Гальваническое покрытие

Гальваническое цинкование | в компании «Стальной выбор»

Гальваническая оцинковка — это один из наиболее популярных способов нанесения антикоррозийного цинкового слоя на поверхность изделий из черных металлов. Этот процесс происходит в электролитическом растворе, когда ионы цинка, обладающие положительным зарядом, оседают на поверхности стали. При этом образуется устойчивый слой цинка толщиной от 4 до 20 микрон, точно повторяющий контуры изделия. Поскольку электрический потенциал цинка гораздо ниже, чем у черных металлов, то даже такой тонкий слой цинкового покрытия способен защищать металл от электрохимической коррозии при соприкосновении с водой.

Гальваническое цинковое покрытие — идеальный вариант для предохранения от коррозии различных крепёжных изделий, стальной сетки, гвоздей и других метизов, которые сравнительно мало подвергаются механическому износу, но должны постоянно выдерживать воздействие неблагоприятных погодных условий.

Кроме того, нанесенное гальваническим способом цинковое покрытие даже внешне воспринимается как гладкое и блестящее, что дает возможность использовать такие поверхности в декоративных целях.

Наиболее выгодным для заказчика является метод цинкования черных металлов в слабокислых электролитах. Данная технология обеспечивает образование цинковой пленки даже на самых  сложных по форме деталях  и максимально уменьшает склонность углеродистых и легированных сталей к приобретению «водородной хрупкости» в процессе оцинковки.

Технология гальванической оцинковки включает следующие этапы:

• обезжиривание и промывка поверхности металла.
• удаление ржавчины и окалины путем травления детали соляной кислоте.
• погружение деталей в ванну с электролитом; туда же погружаются цинковые пластины.
• цинковые пластины и стальные конструкции подключаются к источнику постоянного тока как анод и катод.
• анодное растворение цинковых электродов и оседание ионов цинка на поверхности стали (катода) при  пропускании через электролит электрического тока.
• промывка и осветление поверхности детали в азотной кислоте с удалением оксидных пленок.
• дополнительная промывка в пресной воде.
• сушка оцинкованных поверхностей.
• контроль внешнего вида изделия.

Для того, чтобы придать детали особо привлекательный внешний вид, оцинкованную поверхность можно, по желанию заказчика, подвергнуть процедуре пассивации, то есть дополнительной обработке изделий раствором хромовой кислоты. В этом случае на поверхности оцинкованного изделия образуется дополнительная пленка из оксида цинка. Она придает серебристо-белой поверхности голубовато-синий или зеленовато-желтый оттенок, одновременно увеличивая коррозионную стойкость покрытия.

По желанию клиента также может производиться фосфатирование (обработка в солях фосфорной кислоты) оцинкованной поверхности. После проведения фосфатирования на оцинкованную поверхность может наноситься и лакокрасочное покрытие.

На сегодняшний день метод гальванического цинкования является самым выгодным способом защиты самых разных металлических изделий от коррозии, поскольку гальваническая оцинковка отличается такими достоинствами, как:

• высокой производительностью.
• низкой себестоимостью процесса.
• высоким показателем защиты металла.
• равномерностью нанесения покрытия на поверхность изделий любой формы.
• высоким качеством, гладкостью и блеском покрытий, которые делают излишней дополнительную обработку оцинкованных деталей.

Гальваническая оцинковка придает металлическому изделию более высокие характеристики коррозионной устойчивости и позволяет противостоять агрессивной среде лучше, нежели краска, олифа, синтетическая смола или грунтовка.

Заказать

Латунирование и никелерование

Латунирование придает покрываемым изделиям декоративные свойства. Чаще всего используется при монтаже сантехники. Основными составляющими латуни являются медь и цинк в разных сочетаниях, но в принципе преобладает медь. Типичная латунь имеет золотистый цвет. Общепринятый состав электролитически осаждаемой латуни содержит около 60-70% меди и 30-40% цинка.

Латунированные детали представлены в ассортименте ЦКИ мебельными винтами и шурупами, а также мебельными декоративными гайками.

Никелерование используется для придания крепежу большей стойкости в соляном тумане. Толщина наносимого покрытия обычно составляет от 1 до 50 мкм. Никелированию подвергаются детали, изготовленные из стали и сплавов на основе меди, алюминия, железа, а также гальваническое никелирование может наноситься на изделия из титана, молибдена, вольфрама. При никелировании стальных деталей на них обычно наносится подслой меди.

В ЦКИ никелем покрываются заклепки. С подробностями вы можете ознакомиться в разделе «Заклепки».

Покрытие сплавом золото-никель

• Покрытия сплавами Зл-Н(99,5-99,9), Зл-Н(98,5-99,5), Зл-Н(93,0-95,0) являются катодными по отношению к покрываемым металлам и защищают их механически. Коррозионная стойкость сплава золото-никель и функциональное назначение такие же, как золотого покрытия.

• Покрытие характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, высокой твердостью, повышенным сопротивлением износу, отсутствием склонности к свариванию, невысокими внутренними напряжениями; отличается химической стойкостью в различных агрессивных средах и сохраняет стабильными во времени свои характеристики.

• Подслой никеля создает благоприятные условия работы покрытий на трение, предотвращает диффузию основного металла при температурах до 350° С, способствует стабильности контактного сопротивления.

• С оловянно-свинцовыми припоями покрытие образует хрупкие интерметаллические соединения, снижающие механическую прочность паяного соединения. 

Стадии процесса гальваники

• химическая гальваническая очисткаХимическая очистка проводится для удаления остатков полировальных паст, масел, жира с пальцев рук и т.д. Операция очистки проводится химическим, либо электрохимическим способом. Выбор способа очистки зависит в основном от формы детали. Простые формы обрабатывают под током, сложные формы с большими внутренними полостями, отверстиями и вогнутыми поверхностями обрабатываются химически.Главный показатель правильно проведенной очистки – полная смачиваемость поверхности. Плохая очистка поверхности самая значимая ошибка гальванических процессов.
• травлениеПроцедура травления проводится для улучшения адгезии к поверхности металла. Травление также проводится как химическим, так и электрохимическим способом.Процедуру травления не применяют для зеркальных поверхностей, так как по классу поверхности деталь после травления будет хуже, чем была изначально. Гальваника в некоторых случаях компенсирует травление, но это скорее исключение, чем правило.
• нанесение подслойной гальваники

Гальваника работает по строгим законам и требует соблюдать очередь нанесения. Так, например, медь и золото необходимо разделять слоем никеля во избежание диффузионных процессов золота в медь. Кроме того, данные подслойки требуются для повышения блеска самой поверхности, повышения адгезии и наращивания габаритных размеров детали.

Линейка различных подслоев часто представляет из себя так называемый классический гальванический пирог, состоящий, например, из таких прослоек как никель-медь-никель.

Во многих случаях эта универсальная схема требует корректировки и доработки.

На производствах технологические карты расписываются для каждого процесса индивидуально, с указанием рабочих режимов, временем выдержки и последовательностью операций.

Получение новых изделий требует разработки индивидуальной технологической карты. В этом заключается основная сложность небольшого гальванического производства – разноплановые изделия требуют ежедневной работы по настройке процесса.

Исправление ошибок в 90 процентах случаев подразумевает полную очистку от некачественно нанесенных элементов. Причем чаще всего это приходится делать механически, химический способ снятия имеет в гальванике ограниченное применение.

нанесение финишного гальванического покрытияЗаключительное нанесение металла осуществляется только на полностью подготовленную, чистую, не окисленную наружность изделия.Гальваника в целом и финишное покрытие в частности, не улучшает класс механической обработки. Если после нанесения всех подготовительных покрытий деталь не выглядит качественной (не блестящая, имеются дефекты покрытия или исходной поверхности), то нет смысла наносить финишное покрытие

Не принятие во внимание данного факта одна из самых частых ошибок начинающего мастера гальваника.Заданная в техническом задании толщина нанесения металла на поверхность (3 мкм, 6 мкм, 20 мкм) относится как раз к финишному покрытию. Именно она обеспечивает его износостойкость

Подслойки же могут быть любой толщины, если нет строгих требований к ним. Перед нанесением финишной гальваники требуется тщательная промывка изделия от остатков подслойных элементов (электролитов). Промывку осуществляют проточной горячей, а затем холодной водой, а после дополнительно промывают в дистиллированной воде. Последняя нужна чтобы не позволить проточной воде попасть в электролиты драгоценных металлов, ведь хлориды, соли тяжелых металлов, сульфаты – губительны для серебряного и золотого электролита.Накопление примесей в драгоценных металлах нельзя допускать. Испорченные же электролиты подлежат длительной проработке, либо утилизации.
На этом этапе гальваника окончена, но часто требуется провести и дополнительную доработку.

сопутствующие операции.Иногда финишное покрытие – это последняя стадия гальванического процесса, но часто это не так.Пример: после нанесения финишного гальванического серебрения требуется обязательное крацевание поверхности. Это делают вручную, любо используются «галтовочные барабаны». Если предусмотрена такая постобработка, серебро (или другой металл) наносят на 2-5 мкм больше, чем требуется изначально, и учитывают возможные потери.Постобработка полировкой применяется редко, так как при этом удаляется значительный слой нанесенного металла. Именно поэтому для получения гладкой поверхности требуется предварительная полировка и подготовка, до всех гальванических операций.

Преимущества и история развития

Эта технология была изобретена в 1838-м году ученым по имени Борис Якоби. Именно он начал активное внедрение гальваники в самые разные процессы производственного плана. В скором времени гальваническую обработку успешно освоили и монетные дворы, и художники-ремесленники, и промышленные предприятия.

Однако название эта методика получила в честь ученого из Италии Луиджи Гальвани. Он начал изучение электрохимической технологии обработки почти одновременно с Борисом Якоби.

К основным достоинствам гальваники относятся следующие:

• Покрытия, прошедшие гальванику, характеризуются равномерной толщиной и высочайшим уровнем плотности.
• Гальваническое покрытие можно с легкостью наносить даже на конструкции сложной формы.
• Покрытие, появившееся при гальванической обработке, отличается хорошей адгезией со многими металлами.
• Декоративные и защитные свойства деталей, прошедших гальванику, очень высоки.
• Толщина гальванического покрытия очень просто регулируется.

Кстати, слово «гальваника» встречается не только в промышленных сферах деятельности и ювелирном производстве, но и в косметологии. Так называется процесс, при котором на кожный покров воздействуют маломощными токами, позволяющими избавиться от излишков жира сальных желез.

Виды гальванических покрытий

Поверхности гальванизируют с помощью различных металлов. В зависимости от используемого покрытия алгоритм действий и результат работ различаются.

Хромирование

Распространенный способ обработки металлов. Под воздействием хромирования заготовка становится устойчивой к износу. Кроме того, метод восстанавливает начальный вид изделия и устраняет следы повреждений.

Меднение

Это промежуточный цикл обработки, поскольку готовое изделие недостаточно хорошо справляется с коррозийными процессами. Со временем поверхность подвергается окислению, поэтому для исключения неприятных явлений выполняется повторное нанесение покрытия. В качестве электролитов применяются кислотные и щелочные смеси.

Меднение — это промежуточный цикл обработки.

Цинкование

Созданная гальваническая пара выдерживает воздействие агрессивных сред. Срок службы деталей определяется периодом разрушения цинка.

Железнение

Способ предназначается для повышения прочностных свойств изделий, которые быстро изнашиваются. Железнение делает металл устойчивым к различным повреждениям и быстрому износу.

Железнение повышает прочность изделий.

Никелирование

Технологический цикл используется при обработке заготовок из меди, стали и алюминия. Образованный слой защищает изделия от кислотной среды, истирания и механических воздействий.

Латунирование

При обработке применяются цианистые электролиты цинка, натрия, калия. Покрытие распределяется для сохранения или улучшения декоративных свойств образцов. Способ востребован для стальных заготовок, которые будут обклеиваться резиновыми вставками.

Латунирование применяется для сохранения декоративных свойств образцов.

Родирование

Позволяет повысить стойкость изделия к негативному воздействию кислот, щелочей и химических веществ. Химический элемент делает металл устойчивым к агрессивным химикатам и механическим нагрузкам.

Серебрение и золочение

Востребованы в ювелирной деятельности. В емкость с электролитическим раствором погружается обрабатываемый образец. В смеси происходит растворение ионов золота или серебра. После завершения цикла на поверхности появляется тонкий слой драгоценного металла.

Серебрение и золочение востребовано среди ювелиров.

Лужение

Представляет собой нанесение оловянного слоя или сплава этого метала на металлическую поверхность. Обработка этим методом востребована в машиностроение, радиотехнике и авиационной промышленности.

Травление

Данный процесс с использованием кислотной среды выполняется в стеклянной, эмалированной или металлической ванне. Детали выдерживаются в растворе в течение 1,5-2 минут.

Особенности процесса

Гальваническая обработка состоит из нескольких действий:

1. Приготовления электролитического раствора. Его состав будет зависеть от необходимых технических характеристик готовой пленки.
2. Погружения 2 анодов в готовый раствор. На них подключаются плюсовые контакты. Напряжение передает источник постоянного тока.
3. Медленного погружения заготовки в электролит. Его необходимо подключить к минусовому контакту. Заготовка будет выполнять роль катода.

В итоге электрическая цепь буден замкнута, начнется процесс гальванизации. Металлические частицы, содержащиеся в электролитическом растворе и имеющие положительный заряд, будут оседать на обрабатываемую деталь.

Раствор электролита (Фото: pixabay.com)

Кадмиевое покрытие

• Кадмиевое покрытие является анодным и защищает сталь от коррозии в атмосфере и морской воде электрохимически; в пресной воде — механически. Кадмий относится к наиболее опасным из всех металлических загрязнений продуктов, потребляемых человеком. Организм человека абсорбирует около 6% кадмия, поступившего с пищей, который практически не выводится из организма. Продолжительное поступление в организм кадмия вызывает тяжелые заболевания почек, а также костей. Продолжительное воздействие кадмия вызывает анемию и гипертонию. Токсичность кадмия снижается при одновременном поступлении в организм других металлов. Смягчающим эффектом обладают кобальт, селен, а также цинк и его хелаты.

• Для повышения коррозионной стойкости кадмиевое покрытие хроматируют и фосфатируют. Хроматирование одновременно улучшает декоративный вид покрытия. Хроматная пленка механически непрочная. Скорость коррозии в промышленной атмосфере в 1,5-2 раза больше, чем у цинкового покрытия.

• Без хроматирования и фосфатирования покрытие применяют для обеспечения электропроводности, при опрессовке пластмассами при температуре выше 100° С.

• Покрытие не рекомендуется применять для деталей, работающих в атмосфере промышленных районов; в контакте с топливом, содержащим сернистые соединения; в атмосфере, содержащей летучие агрессивные соединения, выделяющиеся при старении из органических веществ: при высыхании олифы, масляных лаков и т. п.

• Электрохимическое кадмирование вызывает потерю пластичности сталей вследствие наводороживания. Для деталей из стали с пределом прочности выше 1370 МПа допускается кадмирование по специальной технологии.

• Покрытие обладает прочным сцеплением с основным металлом, хорошими антифрикционными свойствами, низкой износостойкостью; пластичнее цинкового; выдерживает запрессовку, вытяжку, развальцовку, свинчивание. Оксиды кадмия токсичны. Сварка по кадмиевому покрытию не допускается.

• Микротвердость кадмиевого покрытия — 340-490 МПа — удельное сопротивление при температуре 18° С — 10,98⋅10-8 Ом⋅м. 

Простые и комплексные электролиты в гальванотехнике.

Традиционно в гальванике применяются простые и комплексные электролиты. Отличие состоит в том, в какой форме находятся ионы осаждаемого металла. Простые электролиты содержат сульфаты, нитраты, хлориды и т.п. и осаждаемый металл в них находится в форме простой соли. Соответственно, электролиты будут называться сульфатные, нитратные, хлоридные и т.п. Если используется смесь солей, то название будет двойным, тройным и т.д., например, сульфатно-нитратные, сульфатно-хлоридные.

В комплексном электролите ион осаждаемого металла связан в комплекс. Характеристикой комплексного электролита является константа нестойкости комплекса — чем она меньше, тем прочнее комплекс. В электролитах, комплекс которых имеет минимальную константу нестойкости, металл осаждается с наибольшим перенапряжением и, соответственно, покрытие получается наиболее мелкокристаллическим, а рассеивающая способность электролита и равномерность покрытия по толщине — максимальная. На практике наиболее прочные комплексы получаются обычно с цианид-ионами.

Для примера рассмотрим таблицу 4, в которой приведены значения констант нестойкости комплексов серебра и рисунок 14, где приведены некоторые поляризационные кривые осаждения серебра из различных комплексов. По рисунку 14 можно заметить, что чем меньше константа нестойкости комплекса, тем больше поляризация, что визуально выражается в более пологой кинетической кривой.

На практике часто применяются следующие виды комплексных электролитов: цианидные, аммиачные, пирофосфатные, роданистые, гидроксидные, борфтористоводородные. Другие комплексы применяютреже.

Таблица 4 — Значения констант нестойкости некоторых комплексов серебра.

Вид комплекса серебра	Константа нестойкости
Аммиачные	10-3-10-4
Бромидные	10-5-10-10
Гидроксидные	10-3
Йодидные	10-11-10-15
Роданидные	10-8-10-11
Селеноцианатные	10-12-10-13
Сульфитные	10-3-10-6
Хлоридные	10-3-10-7
Цианидные	10-22
2,2′ дипиридильные	10-7
Тиосульфатные	10-14
Этилендиаминовые	10-5-10-8
Тиомочевинные	10-14
Трилонатные (ЭДТА)	10-8
Пирофосфатные	10-7
Сульфосалицилатный	Нет данных
Метансульфонатные	Нет данных
Димитилгидантоиновый	10-10

Рисунок 14 — Катодные (а) и анодные (б) поляризационные кривые серебра при одинаковом содержании его в электролите: 1- пирофосфатный, 2 — роданистый, 3 — йодистый, 4 — синеродистороданистый, 5 — цианистый, 6 аммиакатносульфосалицилатный.

Что такое гальваника металла, детали и виды процесса

Описание процесса гальванического покрытия металла. В каких случаях применяется и с какой целью. Методы гальванирования. Применяемое оборудование и материалы для нанесения покрытий.

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.

Виды гальванических покрытий

В зависимости от назначения гальванические покрытия подразделяются на следующие виды:

• Защитные: служат для изоляции металлических изделий от механических повреждений и воздействия агрессивных сред

• Защитно-декоративные: предназначены для защиты деталей от агрессивных и разрушающих внешних факторов, а также для придания им эстетичного внешнего вида

• Специальные: служат для улучшения определенных характеристик поверхностей, например, повышения износостойкости и твердости, электроизоляционных, магнитных свойств

В некоторых случаях гальванизация применяется для восстановлении изначального вида изделий после их длительной эксплуатации.

Гальваническое покрытие позволяет создавать точные копии деталей, которые обладают даже очень высокой сложностью рельефа. Данный процесс называется гальванопластикой.

Меднение

В качестве покрытия используется медный купорос. Такая обработка способствует повышению прочности металлических изделий и повышению их токопроводящих свойств. Металлы с медным покрытием используются для производства электропроводников.

Хромирование

Данная процедура повышает прочностные характеристики металлов, а также их сопротивляемость различным агрессивным воздействиям. Помимо этого, она улучшает внешней вид деталей и восстанавливает поврежденные элементы.

В зависимости от технологии выполнения хромированное покрытие может обладать различными свойствами и параметрами. Например, серое матовое увеличивает твердость металла, блестящее повышает его износостойкость, молочное пластичное придает эстетичный внешний вид и усиливает стойкость к коррозии.

Цинкование

Самая популярная операция гальванизации. Тонкий слой цинка придает металлам блеск и предотвращает образование коррозии. Цинкование особенно популярно в строительной и автомобильной индустрии. Цинк используется для обработки трубопрокатных изделий, емкостей, опорных и кровельных конструкций, кузовных деталей автомобилей.

Железнение

Используется для усиления прочностных характеристик легкоизнашиваемых деталей, например, из меди. Такое покрытие практически не подвержено воздействию коррозии.

Никелирование

Данный метод обработки является оптимальным для придания металлам устойчивости к воздействиям окружающей среды. Слой никеля надежно защищает изделия от коррозии, возникающей вследствие загрязнения щелочами, кислотами, солями. Никелированные детали отличаются очень высокой стойкостью к истиранию и механическим повреждениям.

Латунирование

Используется для защиты металлов от воздействия коррозии. Кроме того, слой латуни обеспечивает лучшую адгезию металлических деталей с резиной.

Серебрение и золочение

Эти операции применяются в ювелирном деле, радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Серебро и золото придают поверхностям презентабельный внешний вид, высокие отражающие свойства, предотвращают коррозию, улучшают токопроводящие свойства, повышают твердость и защищают от агрессивных внешних факторов.

Родирование

Слой родия увеличивает сопротивляемость деталей воздействию химически агрессивных сред, а также придает им дополнительную механическую стойкость. Родирование предотвращает окисление, потускнение изделий из серебра.

Покрытие оловом

Олово увеличивает прочность и твердость металлических деталей. Гальванизация этим материалом применяется для алюминия, цинка, стали и меди.

Принцип гальванизации

Перед началом процесса металлические поверхности тщательно очищаются от загрязнений и обезжириваются.

Предварительная подготовка изделий очень важна, от нее зависит качество гальванизирования.

В большинстве случаев подготовка изделия к гальванике не ограничивается только очисткой его поверхности и обезжириванием. Выполняются также пескоструйная обработка и последующая шлифовка с использованием наждачной бумаги, специальных паст.

Гальваническое покрытие выделяет все недостатки поверхности, поэтому обрабатываемая деталь должна быть идеально подготовленной – без сколов, царапин и раковин.

Схема, по которой реализуется гальваническое покрытие металла, достаточно проста.

Очищенное изделие помещается в емкость с раствором электролита, на него подается отрицательный заряд (изделие становится катодом). Специальная металлическая пластина, которая послужит для образования покрытия, заряжается положительно и принимает на себя функции анода. При замыкании электрической сети металл анода (пластины) растворяется в электролите и устремляется к отрицательно заряженному изделию (катоду), на котором создает тонкую равномерную пленку.

Такой способ нанесения гальванических покрытий называется анодным. Благодаря ему при возникновении угрозы коррозии разрушению подвергается гальваническая изоляция, металл же длительное время остается нетронутым.

При катодном напылении, которое применяется значительно реже, малейшее нарушение целостности нанесенного слоя приводит к еще более интенсивному разрушению металла под ним, чему способствует сама технология покрытия.

Электролит является проводящим раствором для перемещения металлов с анода на катод. Размер емкостей с этим веществом бывает разным и зависит от производственных задач.

Изделия больших размеров удерживаются в объемных ваннах навесу. Более мелкие детали получают гальваническое покрытие в емкостях барабанного типа, в которых отрицательный заряд подается на барабан, вращающийся в электролите. Для обработки очень мелких изделий (например, метизов или других крепежных элементов) существуют колокольные наливные ванны: в процессе работы они медленно вращаются, в результате чего детали равномерно покрываются защитным металлом.

Плотность тока, проходящего через электролит, имеет большое значение, так как влияет на структуру формируемого осадка. Эта величина измеряется как отношение силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.

При низкой величине плотности осадка не образуется вообще, при слишком большой – порошковых отложений много, что негативно сказывается на качестве покрытия. Именно поэтому процесс гальванизации требует постоянного контроля.