Гальванічне покриття металу: види, методи, опис процесу

Гальванічне покриття металу: види, методи, опис процесу

Гальванічне покриття - це хімічний метод нанесення металевої плівки для захисту виробів і надання їм додаткових характеристик: стійкості до корозії, твердості, зносостійкості, декоративності тощо. Додаткового захисту потребує будь-який металевий виріб, гальванічною ізоляцією покривають навіть алюмінієві деталі.

Принцип

Схема, за якою реалізується гальванічне покриття металу, досить проста. У неї входить виріб, на який наноситься захисне покриття, ємність з розчином електроліту, куди поміщається виріб. Третім учасником процесу є металева пластина, на яку подається позитивний заряд струму, вона виконує функції аноду, поміщений в розчин виріб стає катодом, куди подається негативний заряд.

При замиканні електричної мережі метал анода (пластини) розчиняється в електроліті і під дією струму спрямовується до негативно зарядженого виробу (катоду), тим самим створюючи міцне покриття. Електроліт є провідним розчином для переміщення металів з аноду на катод. Розмір ємностей (ванн) з електролітом буває різним, залежно від виробничих завдань.

Вироби великих розмірів розміщують на підвісах, через які пропускають негативний заряд, конструкція утримується на вазі в обсязі ванної. Дрібні вироби отримують гальванічне покриття у ваннах барабанного типу, де одночасно гальванізується велика кількість продукції. У цьому випадку негативний заряд подається на барабан, що обертається в ємності з електролітом, куди заведений анод.

Існують дзвінні наливні ванни, де гальванічне покриття одночасно наноситься на велику кількість дуже дрібних деталей, наприклад на метизи. В ємності засипають продукцію, заливають електролітний склад і встановлюють анод. Ваннам надається повільне обертання, в процесі якого вироби рівномірно покриваються захисним металом.

Методи

Гальванічний метод покриття виробів дозволяє створити стійке захисне покриття на металах, ізолюючи деталі від агресивного впливу робочих середовищ. Ізоляція може бути створена з різних металів, нанесення здійснюється анодним і катодним напиленням.

Катодне покриття характеризується тим, що при найменшому порушенні цілісності нанесеного шару метал під ним руйнується більш інтенсивно, чому сприяє сама технологія покриття. Прикладом швидкої ерозії служать вироби з луженого металу, де ізоляційним шаром служить олово.

Анодне нанесення гальванічних покриттів має інші характеристики. При виникненні умов загрози корозії руйнуванню піддається гальванічна ізоляція, метал тривалий час залишається недоторканим. Анодовані вироби надійно захищені від агресивних середовищ, механічних пошкоджень. Найбільш поширений вид ізоляції - цинкування. Метод дозволяє зберегти всі характеристики оброблюваного виробу, його зовнішній вигляд, форму і розміри.

Цілі

Гальванічні покриття поділяються на кілька видів залежно від цілей застосування виробу:

  • Захисно-декоративні. Метою нанесення є отримання високих естетичних характеристик і захист продукції від руйнівних факторів.
  • Захисні. Ізолюють металеві деталі від дії агресивних середовищ, механічних пошкоджень.
  • Спеціального призначення. Гальванічне покриття наноситься для отримання нових властивостей - підвищеної зносостійкості, збільшення характеристик твердості, отримання магнітних, електроізоляційних властивостей готового виробу. У деяких випадках гальванізацію використовують для відновлення початкового виду виробу або після тривалої експлуатації.

Види покриття

Гальванічний спосіб покриття реалізується нанесенням різних металів на виріб, кожен з них має свої особливості і цілі в подальшій експлуатації деталі або предмету:

  • Срібло - збільшує естетичну цінність, захищає від корозії, покращує відбиваючі, струмопровідні характеристики. Вид нанесення затребуваний при виробництві статичних реле, контакторів, електромагнітних реле, електромагнітних пускателів, мікросхем та іншої електронної продукції.
  • Нікелювання - найбільш затребуване гальванічне покриття сталі, мідних та алюмінієвих виробів. Нікелевий шар надійно захищає вироби або деталі машин від іржі, що утворюється під впливом зовнішнього середовища, а також від видів корозії, що виникають внаслідок забруднення агресивними середовищами робочого середовища - лужами, кислотами, солями. Нікельовані вироби демонструють високу стійкість до сильних механічних пошкоджень, істиранію.
  • Хромування - збільшує зносостійкість, твердість анодованих поверхонь, дозволяє поліпшити зовнішній вигляд, відновити пошкоджені деталі до початкових параметрів. В залежності від змін технологічного режиму отримують гальванічне покриття з різними параметрами і властивостями - сіре матове (збільшення твердості, але низька зносостійкість), блискуче (високі показники зносостійкості, твердості), молочне пластичне (естетичність, високий ступінь ^ розійного захисту, низька твердість), цинкування -
  • Гальванічне золоте покриття - використовується в ювелірній справі, електронній промисловості та інших сферах. Шар золота надає деталям високі відбиваючі властивості, естетичність, захист від корозії, підвищує струмопровідні якості.
  • Омедніння - часто використовується для покриття металу з метою захисту від корозії, мідь підвищує струмопровідні якості, метал з таким покриттям часто використовуються для виробництва електропровідників, що експлуатуються на відкритому повітрі.
  • Латунування - використовується для захисту від корозійного пошкодження сталей, алюмінію і сплавів. Шар латуні забезпечує необхідну адгезію металевих деталей з гумою.
  • Родування - спеціальне покриття, що наноситься для надання деталям високої стійкості в хімічних агресивних середовищах, отримання додаткової механічної зносостійкості. Також покриття родієм надає виробам декоративність, береже срібні предмети від окислення, тьмяності.

Регуляція якості та технологічних процесів гальванічного покриття відбувається за допомогою ДСТУ 9.301-78.

Підготовчий етап

Нанесення гальванічного покриття - це багаторівневий технологічний процес, що реалізується в три основні етапи (підготовка, нанесення покриття, заключна обробка готового виробу).

Підготовка поверхонь для подальшої гальванізації - найбільш трудомісткий і відповідальний етап всього процесу. Від правильності та достатності його проведення залежить якість отриманого захисного покриття. При наявності на поверхні металу найменших слідів жиру і оксидної плівки отримання однорідної суцільної захисної плівки буде неможливо - покриття не зможе проникнути в шари основного металу, можуть утворитися бульбашки, розриви тощо.

Дефекти можуть виникнути на місцях, де залишилися заусенці, нерівності поверхні, в місцях погано відшліфованих спаїв, недостатньо очищених від пилу місцях. Гальванічне покриття вимагає низької шорсткості поверхні, ретельного очищення після шліфування та обов 'язкової обробки знедирювальними засобами.

Види обробки деталей

Механічна обробка і досягнення ідеальної гладкості металевих деталей досягається в домашніх умовах шліфуванням поверхні наждачним папером та іншими абразивами, в промислових масштабах використовуються піскоструминні, хімічні, автоматизовані методи досягнення результатів. На підготовчому етапі проводять ізоляцію деталей або окремих місць, що не підлягають гальванізації.

Залежно від виду металу, що наноситься, проводять різну підготовку. Перед цинкуванням або кадмуванням поверхню захищуваної деталі знежирюють і протравлюють. Кульгування та нікелювання передують механічній шліфовці, знежирюванню, видаленню оксидної плівки. Знежирювання проводиться в два етапи - стартові роботи і повне знежирювання.

Попередньо деталі промивають розчинниками - уайт-спіритом, бензином, спеціальними органічними сумішами тощо. Остаточну обробку реалізують за допомогою лужних розчинів або електрохімічним методом. Після чого деталі промивають гарячою водою, проводять активацію і легке протравлювання металу для видалення найдрібніших плівок окислів, що покращує адгезію поверхні деталі з гальванічним покриттям металу.

Як реалізується процес

Осадження захисного шару металу на виробах проводиться за допомогою спеціального обладнання. Відмінності нанесення видів гальваники відображені в рецептурі використовуваного електроліту.

Гальванічний метод покриття металів та інших матеріалів відбувається наступним чином:

  • Гальванічні ванни заповнюються електролітичним розчином. У них поміщають аноди та оброблювані вироби. Розмір і вид ванни залежать від величини деталей, які потребують покриття.
  • Нагрівальний пристрій доводить температуру електролітичного складу до потрібного технологічно обґрунтованого значення.
  • У конструкцію подається струм від джерела, оснащеного регулятором напруги.
  • Процес гальванічного покриття займає певний час, його величина обумовлюється розміром деталі, досягненням необхідної товщини захисного шару.

Особливості процесу

У деяких випадках при гальванічному методі покриття деталі, що обробляються, навішують на катодну штангу, розташовану у ванній, а на анодній штанзі розміщують пластини металу, який буде покривати вироби. Для отримання певних характеристик покриття в електроліт можуть вводитися солі металів, органічні сполуки, блискоутворювачі тощо.

Для прискорення процесу перенесення металів електроліт перемішують, що дає можливість застосовувати велику щільність струму. Реверсування напрямку струму дозволяє отримувати гладку поверхню.

Точний час тривалості гальванічного процесу покриття встановлюється дослідним шляхом - нанесенням захисного шару на деталь, вимірюванням товщини одержуваного шару за певний відрізок часу при заданих умовах технологічного процесу. Особливу увагу на етапі приділяють товщині шару в поглибленнях і порожнинах оброблюваної досвідченої деталі.

Товщина шару

Товщина гальванічного покриття визначається згідно з даними про середні товщини наносимого шару, залежить від умов, в яких буде експлуатуватися деталь. Вони діляться на групи:

  • Легкі умови (ЛС) - деталі використовуються в закритих опалювальних приміщеннях з відносно сухою атмосферою, або виріб буде експлуатуватися протягом нетривалого терміну в зовнішньому середовищі, де немає активних корозійних агентів. Товщина одношарового покриття становить близько 7 мк, багатошарного - 15 мк.
  • Середні умови (СС) - деталі будуть використовуватися в середовищі з середньою вологістю, забрудненням, невеликими кількостями паливних, промислових викидів або випарів морської води. Товщина одношарового покриття становить 15 мк, багатошарного - 30 мк.
  • Жорсткі умови (ЖС) - передбачають експлуатацію деталей в умовах високої вологості, підвищеного рівня забруднень промисловими газами, відходами палива, твердими речовинами, пилом. Товщина одношарового покриття - 30 мк, багатошарного - 45.

Дані про товщину гальванічного покриття деталей одним шаром містить ГОСТ 2249-43. Сюди відносяться цинкові покриття. Контролює багатошарове нанесення гальванічного покриття ДСТУ 3002-45 (нікелеві покриття). Товщина шару може бути змінена за конструктивними вимогами або в тих випадках, коли оброблювана деталь розрахована на короткий термін експлуатації. Термін служби цинкування - до 5 років, для інших видів покриттів - до 3 років.

Обробка готового виробу

Гальванічне покриття деталей завершується етапом додаткової обробки. У цьому процесі реалізуються наступні операції:

  • Освітлення.
  • Фарбування лакофарбовими складами.
  • Пасивування.
  • Обезводороживание
  • Промаслювання або полірування.
  • Виконання срібла складами проти тьмяності.

Освітлення та пасивування підвищують ^ розійні властивості оцинкованих виробів і кадмієвих покриттів. Процес пасивування - це занурення виробів у спеціальний розчин, що утворює на поверхні деталі захисну плівку товщиною до 1 мкм.

Вироби зі сталі, міді з гальванічним покриттям додатково обробляють маслами - промаслюють. Це робиться з метою поліпшення захисних якостей металевої ізоляції і сприяє підвищенню ^ розійної стійкості.

Контроль якості

Вимоги до якості гальванічного покриття залежать від умов експлуатації обробленого виробу. Для оцінки нанесення використовуються такі види контролю:

  • Оцінка зовнішнього вигляду деталі шляхом візуального огляду, порівняння з еталонними зразками (чистота поверхні, колір, наявність або відсутність блиску).
  • Визначення товщини гальванічного покриття та пористість проводиться в лабораторних умовах (вимірювання).
  • Стійкість до корозії згідно з ТУ або ГОСТ (випробування).
  • Механічна, фізична стійкість (відбивальні властивості, пластичність, зносостійкість, електричний і температурний опір, твердість тощо)

Переваги

До переваг даного методу захисту металевих виробів відносяться:

  • Високі ^ розійні якості.
  • Стійкість до механічних і фізичних пошкоджень.
  • Опірність агресивним середовищам природного і промислового походження.
  • Низька пористість покриття.
  • Твердість, зносостійкість.
  • Можливість регулювати товщину завданого покриття в процесі нанесення.

До недоліків методу належить велика витрата електроенергії, екологічні загрози, висока вартість очисних заходів.