нему будут применяться.
Цели гальванизации металла бывают следующие:
- Придание поверхностному слою защитных функций. Как вариант – никелирование.
- В целях улучшения декоративности предметов. Например, хромирование.
- Для получения копий деталей, отличающихся сложностью рельефа поверхности.
- Нашло широкое применение гальваническое цинкование продукции. Проводится оно с трубопрокатными, кровельными и строительными конструкциями. Это придает им устойчивость в условиях повышенной влажности.
- В ювелирном деле. Поверхностный слой украшений насыщается золотом и серебром. При этом не только улучшаются декоративные качества продукции, но и верхний слой золотых изделий увеличивает свою твердость в 2 раза.
Процесс гальванизации металлов отличается характерной особенностью. На поверхности изделий формируется пленка. Вне зависимости от сложности конфигурации ее толщина везде будет одинаковая. Это особенно важно, когда на первый план выходит внешний вид продукции.
Методы гальваники
Процесс образования защитной пленки другим металлом осуществляется двумя методами:
- Гальваническое катодное напыление. Такая технология покрытия металла отличается тем, что при небольшом ее нарушении происходит быстрая коррозия основного изделия. Этому процессу способствует сам поверхностный слой. В качестве примера можно привести лужение оловом.
- Гальваническое анодное нанесение. Относится к надежным гальваническим покрытиям. При возникновении угрозы коррозии в первую очередь начинаются разрушения в поверхностном слое. Основной металл длительное время сохраняет первоначальную форму. При этом он надежно защищен не только от внешней среды, но и от механических воздействий.
Процесс гальванического покрытия металла
Гальваническая обработка металла состоит из 3 этапов:
- Подготовка. Это наиболее трудоемкий процесс. В случае наличия на поверхности металла жира, заусенцев или пыли качество гальванизирования будет низким. Изделия должны быть обработаны вручную или на пескоструйной машине. При наличии остатков жира их следует обработать химическим раствором.
- Сам процесс гальванической обработки металла. Электролит заливается в ванну, в него помещаются 2 анода и покрываемая деталь. Проводится нагрев электролита с помощью специального устройства до температуры, указанной в технологии. Затем включается ток, который контролируется регулятором напряжения. Катодом является сама деталь. Положительно заряженные ионы движутся через электролит и оседают на отрицательно заряженном изделии, образуя поверхностный слой. Длительность второго этапа продолжается до тех пор, пока поверхностный слой металла не достигнет требуемой величины.
- После гальванической процедуры детали нуждаются в дополнительной обработке. Заключается она в осветлении, пассивировании или промасливании поверхности. Для этого изделия погружаются в специальный раствор с реактивами. В результате идет образование поверхностной пленки толщиной 1 мм.
При проведении процесса гальванической операции существует понятие совместимости материалов. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях это процесс идет замедленно. Но существуют пары, которые нельзя соединять вместе.
О совместимости гальванических пар таблица дает наглядное представление.
| Алюминий | + | — | + | — | — | — | — | — | + | — | + |
| Бронза | — | + | — | + | + | + | Пайка | Пайка | — | + | — |
| Дюраль | + | — | + | — | — | — | — | — | + | — | + |
| Латунь | — | + | — | + | + | + | Пайка | Пайка | — | + | — |
| Медь | — | + | — | + | + | + | Пайка | Пайка | — | + | — |
| Никель | — | + | — | + | + | + | Пайка | Пайка | + | Отсутствуют данные | + |
| Олово | — | Пайка | — | Пайка | Пайка | Отсутствуют данные | + | + | + | Отсутствуют данные | + |
| Сплав свинца с оловом | — | Пайка | — | Пайка | Пайка | Пайка | + | + | + | Отсутствуют данные | + |
| Углеродистая сталь и чугун | + | — | + | — | — | + | + | + | + | + | + |
| Хром | — | + | — | + | + | Отсутствуют данные | Отсутствуют данные | Отсутствуют данные | + | + | + |
| Цинк | + | — | + | — | — | + | + | + | + | + | + |
Используемые материалы и оборудование
Для всех видов гальванизации металла применяется однотипное гальваническое оборудование. Емкость, куда погружаются изделия из металла, называется ванной. Различие наблюдается только в разновидности электролита.
Исключение составляет холодное цинкование, совершаемое «Гальвонолом». Это жидкая суспензия, которая непосредственно наносится на металл. Отличается неустойчивостью к некоторым растворителям, поэтому нуждается в финишном покрытии.
Различается несколько групп гальванических ванн:
- Крупные. Рассчитаны на крупногабаритные изделия.
- Средние. В них нет возможности поместить большое изделие. При этом они остаются наиболее востребованными в условиях средних масштабов производства.
- Мелкие. В них можно проводить гальванизацию только мелких деталей.
В ванну помещаются анодные пластины. Изготавливаются из разных материалов. Их основная задача заключается в восполнении убывающего металла с изделия в процессе гальванизации.
Важными составляющими являются разновидность электролита и плотность тока. Эти параметры меняются в зависимости от вида операции.
Составы цианидных ванн для серебрения представлены в таблице.
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Цианистое серебро | 2 | 6 | 30 | 100 |
| Цианистый натрий | 70 | 70 | — | — |
| Цианистый калий | — | — | 70 | 100 |
| Углекислый натрий | 10 | 10 | — | — |
| Углекислый калий | — | — | 10 | 25 |
| Гипосульфит натрия | — | — | 0,4 | 0,5 |
| Аммиак водный, мл/л | — | — | 1-2 | 2 |
| Едкий калий | — | — | — | 15 |
Величина плотности тока оказывает влияние на структуру формируемого осадка. Измеряется как отношение силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.
Такой параметр имеет важное значение во время работы. При низкой величине плотности осадка вообще не образуется. Слишком большая его величина приводит к образованию порошкового отложения. Поэтому гальванический процесс требует контроля этого показателя.
Виды гальванических покрытий
Процессы гальванического нанесения покрытия на металл отличаются своими особенностями в зависимости от применяемого материала. К видам гальванических покрытий относятся:
- хромирование;
- цинкование;
- травление;
- золочение и серебрение;
- меднение;
- латунирование;
- гальваника алюминия.
Хромирование
Это процесс внедрения в поверхность металла хрома с использование электролита под воздействием тока. В результате изделие приобретает коррозионную устойчивость к агрессивной среде. Увеличивается твердость поверхностного слоя. Обработанные детали находят применение во многих отраслях промышленности.
Цинкование
При проведении цинкования металлическая поверхность покрывается слоем цинка. Образующаяся гальваническая пара хорошо работает в агрессивной среде. Продолжительность эксплуатации такого изделия зависит от времени разрушения цинка. До этих пор расположенный внутри металл не будет подвергаться коррозии.
Травление
Травление – это электролитическое снятие поверхностного слоя с изделия. Процедура проводится с целью обнаружения внутренних дефектов, устранения ржавчины или окислов. После такой операции часто детали подвергаются финишному покрытию. Обработанные поверхности заготовок хорошо сопрягаются друг с другом.
Золочение и серебрение
Золочение и серебрение применяются в ювелирном деле. Ванна заполняется электролитом, куда опускается обрабатываемое украшение. В электролите растворяются ионы серебра или золота. По окончании процедуры на поверхности изделия образуется тонкий поверхностный слой драгоценного металла.
ПОСМОТРЕТЬ чистый никель для гальванического производства на AliExpress →
Меднение
Меднение является промежуточной операцией, поскольку такая поверхность плохо противостоит коррозии. С течением времени она окисляется. В дальнейшем идет наслоение еще одного покрытия. В качестве электролитов используются щелочные и кислотные составы.
Латунирование
При работе используются цианистые электролиты меди, цинка, натрия или калия. Латунная поверхность наносится с целью улучшения декоративных качеств. Особенно это касается белого латунирования. Еще такой обработке подвергаются стальные заготовки, которые обклеиваются резиной.
Гальваника алюминия
К гальваническим покрытиям алюминия относятся сочетания:
- медь – никель – хром;
- никель – хром;
- свинец – олово;
- медь – олово;
- латунирование;
- цинкование.
Работа с алюминием и его сплавами сопровождается определенными трудностями. На их поверхностях присутствует окисная пленка, которая затрудняет процесс гальванизации.
Гальваническое покрытие металлических изделий проводится не только в промышленных масштабах. Домашние условия тоже позволяют заняться этим видом деятельности. Если у кого-то есть опыт проведения таких мероприятий, большая просьба поделиться им в х к этой статье.
Гальваника дома. Советы и рецепты
Советы
Для того, чтобы загальванизировать неметаллический предмет, его следует покрыть токопроводящим слоем. Для бытовых условий лучше всего подходит графитовый лак в форме спрея. Для создания графитового слоя достаточно обрызгать предмет со всех сторон, высушить в течение 15-30 минут и несколько раз повторить процедуру.
Для создания двустороннего равномерного покрытия нужно использовать два анода, разместив предмет для гальванизации между анодами. Толщина покрытия зависит от времени, в течение которого предмет будет находиться в электролите. Чем дольше длится гальванирование, тем толще получится слой металла на поверхности.
Перед гальванированием металлической детали ее нужно тщательно очистить от пыли, мелких заусенцев, тщательно обезжирить и высушить.
После того, как предмет загальванизирован, его нужно промыть в чистой воде, после чего можно брать в руки.
| Желатин пищевой 180 блюм 8 | Тиомочевина «ч» | Медь сернокислая 5-водная «ч» |
Рецепты электролитов
Для омеднения чаще всего применяют серный электролит, состоящий из медного купороса и серной кислоты. Серная кислота улучшает электропроводимость раствора.
Дополнительно вводятся различные добавки, которые стабилизируют электролит, делают покрытие более блестящим (если нужно).
Ввод блескообразователей позволяет получить зеркальную глянцевую поверхность без последующей механической обработки готового покрытия. Но одновременно, делает покрытие хрупким, не эластичным.
Все используемые реактивы должны быть максимальной химической чистоты, т. к. примеси могут ухудшить процесс гальванирования и качество получаемого покрытия.
- Для матового эластичного покрытия на 1 л раствора потребуется:
- 200 г сухого порошка медного купороса (желательно очищенного, категории ч или хч)
- 160 г серной кислоты
- 1,5 мл этанола (можно отмерить шприцом) или фенола
- 2-4 крупинки гранулированного желатина
Для приготовления электролита сначала нагревается пол литра дистиллированной воды до температуры около +80 °С, в воде растворяется медный купорос, раствор процеживается. В него добавляется серная кислота, потом объем раствора доводится до 1 л. Добавляются все остальные ингредиенты, затем раствор на несколько часов ставится остывать и отстаиваться.
Омеднение по данному рецепту будет матовым, но зато перышко или листик с дерева можно гнуть или придать ему нужную форму, нагрев изделие. Если хочется, то изделию можно придать глянцевый блеск тщательной шлифовкой, но иногда это сделать сложно, нужны специальные приспособления, например, гравер.
- Рецепт для получения блестящего медного покрытия. На 1 л раствора надо:
- 200 г медного купороса
- 130 г серной кислоты
- 1 капля унитиола (продается в аптеках)
- примерно 0,07 г тиомочевины
- 0,05 г поваренной соли
Покрытие получится блестящим, но не подходит для гнущихся предметов. Этот вид электролита можно использовать для получения полированного финишного покрытия не только для сувениров, но и для технических деталей.
Гальваническое травление. Безопасный способ
С помощью гальванического процесса можно не только покрывать поверхность детали тонкой металлической пленкой, но и вытравливать рисунки на металлической поверхности (лезвие ножа, столовый прибор, что-либо другое).
Гальваническое травление позволяет получить рисунки с четкими очертаниями, гладкими краями и глубиной одинаковой величины. Для этого потребуется тоже самое оборудование, что и для гальванирования, но в данном процессе анодом будет выступать протравливаемая деталь.
Обычно таким способом вытравливают поверхности из нержавеющей, устойчивой к кислотам стали, которую сложно или даже невозможно травить химическим способом.
- деталь тщательно отполировать, промыть, обезжирить (например, спиртом), слегка нагреть, нанести на нее слой воска; по воску выполнить желаемый рисунок, процарапывая воск до металла;
- предмет и медную пластину укрепить на штангах в гальванической ванне так, чтобы рисунок был обращен к медной пластине; расстояние между деталью и пластиной — около двух сантиметров;
- залить в емкость насыщенный раствор поваренной соли (4 столовые ложки на 1 л дистиллированной воды), подключить источник тока (например, зарядное устройство от мобильного телефона), плюсовый контакт на деталь, минусовый — на медную пластину;
- подождать примерно 40 минут;
- вынуть деталь, промыть в воде, нагреть и удалить воск.
Вместо воска можно использовать лак для ногтей, битумный лак или специальную грунтовку. Вместо соли — химически чистый медный купорос. Вместо медной пластины можно взять предмет из стали или железа, например, саморез, гвоздь.
Эта технология подходит не только для стальных поверхностей, но и для предметов из цинка, никеля, меди, латуни. Но для них требуются другие химикаты, гораздо более вредные, поэтому в домашних условиях их не используют.
Гальваника своими руками в домашних условиях: технология и оборудование
Гальваника – это и раздел прикладной науки «Электрохимия», в котором изучаются процессы, протекающие при осаждении катионов металла на катоде, помещенном в электролитический раствор, и технологический процесс. Гальваника в домашних условиях или выполняемая на производстве позволяет наносить на поверхность обрабатываемого изделия тонкий слой металла, который может выступать в роли защитного или декоративного покрытия.
Домашняя гальваническая установка
Методы реализации такого технологического процесса, отличающегося достаточно высокой сложностью, уже хорошо отработаны, поэтому сегодня его активно используют не только производственные предприятия, но и многие домашние мастера.
Особенности процесса
Покрытие, формируемое на обрабатываемой детали при помощи гальваники, может наноситься в технологических целях либо выполнять декоративные, защитные или сразу обе функции. В декоративных целях создают тонкий слой золота или серебра, а чтобы обеспечить надежную защиту поверхности обрабатываемой детали от коррозии, выполняют цинкование или гальваническое меднение.
Схема процесса электролиза
Сделать гальванику даже в домашних условиях несложно. Выполняют такую процедуру следующим образом.
- В диэлектрическую емкость с электролитом опускают два анода, подключаемые к плюсовому контакту источника электрического тока. Материалом изготовления таких анодов должен быть металл, слой из которого необходимо сформировать.
- Само обрабатываемое изделие, подключаемое к минусовому контакту источника электрического тока и, таким образом, выступающее в роли катода, помещается в электролите между анодами.
- Гальванизация, то есть процесс переноса молекул металла с электролита на изделие-катод, начинает происходить в тот момент, когда замыкается полученная электрическая сеть.
В результате на обрабатываемой поверхности формируется тонкий и однородный слой металла, который изначально содержался в химическом составе электролита.
Схема гальванической установки
Необходимое оборудование
Гальваника своими руками может быть качественно выполнена с использованием даже самого простейшего оборудования, которое есть в арсенале многих мастеров.
В первую очередь следует подобрать источник постоянного тока, который обязательно должен быть оснащен регулятором выходного напряжения.
Наличие такого регулятора необходимо для того, чтобы иметь возможность плавно и в широких пределах изменять мощность вашего самодельного устройства для гальваники.
В качестве источника питания в домашних условиях очень удобно использовать выпрямитель электрического тока, который можно собрать самостоятельно (или приобрести серийную модель). Многие умельцы, выполняющие нанесение гальванического покрытия в домашних условиях, в качестве источника тока применяют серийные сварочные аппараты.
Для домашней гальваники подойдет стабилизированный блок питания с регулируемым напряжением (1,5–12 В)
Гальваническая ванна своими руками также может быть изготовлена без особых проблем.
В качестве такой ванны можно использовать любую емкость из стекла или пластика, при этом необходимо учитывать, что в такую емкость для гальваники должна помещаться как обрабатываемая деталь, так и требуемое количество электролита. Очень важно также, чтобы ванна была достаточно прочной и могла выдерживать высокую температуру, величина которой может доходить до 80°.
Аноды, используемые для осуществления гальваники в домашних условиях, выполняют сразу несколько важных функций:
- подводят в электролит электрический ток и обеспечивают равномерное распределение последнего по обрабатываемой поверхности;
- возмещают убыль наносимого на изделие металла, расходуемого из химического состава электролита;
- способствуют протеканию некоторых окислительных процессов.
Выбирая аноды для своего гальванического аппарата, следует соблюдать одно важное правило: их площадь должна быть больше, чем площадь обрабатываемой поверхности.
Гальваника дома не может быть осуществлена без использования нагревательного прибора, при помощи которого электролит доводится до требуемой рабочей температуры. Очень удобно, когда интенсивность нагрева, обеспечиваемого таким устройством, может регулироваться.
Если ориентироваться на опыт домашних умельцев, которые уже имеют опыт нанесения гальванических покрытий в домашних условиях, можно порекомендовать использовать в качестве нагревательного прибора небольшую электроплитку или обычный утюг с регулировкой степени нагрева подошвы.
Что потребуется для приготовления электролита
Чтобы безопасно хранить в домашних условиях химические реактивы, из которых будет готовиться электролит для гальваники, а также сам готовый раствор, вам потребуется стеклянная посуда с притертыми крышками.
Количество химических реактивов, из которых готовится электролитический раствор, необходимо отмерять с точностью до одного грамма.
Для решения такой задачи в домашних условиях подойдут даже недорогие электронные весы, которые можно приобрести в любом хозяйственном магазине.
Готовый электролит можно слить и в пластиковую бутылку, но для кислотных составов нужно использовать стеклянную посуду
Если вы решили заняться нанесением гальванических покрытий на различные изделия в домашних условиях, то наверняка столкнетесь с проблемой приобретения химических реактивов, из которых готовится электролитический раствор.
Дело в том, что организации, производящие и реализующие такие химические вещества, могут продавать их только тем, кто имеет соответствующие разрешительные документы.
Приобрести такие химические реактивы частному лицу или даже организации, не обладающим такими документами, проблематично.
Для нанесения декоративных металлизированных покрытий можно приобрести специальные комплекты, состоящие из всех необходимых компонентов
Как правильно подготовить изделие к процедуре
После того как вы изготовили свой гальванический аппарат, нашли все необходимое оснащение и химические составляющие, можно приступать к такому важному процессу, как подготовка изделия, которое будет подвергаться гальванике. Важность такого процесса очень сложно переоценить, так как именно от качества его выполнения во многом зависит то, какими характеристиками будет обладать готовое покрытие.
В большинстве случаев подготовка изделия к гальванике не ограничивается только очисткой его поверхности от загрязнений и ее обезжириванием. Выполняются также пескоструйная обработка и последующая шлифовка с использованием наждачной бумаги и специальных паст.
Гальваническое покрытие выделяет все недостатки поверхности, поэтому обрабатываемая деталь должна быть идеально подготовлена, то есть устранены все сколы, царапины и раковины
Для того чтобы обезжирить обрабатываемую поверхность перед гальваникой, можно использовать органические растворители в чистом виде или приготовить для этих целей специальный раствор.
В частности, для эффективного обезжиривания стали или чугуна в домашних условиях готовят растворы, в состав которых входят едкий натр, жидкое стекло, карбонат натрия и фосфат натрия. Обезжиривание изделий из таких металлов выполняют в нагретом до 90° растворе.
Цветные металлы можно эффективно обезжирить растворами, содержащими в своем составе хозяйственное мыло и фосфорнокислый натрий.
Составы щелочных обезжиривающих растворов
Чтобы получить качественное гальваническое покрытие как в домашних, так и в производственных условиях, с обрабатываемой поверхности необходимо также удалить окисную пленку, для чего используют специальные декапирующие растворы с серной или хлороводородной кислотой.
Требования техники безопасности
Любая гальваническая операция (цинкование, хромирование, никелирование, меднение и др.
) является опасным технологическим процессом, поэтому при ее выполнении в домашних условиях необходимо строго следовать требованиям техники безопасности.
Опасной гальванику делают как токсичные химические вещества, так и высокая температура нагрева электролита, а также риски, связанные с любыми электрохимическими процессами.
Для проведения гальваники в домашних условиях лучше отвести нежилое помещение, в качестве которого может выступать гараж или мастерская. В нем обязательно должна быть организована качественная вентиляция. Все электрическое оборудование, которое вы будете использовать для того, чтобы сделать гальванику, необходимо заземлить.
Резиновые перчатки, очки и респиратор – минимум необходимых защитных средств
Личная безопасность – самое важное правило, которого следует строго придерживаться при осуществлении гальваники в домашних условиях. К мерам, которые способны обеспечить такую безопасность, следует отнести:
- использование респиратора для защиты дыхательных путей;
- защита рук при помощи мягких и прочных резиновых перчаток;
- использование при работе клеенчатого фартука и обуви, способной защитить от ожогов кожу ног;
- защита органов зрения при помощи специальных очков.
Кроме того, во время процедуры гальваники не следует ничего есть и пить, чтобы случайно не наглотаться и вредных испарений.
Чтобы быть готовым к любым неожиданностям, которые могут возникнуть в процессе выполнения такой операции, лучше предварительно почитать специальную литературу или даже посмотреть обучающее видео на данную тему.
Никелирование
Покрытие металла слоем никеля в домашних условиях могут выполнять в качестве финишной обработки или перед хромированием. Такой процесс получил название «гальваностегия», так как наносимый на поверхность изделия слой никеля повышает ее устойчивость к негативным факторам внешней среды. Кроме высоких защитных свойств, никелевый слой отличается и декоративной привлекательностью.
Температура электролита при выполнении никелирования не превышает 25°, а плотность тока находится в пределах 1,2 А/дм2. Электролит, кислотность которого должна находиться в пределах 4–5 pH, представляет собой водный раствор, в состав которого входят такие химические элементы, как сульфат никеля, магний, натрий, пищевая соль, борная кислота.
После завершения процесса гальваники изделие извлекают из электролитического раствора, промывают в воде, тщательно просушивают и полируют.
Хромирование
Гальваническое хромирование в домашних условиях или на производственном предприятии позволяет придать поверхностному слою обрабатываемого изделия более высокую твердость, устойчивость к коррозии, а также декоративность.
Поскольку хромовое покрытие отличается достаточно высокой пористостью, его выполняют после гальванического нанесения меди на обрабатываемую деталь (либо никелирования).
Для выполнения такой технологической операции используют аноды, которые изготовлены из сплава свинца, олова и сурьмы.
Установка гальванического хромирования
На конечный результат хромирования, выполнить которое в домашних условиях достаточно сложно, так как для этого необходимо использовать токи высокой плотности – до 100 А/дм2, оказывают влияние различные факторы. К наиболее значимым из них следует отнести:
- температуру используемого электролита – от данного параметра зависит оттенок формируемого покрытия, которое может быть матовым (температура ниже 35°), блестящим (35–55°) и молочным (выше 55°);
- химический состав электролита, оказывающий влияние на защитные свойства формируемого покрытия, а также на его цвет, который может быть темно-голубым, синим, агатовым.
Заключительным этапом хромирования после извлечения детали из электролитического раствора является промывка обработанной поверхности водой, последующая нейтрализация в растворе пищевой соды, еще одна промывка, просушка и полировка с использованием специальных паст.
Меднение
Меднение с использованием гальваники в домашних условиях необходимо для того, чтобы создать на поверхности обрабатываемого изделия токопроводящий слой, отличающийся небольшим значением электрического сопротивления, а также для того чтобы защитить деталь от негативного воздействия внешней среды.
Наносить слой меди на стальные и чугунные изделия, предварительно не покрыв их слоем никеля, смертельно опасно, так как для этого необходимо использовать цианистый электролит.
После предварительного никелирования металл покрывают слоем меди с использованием раствора сернокислой меди, концентрированной серной кислоты и воды комнатной температуры.
Золочение и серебрение
Покрытие металла слоем серебра или золота – это не только гальванопластический метод обработки, при котором с поверхности обрабатываемого изделия получают точную копию, но и технология, позволяющая создать на детали защитный и токопроводящий слой. Чтобы нанести на деталь из черного металла серебро, ее необходимо предварительно покрыть никелем.
Электролит для выполнения серебрения включает в свой состав железноцианистый калий, карбонат натрия и дистиллированную воду. Рабочая температура такого раствора не должна превышать 20°. В качестве анодов при выполнении серебрения методом гальваники используются пластины из графита.
Для серебрения детали опускаются в электролит, содержащий соль металла, например, нитрат серебра
Возможна также гальванопластика дома, в процессе выполнения которой поверхность изделия формируется при помощи слоя золота.
Кроме того, при помощи такой технологии может быть выполнено и простое золочение детали. При этом для гальваники применяется водный раствор золота с синеродистым калием.
Работать с таким электролитическим раствором можно только в помещениях с хорошей вентиляционной системой.
Многие домашние мастера задаются вопросом о том, как сделать процесс золочения более безопасным для человеческого здоровья. Для решения этой задачи ядовитую кислоту можно заменить на железистосинеродистый калий, который также называют кровавой солью.
Перед выполнением золочения в домашних условиях изделие тщательно очищают и покрывают медью, если оно изготовлено из стали, свинца, олова или цинка.
Для улучшения адгезии слоя золота с обрабатываемой поверхностью изделие перед обработкой окунают в раствор азотнокислой ртути.
При выполнении золочения в электролит вместе с анодами помещают листик золота. После окончания гальваники изделие просушивают в опилках, а затем полируют.
Гальванические цинкование и серебрение: электрохимическая гальванопластика своими руками
Открытие метода гальванизации, совершённое русским физиком Борисом (Морисом) Якоби в 1838 году, обособилось в две самостоятельные ветви гальванотехники: гальванопластику и гальваностегию.
Гальванотехника в промышленных масштабах позволяет применять этот электрохимический процесс осаждения катионов металла на любых поверхностях.
Получить такое покрытие на выбранной подложке поможет гальваника в домашних условиях.
Гальваническое покрытие изделий
Особенности процесса
При помощи гальванопластики выполняются точные копии любого предмета. Этот приём находит применение в исполнении бронзовых фигур, пластин для печати, восстановлении поверхностей повреждённых деталей.
Суть процесса заключается в погружении в электролит объекта. В качестве электролита используется водный раствор соли металла, которым нужно выполнить покрытие. Когда соли растворяют в воде, в них молекулы распадаются на заряженные частицы противоположных зарядов:
- катионы металла или водорода – положительные ионы;
- анионы кислотных остатков, гидроксильных групп или кислорода – отрицательные ионы.
Как известно, электролиты проводят электрический ток. Если в них погружать металлические электроды, подключенные к источнику постоянного тока, то через электролит станет протекать ток. При этом положительные ионы начнут движение к катоду, отрицательные – двинутся к аноду.
Схема гальванического процесса
Внимание! При восстановлении деталей с помощью гальванического осаждения в качестве катода может выступать сама деталь, анода – металлическая пластина. Аноды могут быть как растворимые, так и нерастворимые. Первые выполнены из осаждаемого на деталь металла, вторые – из свинца.
В результате протекания тока через раствор металл оседает на поверхности детали (катода) из-за того, что катионы металла и водорода на ней теряют заряд. Покрытие наносится на уровне молекул.
Анионы, в свою очередь, разряжаются на аноде с выделением кислорода.
Концентрация электролита всё время неизменна, потому что металл на аноде при разряде растворяется и пополняет раствор своими положительными ионами.
Гальваностегия, как вид гальванотехники, допускает выполнять защитные и декоративные покрытия металлических изделия либо придание их поверхности особых свойств. Её технологическая схема подразумевает нанесение на металлическую поверхность покрытия из другого металла, который более устойчив к механическим и химическим нагрузкам.
Необходимое оборудование
Гальваническая обработка мелких изделий в домашних условиях требует наличия определённой оснастки и химических реактивов. Основной перечень оборудования включает в себя:
- блок питания постоянного тока;
- ёмкость;
- электролит;
- весы;
- электроды «анод» и «катод»;
- провод;
- электроплиту.
Источник применяется с регулировкой по току. Выпрямитель, рассчитанный на выходные токи до 5 А, подойдёт для работы с объектами размером с апельсин. Для небольших элементов достаточно тока до 0,5 А.
Зарядные устройства на 12 В тоже годятся для процесса гальваники. Стартерный аккумулятор может служить таким источником тока.
Для снижения тока допустимо применять шунтирование, включение резистора параллельно сосуду.
Гальваническая ванна своими руками при изготовлении должна быть вместительна, прочна и термически устойчива. Хорошо подходят для этих целей готовые стеклянные изделия с толщиной стекла не менее 4-5 мм, старый аквариум или банка с широкой горловиной.
Электролит – водный раствор солей, приготавливается из химических компонентов в зависимости от желаемого покрытия.
Для точного подбора ингредиентов и соблюдения должной концентрации раствора необходимо взвешивающее устройство, желательно электронное.
В качестве электродов используются пластины из металла-донора, достаточной толщины и площади. Электроды подводят ток к электролиту, а также служат для замещения убывающего в нём металла. Провода берутся многожильные, медные в изоляции, с сечением не менее 2,5 мм2.
Требуется электроплита для подогрева электролита. Повышение температуры рабочего раствора ускоряет время реакции гальванизации. Возможность регулировки нагрева – обязательное условие выбора.
Гальваника в домашних условиях
Что потребуется для приготовления электролита
Одного рецепта электролита не бывает, для каждого покрытия нужен свой состав. В нём присутствуют вода, кислота и включения солей металлов. Для быстрого протекания реакций температура раствора бывает разной у отдельных процессов. Нагрев допустимо выполнять в микроволновках, духовках и электроплитах.
Как правильно подготовить изделие к процедуре
Предметы, которые подлежат гальванизации, должны иметь очищенную от коррозии и грязи поверхность. Ручной механической очисткой или шлифовальными приборами поверхность зачищается до блеска. Раковины и глубокие необработанные царапины не должны остаться на детали. В противном случае атомы во время гальванизации не смогут образовать хорошей связи и выпадут в осадок.
После механической обработки нужно погрузить деталь в сильный щелочной или кислотный раствор. Можно воспользоваться кратковременным изменением полярности на установке. Стальные детали опускают на несколько минут в разогретый до 90 градусов фосфорнокислый натрий. Медь или её сплавы очищают содой или любым моющим средством.
Можно также применить фосфорнокислый натрий, но не подогретый.
Требования техники безопасности
Работая с электролитом при гальванопластике в домашних условиях, необходимо придерживаться ряда требований. Опасны следующие факторы:
- выделение вредных паров при нагреве электролита и его химических реакциях;
- опасность поражения электротоком при незаземлённой схеме оборудования;
- разрушение ванн из пластика при воздействии температур.
Для защиты работы необходимо производить в отдельном проветриваемом помещении. Обязательно использовать защитные очки, фартук, резиновые перчатки и респиратор. Приём пищи и воды во время проводимых действий запрещён.
Материалы, которые чистящие химикаты не могут удалить
Частицы различных материалов или дефекты, присутствующие на подготавливаемом катоде, могут не удаляться с помощью химикатов. К ним относятся следующие позиции:
- остатки сварочного припоя и шлак;
- капли различных смол или их остаточные покрытия;
- глубокие повреждения в виде заусенцев или неровных краёв;
- слои пригоревшего жира или остатки эмалей и красок.
Недопустимо приступать к работе с изделием до полного удаления инородных вкраплений или покрытий.
Гальваника в домашних условиях с муриевой кислотой
Мурий – от латинского muria «рассол, раствор соли». Такого элемента нет в таблице Менделеева. Так прозвали химики газообразный хлор Cl2. Муриевая кислота – это соляная кислота HCl. Она схожа с серной кислотой и в просторечии называется паяльной.
Процесс гальваники в соляной кислоте с использованием медного анода выглядит так:
- к питающим зажимам подключаются стальная заготовка и кусок меди, соблюдая полярность (заготовка подключается к минусу, медь – к плюсу);
- ванна заполняется электролитом: вода и соляная кислота – 5:1;
- оба элемента погружаются в раствор, зажим на детали присоединяется к месту, где не нужна гальванизация, или всё время сдвигается в процессе покрытия;
- раствор периодически перемешивается в ходе работы для равномерности слоя.
Внимание! При смешивании электролита кислоту льют тонкой струйкой в воду, а не наоборот. Перемешивают стеклянной палочкой и в защитных очках.
Между противоположными электродами соблюдают некоторое расстояние, чтобы не возникло участков быстрого оседания меди. Изделие покроется тонким напылением, толстого слоя добиться сложно. Время, необходимое для покрытия, может достигать нескольких часов.
Работа с раствором металлического ионного электролита
При гальванизации дома мастеру нужно заранее предопределить, какой химической реакции необходимо добиться. От этого зависят материал, используемый для анода, и состав электролитного раствора.
Атомы, которые будут присоединяться к заготовке, должны входить в состав электролита. Следовательно, для получения золотого или серебряного покрытия электролит должен иметь золотую или серебряную основу.
В случае покрытий благородными металлами в качестве анода может выступать свинец, но электролит должен периодически обновляться.
Гальваника для различных металлов
Цинкование, латунирование, серебрение, никелирование и хромирование – всё это способы покрытия одного металла другим в результате электрохимической реакции. В зависимости от желаемого результата, можно на одной и той же гальванической установке в домашних условиях получать требуемые покрытия.
Никелирование
Это осаждение атомов никеля в виде покрытия на заготовке. В качестве анода берутся две пластинки никеля, погружаются в ванну с электролитом на одинаковом расстоянии. Между ними на подвесе располагают объект никелирования. Сернокислый состав электролита включает в себя:
- 140-200 г/л сернокислого никеля (NiSO4);
- 50-70 г/л сернокислого натрия (Na2SO4);
- 30-50 г/л сернокислого магния (Mg SO4);
- 5-10 г/л хлористого натрия (NaCl);
- 25-30 г/л борной кислоты (H3B03).
Все составляющие разводятся тёплой дистиллированной водой (20-25С0) в нужной пропорции. После растворения доливают воду до необходимого объёма. Кислотность раствора – 5,0-5,5 pH, при плотности протекающего тока 0,5-0,9 А/дм2. Минимальное время никелирования – 15-20 мин. Толщина слоя находится в прямой зависимости от силы тока, площади детали и времени выдержки.
Обязательно. По окончании работ в домашних условиях остатки электролита смываются проточной водой, детали насухо протираются.
Детали с никелированным покрытием
Хромирование
Ещё одно блестящее покрытие металлического оттенка – хромированное. Для приготовления электролита на 1 л дистиллированной воды нужно взять:
- хромового ангидрида (CrO3) – 250 г.;
- серной кислоты (H2SO4) плотностью 1, 83 г/см3 – 2,5 г.;
- дистиллированная вода, разогретая до 60 0С.
Через водный раствор, с размешанными в нём кислотой и ангидридом, пропускается ток номинального значения в течение 4 ч,. пока электролит не приобретёт тёмный коричневый цвет. После этого он отстаивается 24 часа и готов к употреблению.
Омеднение
Медь имеет красивый красный оттенок. Такой цвет приобретает и деталь после гальваники. Существует два варианта меднения: с погружением заготовки и без него.
Метод погружения
Это уже рассмотренный вариант гальванизации с размещением детали в растворе электролита. Омеднение выполняется в следующей последовательности:
- в электролит для автомобильного аккумулятора добавляется 20 г. порошка медного купороса и тщательно перемешивается;
- в ванну с электролитом опускаются два медных листа на расстоянии друг от друга, между ними помещается омедняемая деталь;
- источник постоянного тока напряжением 4-6 В подключается своим «минусом» к заготовке, «плюсом» – к медным электродам;
- регулятором источника питания выставляется ток из расчёта 15 мА/см2.
Обрабатывают деталь 15-20 мин. до достижения желаемого покрытия.
К сведению. Омеднение применяется, как отдельная декоративная отделка, так и в качестве подготовки поверхности к дальнейшему хромированию или серебрению детали. Способ применим и для изготовления биметаллических конструкций.
Покрытие медью без погружения
В случае поверхностной обработки предметов, которые не помещаются в ёмкость, можно применить этот метод. Суть его заключается в том, что деталь, на которую будет наноситься слой меди, подключают к «минусу» блока питания на 6 В (не более). К «плюсу» присоединяется многожильный медный провод, распушённый на конце, как кисточка.
«Кисточка» периодически смачивается в приготовленном растворе электролита и ею покрывают омедняемую поверхность, при этом соблюдая минимальный зазор между поверхностью и «кистью». Ионы меди будут притягиваться отрицательно заряженной заготовкой и оседать на ней. Как вариант можно использовать кисть для акварельных красок с металлическим зажимом щетины.
Покрытие медью без погружения в гальваническую ванну
Обработка алюминия
Гальваностегия при работе с алюминиевыми предметами в домашних условиях нецелесообразна. Алюминий и его сплавы имеют постоянную окисную плёнку, которая препятствует сцеплению атомов донора с основой.
Даже если её удалить, то повышенный электроотрицательный потенциал этого элемента способствует вытеснению ионов алюминия с поверхности ещё до начала возникновения электротока через раствор, что тоже мешает нормальной связи основы с покрытием, не поможет и предварительная оцинковка.
Золочение и серебрение
Зеркало – наглядный пример нанесения на стекло серебряного покрытия. Хорошо подвержены серебрению изделия из меди, латуни и их сплавов. В домашних условиях заготовку сначала покрывают никелем, потом уже серебрят. Раствор электролита для серебрения включает в свой состав:
- железно-цианистый калий – 40 г.;
- кальцинированная сода – 40 г.;
- раствор гидроксида аммония – 70 мл;
- хлорид серебра – 10 г.;
- хлорид натрия (соль) – 15 г.;
- дистиллированная вода – 1 л.
В качестве анода применяют стержень графитового строительного карандаша.
Превратить медь в золото при помощи нанесения позолоты также поможет гальваника своими руками. Выполняется это в следующем порядке:
- 60 г. фосфорнокислого натрия (Na₂HPO₄) растворяется в 700 мл дистиллированной воды;
- 2,5 г. хлорного золота (Au₂Cl₆) перемешивается в 150 мл воды высокой очистки;
- в 150 мл воды разводятся 1 г. цианистого калия (KCN) и 10 г. сернокислого натрия (Na₂SO₄).
Полученные растворы смешиваются и нагреваются до 60 °C. При этой температуре проходит дальнейший процесс золочения. Для предотвращения истощения электролита применяется анод из свинца.
Внимание! Реагенты опасны для здоровья. При работах соблюдать повышенные меры безопасности и применять средства индивидуальной защиты. Стол для гальванизации должен иметь принудительную местную вентиляцию.
Особенности гальванопластики
При помощи этого метода копируются предметы до мельчайших деталей. Гальванопластика позволяет изготавливать изделия сложных конфигураций, которые невозможно воспроизвести другим способом. Хрупкие заготовки получают прочность и другой облик при покрытии металлом. Материал заготовки не имеет значения, так как она остаётся внутри. Копия максимально приближена к оригиналу.
Кулон жёлудь, выполненный методом гальванопластики
Применение в домашних условиях обоих направлений гальваники допускает изготовление декоративных украшений, защитных покрытий и просто красивых вещей. Правильно подобранный электролит и грамотно организованный электрохимический процесс – вот всё, что для этого нужно.