Гальваническое покрытие металла алюминием

Обновлено: 05.10.2024

Различные детали электронных приборов подвергают серебрению, золочению, покрытию платиновыми металлами и их сплавами.

Специфические трудности нанесения гальванических покрытий на изделия из алюминия и его сплавов связаны с наличием на их поверхности естественной окисной пленки, препятствующей прочному сцеплению между основой и покрытиями. Кроме того, сильно электроотрицательное значение потенциала алюминия, освобожденного от окисной пленки, приводит к вытеснению ионов покрываемого металла до начала прохождения электрического тока через раствор электролита, что тоже нарушает сцепление между покрытием и основой. Преодоление этих трудностей достигается специальными методами подготовки поверхности покрываемых изделий.
Наиболее распространенными методами подготовки поверхности алюминиевых изделий перед нанесением гальванических покрытий являются следующие: 1) цинкатный, 2) анодирование в фосфорной кислоте, 3) предварительное электролитическое осаждение тончайших цинковых или латунных покрытий.

Цинкатный метод подготовки поверхности алюминиевых изделий сводится к их кратковременному погружению (на 30—60 с) в раствор цинката натрия. Окисная пленка при этом растворяется и изделия покрываются тонкой пленкой цинка (0,1—0,15 мкм), предупреждающей поверхность от повторного окисления. При этом протекают следующие реакции. На анодных участках:
Al + ЗОН- →Al(ОН)₃ + Зе,
Al(OН)₃ → AlO₂ + H₂O + Н+
На катодных участках:
Zn(OH)₄ → Zn₂+ + 40H-,
Zn₂+ + 2e → Zn,
2Н+ + 2e → 2H → H₂.

Вследствие высокого перенапряжения водорода на цинке последняя реакция затруднена и образование цинковой пленки на поверхности алюминиевых изделий не сопровождается заметным выделением водорода.

Чем тоньше и плотнее цинковая пленка, тем больше прочность сцепления алюминиевой основы с гальваническим покрытием. Получению плотной пленки способствует введение в цинкатный раствор, помимо основных компонентов (окиси цинка и едкого натра), хлорного железа и сегнетовой соли, а также азотнокислого натрия. Ниже приводятся рекомендуемые составы цинкатных растворов (г/л) и их режимы:

Двукратное цинкование методом погружения часто обеспечивает лучшее сцепление между алюминиевой основой и гальваническим покрытием. После 10—15-сек выдержки в цинкатном растворе изделия промывают в воде и переносят в раствор азотной кислоты, разбавленной водой в отношении 1 : 1 для удаления цинкового покрытия. После тщательной промывки в воде изделия вновь погружают в цинкатный раствор.
Ниже приведена схема процесса нанесения гальванических покрытий на алюминиевые сплавы при подготовке их поверхности по цинкатному способу:

Для подготовки поверхности алюминиевых сплавов, легированных магнием, к нанесению гальванических покрытий рекомендуется погружать их в раствор сульфата цинка в присутствии фтористоводородной кислоты или в раствор фторбората цинка. Ниже приводятся составы этих растворов (г/л) и режимы:

1) ZnSO₄·7H₂O . 720
HF (48%-ная), % (объемн.) . . 3,5
Температура, °С. 50
Продолжительность, с . . . . 20—60
2) Zn(BF₄)₂. 75
рН. 3,0
Продолжительность, с. 30

Анодирование в фосфорной кислоте применяют в США для алюминиевых сплавов, легированных медью и марганцем перед гальваническим меднением. Образующаяся при анодировании в фосфорной кислоте окисная пленка более тонка и более пориста, чем при анодировании в серной кислоте, но та часть пленки, которая обращена к алюминиевому сплаву (так называемый барьерный слой), толще, чем в серной кислоте. Поэтому анодирование в фосфорной кислоте проводят при повышенном напряжении (30—60 В).
Концентрация фосфорной кислоты колеблется в пределах 250—500 г/л, температура 25—30° С, плотность тока 1,0—2,0 А/дм 2 , продолжительность анодирования около 10 мин, толщина окисной пленки примерно 3 мкм.
При анодировании в фосфорной кислоте встречается тем больше затруднений, чем чище алюминий: для нелегированного алюминия трудно обеспечить хорошее сцепление с гальваническим покрытием.
Рекомендуется первые слои меди осадить в пирофосфатном электролите при значениях рН = 7÷8 (рис. 122).

Рис. 122. Микрофотография алюминиевого образца, подвергнутого анодированию в фосфорной кислоте и последующему меднению и никелированию

Металл на оксидированном в фосфорной кислоте алюминии начинает осаждаться в порах в виде тонкодисперсных волокон, которые потом срастаются между собой, перебрасывая мостки чрез пленку. То обстоятельство, что сама окисная пленка прочно сцеплена с основой, обеспечивает также прочное сцепление с гальваническим покрытием.
В Англии и США широко применяют так называемый фогт-процесс, заключающийся в предварительном нанесении на алюминиевые изделия тончайших цинковых и латунных покрытий. Ниже приводятся составы электролитов (г/л) и их режимы для ванн цинкования (I) и латунирования (II):

По этой схеме обезжиренные изделия после промывки травят в течение 5 с в 5%-ной HF и осветляют в HNO₃ (1 : 1). После тщательной промывки изделия подвергают гальваническому покрытию с минимальными перерывами между операциями по схеме: цинкование — промывка в проточной воде — латунирование — промывка — нейтрализация в слабом растворе винной кислоты — никелирование (в электролите без хлоридов) — промывка в холодной и горячей воде — демонтаж с подвесок — нагрев при 200—250° С в течение 30 мин.

При нанесении гальванических покрытий на подготовленные по одному из перечисленных выше методов алюминиевые изделия требуется соблюдать особые меры предосторожности. Дело в том, что цинковая пленка, полученная при погружении в раствор цинката, так же, как и цинковые и латунные пленки, полученные методом электроосаждения, чрезвычайно тонки и на них необходимо наносить первый слой металла из такого электролита и при таком режиме, чтобы их не повредить. В зарубежной литературе рекомендуется на подготовленные по цинкатному методу изделия наносить 1-й слой меди из цианистого электролита с небольшим содержанием свободного цианида. Ниже приводится состав такого электролита (г/л):

CuCN. 42 Na₂CO₃ . 30,0
NaCNобщ . 49 KNaC₄H₄O₆·4H₂O . 60,0
NaCNсвоб . . . До 3,8
Температура электролита в пределах 38—43° С, рН= = 10,2÷10,5.

Изделия завешивают в ванну под током и в течение 2 мин поддерживают плотность тока 2,5 А/дм 2 , после чего ее снижают до 1,25 А/дм 2 , по крайней мере в течение 3—5 мин. В дальнейшем можно при этом режиме наращивать слой меди до требуемой толщины, или после промывки в воде переносить изделия в медную кислую ванну.
При защитно-декоративном хромировании изделия после меднения покрывают никелем и хромом по общепринятой технологии — либо с промежуточной полировкой со всеми вспомогательными операциями, либо без них, если покрытие осуществляется в ваннах с блескообразователями. Вместо меднения в цианистом электролите можно при защитно-декоративном хромировании начинать с латунирования в электролите следующего состава (г/л):

Температуру поддерживают в пределах 27—30° С, плотность тока около 1 А/дм 2 , аноды — латунные с содержанием 70—75% Cu и 25—30% Zn.
Защитно-декоративное хромирование подготовленных по цинкатному методу изделий по схеме Ni—Cr или Ni—Cu—Ni—Cr можно осуществлять и без нанесения первого слоя меди или латуни в цианистых электролитах. Для этой цели можно по цинковой пленке наносить никель из обычного электролита, или из более подходящего для этой цели электролита состава (г/л):
NiSO₄·7H₂O. 100
Na₂SO₄·10H₂O. 15
H₃ВO₃. 10
Лимоннокислый натрий . 15

Температура электролита 40—45° С; плотность тока 1,5—2 А/дм 2 ; рН~5,6. Прочное сцепление никелевого покрытия с алюминиевой основой обеспечивается только в результате 30-мин нагрева при температуре 200—250° С. Для предупреждения от окисления поверхности нагрев рекомендуется осуществлять в печи с инертной атмосферой в техническом касторовом масле или в вакууме. Если такой нагрев связан с трудностями, то перед нанесением на никель других гальванических покрытий тонкий слой окислов может быть удален либо полировкой, либо травлением в смеси серной и азотной кислот. Для легких условий эксплуатации можно ограничиться слоем никеля толщиной 10 мкм с последующим хромированием на толщину до 1 мкм; для жестких условий рекомендуется суммарная толщина покрытия Ni— Cu—Ni 50 мкм с тонким слоем хрома.

Износостойкому хромированию часто подвергают двигатели цилиндров (например, мотоциклов) из кремнистых алюминиевых сплавов. После обезжиривания в щелочном растворе и промывки следует 1—2-мин травление при температуре, не превышающей 15° С, в смеси HF : HNO₃ в отношении 1 : 5. Хромирование осуществляют в обычном электролите при температуре 60±2°С по режиму: первые 5 мин при плотности тока 35—45 А/дм 2 , вторые 5 мин 45—65 А/дм 2 , остальное время 65—80 А/дм 2 .
Гальваническое лужение или покрытие свинцовооловянным сплавом (для облегчения и ускорения процесса пайки), подготовленных по цинкатному методу изделий осуществляют в обычных электролитах после никелирования и 30-мин прогрева или после меднения в цианистом электролите.
Цинкованию алюминиевые изделия подвергают сравнительно редко; лучшие результаты получаются после цинкатной обработки и электролитического цинкования в щелочно-цианистых электролитах.

Кадмирование применяют для защиты от контактной коррозии узлов, в которых алюминиевые детали сопрягаются с деталями из других металлов. Прочное сцепление кадмиевых покрытий с алюминиевой основой может быть обеспечено после предварительной одноминутной катодной поляризации при плотности тока 2,5 А/дм 2 в разбавленном по содержанию кадмия электролите и последующего кадмирования в рабочем электролите при плотности тока 1,5—3 А/дм 2 в течение времени, необходимого для осаждения слоя кадмия заданной толщины. Ниже приведены составы (г/л) рекомендуемых электролитов для предварительного покрытия (I) и рабочего электролита (II):
I II
Cd. 7,5 27
NaCN. 60,0 100

Помимо основных компонентов, в рабочий электролит вводят блескообразователь. Можно также кадмировать алюминий по медному или цинковому подслою после цинкатной обработки.

Серебрение алюминия осуществляют для повышения электропроводности и, в частности, для уменьшения переходного сопротивления в местах контактов. После цинкатной обработки изделия серебрят последовательно в трех ваннах с постепенно возрастающей концентрацией серебра и убывающей концентрацией свободного цианида. В первых двух ваннах изделия выдерживают по 10—15 с при плотности тока 1,5—2 А/дм 2 . В этих ваннах выход металла по току небольшой и наблюдается интенсивное выделение водорода. В третьей ванне поддерживается плотность тока 0,5 А/дм 2 и процесс длится до получения слоя серебра заданной толщины. Ниже приводятся составы серебряных электролитов этих трех ванн (г/л):

I II III
Ag CN 1 5 30
К CN 90 68 60

Для легких условий эксплуатации можно ограничиться толщиной серебряного слоя 12,5 мкм, для средних условий эксплуатации 25 мкм, а для жестких условий 50 мкм.
Покрытие другими драгоценными металлами. Различные детали электронной аппаратуры, автоматики и телемеханики в зависимости от условий эксплуатации подвергают золочению или покрывают металлами платиновой группы. Золочение осуществляют после цинкатной обработки и нанесения медного подслоя из цианистого электролита или никелевого подслоя с последующим 30-минутным нагревом. Толстые золотые покрытия (до 25 мкм) могут быть получены из цианистого электролита (8 г/л Au, 20 г/л KCNсвоб, 20 г/л K₂НPO₄ и 20 г/л K₂СO₃) при температуре 65—70 °С и плотности тока 0,3—0,5 А/дм 2 . В последнее время успешно применяют так называемые кислые цианистые электролиты золочения примерного состава (г/л) и режим:
Золото (в виде дицианоаурата калия) . 10
Калий лимоннокислый. 80
Лимонная кислота . 20
рН. 5,5-6
Температура, °С. 70
Плотность тока, А/дм 2 . 0,5
Для повышения твердости и износостойкости золотых покрытий рекомендуется в электролит вводить 15 мг/л сурьмы в виде калия сурьмяновиннокислого. Покрытие при этом содержит до 1 % Sb, микротвердость достигает 180 кгс/мм 2 .

Из металлов платиновой группы в новых отраслях техники наиболее широко применяют родиевое покрытие. Для алюминиевых изделий в одинаковой мере могут быть использованы после цинкатной подготовки медный и никелевый подслои. Тонкие родиевые покрытия порядка 1—2 мкм — могут быть получены из сульфатного электролита с содержанием 1—2 г/л Rh в виде сернокислой соли и 20—25 мл/л концентрированной серной кислоты. Для получения более толстых родиевых покрытий содержание родия в электролите необходимо повысить до 10—15 г/л и ввести 1 г/л селеновой кислоты, снижающей внутренние напряжения в покрытии и позволяющей довести его толщину до 25—50 мкм. Процесс осуществляется с нерастворимыми (платиновыми) анодами, при температуре 45—50° С и плотности тока 1—2 А/дм 2 . Электроосажденный родий имеет твердость порядка 800 кгс/мм 2 , большую коррозионную стойкость и по коэффициенту отражения света уступает только серебру. В отличие от серебра родий не тускнеет под действием сероводорода, и, будучи нанесен даже в тонких слоях (0,1—0,2 мкм) на серебро, защищает его от потускнения.

Все гальванические покрытия за исключением цинка катодны по отношению к алюминию, т. е. защищают его от коррозии только при условии отсутствия пор в покрытии. Беспористые покрытия обычно получаются в слоях достаточной толщины и при соблюдении правильного режима технологического процесса. Если алюминиевые детали эксплуатируются в условиях смазки, в сухой атмосфере или вакууме, то порами в покрытиях можно пренебречь.

В СССР и за рубежом промышленное применение получило лужение алюминиевых поршней (для целей притирки) методом погружения их в раствор станната натрия или калия. Поршни обезжиривают по одному из методов, принятых для алюминиевых сплавов. После промывки в воде их погружают на 20 с в разбавленную в отношении (1:1) азотную кислоту, вновь промывают в воде и на 3—4 мин погружают в раствор, содержащий 45—70 г/л Na₂Sn(OH)₆ или K₂Sn(OH)₆ при температуре 50—75° С. Вынутые из раствора станната поршни промывают в холодной и горячей воде. Толщина оловянного покрытия при таком режиме примерно 5 мкм, цвет покрытий белый, матовый. Станнат калия несколько дороже станната натрия, но растворы его более устойчивы и менее подвержены гидролизу. Оловянные покрытия, полученные методом погружения в раствор станната, недостаточно сцеплены с основой, чтобы изделия с такими покрытиями можно было подвергать пайке. Они не могут служить также промежуточным слоем для последующего электролитического осаждения олова. Для пайки необходима цинкатная обработка поверхности (или другая из приведенных выше) с последующим нанесением подслоя меди или никеля.

Химические и механические способы золочения металла

Гальваническое покрытие золотом металлических предметов: способы и технологии. Металлы и сплавы, поддающиеся золочению. Приготовление электролита для самостоятельного золочения в домашних условиях.

Золочение металла – популярная процедура, позволяющая придать различным изделиям свойства, которыми обладает благородный металл. Нанесение покрытия «под золото» позволяет получить отличную вещь при значительно меньших затратах, чем при покупке настоящего украшения. Кроме того, технология гальванического покрытия золотом исключает окисление металлов, поверхностный слой не боится влаги, не вступает в реакцию с химически активными веществами. Позолота также позволяет улучшить качество припоя, что важно при изготовлении микросхем.

Какие металлы и сплавы поддаются золочению

Золочение металлических поверхностей используется в различных областях, но наиболее часто:

в промышленности для создания технических покрытий, устойчивых к химическому воздействию;
в ювелирном деле, при декорировании поверхностей из черных и цветных металлов, нержавеющей стали.

Нанесение гальванического покрытия применяется для создания бижутерии. Для изготовления позолоченных изделий вещи из дешевых металлов покрываются тонким слоем золота. Такие «предметы роскоши» продаются по доступной цене, но смотрятся на уровне настоящих золотых. Технология гальванического золочения используется для браслетов, цепочек, колье, очков. Изделия выглядят изысканно и респектабельно.

Не менее распространена гальваническая обработка и более ценных металлов, например, золочение серебра или платины. Покрытая специальным составом бижутерия не приводит к появлению аллергии и раздражения кожи. Но такие изделия часто могут стоить на уровне высокопробных серебряных предметов.

Для придания требуемых свойств отдельным участкам поверхностей предметы либо украшения могут подвергаться гальваническому золочению частично. В ювелирном деле так создают уникальные вещи.

Гальваническому золочению можно подвергнуть любой предмет, повысив тем самым его свойства. К примеру, сусальное золото напыляется на купола храмов, применяется в иных декоративных целях.

Методы и способы золочения металла

Качество и внешний вид покрытия зависят от используемой технологии. Наиболее распространены следующие методы нанесения золота:

механический;
химическое золочение с использованием активных веществ;
гальваническое золочение.

Для каждого способа используются различные химреактивы и инструмент.

Химический метод

Химическое золочение – это нанесение на подлежащую обработке вещь хлорида золота. Для создания реагента необходимо последовательно выполнить такие действия:

Металл расковывается на маленькие кусочки.
Элементы помещаются в заранее сделанную смесь. Реагент изготавливается на основе соединения соляной (30 г) и азотной (10 г) кислот.
На каждый грамм напыления должно расходоваться порядка 10 мл реагента. Потому необходимо заранее приготовить нужное количество раствора.

С кислотами в быту следует обращаться осторожно, не допуская их контакта с кожей рук и слизистыми оболочками.

Смешивание ингредиентов осуществляется в фарфоровой колбе, растворение при этом может растянуться на трое суток. По завершении подготовки благородного металла он выпаривается при 80 °C до образования жидкого раствора. Для получения гомогенного состава требуемой консистенции в процессе выпаривания раствор нужно периодически взбалтывать стеклянной мешалкой.

Непосредственно для процесса подготавливается:

отфильтрованная вода, подогретая до 60 °C;
золотая хлорная соль – 15 г;
натрия хлорид либо карбонат калия – 65 г.

Предметы обрабатываются после заранее выполненной подготовки. Для удаления жира рекомендуется протирание 20%-м едким натром, затем – промывка в 25%-м содовом растворе.

Предмет помещается в сделанную смесь, и спустя определенное время (в соответствии с родом металла) поверхность превращается в позолоченную. После естественной просушки предмет протирается мягкой сухой тряпицей. Поверхность до появления блеска отполировывается шерстяным лоскутком.

Механические методы золочения

Золочение придает изделию определенные свойства, делающие его эстетически привлекательным и стойким к влиянию окружающей среды.

Обработка механическим способом выполняется нечасто, потому как добиться получения однородного поверхностного слоя нелегко. Данная технология отличается такими особенностями:

Необходимо применение особой пасты, изготавливающейся в специальной лаборатории или самостоятельно. Для различных изделий ингредиенты пасты могут значительно отличаться.
Нанесенное механическим методом в бытовых условиях покрытие в отличие от гальванического обладает малой толщиной. Потому такие изделия не смогут долго прослужить.
Наиболее распространены растворы на основе винного камня, желтой соли кровяной.
Для образования однородного состава кашеобразной формы, втираемого в поверхность изделия шерстяным лоскутом, вещество тщательно перемешивается.
Перед нанесением позолоты требуется обезжирить поверхность.
Нанесение пасты выполняется одним слоем с равномерным распределением золотой смеси. При втирании необходимо исключить контакт вещества с кожей рук.

Механическое золочение в отличие от гальванического – процесс сложный, применяемый в бытовых условиях лишь для отдельных частей предметов. Другие способы предусматривают полное погружение подлежащей обработке детали в специальный раствор.

Гальваническое золочение металлов

Покрытие позолотой достаточной толщины и качества получается при использовании особой технологии, предусматривающей опускание вещи в электролитический состав. Гальванический метод предназначен для обработки изделий практически любых размеров, по сути представляет собой один из видов электрохимических реакций.

Необходимо учесть, что состав гальванического раствора влияет на приобретаемый поверхностью оттенок.

На дому электролитический раствор для создания гальванической позолоты изготавливается в такой последовательности:

в отфильтрованную воду объемом 0,7 л вносится 60 г фосфорнокислого натра;
для растворения 2,5 г хлорного золота добавляется 0,15 л воды;
в 150 мл жидкости растворяются 1 г цианида калия и 10 г сернистокислого натрия.

При золочении гальваническим методом с ингредиентами, применяемыми для изготовления смеси, нужно обращаться осторожно, не допуская их пролива, попадания на кожный покров, глаза, слизистые.

Гальванический способ подразумевает нагревание раствора до 60 °C. Для электролитического истощения и запуска реакций устанавливается анод, сокращающий продолжительность работы и повышающий эффективность гальванического метода.

Позолота вещей в этих растворах гальваническим методом занимает порядка 15 часов, на поверхности образуется матовая золотая пленка.

Приготовление состава для золочения в домашних условиях

Раствор для самостоятельного химического либо гальванического золочения следует готовить с особой внимательностью. Это обусловлено тем, что при смешивании используемые вещества вступают в реакцию, приводящую к образованию небезопасных для здоровья испарений.

При изготовлении раствора для золочения требуется применение таких ингредиентов:

хлорного золота;
соли поваренной;
цианида калия;
очищенной воды;
соды.

Такой раствор предназначен преимущественного для обработки черных металлов. Для серебряных поверхностей требуется изготовление смеси для золочения в домашних условиях с иными ингредиентами:

золота хлорного;
калия карбоната;
соли пищевой;
желтой кровяной соли.

Подлежащая гальванической отделке вещь заранее прокаливается. Поверхность сперва протравливается жидкой серной кислотой, позже – азотной. Далее серная, азотная и соляная кислоты сливаются в единую смесь, играющую роль электролита, в образованный состав на мгновение опускается предмет.

После воздействия смеси кислот предмет омывается водой и ненадолго помещается в ртуть. Далее вновь осуществляется опускание в воду, в ней вещь выдерживается в течение 30 секунд.

Затем вещь помещается в состав для гальванического золочения, выдерживается необходимое время и промывается водой. Сушка осуществляется на древесных опилках.

А вы пробовали выполнять золочение металлических предметов в домашних условиях? Какой метод вы использовали: гальванический, механический либо химический? Поделитесь, пожалуйста, полученным опытом в комментариях.

Технология гальванического цинкования металла

Гальваническое цинкование: основы, преимущества и краткое описание техпроцесса. Виды электролитов и применяемого оборудования. Дефекты гальваники и их причины.

Гальваническое цинкование — это один из самых распространенных методов создания антикоррозионных и декоративных цинковых покрытий. Оно дешевле и проще горячего цинкования, но имеет некоторые ограничения по применению, поскольку не позволяет создавать защитных слоев толще 40 микрон. Основой этой технологии является электрохимический процесс осаждения цинка из электролитического раствора на деталь, подключенную к отрицательному полюсу источника питания. Для повышения коррозионной и механической стойкости, а также в декоративных целях цинковые покрытия подвергают кадмированию, хроматированию и обработке фосфатными соединениями.

Обычно гальваническим способом цинк наносят на поверхности изделий из углеродистых сталей и различных видов чугуна. Помимо этого существуют технологии электролитического цинкования алюминия и ряда других металлов, но они используются гораздо реже. Основная номенклатура цинковой гальваники — это разнообразные крепежные элементы, инструмент, кронштейны, опоры, подвески, внешние детали машин и оборудования, а также холоднокатаный тонколистовой прокат. Сегодня среди народных умельцев электролитическое цинкование является самой популярной гальванической технологией. Это связано с тем, что цинк и его соединения практически безвредны, недороги и их свободно может приобрести любой желающий. А для работы с этими реагентами требуются минимальные знания и простейшее оборудование.

Преимущества цинковых покрытий

В настоящее время оцинковка является самым массовым покрытием, используемым для антикоррозионной защиты черных металлов. Это связано с тем, что по совокупности экономических, экологических, технологических и физико-химических факторов у горячего и гальванического цинкования попросту нет конкурентов. К примеру, цинк дешевле никеля в четыре раза, а олова — в восемь раз. Сопоставимый с ним по цене кадмий и его соединения высокотоксичны и канцерогенны, а технология их применения гораздо сложнее.

Цинк прекрасно адгезируется к поверхности стали и чугуна. Кроме того, он является более активным металлом, поэтому легче окисляется и в паре с цинком не дает вступать железу в окислительные реакции. Эта его особенность проявляется даже в тех случаях, когда непрерывность покрытия нарушена, т. е. на поверхности металла имеются царапины, задиры, трещины или потертости. Гальванические цинковые покрытия пластичны и сохраняют непрерывность на деталях, работающих в режиме циклической деформации. К примеру, кадмированный цинк используется в качестве коррозионной защиты стальных пружин, работающих в режиме периодического сжатия и растяжения.

Описание процесса

Гальваническое цинкование выполняется методом электролиза с расходуемым анодом. В роли катода, как и во всей гальванике металлов, выступает обрабатываемое изделие, а в качестве анода используют пластины чистого цинка, размещаемые по ванне так, чтобы обеспечить равномерность потока анионов к покрываемой поверхности. Основными реагентами в составе электролита в общем случае являются сернокислый и хлористый цинк, а также фторборат цинка. Для улучшения параметров гальванического цинкования в раствор также вводят соли натрия, калия и алюминия. Скорость осаждения и максимальная толщина слоя цинка регулируется плотностью тока, которая зависит от состава гальванического раствора и его температуры.

В процессе гальванизации происходит электрохимическое растворение цинка в объеме электролита и перемещение его на катод (покрываемое изделие). Поэтому анодные пластины должны периодически контролироваться на истощение, а при необходимости очищаться от окислов солей.

Способы цинкования металлов

Кроме основанного на электролизе гальванического цинкования, существует еще несколько технологических методов нанесения цинковых покрытий. Каждый из них решает особые производственные задачи, а в совокупности они дополняют друг друга и охватывают весь спектр вариантов защиты изделий с помощью цинковых покрытий. Далее вкратце описываются главные разновидности цинкования, применяемые в современных промышленных производствах.

Горячее. При использовании этой технологии нанесение цинка на поверхность изделия проводится путем погружения его в расплавленный металл. Таким способом можно получить самые толстые защитные слои. По сравнению с гальваническим горячее цинкование является более затратным, но обеспечивает самую высокую скорость нанесения цинкового покрытия.

Холодное. Холодным цинкованием в обиходе называют покрытие металлических изделий и больших металлоконструкций с помощью кистей и пульверизаторов композитами, содержащими не менее 80% цинка (в сухой пленке). Это самая простая по нанесению технология цинкования, но она менее долговечна, чем горячая и гальваническая.

Газотермическое. При газотермическом цинковании защитный слой на поверхность детали наносится распыленной струей расплавленного цинка. Для этого используют цинковую проволоку, которая вместе с потоком воздуха автоматически поступает в пистолет, где под воздействием электрической дуги и горящего газа плавится и превращается в воздушный поток, насыщенный капельками металла. Таким методом наносят покрытия на объемные металлоконструкции (опоры линий электропередач, емкости нефтехранилищ и т. п.). К его достоинствам относят самую большую толщину напыляемого слоя, а к недостаткам — большой расход цинка, около трети которого теряется при распылении.

Термодиффузионное. Для цинкования этим методом применяют вращающиеся барабанные печи, в которые загружают обрабатываемые детали и специальные порошки, содержащие цинк и вспомогательные компоненты. При вращении в течение нескольких часов при температуре 350÷450 °C происходит диффузионное насыщение поверхностных слоев железа атомами цинка, в результате чего образуется устойчивое защитное покрытие.

Используемые материалы и оборудование

Оборудование для цинковой гальванотехники такое же, как и для других гальванических процессов. В его состав входят ванны для гальванического цинкования, а также емкости для химической подготовки изделий. Их объем зависит от вида производства и может варьировать от десяти литров до нескольких кубометров. К ваннам подведены трубопроводы для подачи и отвода воды и реагентов и электрические контакты для подвода напряжения к анодам и катодам.

В общем виде технологический процесс гальванического цинкования состоит из следующих этапов:

Механическая зачистка.
Травление изделия.
Промывка в проточной воде.
Обезжиривание.
Промывка, аналогичная п. 3.
Гальваническое цинкование.
Промывка, сушка и контроль.

В цехе оборудование гальванических линий цинкования располагается линейно, повторяя порядок описанного выше техпроцесса (см. рис. ниже). Для перемещения изделий между участками обработки используются мостовые или консольные краны с дистанционным управлением.

Современные ванны для гальванического цинкования изготавливают из кислотостойких пластмасс. Безопасность при работе с компонентами электролита аналогична правилам промышленного использования растворов кислот и щелочей. Никаких специальных требований, связанных с токсичностью или агрессивностью электролита, к гальваническому цинкованию не предъявляется.

Применяемые электролиты

При гальваническом цинковании состав и температура электролита при заданной плотности тока напрямую влияют на скорость осаждения и структуру цинкового покрытия. Кроме того, отдельные виды электролитных растворов могут содержать в своем составе блескообразующие и окрашивающие добавки, используемые в декоративных целях. Для гальванического цинкования применяют основные группы электролитов, каждая из которых имеет множество рецептурных разновидностей:

Кислые и слабокислые. Традиционные простые электролитические растворы на основе сульфатов, хлоридов, борфторидов или их смесей.
Аммиакатные. Нейтральные и щелочные гальванические растворы, которые получают путем растворения оксида цинка в растворе сульфата (или хлорида) аммония.
Цианидные и цинкатные. Щелочные электролиты, в которых применяют цианид и цинкат натрия, растворенные в едком натре.

Кроме того, существуют электролиты для гальванического цинкования на основе аминосоединений, но они имеют гораздо меньшее распространение.

Дефекты гальваники

Причины отклонений качества покрытий при гальваническом цинковании можно свести в три основные группы: недостатки в подготовке деталей, нарушения в рецептуре электролита и несоблюдение параметров гальванического процесса. Помимо этого на качество цинкования влияет конфигурация и пространственная ориентация детали в электролите, а также размещение и состояние плоскостей основных и вспомогательных анодов.

Недостаточная адгезия. Отслаивание и непрочность присоединения защитного слоя цинка после гальванического цинкования, как правило, связаны с нарушениями техпроцесса при очистке, травлении и обезжиривании поверхности изделия. Кроме того, причиной этого явления может быть засорение электролита солями других металлов и органическими соединениями.

Питтинг. Питтингом в гальванике называют образование на поверхности осаждаемого металла небольших точечных каверн или углубленных полосок. В гальваническом цинковании этот дефект может проявляться вследствие отсутствия или недостаточной интенсивности перемешивания, а также из-за наличия в электролите органических или гидрокисных примесей.

Шероховатость. Излишняя шероховатость защитного цинкового слоя обычно указывает на присутствие в гальваническом растворе избыточного количества сульфата цинка, различных гидроксидов и механических примесей. Это явление также может быть следствием слишком высокой плотности тока и недостаточной концентрации в электролите анионов цинка.

Неоднородность внешнего вида. При нарушении пропорции основных реагентов электролита и накоплении в гальванической ванне солей железа цинковая поверхность может приобретать неравномерный вид, причем как по окраске, так и по шероховатости. Другими причинами такого отклонения от нормы может быть слишком низкая температура раствора и слабое перемешивание.

Хрупкость покрытия. Если покрытие, полученное гальваническим цинкованием, имеет повышенную хрупкость, то в большинстве случаев это указывает на слишком высокую плотность тока в катодном пространстве. Другая причина этого дефекта — избыточное присутствие в электролите органических примесей.

Темный цвет. Причинами различных оттенков темных цветов (в основном, коричневого) обычно являются наличие органических загрязнений в гальванической ванне, завышенная температура электролитического раствора, а также снижение плотности тока в области катода.

В Интернете можно встретить описания и даже видеоролики с демонстрацией «наружного» гальванического цинкования без использования ванны. А что вы думаете по поводу этой технологии? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением в комментариях к данной статье.

Гальваническое покрытие: свойства, разновидности, альтернативы

В данной статье рассматриваются особенности процесса гальванизации, виды и области применения гальванических покрытий, а также альтернативы, которые в некоторых случаях вполне оправданно заменяют этот метод защиты металлов.

Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлической пленки, которая препятствует коррозии и окислению поверхностей. Она придает им эстетичный внешний вид, износостойкость и увеличивает твердость.

Данный метод обработки улучшает термостойкость металлов, поэтому его широко применяют в таких отраслях промышленности, в которых присутствуют высокотемпературные процессы.

Как появилось гальваническое покрытие?

Открытием гальванического покрытия мир обязан русскому физику Борису Якоби. В 1836 году в ходе экспериментов он пропускал металлы через соляные и водные растворы, которые находились под воздействием электрического тока.

При прохождении через солевые растворы металлы разделялись на разнозарядные ионы. Положительные оседали на катоде, а отрицательные – на аноде.

Технология гальванизации

Гальванические покрытия требовательны к подготовке поверхностей. Перед началом работ требуется провести тщательную очистку и обезжиривание деталей.

Для металлических поверхностей рекомендуется использовать органические растворители, которые не вызывают коррозии, например Очиститель металла MODENGY

Он эффективно удаляет нефтепродукты, силиконовые масла, консервационные составы, адсорбированные пленки, газы, влагу и другие виды загрязнений. Испаряется быстро и без остатка.

Однако одной очистки и обезжиривания в большинстве случаев бывает недостаточно. Помимо этого проводится пескоструйная обработка и последующая шлифовка наждачной бумагой, специальными пастами.

Гальваническое покрытие выделяет все сколы, царапины и раковины поверхностей, поэтому обрабатываемое изделие должна быть идеально подготовленным.

Далее рассмотрим технологию гальванизации.

На деталь, погруженную в емкость с электролитом, подается отрицательный заряд, в результате чего она становится катодом. Отдельно стоящая металлическая пластина получает положительный заряд и берет на себя функцию анода.

Именно эта пластина служит для образования покрытия. При замыкании электрической сети металл с нее растворяется в электролите и направляется к катоду, где образует равномерную тонкую пленку.

Данный способ гальванизации называется анодным. Благодаря ему при возникновении очагов коррозии разрушается именно гальваническая изоляция, а защищаемый металл в течение длительного времени остается нетронутым.

Существует еще один метод гальванизации – катодное напыление. Он применяется гораздо реже. При нарушении целостности такого покрытия возрастает интенсивность разрушения металла под ним. Этому способствует сама технология нанесения.

Электролит – это проводящий раствор, благодаря которому металлы попадают на катод с анода. Размер емкостей для этой жидкости может быть разным и зависит от производственных задач.

Детали больших размеров находятся в объемных ваннах в подвешенном состоянии. На более мелкие изделия гальваническое покрытие наносится в барабанных емкостях, где отрицательный заряд подается на барабан, который вращается в электролите. Для обработки деталей очень маленького размера (метизы, крепежные элементы) используются колокольные наливные ванны. В процессе работы они вращаются с низкой скоростью, в результате чего детали равномерно покрываются защитным покрытием.

Большое значение имеет плотность тока, который проходит через электролит. Он влияет на структуру формируемого осадка. Данная величина измеряется отношением силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.

При слишком большой величине плотности порошковых отложений много, а при низкой – его вообще не образуется. Это сказывается на качестве конечного покрытия. Именно поэтому процесс гальванизации требует постоянного контроля.

Толщина гальванического покрытия на деталях составляет 6-20 мкм и определяется особенностями металлов, участвующих в гальванизации. Уровень адгезии металлического сплава с поверхностями определяется при помощи специальных тестов.

Совместимость металлов

Совместимость материалов при гальванизации очень важна. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях процесс протекает замедленно. Однако существуют материалы, которые соединять вместе крайне не рекомендуется.

С определенными трудностями связана работа с алюминием и его сплавами. Это связано с тем, что на поверхностях этих материалов присутствует окисная пленка, которая затрудняет процесс гальванизации.

Для алюминия можно использовать следующие сочетания материалов: никель-хром, медь-никель-хром, медь-олово, свинец-олово. Допускается также цинкование и латунирование алюминия.

Области применения гальванических покрытий

Прочность и износостойкость гальванических покрытий позволяет использовать данный вид защиты:

В радиотехнической промышленности

В электронной промышленности

Альтернатива гальваническому покрытию

Повысить прочность и антикоррозионные характеристики металлов можно не только с помощью гальванизации, но и другими методами: закалкой, рекристаллизацией, чеканкой, обкатыванием, газопламенным напылением, наплавкой и т.д.

Одним из наиболее простых и эффективных способов повышения износостойкости металлических изделий, предотвращения их коррозии и защиты от агрессивных внешних факторов является применение специальных твердосмазочных покрытий. Внешне они напоминают лакокрасочные материалы, только вместо пигмента содержат частицы твердых смазочных веществ.

Такие покрытия создают на поверхностях тонкую сухую пленку, которая обладает высокой несущей способностью и низким коэффициентом трения. Это особенно важно для металлических деталей, которые являются частью подвижных механизмов, работают при очень высоких нагрузках, давлениях и температурах.

Рассмотрим особенности антифрикционных твердосмазочных покрытий на примере материалов MODENGY. Их основу составляют неорганические и органические связующие вещества, а также твердые смазочные материалы: графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен (ПТФЭ), нитрид бора, дисульфид вольфрама, фториды бария и кальция.

Эти материалы формируют на поверхностях прочный композиционный слой. Он представляет собой полимерную матрицу с равномерно распределенными в ней частицами твердых смазочных веществ. Они заполняют и сглаживают микронеровности поверхностей, тем самым увеличивая их опорную площадь и несущую способность.

Покрытия MODENGY обладают высоким сопротивлением сжатию и малым сопротивлением сдвигу, поэтому их коэффициент трения достигает значений в несколько сотых при контактных давлениях, соизмеримых с пределом текучести материала основы.

Многие из материалов MODENGY доказали свою работоспособность в условиях радиации и вакуума. Их несущая способность достигает 2500 МПа, диапазон рабочих температур составляет от -200 до +560 °C. Благодаря технологии сухой смазки, которую они реализуют, покрытия эффективно работают в запыленных условиях.

Жидкие покрытия наносятся стандартными методами окрашивания: распылением, окунанием, центрифугированием. Составы в аэрозольной фасовке не требуют какого-либо оборудования.

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.

Все материалы сайта https://atf.ru/ принадлежат
ООО "НОВЫЕ РЕШЕНИЯ" ИНН 5751054390

Читайте также: