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.
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.
Недостатки технологии гальванизации
У гальванизации есть только два существенных недостатка:
- Размер и форма обрабатываемых изделий ограничены габаритами емкости которых протекает процесс гальванического покрытия, что делает невозможной обработку изделий большого размера.
- Технологический процесс гальванического покрытия может быть организован строго стационарно, следовательно, металлические изделия, не подлежащие демонтажу, не могут подвергнуться обработке.
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 функцию.
- Специального назначения. Гальванизация используется для придания изделиям новых свойств, например, улучшение эксплуатационных характеристик, восстановления начальной формы и размеров изделий.
Виды гальванических покрытий металла
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.
- 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.
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.
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.
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).
Этапы процесса гальванизации на производстве
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.
Организация гальванического производства
Ключевым требованием при нанесении гальванических покрытий является правильная организация вентиляции рабочего помещения. В ходе гальванического процесса, при образовании покрытия в воздух выделяются токсичные пары, опасные для здоровья человека. По этой причине при проектировании цеха необходимо уделять особое внимание вентиляционным установкам и воздушным магистралям.
В цехах, где осуществляется гальваническое покрытие металла, для организации вентиляции могут быть использованы трубы из полипропилена. Этот полимерный материал обладает рядом важных свойств – трубы из него легко смонтировать на стенах, потолке и на полу, он устойчив к агрессивным химическим воздействиям, является негорючим и непроницаемым для влаги.
Технология очистки сточных вод гальванического производства
В производстве гальваники применяется специальная жидкость – вода, которой наполняют ванны для промывки. Ее свойства должны соответствовать заданным показателям в зависимости от типа покрытия, которое планируется нанести (например, уровень содержания солей не должен превышать 5 мг/л). При этом жидкость для промывки ванн должна постоянно обновляться – для этого могут быть использованы установки обратного осмоса. При подготовке такой воды особое внимание уделяется её удельной электропроводности.
В процессе гальванического покрытия изделий вода, используемая в производстве, загрязняется различными веществами (тяжелые металлы, кислоты, щелочи) и требует очистки. Производство включает в себя четыре фазы, и в каждой из них в сточные воды попадают разные компоненты.
Все загрязнения, образующиеся в ходе производства, делятся на четыре категории:
- первая – растворенные соли (кислоты и щелочи);
- вторая – растворенные органические компоненты;
- третья – тонкодисперсные суспензии, эмульсии (взвеси);
- четвертая – коллоиды и высокомолекулярные соединения.
Обычные установки для фильтрации воды не в состоянии справиться с такими загрязнениями – для этого используются особые методы и специальное оборудование. При проектировании цехов для гальваники металла необходимо изначально определять место под очистные установки.
Для каждого из перечисленных видов загрязнений используется собственная схема очистки. Например, для удаления органических компонентов, применяются сорбционные фильтры и приборы нанофильтрации. Эмульсии, суспензии очищаются при помощи методов, применяющих силу гравитации, флотации и адгезии. Неорганические вещества очищают реагентным способом. Для отделения коллоидов используется техника коагуляции. У современных установок для очистки сточных вод есть дополнительное преимущество – это возможность использования стоков предприятием в оборотном водоснабжении.
Оснащение для гальванического производства
Линии гальванического производства могут быть ручными, полуавтоматическими и автоматическими. Как правило, такие линии представляют собой производственные комплексы или отдельные гальванические ванны. В качестве материала для изготовления таких ванн может использоваться полипропилен. Данное оборудование обычно имеет прямоугольную форму. В ходе производственного процесса ванны наполняются гальваническими растворами.
Нанесение гальванических покрытий представляет собой производство, вредное для окружающей среды, поэтому предполагает разработку норм организации производственного процесса. В нормативах указывается ряд параметров работы, а также требования к отдаленности цехов гальваники от объектов жилого и общественного назначения.
Отходы в данной сфере могут использоваться в ряде областей промышленного производства. К примеру, они востребованы в качестве добавки при изготовлении шихты. Добавка применяется в процессе изготовления керамической плитки, кирпича и керамзита. Кроме этого, отходы могут использоваться как компонент при приготовлении растворов для гальванического производства.
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%.
Компания «ПЗКИ» предлагает услуги гальваники металлоизделий в любых объемах. Узнать подробности, сделать заказ или купить продукцию компании можно позвонив по телефону, указанному на сайте.
