Гальванические покрытия

Слухи о скорой кончине гальваники сильно преувеличены. Огромный теоретический и практический опыт, непрекращающийся поток изобретений в этой области, использование их в производстве позволяют говорить об обратном: гальванотехника в настоящее время переживает период качественного роста. Примером того может служить технология микродугового оксидирования металлов – тот самый случай, когда простое повышение напряжения на ванне позволило скачком повысить технологические характеристики получаемых покрытий. Простота и экономическая эффективность технологии электроосаждения делает гальванику конкурентоспособной в сравнении с другими способами. Несомненно, гальваническое производство в целом идет в ногу с техническим прогрессом.

Значимым преимуществом гальванических способов нанесения покрытий является их высокое качество, возможность контроля технологического процесса и, как следствие, получение покрытий с требуемыми функциональными свойствами и толщиной.

Гальваника - распространенное как среди профессионалов, так и среди любителей название гальванотехники, которая относится к разделу прикладной электрохимии, изучающему физико-электрохимические процессы, протекающие при электроосаждении покрытий.

схема гальванизации металла

Гальванотехника включает в себя два прикладных раздела - гальваностегию, предметом которой являются процессы осаждения электролитических покрытий в целом, и гальванопластику, предметом которой является получение металлических копий изделий электрохимическими методами.

Особенности гальванического производства

Гальваническое производство относится к отрасли промышленности, производящей нанесение защитных, защитно-декоративных или функциональных электрохимических покрытий, а также подготовку к покрытию и снятие некачественного покрытия с целью последующего нанесения покрытий, удовлетворяющих поставленным требованиям.

Гальваническому производству присущи следующие признаки:

  • потребление в больших количествах различных химических препаратов (растворителей, кислот, щелочей, органических и неорганических соединений);
  • выделение токсичных веществ (в газообразном, парообразном или пылеобразном состоянии), оказывающих вредное воздействие на организм человека;
  • повышенная влажность воздуха вследствие применения ванн горячей и холодной промывки;
  • потребление воды в больших объемах;

Современное гальваническое производство в настоящее время еще не полностью удовлетворяет требованиям времени как в технологической, так и в экологической части. При разработке технологических процессов для гальваники не в полной мере учитываются требования экологии. В этих условиях особое значение приобретает регенерация электролитов.

Гальваническое производтво

Гальваническое производство оказывает существенное негативное воздействие на окружающую среду. Наибольшим загрязнениям подвергаются подземные и поверхностные водоемы, поскольку гальваническое производство продуцирует большой объем стоков, представляющих основную опасность. Такие стоки могут содержать большое количество тяжелых металлов, а также щелочи и токсичные соединения.

Технологические процессы в гальванотехнике должны содержать технологию очистки сточных вод, что невозможно осуществить без надежных и производительных очистных сооружений. Планируя создание гальванического производства, нужно учитывать затраты не только на оборудование для производства определенного вида продукции, но и на очистку сточных вод и утилизацию отходов.

Гальванические покрытия

Академическое определение этим покрытиям выглядит следующим образом: гальванические покрытия - это электропроводные (например, хромовые) или неэлектропроводные (например, аноднооксидные пленки, полученные микродуговым оксидированием) покрытия толщиной от долей микрометра до целых величин миллиметра, наносимые электрохимическими методами и предназначенные для повышения коррозионной стойкости изделия, увеличения износостойкости, восстановления рабочих размеров, придания поверхности изделия специальных физических и химических свойств.

Почти столетняя история промышленного использования гальванических технологий позволила выйти на качественно новый уровень получения электролитических покрытий. Хромирование, изначально используемое лишь для для декоративной отделки, в настоящее время широко применяется для придания деталям машин и механизмов высокой твердости и износостойкости. Нестационарные режимы электроосаждения дали возможность осаждать медные, железные, серебряные, никелевые, цинковые и даже золотые покрытия с характеристиками, недоступными при нанесении покрытий на постоянном токе.

Гальваническое хромирование

Гальваническое износостойкое хромирование служит чрезвычайно эффективным средством, значительно повышающим износостойкость деталей, работающих в условиях трения; надежно защищающим от коррозии; повышающим декоративные качества изделия. Вследствие исключительно значимых свойств хромовых осадков хромирование по праву занимает лидирующее место в структуре гальванического производства.

Хромирование деталей

Хромирование - это один из наиболее распространенных производств в гальванотехнике, несмотря на наличие серьезных недостатков, тормозящих его применение:

  • высокую рабочую температуру электролита;
  • чрезвычайно низкий (по сравнению с другими процессами) катодный выход по току;
  • высокую токсичность шестивалентных соединений хрома;
  • недоработанность способов очистки сточных вод, содержащих хром; отсутствие надежного способа переработки продуктов обезвреживания.

Несмотря на существование огромного разнообразия электролитов для нанесения хрома, а также технологических режимов осаждения хромовых покрытий, в них очень часто применяется хромовый ангидрид - высокотоксичное соединение шестивалентного хрома, оказывающее отрицательное, пролонгированное во времени влияние на организм человека и окружающую среду. Сейчас во всем мире ведутся интенсивные разработки экологически безопасных технологий нанесения хрома. Эти разработки невозможны без глубоких знаний в области кинетики электролитического хромирования, а также в области физических, механических и химических свойств этого вида покрытий.

Гальваническое меднение

Гальваническое меднение - это электролитический процесс нанесения слоя меди толщиной от долей микрона до нескольких миллиметров. В зависимости от того, служит ли нанесенный медный слой самостоятельным покрытием или является подслоем под другие гальванические покрытия, различают следующие области применения электроосажденной меди:

  • в качестве декоративных покрытий. Электрохимическое меднение допускает "состаривание" поверхности, например, электрохимическим оксидированием. Медные покрытия с цветом старинной бронзы можно получать из сульфатных электролитов, содержащих специальные добавки;
  • в качестве подслоя при многослойном защитно-декоративном покрытии; в гальванопластике при изготовлении металлических копий самых разнообразных оригиналов по восковой или пластиковой форме; в электротехнических целях - при меднении под пайку или на элементы радиотехнических изделий, работающих под напряжением;
  • для предохранения от цементации;
  • при восстановлении изношенных и поврежденных деталей.

Гальваническое цинкование

Основной областью применения гальванического цинкования является антикоррозионная защита стальных изделий. Цинковое покрытие в легких условиях эксплуатации служит анодом и защищает стальную основу электрохимически. Цинкование применяют для нанесения на тонкостенные стальные трубы, метизы, стальные листы, полосы, проволоку. В некоторых случаях толщина цинка достигает 350 ... 500 мкм. Высокие антикоррозионные свойства и низкая стоимость цинка послужили причиной самого широкого распространения этого вида гальванических покрытий.

В настоящее время все шире применяются электролиты скоростного цинкования, а также электролиты блестящего цинкования с нетрадиционными блескообразователями.

Гальваническое серебрение

В промышленности гальваническое серебрение применяется при необходимости создания покрытий, обладающих высокой электропроводностью, а также в целях получения антифрикционных и износостойких поверхностей подшипников качения и скольжения, как средство декоративной отделки бытовых и ювелирных изделий.

Гальваническое серебрение

Серебряные покрытия также применяются:

  • для нужд электротехнической промышленности – гальваническое серебрение электрических контактов и контактных поверхностей медных токоведущих шин;
  • в целях повышения защитно-декоративных свойств изделий при условии их оксидирования;
  • для изготовления серебряных копий гальванопластическим методом, в том числе и в условиях домашней гальваники.

Внимания заслуживает также неагрессивный к основе йодидный электролит блестящего серебрения, позволяющий осаждать качественные мелкокристаллические серебряные покрытия.

Анодирование

Анодирование (анодное оксидирование) алюминия отличается от других гальванических процессов тем, что анодируемое изделие здесь используется в качестве анода, а катодом чаще всего служит свинец. Количество образующегося на аноде оксида алюминия тем больше, чем выше анодная плотность тока и чем продолжительнее прохождение тока. Анодировать алюминий можно даже в активированной воде без каких-либо добавок. Образующаяся анодная пленка находится в зависимости от химического состава электролита и режима электролиза. Существуют электролиты, не оказывающие растворяющего действия на оксид алюминия, в которых наращивание оксидной пленки протекает особенно быстро. Толщина такой пленки может быть отрегулирована только напряжением. Обычно такие толстые анодные покрытия получают в растворах борной или винной кислоты