Оборудование для гальваники металла

Обновлено: 20.09.2024

Гальваника как технология обработки металлических изделий представляет собой электрохимический процесс, участниками которого являются обрабатываемая деталь, электролит, два электрода и электрический ток. Электролит – это токопроводящее жидкое вещество, из которого в результате прохождения через него электрического тока выделяются молекулы металла, оседающие на поверхности обрабатываемого изделия и образующие на ней тонкую пленку. Гальванические покрытия, чем они и примечательны, формируются не простым нанесением слоя металла на обрабатываемую поверхность, а в результате проникновения его молекул в поверхностный слой детали.

Гальваника является надежным способом получения защитного или декоративного покрытия на металлических изделиях

В чем заключается суть гальванического процесса

Чтобы разобраться в том, что такое гальваника, важно понять сущность такого электрохимического процесса. Гальваническая обработка изделия, в процессе которой на его поверхности формируется тонкий металлический слой, может быть разбита на несколько основных этапов:

приготовление электролитического раствора, состав которого подбирается в каждом конкретном случае;
погружение в электролитический раствор двух анодов, подключаемых к плюсовому контакту источника постоянного тока;
погружение в раствор для гальванизации обрабатываемого изделия, расположение его между анодами и подключение к минусовому контакту источника электрического тока (таким образом, обрабатываемое изделие будет выступать в роли катода);
замыкание сформированной электрической цепи.

Схема гальванической ванны

Гальванические процессы, начинающие протекать в такой электрической цепи, заключаются в том, что положительно заряженные частицы наносимого металла, содержащиеся в растворе электролита, под воздействием электрического тока начинают стремиться к отрицательно заряженному катоду-изделию, оседая на его поверхности и формируя на ней тонкую металлическую пленку.

Цели выполнения

Наносить гальванические покрытия на поверхность металла можно с различными целями. Например, чтобы выполнить гальваническое хромирование, обрабатываемую поверхность надо покрыть слоем никеля. В основном же гальванические покрытия наносятся для того, чтобы улучшить защитные свойства и декоративные характеристики изделий. Используется гальваника и для создания точных копий деталей, отличающихся даже очень высокой сложностью рельефа. В таких случаях данный процесс называют гальванопластикой.

Широко распространен метод цинкования черных металлов с помощью гальваники. Он позволяет сформировать на их поверхности слой цинка, отличающийся исключительно высокой устойчивостью к коррозии. Металлические изделия, обработанные по данной технологии, могут очень длительное время эксплуатироваться в условиях повышенной влажности, находиться в постоянном контакте с пресной и соленой водой, не утрачивая при этом своих изначальных характеристик. При помощи цинкования, в частности, обрабатывают трубопрокатную продукцию, различные емкости, элементы кровельных, строительных и опорных конструкций. За счет цинкования металл получает не только барьерную, но и электрохимическую защиту.

Оцинковка кузова автомобиля в гальванической ванне

Если при помощи цинкования повышают только коррозионную устойчивость металла, то гальваническое покрытие хромом позволяет не только решить эту важную задачу, но и сделать поверхность обрабатываемой детали более твердой и износоустойчивой, а также повысить ее декоративную привлекательность. Этим же целям служат гальванические покрытия из никеля.

Ювелирное дело – еще одна сфера, где гальванике отведена особая роль. Гальванирование в данном случае применяется для того, чтобы улучшить декоративные характеристики обрабатываемых изделий. Гальванический процесс используется для нанесения на ювелирное изделие слоя золота или серебра, реставрации поверхности, утратившей свою привлекательность с течением времени. Примечательно, что золочению с помощью гальваники подвергают даже изделия из золота, что позволяет почти в два раза увеличить твердость их поверхностного слоя. Кроме того, такая пленка, нанесенная на золотое изделие, как будто подсвечивает его, делает ярче и красивее.

Оборудование и материалы

Нанесение гальванических покрытий на различные металлы требует использования соответствующего оборудования и расходных материалов. Для хромирования, цинкования, а также для покрытия обрабатываемых деталей другими металлами используется однотипное гальваническое оборудование. Различия при выполнении таких процессов будут заключаться только в составе используемого электролита, его температуре и других режимах выполнения обработки.

Обработка металла методом гальваники выполняется с использованием такого оборудования, как:

гальванические ванны, в которые заливается электролитический раствор, помещаются аноды и обрабатываемое изделие;
источник постоянного тока, оснащенный регулятором выходного напряжения;
нагревательное устройство, при помощи которого электролитический раствор доводят до требуемой рабочей температуры.

Гальваническая ванна с механизмом покачивания

Для выполнения гальваники также необходимы анодные пластины, которые могут быть изготовлены из различных металлов. Назначение таких пластин состоит не только в подаче электрического тока в электролит, а также в равномерном распределении тока по поверхности обрабатываемого изделия, но и в том, чтобы восполнять убыль наносимого на деталь металла, активно расходуемого из состава электролита.

Различные виды гальванических покрытий наносятся с использованием электролитических растворов с разным химическим составом. Для приготовления таких растворов применяются опасные химические вещества, поэтому храниться они должны в герметичных стеклянных емкостях с притертыми крышками. Все химические реагенты, из которых готовится электролитический раствор для гальваники, должны отмеряться в точных количествах, поэтому для выполнения такой процедуры необходимо использовать электронные весы.

Ручная линия гальванопластики драгоценных металлов

Любая линия для выполнения гальваники металлов или простейшее гальваническое оборудование должны устанавливаться в помещениях, оснащенных эффективной вентиляционной системой. Необходимо также очень ответственно отнестись к личной безопасности специалиста, обслуживающего оборудование для гальваники. Все работы, связанные с гальваникой, надо выполнять в респираторе и защитных очках, в плотных резиновых перчатках, клеенчатом фартуке и обуви, способной защитить кожу ног от ожогов. Если этот процесс выполняется в домашних условиях, при этом вы еще в полной мере не знаете, что такое гальванизация, то следует заранее внимательно изучить специальную литературу или посмотреть обучающее видео на эту тему.

Краткая история развития и преимущества гальваники

В средние века гальваническая ванна использовалась для съемки копий медалей, которые опускались в раствор в качестве катода (m)

Свое название гальваника получила не в честь изобретателя данной технологии – Бориса Якоби, а в честь итальянского ученого Луиджи Гальвани, который начал применять метод электрохимической обработки изделий практически одновременно с Якоби.

К наиболее значимым преимуществам покрытия изделий слоем металла при помощи гальваники можно отнести следующие.

Гальванические покрытия могут без проблем наноситься на детали, отличающиеся даже очень сложной конфигурацией.
Формируемое при помощи данной технологии покрытие отличается высокой плотностью и равномерностью толщины.
Покрытие, нанесенное методом гальваники, характеризуется отличной адгезией с обработанной поверхностью.
Защитные и декоративные характеристики выполненных с помощью гальваники покрытий, если они сформированы в строгом соответствии с технологическими требованиями, находятся на самом высоком уровне.
Толщину наносимого с помощью гальваники слоя металла можно легко регулировать.

Немаловажным является то, что технология гальваники уже хорошо отработана и не отличается высокой сложностью, а ее практическая реализация не требует значительных финансовых вложений.

Технология гальванопластики настолько доступна, что позволяет самостоятельно создавать установки, вполне конкурирующие с заводскими моделями

С термином «гальваника» можно столкнуться не только в различных отраслях промышленности и ювелирном деле, но и в косметологии. Процесс, который подразумевается под таким названием косметологической процедуры, сложно назвать гальваникой в полном смысле слова, тем не менее термин прижился, и гальваническая чистка кожи лица пользуется большой популярностью в наше время. При выполнении такой чистки на кожу воздействуют токами малой мощности, благодаря чему жиры, скопившиеся в ее глубинных слоях, разжижаются и легко выходят через поры.

В заключение небольшое видео о том, как в домашних условиях покрыть металлические детали медью с помощью гальваники.

Гальваника своими руками в домашних условиях: технология и оборудование

Гальваника – это и раздел прикладной науки «Электрохимия», в котором изучаются процессы, протекающие при осаждении катионов металла на катоде, помещенном в электролитический раствор, и технологический процесс. Гальваника в домашних условиях или выполняемая на производстве позволяет наносить на поверхность обрабатываемого изделия тонкий слой металла, который может выступать в роли защитного или декоративного покрытия.

Домашняя гальваническая установка

Методы реализации такого технологического процесса, отличающегося достаточно высокой сложностью, уже хорошо отработаны, поэтому сегодня его активно используют не только производственные предприятия, но и многие домашние мастера.

Особенности процесса

Покрытие, формируемое на обрабатываемой детали при помощи гальваники, может наноситься в технологических целях либо выполнять декоративные, защитные или сразу обе функции. В декоративных целях создают тонкий слой золота или серебра, а чтобы обеспечить надежную защиту поверхности обрабатываемой детали от коррозии, выполняют цинкование или гальваническое меднение.

Схема процесса электролиза

Сделать гальванику даже в домашних условиях несложно. Выполняют такую процедуру следующим образом.

В диэлектрическую емкость с электролитом опускают два анода, подключаемые к плюсовому контакту источника электрического тока. Материалом изготовления таких анодов должен быть металл, слой из которого необходимо сформировать.
Само обрабатываемое изделие, подключаемое к минусовому контакту источника электрического тока и, таким образом, выступающее в роли катода, помещается в электролите между анодами.
Гальванизация, то есть процесс переноса молекул металла с электролита на изделие-катод, начинает происходить в тот момент, когда замыкается полученная электрическая сеть.

В результате на обрабатываемой поверхности формируется тонкий и однородный слой металла, который изначально содержался в химическом составе электролита.

Схема гальванической установки

Необходимое оборудование

Гальваника своими руками может быть качественно выполнена с использованием даже самого простейшего оборудования, которое есть в арсенале многих мастеров. В первую очередь следует подобрать источник постоянного тока, который обязательно должен быть оснащен регулятором выходного напряжения. Наличие такого регулятора необходимо для того, чтобы иметь возможность плавно и в широких пределах изменять мощность вашего самодельного устройства для гальваники.

В качестве источника питания в домашних условиях очень удобно использовать выпрямитель электрического тока, который можно собрать самостоятельно (или приобрести серийную модель). Многие умельцы, выполняющие нанесение гальванического покрытия в домашних условиях, в качестве источника тока применяют серийные сварочные аппараты.

Для домашней гальваники подойдет стабилизированный блок питания с регулируемым напряжением (1,5–12 В)

Гальваническая ванна своими руками также может быть изготовлена без особых проблем. В качестве такой ванны можно использовать любую емкость из стекла или пластика, при этом необходимо учитывать, что в такую емкость для гальваники должна помещаться как обрабатываемая деталь, так и требуемое количество электролита. Очень важно также, чтобы ванна была достаточно прочной и могла выдерживать высокую температуру, величина которой может доходить до 80°.

Аноды, используемые для осуществления гальваники в домашних условиях, выполняют сразу несколько важных функций:

подводят в электролит электрический ток и обеспечивают равномерное распределение последнего по обрабатываемой поверхности;
возмещают убыль наносимого на изделие металла, расходуемого из химического состава электролита;
способствуют протеканию некоторых окислительных процессов.

Выбирая аноды для своего гальванического аппарата, следует соблюдать одно важное правило: их площадь должна быть больше, чем площадь обрабатываемой поверхности.

Гальваника дома не может быть осуществлена без использования нагревательного прибора, при помощи которого электролит доводится до требуемой рабочей температуры. Очень удобно, когда интенсивность нагрева, обеспечиваемого таким устройством, может регулироваться. Если ориентироваться на опыт домашних умельцев, которые уже имеют опыт нанесения гальванических покрытий в домашних условиях, можно порекомендовать использовать в качестве нагревательного прибора небольшую электроплитку или обычный утюг с регулировкой степени нагрева подошвы.

Что потребуется для приготовления электролита

Чтобы безопасно хранить в домашних условиях химические реактивы, из которых будет готовиться электролит для гальваники, а также сам готовый раствор, вам потребуется стеклянная посуда с притертыми крышками. Количество химических реактивов, из которых готовится электролитический раствор, необходимо отмерять с точностью до одного грамма. Для решения такой задачи в домашних условиях подойдут даже недорогие электронные весы, которые можно приобрести в любом хозяйственном магазине.

Готовый электролит можно слить и в пластиковую бутылку, но для кислотных составов нужно использовать стеклянную посуду

Если вы решили заняться нанесением гальванических покрытий на различные изделия в домашних условиях, то наверняка столкнетесь с проблемой приобретения химических реактивов, из которых готовится электролитический раствор. Дело в том, что организации, производящие и реализующие такие химические вещества, могут продавать их только тем, кто имеет соответствующие разрешительные документы. Приобрести такие химические реактивы частному лицу или даже организации, не обладающим такими документами, проблематично.

Для нанесения декоративных металлизированных покрытий можно приобрести специальные комплекты, состоящие из всех необходимых компонентов

Как правильно подготовить изделие к процедуре

После того как вы изготовили свой гальванический аппарат, нашли все необходимое оснащение и химические составляющие, можно приступать к такому важному процессу, как подготовка изделия, которое будет подвергаться гальванике. Важность такого процесса очень сложно переоценить, так как именно от качества его выполнения во многом зависит то, какими характеристиками будет обладать готовое покрытие.

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

Гальваническое покрытие выделяет все недостатки поверхности, поэтому обрабатываемая деталь должна быть идеально подготовлена, то есть устранены все сколы, царапины и раковины

Для того чтобы обезжирить обрабатываемую поверхность перед гальваникой, можно использовать органические растворители в чистом виде или приготовить для этих целей специальный раствор. В частности, для эффективного обезжиривания стали или чугуна в домашних условиях готовят растворы, в состав которых входят едкий натр, жидкое стекло, карбонат натрия и фосфат натрия. Обезжиривание изделий из таких металлов выполняют в нагретом до 90° растворе. Цветные металлы можно эффективно обезжирить растворами, содержащими в своем составе хозяйственное мыло и фосфорнокислый натрий.

Составы щелочных обезжиривающих растворов

Чтобы получить качественное гальваническое покрытие как в домашних, так и в производственных условиях, с обрабатываемой поверхности необходимо также удалить окисную пленку, для чего используют специальные декапирующие растворы с серной или хлороводородной кислотой.

Требования техники безопасности

Любая гальваническая операция (цинкование, хромирование, никелирование, меднение и др.) является опасным технологическим процессом, поэтому при ее выполнении в домашних условиях необходимо строго следовать требованиям техники безопасности. Опасной гальванику делают как токсичные химические вещества, так и высокая температура нагрева электролита, а также риски, связанные с любыми электрохимическими процессами.

Для проведения гальваники в домашних условиях лучше отвести нежилое помещение, в качестве которого может выступать гараж или мастерская. В нем обязательно должна быть организована качественная вентиляция. Все электрическое оборудование, которое вы будете использовать для того, чтобы сделать гальванику, необходимо заземлить.

Резиновые перчатки, очки и респиратор – минимум необходимых защитных средств

Личная безопасность – самое важное правило, которого следует строго придерживаться при осуществлении гальваники в домашних условиях. К мерам, которые способны обеспечить такую безопасность, следует отнести:

использование респиратора для защиты дыхательных путей;
защита рук при помощи мягких и прочных резиновых перчаток;
использование при работе клеенчатого фартука и обуви, способной защитить от ожогов кожу ног;
защита органов зрения при помощи специальных очков.

Кроме того, во время процедуры гальваники не следует ничего есть и пить, чтобы случайно не наглотаться и вредных испарений.

Чтобы быть готовым к любым неожиданностям, которые могут возникнуть в процессе выполнения такой операции, лучше предварительно почитать специальную литературу или даже посмотреть обучающее видео на данную тему.

Никелирование

Покрытие металла слоем никеля в домашних условиях могут выполнять в качестве финишной обработки или перед хромированием. Такой процесс получил название «гальваностегия», так как наносимый на поверхность изделия слой никеля повышает ее устойчивость к негативным факторам внешней среды. Кроме высоких защитных свойств, никелевый слой отличается и декоративной привлекательностью.

Температура электролита при выполнении никелирования не превышает 25°, а плотность тока находится в пределах 1,2 А/дм 2 . Электролит, кислотность которого должна находиться в пределах 4–5 pH, представляет собой водный раствор, в состав которого входят такие химические элементы, как сульфат никеля, магний, натрий, пищевая соль, борная кислота.

После завершения процесса гальваники изделие извлекают из электролитического раствора, промывают в воде, тщательно просушивают и полируют.

Хромирование

Гальваническое хромирование в домашних условиях или на производственном предприятии позволяет придать поверхностному слою обрабатываемого изделия более высокую твердость, устойчивость к коррозии, а также декоративность. Поскольку хромовое покрытие отличается достаточно высокой пористостью, его выполняют после гальванического нанесения меди на обрабатываемую деталь (либо никелирования). Для выполнения такой технологической операции используют аноды, которые изготовлены из сплава свинца, олова и сурьмы.

Установка гальванического хромирования

На конечный результат хромирования, выполнить которое в домашних условиях достаточно сложно, так как для этого необходимо использовать токи высокой плотности – до 100 А/дм 2 , оказывают влияние различные факторы. К наиболее значимым из них следует отнести:

температуру используемого электролита – от данного параметра зависит оттенок формируемого покрытия, которое может быть матовым (температура ниже 35°), блестящим (35–55°) и молочным (выше 55°);
химический состав электролита, оказывающий влияние на защитные свойства формируемого покрытия, а также на его цвет, который может быть темно-голубым, синим, агатовым.

Заключительным этапом хромирования после извлечения детали из электролитического раствора является промывка обработанной поверхности водой, последующая нейтрализация в растворе пищевой соды, еще одна промывка, просушка и полировка с использованием специальных паст.

Меднение

Меднение с использованием гальваники в домашних условиях необходимо для того, чтобы создать на поверхности обрабатываемого изделия токопроводящий слой, отличающийся небольшим значением электрического сопротивления, а также для того чтобы защитить деталь от негативного воздействия внешней среды.

Наносить слой меди на стальные и чугунные изделия, предварительно не покрыв их слоем никеля, смертельно опасно, так как для этого необходимо использовать цианистый электролит.

После предварительного никелирования металл покрывают слоем меди с использованием раствора сернокислой меди, концентрированной серной кислоты и воды комнатной температуры.

Золочение и серебрение

Покрытие металла слоем серебра или золота – это не только гальванопластический метод обработки, при котором с поверхности обрабатываемого изделия получают точную копию, но и технология, позволяющая создать на детали защитный и токопроводящий слой. Чтобы нанести на деталь из черного металла серебро, ее необходимо предварительно покрыть никелем.

Электролит для выполнения серебрения включает в свой состав железноцианистый калий, карбонат натрия и дистиллированную воду. Рабочая температура такого раствора не должна превышать 20°. В качестве анодов при выполнении серебрения методом гальваники используются пластины из графита.

Для серебрения детали опускаются в электролит, содержащий соль металла, например, нитрат серебра

Возможна также гальванопластика дома, в процессе выполнения которой поверхность изделия формируется при помощи слоя золота. Кроме того, при помощи такой технологии может быть выполнено и простое золочение детали. При этом для гальваники применяется водный раствор золота с синеродистым калием. Работать с таким электролитическим раствором можно только в помещениях с хорошей вентиляционной системой.

Многие домашние мастера задаются вопросом о том, как сделать процесс золочения более безопасным для человеческого здоровья. Для решения этой задачи ядовитую кислоту можно заменить на железистосинеродистый калий, который также называют кровавой солью. Перед выполнением золочения в домашних условиях изделие тщательно очищают и покрывают медью, если оно изготовлено из стали, свинца, олова или цинка. Для улучшения адгезии слоя золота с обрабатываемой поверхностью изделие перед обработкой окунают в раствор азотнокислой ртути.

При выполнении золочения в электролит вместе с анодами помещают листик золота. После окончания гальваники изделие просушивают в опилках, а затем полируют.