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 і т. д. 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 яке 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 анода, поміщені 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 (катода), тим самим створюючи міцне покриття. Електроліт є провідним розчином для переміщення металів з анода на катод. Розмір ємностей (ванн) з електролітом буває різним, в залежності від виробничих завдань. Вироби великих розмірів розміщують на підвісах, через які пропускають негативний заряд, конструкція утримується на вазі в обсязі ванній. Дрібні вироби отримують гальванічне покриття в ваннах барабанного типу, де одночасно гальванізується велику кількість продукції. В цьому випадку негативний заряд подається на барабан, що обертається в ємності з електролітом, куди заведений анод. Існують дзвіниці наливні ванни, де гальванічне покриття наноситься одночасно на велику кількість дуже дрібних деталей, наприклад на металовироби. У 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 лудженого металу, де ізоляційним шаром служить олово. Анодне нанесення гальванічних покриттів має інші характеристики. При виникненні умов загрози корозії піддається руйнуванню гальванічна ізоляція, метал тривалий час залишається незмінним. 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 завдання є отримання високих естетичних характеристик та захист продукції від руйнуючих 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 первісного вигляду виробу або після тривалої експлуатації.

Види покриттів

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

Сріблення – збільшує естетичну цінність, захищає від корозії, покращує відображають, струмопровідні характеристики. Вид нанесення затребуваний при виробництві статичних реле, контакторів, електромагнітних реле, електромагнітних пускачів, мікросхем та іншої електронної продукції.

Нікелювання – найбільш затребуване гальванічне покриття сталі, мідних і 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 – лугами, кислотами, солями. Нікельовані вироби демонструють високу стійкість до сильних механічних пошкоджень, стирання.

Хромування – збільшує зносостійкість, твердість анодованих поверхонь, дозволяє поліпшити зовнішній вигляд, відновити пошкоджені деталі до початкових параметрів. Залежно 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 антикорозійного захисту, низька твердість), цинкування – антикорозійна обробка цілісних сталевих листів, частин автомобілів, будівельно-оздоблювальних матеріалів.

Гальванічне золоте покриття – використовується в ювелірній справі, електронній промисловості і інших сферах. Шар золота надає деталям високі відображають властивості, естетичність, захист від корозії, підвищує струмопровідні якості.

Омеднение – часто використовується для покриття металу в цілях захисту від корозії, мідь підвищує струмопровідні якості, метал з таким покриттям часто використовуються для виробництва электропроводников, що експлуатуються на відкритому повітрі.

Латунирование – використовується для захисту від корозійного пошкодження сталей, алюмінію і сплавів. Шар латуні забезпечує необхідну адгезію металевих деталей з гумою.

Родирование – спеціальне покриття, що наноситься для додання деталей високої стійкості до хімічних агресивних середовищах, отримання додаткової механічної зносостійкості. Також покриття родієм надає виробам декоративність, береже срібні предмети від окислення, тьмяності.

Регулювання якості і технологічних процесів гальванічного покриття відбувається з допомогою ГОСТ 9301-78.

Підготовчий етап

Нанесення гальванічного покриття – це багаторівневий технологічний процес, реалізований у три основних етапи (підготовка, нанесення покриття, заключна обробка готового виробу).
Підготовка поверхонь для подальшої гальванізації – найбільш трудомісткий і відповідальний етап усього процесу. Від правильності і достатності його проведення залежить якість отриманого захисного покриття. При наявності на поверхні металу найменших слідів жиру і оксидної плівки отримання однорідної суцільний захисної плівки буде неможливо – покриття не зможе проникнути в шари основного металу, можуть утворитися бульбашки, розриви і т. д. Дефекти можуть виникнути на місцях, де залишилися задирки, нерівності поверхні, в місцях погано відшліфованих спаїв, недостатньо очищених від пилу місцях. Гальванічне покриття вимагає низької шорсткості поверхні, ретельного очищення після шліфування і обов'язкової обробки обезжиривающими засобами.

Види обробки деталей

Механічна обробка і досягнення ідеальної гладкості металевих деталей досягається в домашніх умовах шліфуванням поверхні наждачним папером і 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.

В залежності від виду металу наноситься проводять різну підготовку. Перед цинкуванням або кадмированием поверхню, що захищається деталі знежирюють і протруюють. Нікелювання хромування і передують механічної шліфуванням, знежиренням, видалення оксидної плівки. Знежирення проводиться в два етапи – стартові роботи і повне знежирення. Попередньо деталі промивають розчинниками – уайт-спіритом, гасом, спеціальними органічними сумішами і т. д. Остаточну обробку реалізують за допомогою лужних розчинів або електрохімічним методом. Після чого деталі промивають гарячою водою, проводять активацію і легке протруювання 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 гальваніки відображені в рецептурі використовується електроліту.
Гальванічний метод покриття металів та інших матеріалів відбувається наступним чином:

Гальванічні ванни заповнюються електролітичним розчином. У них поміщають аноди і оброблювані вироби. Розмір і вид ванни залежать від величини деталей, що вимагають 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 оброблювані деталі навішують на катодну стійку, розташовану у ванній, а на анодної штанги розміщують пластини металу, який буде покривати вироби. Для отримання певних характеристик покриття в електроліт можуть вводитися солі металів, органічні сполуки, блеськообразователі і т. д. 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 проміжок часу при заданих умовах технологічного процесу. Особливу увагу на етапі приладження приділяють товщині шару в поглибленнях і порожнинах оброблюваної дослідної деталі.

Товщина шару

Товщина гальванічного покриття визначається згідно з даними про середні товщинах шару, що наноситься, залежить від умов, в яких буде експлуатуватися деталь. Вони поділяються на групи:

Легкі умови (ЛЗ) – деталі використовуються в закритих опалювальних приміщеннях з відносно сухий атмосферою, або виріб буде експлуатуватися протягом нетривалого строку у зовнішній середовищі, де немає активних корозійних агентів. Товщина одношарового покриття становить близько 7 мк, багатошарового – 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, багатошарового – 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, багатошарового – 45.

Дані про товщину гальванічного покриття деталей одним шаром містить ГОСТ 2249-43. Сюди відносяться цинкові покриття. Контролює багатошарове нанесення гальванічного покриття ГОСТ 3002-45 (нікелеві покриття). Товщина шару може бути змінена по конструктивним вимогам 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.

Забарвлення лакофарбовими складами.

Пасивування.

Обезводороживание.

Промаслення або полірування.

Виконання сріблення складами проти тьмяності.

Освітлення і пасивування підвищують антикорозійні властивості оцинкованих виробів і кадмієвих покриттів. Процес пасивації – це занурення виробів у спеціальний розчин, який утворює на поверхні деталі захисну плівку товщиною до 1 мкм. Вироби зі сталі, міді з гальванічним покриттям додатково обробляють маслами – промаслівают. Це робиться з метою поліпшення захисних властивостей металевої ізоляції і сприяє підвищення антикорозійної 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 і пористість проводиться в лабораторних умовах (вимірювання).

Стійкість до корозії згідно ТУ або ГОСТ (випробування).

Механічна, фізична стійкість (відбивні властивості, пластичність, зносостійкість, електричне і температурний опір, твердість тощо)

Переваги

До переваг даного методу захисту металевих виробів належать:

Високі антикорозійні якості.

Стійкість до механічних і фізичних ушкоджень.

Опірність агресивним середах природного та промислового походження.

Низька пористість покриття.

Твердість, зносостійкість.

Можливість регулювати товщину покриття, що наноситься в процесі нанесення.

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