Перші експерименти з електричним струмом європейські вчені проводили вже у 17 столітті. Але взаємодія фізичних та хімічних процесів була вивчена пізніше — і 1800 року з'явився новий спосіб обробки металів: гальваніка. Принцип цього у тому, що електрика непросто бере участь у реакції, а й здатне кардинально змінити механічні властивості речовини.

Практичне застосування нової методики розпочинається з 1939 року. Першим завданням гальванопластики стала участь у виготовленні металевих стереотипів, необхідних для грошової реформи. Незабаром розпочалися й творчі процеси — робота з предметами не лише з міді, а й із бронзи, золота, срібла.

Алгоритм (як, зрештою, і конкретна рецептура) підбиралися емпіричним шляхом. Незабаром, у середині 19 століття, було запатентовано метод нікелювання. А розвиток автомобільної індустрії став розквітом для гальванічної теорії та практики. І тепер ця технологія перетворилася на один із розділів електрохімії, а основною методикою стали процеси осадження оксидів і металів на виробах різної форми та призначення.

Для чого гальванічний спосіб обробки використовується сьогодні

Захисна металева плівка, яка з'являється в результаті гальванічних процесів, виконує три основні завдання:

1. Розширює функціональність опрацьованих предметів.
2. Надає поверхні необхідні хімічні та фізичні властивості.
3. Створює презентабельну зовнішність виробів.

Гальваніка знайшла широке поширення не тільки у промисловості та механічній обробці металу, а й у автотюнінгу: вона дозволяє успішно захищати транспорт від головного ворога металу – корозії.Електрохімічне полірування продовжує термін експлуатації техніки і одночасно є декоративним елементом: досить згадати хромовані «Волги» вітчизняного автопрому недавньої епохи.

В яких сферах сьогодні неможливо обійтися без гальванічної обробки:

• літакобудування;
• автомобільна промисловість, включаючи реставрацію старих автомобілів;
• промислова та радіо- електроніка;
• різноманітні завдання у будівництві.

Гальваніка забезпечує важливу перевагу – Простота регулювання товщини металевого шару, який наносить майстер. Його розмір можна варіювати в залежності від завдань гальванування, конкретних матеріалів та закладеного замовником бюджету.

На які матеріали можна нанести покриття гальванічним способом

• Мідь та її сплави
• Титан та його сплави
• Алюміній та його сплави
• Чавун
• Діелектрики
• Вуглецева сталь
• Нержавіюча сталь
• Сплави цинк-алюміній-мідні сплави

Які метали використовуються як покриття

• хром
• мідь
• срібло
• цинк
• залізо
• родій
• нікель
• золото
• латунь
• олово

Широке поширення гальванічний метод набув не лише з технічних, а й з фінансових причин — деякі вироби виявляться надто дорогими, якщо їх виконати з потрібного металу. А ось використання дешевих матеріалів, які потім будуть покриті металевою плівкою, дозволить отримати ті ж самі механічні і візуальні властивості, але за набагато меншу вартість.

Як відбувається процес гальваніки

Вироби, на які необхідно наносити захисну плівку, поміщають у спеціальну ванну, наповнену електролітичним розчином. Тут же розміщені аноди (природно, що несуть позитивний заряд). Як анод використовуються металеві компоненти, яким належить «розплавитися» в електроліті та перетворитися на покриття. Вироб, що обробляється, виконує роль катода. Під впливом струму аноди розчиняються, і частинки металу поступово осідають на негативно зарядженому виробі.

Таким методом можна працювати з більш ніж тридцятьма видами металів та їх оксидів. Більшість з них має високі антикорозійні характеристики: наприклад, кадмій успішно справляється із захистом обладнання в морському судноплавстві. У міді інші завдання — насамперед після її нанесення зростають показники електро- та теплопровідності деталей.

Технічна база звичайного гальванічного цеху

Устаткування має забезпечувати як якісний результат, а й максимальну безпеку. Теоретично подібний процес можна виконати і в кустарних умовах. Але для надійного результату та дотримання елементарних норм безпеки необхідно підібрати основне та допоміжне обладнання:

• ємності для електроліту – і в оптимальному варіанті вони мають бути безшовними;
• аноди, виготовлені з металу, який повинен перетворитися на покриття готового виробу;
• електроліт, що точно підібраний під конкретне завдання;
• трансформатор, що перетворює змінний струм на постійний;
• перемішують пристрої, що не вступають в реакцію з електролітом і металами;
• хімічно стійкі нагрівники.

Гальванічна ванна в сучасному варіанті – це ємність із електролітом. поверхню якої для безпеки відокремлена матеріалами, які не вступають у хімічні реакції з наповнювачем. Переважно це стійкі пластмасові речовини нового покоління.

Шини необхідно підбирати виходячи з амперажу – як правило, вони виготовлені з міді.Потрібна й потужна витяжка — на жаль, процес створення гальванічного покриття далекий від екологічної безпеки.

Особлива увага на виробництві приділяється утилізації відходів – вони мають токсичність, і залишки електроліту не можуть бути просто вилиті в каналізацію.

Що відбувається у гальванічному цеху

Перед початком процесу гальванічної обробки вироби повинні бути очищені від бруду, пилу або жиру. Іржа (як і будь-які оксиди) видаляється за допомогою кислоти або концентрованої луги. Попередній етап – перевірка виробу на наявність дефектів. У деяких випадках потрібно додатково створити отвір для кріплення: занурення в електроліт виконується за допомогою спеціального дроту (при виборі шини потрібно проаналізувати всі параметри деталі або конструкції, що обробляється).

Матеріал допоміжного дроту, його перетин та інші параметри визначає майстер залежно від того, якої величини подається струм і скільки важить виріб, що гальванізується.

Після кожного етапу попередньої обробки потрібно ретельне промивання. І тільки після цього починається безпосередньо нанесення гальванічного шару: металева плівка тримає в облозі ідеально чисту поверхню. Додатково може знадобитися полірування та сушіння виробу, але до обов'язкового алгоритму роботи вони не входять. Сушіння застосовується тому, що протягом першої доби після обробки метал активний і з легкістю вбирає сторонні речовини.

Основні переваги, що забезпечує процес гальванічного покриття:

• рівна захисна плівка без «гойдалок» у будь-якій заданій товщині;
• можливість роботи з виробами найскладнішої форми;
• надійний захист від корозії;
• високий показник адгезії;
• демократична вартість;
• презентабельна зовнішність оброблених деталей.

Як і на будь-якому виробництві, заключним етапом є контроль отриманих характеристик (від адгезії до блиску, теплопровідності до антикорозійних якостей), і тільки за результатами тестування оформляється сертифікат якості. Якщо будь-який з параметрів не відповідає стандарту — виріб, що не пройшов перевірку, відправляється в повторну обробку. Кожен етап роботи чітко регламентований Російським стандартом.

Коротко про терміни

Лікар Гальвані почав дослідження, але більшість його припущень були далекі від істини. А ось фізик, хімік та фізіолог Вольта розібрався в «електрохімічних» реакціях на сучасному рівні, започаткувавши нові дослідження. Практичне застосування електролізу – заслуга ад'юнкту Російської академії наук Якобі. Але назва унікального методу пов'язана саме з тим, хто вперше звернув увагу на незрозуміле явище.

Сучасне визначення "гальваника" відноситься до загального опису процесу. А конкретні терміни вказують насамперед на метал, який використовується як анод і наноситься на вироби — нікелювання, латунування. З розчинним анодом ми вже розібралися, а нерозчинний використовується для того, щоб на поверхні відбувалися другорядні (побічні) реакції. Наприклад, виділення хлору чи кисню.

Основні напрямки сучасної гальваніки – гальваностегія та гальванопластика. У першому випадку відбувається нанесення захисного або декоративного шару металевої плівки, у другому – створення металевого покриття значної товщини, мета – копіювання металевого чи діелектричного предмета.

І з кожним роком з'являються нові сфери застосування — починаючи від електроніки до виготовлення витончених ювелірних виробів. Зараз без гальванічної обробки складно уявити багато аксесуарів комп'ютерів та рибальських снастей, фурнітуру для одягу та канцелярське приладдя. Але найпоширеніше застосування – автомобілебудування, ремонт, відновлення та виробництво будь-яких транспортних засобів: від раритетного Мустангу до шкільного велосипеда.

Гальваніка підходить для покращення зовнішнього вигляду та захисту виробів від механічних пошкоджень, вологи, інших несприятливих зовнішніх впливів. При правильній підготовці технологію не надто складно відтворити без помилок у домашніх умовах.

Гальванічні ванни застосовують у виробничих підприємствах для вирішення масштабних завдань

Суть гальванічного процесу

При пропущенні постійного струму через рідину іони з негативним (позитивним) зарядом притягуються до анода та катода, відповідно. При відповідному складі розчину можна організувати формування шару з міді, цинку та інших матеріалів на поверхні електродів. Цей процес називають гальвануванням. Його використовують для створення захисних та декоративних поверхонь на оброблюваних виробах.

Що таке процес гальванізації

З'ясувавши, що таке гальваніка, можна приступити до вивчення важливих подробиць. Якщо для осадження використовують катод, анод підбирають з відповідного матеріалу.Принцип дії – поступове руйнування для заповнення втрат в розчині робочих інгредієнтів.

Склад середовища доводиться підбирати так, щоб мінімізувати (виключити повністю) погіршення якості покриття через наявність певних домішок. Також треба врахувати такі фактори:

• для підвищення ефективності корисних фізичних та хімічних процесів стане в нагоді підвищення температури;
• знадобиться досить потужне джерело постійного струму;
• щоб не виконувати деякі дії вручну, потрібні засоби контролю та автоматики.

Важливо! Оскільки передбачається організувати виробництво в домашніх умовах, необхідно приділити особливу увагу питанням безпеки.

Цілі гальванічного покриття металу

Що таке гальваніка для побутового використання? Теоретично не надто складно знайти спеціалізоване підприємство, укласти договір, отримати готовий виріб із офіційними гарантіями. Однак практичне втілення подібних ідей пов'язане з різними труднощами:

• оплатою послуг та втратами часу;
• відсутністю хороших спеціалістів чи відповідних виробництв поблизу;
• небажанням виконавців для виконання порівняно невеликого обсягу робіт переналаштовувати наявне обладнання.

Тільки самому можна створити унікальне гальванопокриття з особливими характеристиками. Технологія відкриває широкі змогу індивідуального творчості. Як стане зрозуміло після вивчення представлених у публікації даних, технологію вдасться відтворити якісно без надмірних витрат.

Гальванічне покриття – це ідеальний зовнішній вигляд виробів складної форми.

Фотографія наочно демонструє відмінну якість обробки найдрібніших деталей та важкодоступних ділянок.Крім покращення естетичних параметрів, металогальваніка допомагає створити на ізоляторі шар із низьким електричним опором.

Нержавіюча сталь дорого. Замість неї підвищують стійкість виробів за підвищеної вологості за допомогою міднення. Технологія підходить для виготовлення ефектних ювелірних прикрас, декоративних та функціональних елементів меблів. За її допомогою зміцнюють мініатюрні деталі, забезпечують хімічну нейтральність.

У косметології гальванічний розряд малої інтенсивності застосовують для покращення функціонального стану шкірних покривів, видалення окремих дефектів.

Устаткування для гальваніки

Не треба відбирати хліб у власників професійних салонів краси. Відповідні методики виконувати доводиться особливо акуратно, щоб не завдати шкоди здоров'ю. Однак будь-яка звичайна людина може підготувати якісний набір обладнання для вирішення технічних завдань.

Головний компонент – надійне і досить потужне джерело постійного струму. Стануть в нагоді регулювання в потрібному діапазоні напруги (1-12,5 вольт) і струму (до 50-60 А) з вбудованим індикатором вимірювального приладу. Значення необхідних електричних параметрів підбирають після визначення робочими налаштуваннями технологічних операцій.

Місткість з відповідними габаритами вибирають із хімічно нейтрального матеріалу. Підійде термостійкий пластик. Однак краще застосувати скло з урахуванням таких переваг:

• тривале збереження споживчих властивостей;
• міцність, стійкість до високих температур;
• простота очищення.

Як видно на фото, електроди можна закріпити на стінах. Застосування крокодилів прискорює підключення. Для нагрівання до потрібної температури знадобиться електроплитка з плавним регулюванням потужності. Терези потрібні для точної підготовки суміші.

Види основних гальванічних покриттів

Популярною гальванізацією металу є медування. Залучають дешевизна вихідних інгредієнтів, швидкість створення шару. Електроліт виробляють на основі мідного купоросу. Створений шар має гарну електропровідність. Нескладно придбати електрод із такого металу за розумною ціною.

Також використовують покриття:

• золотом;
• сріблом;
• хромом;
• нікелем;
• цинком;
• оловом.

Багатошарові комбінації застосовують для отримання спеціальних технічних та естетичних параметрів. У наступних розділах буде показано, як спільне застосування кількох металів покращує зовнішній вигляд та інші характеристики захисно-декоративного шару.

Важливо! Необхідно враховувати сумісність окремих матеріалів. Гальванічна пара мідь-алюміній не застосовується. Така комбінація активізує процес електрохімічної корозії. Гальванопара у разі утворює своєрідний джерело струму. Розмір ЕРС такої «акумуляторної батареї» визначає швидкість руйнівних процесів.

Окремо слід згадати особливості латунування. На відміну від інших процесів, тут використовують електроліт, в якому одночасно присутні два головні компоненти: цинк та мідь. Саме з них утворюють сплав латунь. У цьому прикладі, із застосуванням електрохімічної обробки, тонкий шар наносять на металеву заготовку.

Особливості гальванічного сріблення та золочення

Нижче наведено технології, які відрізняються порівняно високими витратами на витратні матеріали. Для сріблення створюють розчин на основі добре очищеної води, що дистилює. Додають кальциновану соду, калій залізноціаністий та основний інгредієнт – хлористе срібло.

Підтримують порівняно невелику (від +18 до +22°C) температуру робочого середовища.Розрахунок струму виконують з урахуванням щільності на одиницю площі електрода. У разі вистачить 0,1-0,12 А дм кв. Підійде анод, виготовлений із графіту. Розмір його повинен бути більше оброблюваного виробу.

Для нанесення металу на діелектрик необхідно створення проміжного провідного шару

Цей електроліт виробляють із водного розчину золота, змішаного з кислотою. Рекомендується ретельна підготовка заготівлі. Для покращення адгезії, крім ретельного очищення (знежирення), застосовують занурення в азотнокислу ртуть. Щоб зменшити витрати інгредієнтів і запобігти шлюбу, спочатку застосовують міднення.

Важливо! Для безпечного використання агресивних хімічних сполук необхідно інтенсивне провітрювання чи виконання робочих операцій на свіжому повітрі.

Особливості гальванізації з різними металами будинку

Нижче наведено нюанси, які слід враховувати під час відтворення окремих технологій.

Нікелювання металевих виробів

Для цього процесу застосовують підвищення температури (від +24°C до +26°C) та гальванічного струму до 1,2 А на дм кв., порівняно з представленим вище сріблом. Ретельно контролюють водневий показник. Рекомендований діапазон pH – від 3 до 6. Міцний шар встигне утворитися за 30-40 хв.

Покриття міддю без занурення

Виріб із сталі закріплюють у тримачі, підключають до джерела постійного струму (мінус). Пензлик, зроблений з багатожильного мідного дроту, вмочують в електроліт. Цей інструмент підключають до плюсу. Їм водять по оброблюваної частини поверхні.

Електрохімічне цинкування

Електроліт виготовляють з наступних інгредієнтів:

• дистильована вода – 2 літри;
• сірчанокислий амоній – 100 г;
• сірчанокислий цинк – 400 г.;
• оцтовий натрій – 30 г.

Обробка тривалістю 30-40 хвилин створить міцний шар, який добре захищає деталі від корозії. Цей спосіб дешевше, ніж застосування аналогічних деталей із нержавіючої сталі.

Хромування виробів із металу

Для надійності шар закріплюють на технологічній підкладці з нікелю. Таке рішення не утворює гальванічну пару. Підвищення температури збільшує блиск декоративного покриття. Міцні покриття одержують при щільності струму понад 90 А на дм кв., що важко забезпечити в домашніх умовах.

Гальванічні покриття ГОСТ

Для вирішення різних завдань підходить гальваніка, що це таке з погляду професіоналів, можна уточнити у спеціалізованих нормативах. Необхідні відомості наведено в офіційних стандартах.

Таблиця тематичних ГОСТів

Як підготувати виріб до процедури

Механічною обробкою видаляють окалину, задирки, інші дефекти. Для знежирення застосовують мильні розчини, спирт, ацетон. У деяких ситуаціях фінішне покриття завдають на один або кілька проміжних шарів.

Підготовка електроліту

Для подальшого зберігання підбирають тару. Відповідний варіант для «хімії» – скляна банка з притертою кришкою.Деякі інгредієнти доведеться зважувати з точністю до сотих часток грама, тому знадобляться відповідні ваги.

Слід пам'ятати! Продаж деяких небезпечних сполук та речовин заборонено приватним особам.

Матеріали, не здатні видалити хімікати, що чистять

У цьому переліку наведені забруднення, які складно чи зовсім неможливо усунути звичайними миючими засобами:

• епоксидна смола;
• асфальт, бітум;
• шлак та інші дефекти зварювальних робіт;
• синтетичне масло, лаки, фарби, інші продукти нафтохімії;
• товстий шар жиру, стеарину, воску.

Гальванопластика, гальваностегія, патинування

Гальванопластика називають технологію копіювання. Суть процесів не відрізняється від наведених вище описів. Однак адгезія знижена, щоб спростити відокремлення готового виробу від заготівлі.

Гальваностегія – це покращення механічних параметрів комбінованого шару. Хром, наприклад, запобігає пошкодженню сталевих виробів за рахунок високої міцності.

Патинування застосовують зміни декоративних властивостей поверхні. Зокрема, створюють штучно зістарений зовнішній вигляд.

Стрілки відзначили ділянки, створені за технологією «райдужного» патинування.

Гальванічна пара електродів

Гальванічні елементи – провідники, виготовлені з різних матеріалів. Другою обов'язковою умовою для даного терміна є з'єднання ланцюга для забезпечення електричного контакту та утворення електрорушійної сили між контактами. Опускання таких деталей розчин з явно вираженими лужними (кислотними) характеристиками активізує корозію. Щоб унеможливити швидке руйнування, крім пари мідь-алюміній, не рекомендуються такі комбінації:

• титан-алюміній;
• олово-срібло;
• свинець-платина;
• нікель-магнієвий сплав та ін.

Техніка безпеки під час робіт

Обов'язково перевіряють відповідність мережі живлення високої потужності споживання. При необхідності користуються окремою лінією, яку підключають до електрощитка до окремого захисного автомата. Джерело постійного струму заземлюють. Застосовують лише справне обладнання.

Для безпечного виконання робіт краще використовувати гараж, інше технічне приміщення, майданчик на свіжому повітрі. Додатково застосовують стандартні засоби індивідуального захисту:

• гумові рукавички;
• респіратори, марлеві пов'язки;
• прозорі маски, окуляри;
• одяг з довгими рукавами.

Історія розвитку та переваги гальваніки

Основою технології є публікація знаменитого італійця Л. Гальвані «Про сили електрики» (1779). Першу робочу методику створено Б. Якобі 1838 р. Вже тоді було отримано добрі практичні результати. Багатовікове вдосконалення процесів забезпечує у наш час такі переваги:

• висока точність обробки навіть складні за формою вироби;
• можливість контролю товщини одного або кількох шарів;
• якісна рівномірна структура покриття;
• гарне зчеплення з різними поверхнями;
• чудові естетичні характеристики.

Перерахованими достоїнствами можна користуватися при правильному виконанні технологічних правил. Істотне значення має підготовка. Достатню увагу слід приділяти вибору обладнання.