4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гальванотехника общая информация

Гальванотехника общая информация

Одноралов Николай Васильевич

«Занимательная гальванотехника: Пособие для учащихся»

Книга «Занимательная гальванотехника» предназначена для учащихся. Мы назвали ее занимательной, так как в ней описаны наиболее эффектные декоративные отделки металла и изготовление гальванопластикой различных декоративных металлических изделий.

Юные читателе этой книги найдут самые различные способы декоративных отделок металла: серебрение, никелирование, хромирование и другие покрытия, а также способы цветного оксидирования металла в красивые яркие цвета.

Технология и рецептура, предлагаемые нами, просты, практически проверены автором и могут быть легко освоены школьниками, знакомыми с элементарными основами химии и электротехники. Автор в своей работе стремился способствовать развитию практических интересов учащихся и приобретению ими навыков самостоятельного пополнения знаний.

Мы считаем, что данная книга, носящая прикладной характер, может явиться пособием для школ на уроках химии и при организации производственного обучения школьников, а также быть использована юными техниками во Дворцах пионеров.

Книга состоит из двух разделов: гальванопластики, где описаны способы получения копий с художественных изделий в металле, и гальваностегии, где описаны способы декоративной отделки этих изделий путем оксидирования — придания соответствующего цвета изделиям или покрытия их серебром, никелем и другими металлами, придающими гальванопластическим изделиям красивый внешний вид.

В настоящем издании некоторые разделы книги дополнены и переработаны.

Метод гальванопластики находит широкое применение в различных областях промышленности — машиностроении, приборостроении для получения высокоточных или тонкостенных изделий и др.

Особенно широкое применение находит гальваностегия, имеющая особо важное значение почти во всех областях машиностроения, для нанесения защитных, декоративных и специальных металлических покрытий. Сюда относятся покрытия, наносимые с целью повышения твердости, износоустойчивости, жароустойчивости, коррозиоустойчивости, для декоративных целей и т. п.

Все эти методы гальванотехники дают возможность улучшать изделия, выпускаемые нашей промышленностью, экономить и заменять цветные металлы. Поэтому овладение технологией гальваностегии и гальванопластики на основе теоретических и практических знаний дают возможность не только получить общее представление о прикладной электрохимии, но и овладеть определенными навыками в этой области, что даст возможность перенести их в производственные условия тем, кто посвятит себя этой интересной работе.

История и цель гальванопластики

Много веков прошло, пока человек сумел расплавить металл, сделать его текучим и придать металлу посредством заполнения формы любой требуемый вид. Расплавленный металл вливали в каменные формы, сделанные из мягкого камня, жировика — стеатита, который легко поддается обработке путем вырезывания и выдалбливания. Позднее стали применять формы из глины с песком и т. д.

Литье металла стало в настоящее время важным техническим процессом, исходным в обработке металлов. Современная техника вооружена многими способами литья, но не все существующие способы дают достаточно точное воспроизведение нужной конфигурации в металле: здесь сказываются материал, из которого изготовлены формы, точность их изготовления, усадка металла, деформации, возникающие при неравномерном остывании металла и т. д. Поэтому литейщики упорно и небезуспешно работают над тем, чтобы получать отливки безукоризненной точности.

Существуют способы придавать металлу требуемую форму и не прибегая к отливке, штамповке, чеканке. Эти способы связаны с изготовлением сложного, дорогого и быстро изнашивающегося инструмента. Так готовят, например, монеты. Изготовить крупные изделия с высоким рельефом этим путем невозможно.

Здесь на помощь приходит гальванопластика, воспроизводящая форму в металле с безукоризненной точностью и любым рельефом. Гальванопластика основана на электролизе водных растворов солей металлов, которые в процессе электролиза выделяют металл, осаждающийся на поверхности форм. Гальванопластику применяют там, где требуется точность изготовления изделий или деталей в металле.

Более ста лет прошло с тех пор, как русский ученый Борис Семенович Якоби открыл способ электролитического получения копий в металле. Это было выдающееся открытие; в истории культуры оно приравнивалось Русским техническим обществом к открытию книгопечатания. Новый способ был назван гальванопластикой, так как осаждаемая в процессе электролиза медь пластически точно воспроизводила форму пластинки, на которую осаждалась.

После открытия гальванопластики Б. С. Якоби продолжал работать над усовершенствованием своего открытия и только в 1838 г. продемонстрировал свое изобретение в Академии наук в Петербурге. С тех пор гальванопластика получила самое широкое распространение Вскоре в Петербурге впервые в мире было организовано крупное промышленное гальванопластическое предприятие — завод по изготовлению монументальной скульптуры.

Образцы работ русских мастеров, создавших значительное количество гальванопластических художественных изделий, многократно демонстрировались на всемирных выставках в Лондоне, Париже и других городах Европы. В 1867 г. на Всемирной парижской выставке Б. С. Якоби выступил с отчетом о результатах своих исследований в области гальванопластики, которые не утратили своего значения и поныне.

На Всемирной парижской выставке были представлены не только художественные изделия и монументальная скульптура, выполненная путем гальванопластики, но и образцы технических изделий, изготовленных этим способом. Их представил последователь Б. С. Якоби Ф. Г. Федоровский.

Россия являлась ведущей страной в техническом развитии гальванопластики с момента ее открытия. Существуют две области гальванотехники. Одна из них занимается осаждением тонкого слоя металла (толщиной в тысячные доли миллиметра) на другой металл для защиты его от ржавления или декоративной отделки, придающей изделию красивый внешний вид.

К таким металлическим покрытиям относятся никелирование, хромирование, золочение, серебрение и многие другие покрытия. Эта область гальванотехники называется гальваностегией. Задача ее — получить возможно более крепкое соединение откладываемого металла с исходным металлом.

Другая область гальванотехники, которую мы будем описывать в этой книге, называется гальванопластикой; она занимается осаждением металлов толстыми слоями (измеряемыми в миллиметрах), причем осаждение металла производится с целью последующего отделения от покрываемой металлом формы, поэтому крепкого соединения здесь не нужно, изделием является сам отложенный слой металла.

Гальванопластическим способом можно изготовить самые разнообразные художественные изделия. Формы для отложения готовят не только из металла, но и из материалов, не проводящих электричества (например, из гипса, воска, пластических масс), для чего их поверхности делают предварительно электропроводными.

Гальванопластику используют не только в промышленности, где изготовляют этим способом детали машин и приборов, но и в искусстве, где создают копии скульптур и различных художественных изделий из металла.

Гальванопластика является одним из важных методов в полиграфической промышленности, где техника изготовления клише — гальваностереотипов — значительно повышает качество печати книг и иллюстраций. Копирование гравюр на дереве, линолеуме и т. п. до сего времени осуществляется только гальванопластически. С помощью гальванопластики изготовляют также матрицы, которыми прессуют из пластмассы патефонные пластинки.

Гальваника — история и современное развитие

Некоторые достижения науки, соответствующие им технологии и продукты производства настолько прочно заняли место в нашей повседневной жизни, что считаются сами собой разумеющимися и извечно сопутствующими человеку. К числу таких технологий относится и гальваника.

  • Что такое гальваника
  • Технология выполнения
  • Основные методы нанесения

Что такое гальваника

За примерами далеко ходить не надо, достаточно оглянуться вокруг — дверные ручки и петли, никелированные или хромированные вставки и накладки бытовой техники, домашней и офисной мебели, оправа очков, дешевая бижутерия и недешевые ювелирные изделия, оцинкованное ведро на даче и оцинкованный кузов любимого автомобиля, полки и витрины со всевозможными сувенирами.

Ответ на вопрос «что такое гальваника» многие начнут искать в уцелевших фрагментах познаний из школьного курса химии, вспомнят аноды, катоды, электролит и будут правы.

Гальваника является одним из разделов электрохимии, изучающей взаимосвязанные явления переноса тока в процессе химических реакций или влияние действия электричества на процессы химических реакций.

Она считается прикладным разделом электрохимии, ее область приложения — изучение и практическое внедрение процессов осаждения металлов на различных поверхностях и деталях.

Своим названием технология обязана итальянскому ученому — врачу, физиологу, физику и химику в одном лице — Луиджи Гальвани. Именно его опыты над лягушками дали толчок к исследованию связей между электричеством и химическими реакциями, а публикация в 1779 году «Трактата о силах электричества при мышечном движении» считается «днём рождения» электрохимии.

Изначально в употребление был введен термин гальванизм как явление действия электричества на мышцы и живые ткани, но постепенно он превратился в исторический. В науке и технике устоялось понятие гальваники или гальванотехники, изучением гальванических процессов в биологии занимается электрофизиология.

Теоретической основой обоих методов является теория электролитической диссоциации и законы Фарадея для процесса электролиза. При прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита на электродах осаждаются составные части растворённых веществ. Отрицательный электрод называется катодом, положительный электрод — анодом. Катионы — положительные ионы металлов и водородные ионы движутся к катоду, анионы — отрицательные ионы кислотных остатков и ионы гидроксильной группы движутся к аноду.

Технология выполнения

Если вернуться к окружающим нас образцам применения гальваники, то практически все из них выполнены по технологии гальваностегии — основного метода гальванотехники. Сущность метода определяется второй составляющей слова «стегия» — покрытие, в переводе с греческого, то есть гальваническое покрытие.

Еще один метод гальванотехники — гальванопластика — применяется гораздо реже. С его помощью создают идеальные копии каких-либо форм с последующим удалением макета или копии формы. Основная область использования этой технологии — изготовление небольших по размерам копий ювелирных изделий и скульптур.

Преимуществом гальваники являются возможность получения покрытия любой требуемой толщины для практически любых форм и поверхностей в сочетании с высокой степенью адгезии и механической прочностью покрытия.

Гальванопокрытие — сложный технологический процесс, на результат которого влияет множество факторов, в том числе:

  • качество и чистота оборудования, в том числе гальванической ванны;
  • качество электролита, его состав и концентрация;
  • качество подготовки катода, в роли которого выступает подлежащая покрытию деталь;
  • технологический режим процесса, обеспечивающий равномерность плотности тока по поверхности детали;
  • форма самого изделия.

Основные методы нанесения

Промышленная технология нанесения гальванических покрытий позволяет получить покрытие практически из любого существующего металлов, причем нанести покрытие можно не только на металл, но и на многие виды пластиков и полимеров. Самыми распространенными и востребованными видами покрытий являются следующие:

  • хромирование — позволяет получить твердое и коррозионностойкое, одновременно декоративное покрытие;
  • никелирование — выполняет декоративную и защитную роль;
  • цинкование — предназначено исключительно для защиты деталей от коррозии;
  • меднение — выполняют или для создания поверхностного слоя с высокой электропроводностью или в качестве промежуточного при многослойном покрытии изделий;
  • золочение или позолота — одно из основных декоративных покрытий в ювелирном деле и защитное покрытие для многих промышленных, в том числе специальных, изделий.

За многие десятилетия существования гальванотехника достаточно отработана и в промышленном масштабе, и в условиях ювелирных мастерских. Доступность оборудования и материалов позволяют осваивать технологию гальваники и домашним умельцам, в основном с целью декоративного украшения. Основным условием для этого сектора производства является обеспечение безопасности, связанное с применением электричества и химических веществ.

Гальванотехника (2)

Главная > Курсовая работа >Химия

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ФГОУ ВПО КОСТРОМСКАЯ ГСХА

Кафедра неорганической и биологической химии

На тему: « Гальванотехника»

Выполнила: студентка 6 группы 2 курса

Голикова Мария Николаевна

Доктор биологических наук, профессор

Содержание

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГАЛЬВАНОТЕХНИКЕ 4

Понятие об электролите и процессе электролиза 4

Основные сведения о коррозии металлов 6

Анодные и катодные покрытия 8

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 12

Механическая обработка 12

Химическая и электролитическая подготовка 18

ОБОРУДОВАНИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХОВ 24

Оборудование для покрытий мелких деталей 25

Сушильные аппараты 26

Полуавтоматические и автоматические установки для покрытий 27

Приспособления для завешивания деталей в ванны 28

Виды никелевых покрытий 31

Характерные дефекты никелевых покрытии 31

Электролиты для меднения 33

Особенности процесса хромирования 36

Электролиты для хромирования 37

Виды хромовых покрытий 38

СЕРЕБРЕНИЕ, КАДМИРОВАНИЕ И ЛУЖЕНИЕ 40

ЖЕЛЕЗНЕНИЕ И СВИНЦЕВАНИЕ 43

ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВОВ 46

Покрытие белой бронзой 47

Покрытие сплавами олово — свинец 47

Список использованной литературы 51

Введение

Гальванотехника, область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий. Гальванотехника включает: гальваностегию — получение на поверхности изделий прочно сцепленных с ней тонких металлических покрытий и гальванопластику — получение легко отделяющихся, относительно толстых, точных копий с различных предметов. Открытие и техническая разработка гальванотехники принадлежат русскому учёному Б. С. Якоби, о чём он доложил 5 октября 1838 на заседании Петербургской АН. [10]

Гальванотехника основана на явлении электрокристаллизации — осаждении на катоде (покрываемом изделии в гальваностегии или матрице в гальванопластике) положительно заряженных ионов металлов из водных растворов их соединений при пропускании через раствор постоянного электрического тока. Количественно гальванотехнические процессы регулируются по законам Фарадея с учётом побочных процессов, которые сводятся чаще всего к выделению на поверхности покрываемых изделий наряду с металлом водорода; качественно — типом и составом электролита, режимом электролиза, т. е. плотностью тока, а также температурой и интенсивностью перемешивания. Различают электролиты на основе простых или комплексных соединений. Первые значительно проще, дешевле и при интенсивном перемешивании (чаще воздушном) допускают применение высоких плотностей тока, что ускоряет процесс электролиза.

Гальванические цехи машиностроительных и приборостроительных заводов обычно являются теми завершающими участками производства, где выпускаемым изделиям и деталям придаются особые свойства, повышающие их эксплуатационные качества: коррозионную стойкость, износостойкость, твердость, жаростой­кость, декоративный внешний вид и др.

Внедрение в области гальваностегии новой техники, интенсификация процессов электролиза, механизация и автоматизация про­цессов осаждения металлов являются главной задачей в работе гальванических цехов Для успешного решения этой задачи необ­ходимо, чтобы рабочие — непосредственные исполнители работ — были знакомы с теоретическими основами и прогрессивной техно­логией электролитических покрытий, знание которых поможет им сознательно и активно участвовать на своих производственных участках в общей борьбе за технический прогресс. [2]

Читать еще:  Что такое шамотный огнеупорный кирпич? Виды и характеристики

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГАЛЬВАНОТЕХНИКЕ

Понятие об электролите и процессе электролиза

Электролитическая диссоциация. Молекулы солей, кислот и щелочей при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на атомы или группы атомов, несущих положительные и отрицательные заряды электричества. При этом количество положительных зарядов всегда равняется количеству отрицательных зарядов, т. е. раствор остается электрически нейтрален. Этот процесс называется электролитической диссоциацией, а химические соединения, которые при растворении в воде подвергаются электролитической диссоциации— электролитами. Атомы или группы атомов, заряженные определенным электрическим зарядом, называются ионами, причем атомы, обладающие положительным зарядом, называются катионами, а отрицательным зарядом — анионами. [6]

При диссоциации молекул солей, кислот и щелочей в водных растворах металлы и водород приобретают положительный заряд, т. е. становятся катионами, а кислотный или щелочный остаток (группа атомов или один атом) приобретают отрицательный заряд, т. е. становятся анионами. Электрический заряд катионов обозначают точкой или знаком плюс, например Ni··, Fe··· или Ni++, Fe+++, электрический заряд анионов соответственно обозначают штрихом или знаком минус, например SO 4 ··, PO 4 ···· или SO 4 —, РО 4 ——.Число штрихов или точек показывает число зарядов, которыми обладает атомный ион, и одновременно соответствует химической валентности данного иона.

Электролитической диссоциации в водных растворах подвергаются не все молекулы электролита (растворенного вещества). Степень диссоциации, т. е. какая часть из всех молекул, находящихся в растворе, диссоциирована, зависит от природы растворенного вещества и от концентрации раствора. Чем разбавленнее раствор, тем выше степень диссоциации растворенных молекул. Электролиты -с высокой степенью диссоциации называются сильными электролитами, а с низкой степенью диссоциации — слабыми электролитами.

Процессы диссоциации сильных и слабых электролитов существенно отличны между собой, в связи с чем законы, приемлемые для первых электролитов, оказываются совершенно непригодными для вторых. В частности, для каждого слабого электролита, растворимого в воде, устанавливается определенное равновесие между ионами, образующимися при диссоциации молекул, и оставшимися недиссоциированными молекулами. В связи с этим в данном случае, как и при обычной химической реакции, применим известный в химии закон действующих масс, согласно которому отношение произведений концентрации веществ, полученных после реакции, к произведению концентраций веществ, вступивших в реакцию, есть величина постоянная для данной реакции при постоянной температуре.

Из физики известно, что разноименные заряды взаимно притягиваются, а одноименные взаимно отталкиваются, причем силы взаимодействия тем больше, чем меньше расстояние между ними. Поэтому естественно, что находящиеся в растворе катионы и анионы, обладающие разноименными зарядами, находятся в определенном электростатическом взаимодействии, при этом вокруг каждого иона в первую очередь располагаются ионы с противоположным зарядом, а ионы с одноименным зарядом располагаются несколько дальше. [7]

Процесс электролиза. Существует два рода проводников электрического тока. В процессе проникновения электрического тока через проводники первого рода в веществе самого проводника не происходит никаких химических изменений. К таким проводникам относятся металлы, уголь и некоторые другие вещества. К проводникам второго рода относятся кислоты, щелочи, соли и другие химические соединения как в виде водных растворов, так и в расплавленном состоянии. Проводники второго рода, или электролиты, в процессе прохождения через них постоянного электрического тока в местах его ввода и вывода претерпевают существенные изменения.

Процесс, связанный с прохождением постоянного электрического тока от внешнего источника тока через какой-либо электролит, называется электролизом.

Подвод тока в электролит производится посредством двух металлических (угольных) пластин, погружаемых в электролит и соединенных с источником тока. Эти пластины называются электродами, причем пластина, соединяемая с положительным полюсом источника тока, называется положительным электродом, или анодом, а пластина, соединяемая с отрицательным полюсом источника тока, — отрицательным электродом, или катодом. В гальванотехнике катодами являются изделия, которые подвергаются покрытию, а анодами служат пластины или прутки из того металла, которым изделие покрывается.

В гальванотехнике в качестве электролита обычно применяют раствор соли, содержащий ионы металла, подлежащего осажде­нию. Катодом служит покрываемое изделие, а анодом — пласти­ны из осаждаемого металла. По­мимо осаждения металла на катоде, часто происходит выделение газообразного водорода. Вода (хотя и в небольшой степени) также диссоциируется на ионы водорода и гидроксильные ионы:

Выделение водорода на катоде рассматривается как побочный процесс, который в подавляющем большинстве случаев ухудшает качество покрытия, придавая ему хрупкость, и всегда увеличива­ет продолжительность электролиза

Количественно процесс электролиза подчиняется законам Фарадея:

Количество выделившегося при электролизе вещества прямо пропорционально силе тока и времени прохождения тока. Сле­довательно, количество получающегося при электролизе вещества зависит от количества ампер-часов (а·ч), прошедших через электролит. Таким образом, если при прохождении тока силой в 10 а в течение 3 ч высадилось 10 г какого-либо вещества, то такое же количество высадится при прохождении тока силой в 15 а в течение 2 ч или силой в 30 а в течение 1 ч и т. п.

При прохождении одного и того же количества постоянного тока через разные электролиты количество выделившегося при этом вещества пропорционально их эквивалентным весам.

В табл. 1 приведены значения электрохимических эквивален­тов некоторых металлов. [11]

гальванотехника

ГАЛЬВАНОТЕХНИКА

получение на поверхности изделия или основы (формы) слоев металлов из растворов их солей под действием постоянного электрич. тока. Различают: 1) гальваностегию-нанесение на поверхность изделия тонких, обычно до неск. десятков мкм, металлич. покрытий и 2) гальванопластику — осаждение толстых, часто достигающих неск. мм, легко отделяющихся от основы (формы) слоев металла, точно воспроизводящих рельеф основы. При прохождении тока через раствор соли положит. ионы металла, образующиеся на аноде, присоединяя электроны, образуют на катоде нейтральные атомы, металл кристаллизуется и покрывает катод сплошным слоем ( см. электрокристаллизация). Разряду ионов предшествует их миграция и диффузия в растворе. Катодом служит покрываемое изделие или основа, анодом — обычно тот же металл, который выделяется на катоде. Если применяют нерастворимые аноды, в электролит периодически добавляют соединения осаждаемого металла; при этом вместо анодного растворения происходят др. анодные реакции, напр. выделение O2. Эффективное средство регулирования свойств покрытия — введение в электролит орг. добавок, которые, адсорбируясь на поверхности осаждаемого металла, меняют условия его кристаллизации. Мн. металлы выделяются на катоде совместно с H2, который понижает выход металла по току и изменяет свойства покрытий. Скорость выделения H2 обычно регулируют добавлением в электролит буферирующих неорг. соединений. Для повышения электропроводности растворов в них дополнительно вводят неорг. соли.

Гальваностегия. Используется для повышения коррозионной стойкости и износостойкости изделия, улучшения отражат. способности его поверхности, повышения электрич. проводимости и магн. характеристик, облегчения пайки, а также для декоративной отделки. наиболее распространенные процессы — цинкование, никелирование, меднение, хромирование, кадмирование и оловянирование (см. табл.).

Цинкование применяют в осн. для защиты изделий из черных металлов (стали и чугуна) от атмосферной и высокотемпературной газовой коррозии. Стандартный электродный потенциал Zn более отрицателен, чем Fe, и в контакте с последним (при наличии влаги) Zn анодно растворяется, тем самым защищая Fe. Толщина покрытия — от 0,005 до 0,5 мм. Используют кислые электролиты (сульфатные, хлоридные, фтороборатные) и щелочные (цианидные, цинкатные, пирофосфатные, аммиакатные). В кислых электролитах с pH 3–5 покрывают изделия несложной формы, в т. ч. проволоку и ленту. Слабокислые (pH 5–6) электролиты на основе хлоридов или сульфатов Zn, содержащие орг. добавки, обеспечивают более высокую скорость осаждения покрытий с повыш. светорассеиваю-щей способностью. Цианидные электролиты дают возможность получать блестящие мелкокристаллич. покрытия на изделиях сложной формы, осн. недостаток этих растворов — высокая токсичность. Лишены этого недостатка цинкатные электролиты, осн. компоненты которых — Na2Zn(OH)4 или K2Zn(OH)4 и свободный NaOH или КОН; добавление к ним некоторых орг. соед. обеспечивает осаждение блестящих покрытий при большой скорости процесса.

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ

Никелирование применяют для защиты от коррозии изделий из стали и цветных металлов (меди и ее сплавов), декоративной отделки их поверхности и придания некоторых других свойств. Никелевые покрытия по отношению к железу являются катодными и могут служить защитными только при условии отсутствия в них пор. Поэтому сталь покрывают сначала слоем Cu (25–35 мкм), а затем Ni (10–15 мкм). Наиб. широко применяют сульфатно-хлоридные электролиты, в меньшей степени — сульфаматные, фтороборатные, цитратные и др. Из электролитов с добавками производных бутиндиола осаждаются мелкозернистые, эластичные, ровные и блестящие покрытия. Осн. недостаток покрытий: малая коррозионная стойкость, обусловленная включениями серы. Избежать этого можно нанесением двух- или трехслойных покрытий; при одинаковой общей толщине трехслойное покрытие примерно в 1,5–2 раза более коррозионностойко, чем двухслойное, и в 3–4 раза — чем однослойное. При трехслойном никелировании первый слой осаждают из электролита с выравнивающей добавкой, не содержащей серы. Второй слой (1–2 мкм) содержит 0,1–0,2% S, третий, блестящий, — ок. 0,05% S. При контакте с агрессивной средой в порах покрытия растворяется наименее коррозионностойкий второй слой.

Повыш. стойкостью отличаются также композиционные блестящие никелевые покрытия, содержащие мелкодисперсные диэлектрич. частицы — каолин, карбиды, SiO2 и др. Осажденный на такое покрытие слой Cr приобретает микропористую структуру, которая снижает интенсивность коррозии Ni. Для декоративных целей разработано серебристо-матовое (велюровое) никелирование.

Меднение применяют перед осаждением никелевых и некоторых др. покрытий на сталь, цинк, цинковые и алюминиевые сплавы, а также для защиты стальных изделий от цементации. Используют кислые (сульфатные, фтороборатные, нитратные) и щелочные (цианидные, пирофосфатные, этилендиаминовые) электролиты. наиболее распространенный сульфатный электролит устойчив и позволяет осаждать Cu со 100%-ным выходом по току. Недостаток кислых электролитов — получение из них покрытий с низкой рассеивающей способностью. Перед нанесением блестящих никелевых покрытий осаждают слой блестящей меди из сульфатного электролита с добавкой орг. веществ, которые обеспечивают выравнивание и зеркальный блеск медного покрытия. Повышение рассеивающей способности достигается уменьшением в сульфатных электролитах концентрации CuSO4 и увеличением концентрации H2SO4. Такие электролиты, содержащие также орг. добавки, применяют, напр., для меднения печатных плат. Щелочные электролиты, в отличие от кислых, дают возможность осаждать Cu на сталь, цинковые и др. сплавы с менее электроположительным, чем у Cu, стандартным потенциалом, т. к. образующиеся в растворах комплексные соли Cu сдвигают ее потенциал к более отрицат. значениям. Покрытия, осаждаемые из цианидных растворов, отличаются мелкозернистой структурой; они более равномерным слоем, чем покрытия из щелочных электролитов, покрывают поверхность изделия. Однако цианидные электролиты токсичны и неустойчивы по составу.

Хромирование обеспечивает нанесение покрытий, отличающихся большой твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью, высокой отражат. способностью, быстрой пассивацией, обусловливающей значит. коррозионную стойкость. Защитно-декоративные покрытия с зеркальным блеском осаждают слоем толщиной 0,25–0,5 мкм на детали, предварительно покрытые Cu (20–40 мкм) и Ni (10–15 мкм). Блестящие покрытия повышают срок службы медицинских и др. режущих инструментов; с их помощью восстанавливают размеры деталей, повышают их поверхностную твердость и износостойкость. Покрытия большой толщины (до сотен мкм), т. наз. твердый хром, осаждают непосредственно на изделия без промежут. подслоя. Они применяются для восстановления изношенных частей моторов и др. механизмов, уменьшения износа поверхностей деталей машин. Повышению защитных свойств блестящих покрытий способствует применение двойного пористого хромирования (дуплекс). Сначала осаждается слой блестящего, без трещин, Cr, который заполняет все микроуглубления поверхности; затем наносится более тонкий слой блестящего Cr с густой сеткой микротрещин. Общая толщина −1,25–2,5 мкм. Микропористые покрытия состоят из одного слоя Cr толщиной 0,3 мкм, который осаждают на композиц. никелевые покрытия. Микротрещины и микропоры понижают плотность локальных токов коррозии и повышают коррозионную стойкость комбиниров. покрытий.

Осн. компоненты электролита-CrO3 и H2SO4. Из таких электролитов Cr осаждается с выходом по току 12–20%, остальная часть тока расходуется на восстановление Cr 6+ до Cr 3+ и выделение H2. Для поддержания необходимой концентрации анионов SO4 2− и SiF6 2− в электролит добавляют малорастворимые соли-SrSO4 и K2SiF6. Такие электролиты более стабильны по составу, обеспечивают по-выш. выход по току и лучшую рассеивающую способность. Высоким выходом по току (до 40%) отличаются электролиты с добавкой NaOH, наз. тетрахроматными. Они содержат также Ti, Zr и некоторые др. металлы.

Для защитно-декоративных целей применяют также покрытия «черным хромом», обладающие более высокой коррозионной и износостойкостью, чем обычные блестящие. Черный хром уменьшает отражение света поверхностью на 90%. Для черного хромирования используют растворы хромовой кислоты с добавками уксусной кислоты, оксалата железа, ванадата аммония и др.

Кадмирование применяют для защиты изделий от коррозии в атмосфере или в средах, содержащих хлориды ( напр., в морской воде). Используют кислые и щелочные электролиты. Применение спец. добавок позволяет получать мелкокристаллич. блестящие покрытия.

Оловянирование применяют для защиты изделий от коррозии в орг. кислотах, содержащихся в пищ. продуктах; значит. количество Sn расходуется на лужение консервной жести. Покрытия улучшают электрич. проводимость и облегчают пайку контактов. Оловянирование производят в кислых (сульфатных, фтороборатных), а также щелочных (станнатных, пирофосфатных и др.) электролитах. Наиб. распространены сульфатные электролиты с добавками ПАВ; из них осаждают мелкокристаллич. блестящие оловянные покрытия.

Золочение обеспечивает высокие хим. стойкость и электрич. проводимость, а также декоративные свойства покрытий. Золотом покрывают электрич. контакты, лаб. приборы, ювелирные изделия, музыкальные инструменты, спец. прожекторы и др. изделия. Осн. компонент электролитов золочения-дицианоаурат калия. Для техн. целей применяют слабокислые, нейтральные и щелочные электролиты, из которых осаждаются покрытия высокой чистоты (99,99% Au). Для декоративной отделки изделий осаждают блестящие покрытия из электролитов, содержащих неорг. и орг. добавки.

Читать еще:  Как поклеить бумажные обои своими руками

Серебрение широко применяют в радиопромышленности, радиоэлектронике, производстве средств связи и ЭВМ для обеспечения высокой электрич. проводимости контактов. Высокая отражат. способность серебра используется при покрытии фар, прожекторов, а его хим. стойкость в щелочных растворах и орг. кислотах — при защите хим. аппаратуры и приборов. Недостаток покрытий: чувствительность к соед. серы, под влиянием которых возникает пленка сульфида серебра, снижающая декоративные свойства покрытия. Разновидность наиболее распространенных цианидных электролитов серебрения — гексацианоферратный (железистосинеродистый), который менее токсичен, т. к. в нем отсутствует свободный KCN.

Покрытия металлами платиновой группы (Pt, Pd, Rh) применяют в радиотехн. и электронной промышленности при изготовлении электрич. контактов, для защиты поверхности серебра от потускнения и деталей точной аппаратуры от коррозии. Платиновые покрытия, в частности, применяют в хим. промышленности для получения титанплатиновых анодов.

Практич. применение находят также покрытия Fe, Co, Pb, As, Sb, Bi, Ga, In, Ge, Mn и др. металлами, осаждаемыми из водных растворов. Для алюминирования используют орг. растворители.

Покрытия металлич. сплавами, содержащими два, реже три компонента, применяют для экономии одного из металлов или улучшения свойств покрытия. Получены покрытия из сплавов большинства металлов, которые м. б. выделены из водных растворов, а также сплавов, содержащих W, Mo, P, S и некоторые др. элементы, в чистом виде из водных растворов не выделяющиеся.

Гальванопластика. Используется для изготовления и размножения металлич. копий. Осн. ее преимущество перед др. методами — высокая точность воспроизведения микро- и макрогеом. рельефа. Этим методом изготовляют матрицы для грампластинок, печатные стереотипы, клише, валки для тиснения кож, тонкие металлич. сетки, фольгу, копии с произведений искусства и др. Разновидность гальванопластики, электролитическое формование,-изготовление объемных деталей. Этим способом производят волноводные узлы для радиотехн. промышленности, трубы разл. диаметра, рефлекторы, коробки для аккумуляторов, сопла, детали авиац. техники, прессформы и др.

Технология включает изготовление формы, подготовку ее поверхности, электроосаждение металла, отделение готового изделия от формы. Разработаны также комбиниров. гальванопластич. процессы, основанные на электроосаждении относительно тонкого слоя металла с послед. обволакиванием его пластмассой. Форму изготавливают из металла (сталь, Zn, Cu, A1 и др.) или из воска, гипса, пластмассы. Перед электроосаждением поверхность формы очищают от загрязнений, наносят на нее проводящий слой (если форма из неметаллич. материала), затем разделит. слой для предотвращения прочного сцепления осаждаемого металла с поветью формы. При выборе электролитов для осаждения осн. слоя металла учитывают требуемые физ.-мех. свойства слоя, равномерность распределения тока и металла по поверхности катода, отсутствие склонности к дендритообразованию, скорость осаждения металла. Разработаны электролиты для осаждения Cu, Ni, Co, Fe, Ag, Au, Zn, Sn, A1 и др.; наиб. широко применяют Cu и Ni. Разработана технология осаждения жаростойких металлов и сплавов, комбиниров. слоев металлов с порошками тугоплавких соединений. Медь осаждают из сульфатных, фтороборатных, пирофосфатных, кремнефторидных, цианидных и нитратных растворов, никель — из сульфатных, хлоридных, фтороборатных и сульфаматных.

Гальванотехника

Гальванот е хника, область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий. Гальванотехника включает: гальваностегию — получение на поверхности изделий прочно сцепленных с ней тонких металлических покрытий и гальванопластику — получение легко отделяющихся, относительно толстых, точных копий с различных предметов, т. н. матриц. Открытие и техническая разработка гальванотехники принадлежат русскому учёному Б. С. Якоби, о чём он доложил 5 октября 1838 на заседании Петербургской АН.

Гальванотехника основана на явлении электрокристаллизации — осаждении на катоде (покрываемом изделии в гальваностегии или матрице в гальванопластике) положительно заряженных ионов металлов из водных растворов их соединений при пропускании через раствор постоянного электрического тока (см. Электролиз). Количественно гальванотехнические процессы регулируются по законам Фарадея с учётом побочных процессов, которые сводятся чаще всего к выделению на поверхности покрываемых изделий наряду с металлом водорода; качественно — типом и составом электролита, режимом электролиза, т. е. плотностью тока, а также температурой и интенсивностью перемешивания. Различают электролиты на основе простых или комплексных соединений. Первые значительно проще, дешевле и при интенсивном перемешивании (чаще воздушном) допускают применение высоких плотностей тока, что ускоряет процесс электролиза. Так, например, в гальваностегии при покрытии изделий простой конфигурации электролит на основе сернокислого цинка в присутствии коллоидных добавок допускает плотность тока до 300 а/м 2 , а при интенсивном воздушном перемешивании — до 30 ка/м 2 . В гальванопластике растворы простых солей, чаще сернокислых, обычно применяют без введения каких-либо органических добавок, т. к. в толстых слоях эти добавки отрицательно сказываются на механических свойствах полученных копий. Применяемая плотность тока ниже, чем в гальваностегии; в железных гальванопластических ваннах она не превышает 10—30 а/м 2 , в то время как при железнении (гальваностегия) плотность тока достигает 2000—4000 а/м 2 . Гальванические покрытия должны иметь мелкокристаллическую структуру и равномерную толщину на различных участках покрываемых изделий — выступах и углублениях. Это требование имеет в гальваностегии особенно важное значение при покрытии изделий сложной конфигурации. В этом случае используют электролиты на основе комплексных соединений или электролиты на основе простых солей с добавками поверхностно-активных веществ. Примером благоприятного влияния поверхностно-активных веществ на структуру покрытия может служить процесс осаждения олова из сернокислого оловянного электролита; без добавок поверхностно-активных веществ на поверхности покрываемых изделий выделяются изолированные кристаллы, напоминающие ёлочную мишуру и не представляющие никакой ценности как покрытие. При введении в электролит фенола, крезола или др. соединения ароматического ряда вместе с небольшим количеством коллоида (клей, желатина) образуется плотное, прочно сцепленное покрытие с вполне удовлетворительной структурой. Из щелочных оловянных электролитов, в которых олово находится в виде отрицательного комплексного иона (SnO3) 4- , при температуре 65—70° С без каких-либо поверхностно-активных веществ получаются хорошо сцепленные мелкокристаллические покрытия. Причина такого различия в поведении кислых и щелочных электролитов заключается в том, что в первых простые ионы двухвалентного олова в отсутствие поверхностно-активных веществ разряжаются без сколько-нибудь заметного торможения (поляризации), а в щелочных электролитах олово находится в виде комплексных ионов, разряжающихся со значительным торможением. Для цинкования изделий сложной формы применяют щёлочно-цианистые электролиты или др. комплексные соли цинка. Для кадмирования изделий применяются, как правило, цианистые электролиты. То же можно сказать про серебрение, золочение, латунирование.

Существенную роль в гальванотехнических процессах играют аноды, основное назначение которых — восполнять в электролите ионы, разряжающиеся на покрываемых изделиях. Аноды не должны содержать примесей, отрицательно влияющих на внешний вид и структуру покрытий. В некоторых случаях анодам придают форму покрываемых изделий. Процессы хромирования, золочения, платинирования, родирования и др. протекают с нерастворимыми анодами из металла или сплава, устойчивого в данном электролите. Корректирование электролита в целях сохранения постоянства его состава осуществляется периодическим введением солей или др. соединений выделяющегося металла.

Все процессы как гальванопластики, так и гальваностегии протекают в гальванических ваннах. Часто гальванической ванной называют также состав находящегося в ней электролита. Материалом ванны в зависимости от её размеров и степени агрессивности электролита могут служить: керамика, эмалированный чугун, сталь, футерованная свинцом или винипластом, органическое стекло и др. Ёмкость ванн колеблется от долей м (для золочения) до 10 м и более. Различают ванны: стационарные (покрываемые изделия в которых неподвижны), полуавтоматические (изделия вращаются или перемещаются по кругу или подковообразно) и агрегаты, в которых автоматически осуществляются загрузка, выгрузка и транспортировка изделий вдоль ряда ванн. Постоянный ток для электролиза получают главным образом от селеновых и кремниевых выпрямителей, плотность тока регулируется при помощи многоступенчатого трансформатора.

Гальваностегия применяется шире, чем гальванопластика; её цель придать готовым изделиям или полуфабрикатам определённые свойства: повышенную коррозионную стойкость (цинкованием, кадмированием, лужением, свинцеванием), износостойкость трущихся поверхностей (хромированием, железнением). Гальванотехника применяется для защитно-декоративной отделки поверхности (достигается никелированием, хромированием, покрытием драгоценными металлами). По сравнению с издавна применявшимися методами нанесения покрытий (например, погружением в расплавленный металл) гальваностегический метод имеет ряд преимуществ, особенно в тех случаях, когда можно ограничиться незначительной толщиной покрытия. Так, процесс покрытия оловом жести для пищевой тары электролитическим методом вытесняет старый, горячий метод; в США электролитически лужёная жесть составляет более 99% от всей продукции (1966). Расход олова при этом сокращён во много раз главным образом за счёт дифференциации толщины оловянного покрытия от 0,2—0,3 до 1,5—2 мкм. в зависимости от степени агрессивности пищевой сред. Все покрытия в гальваностегии должны быть прочно сцеплены с покрываемыми изделиями; для многих видов покрытий это требование должно быть удовлетворено при любой степени деформации основного металла. Прочность сцепления между покрытием и основой обеспечивается надлежащей подготовкой поверхности покрываемых изделий, которая сводится к полному удалению окислов и жировых загрязнений путём травления или обезжиривания. При нанесении защитно-декоративных покрытий (серебряных, золотых и т. п.) необходимо удалить с поверхности изделий оставшуюся от предыдущих операций шероховатость шлифованием и полированием.

Технологический прогресс в гальваностегии развивается по пути непосредственного получения блестящих покрытий, не требующих дополнительной полировки; прогресс в области оборудования заключается в разработке и внедрении механизированых и автоматизированных агрегатов для механической подготовки поверхности и нанесения покрытий, включая все вспомогательные операции, вплоть до нанесения покрытий на непрерывную полосу с последующей штамповкой изделий (например, автомобильные кузовы, консервная тара и др.). Ведущими отраслями промышленности, в которых гальваностегия имеет значит, удельный вес, являются автомобилестроение, авиационная, радиотехническая и электронная промышленность и др.

Гальванопластика отличается от гальваностегии главным образом методами подготовки поверхности обратных изображений копируемых предметов-матриц и большей толщиной наращиваемого металла (в десятки и сотни раз). Матрицы бывают металлические и неметаллические. Преимущества металлических матриц заключаются в более лёгкой подготовке поверхности (чаще методом оксидирования) и возможности снятия большего количества копий. В качестве промежуточного поверхностного слоя на металлическую матрицы обычно наносят тонкую плёнку серебра (десятые доли мкм) или никеля (до 2 мкм). Оба эти металла прекрасно оксидируются при трехминутном погружении в 2—3%-ный раствор бихромата и обеспечивают лёгкий съём наращенного слоя. Перспективно применение в качестве материала для металлических матриц оксидированного алюминия. Сообщение электрической проводимости лицевой поверхности неметаллических матриц обычно осуществляется путём её графитирования. Для этой цели свободный от примесей мелкочешуйчатый графит наносят на поверхность матрицы мягкими волосяными щётками. Для крупных и сложных по рельефу предметов, например статуй, барельефов и т. п., наиболее употребительны гипсовые и гуттаперчевые матрицы. При изготовлении матриц подобные предметы делят на участки. Полученные гальванопластически прямые копии соединяют пайкой с таким расчётом, чтобы швы не исказили изображения.

Наиболее распространена медная гальванопластика, меньше — железная и никелевая. Основная область применения гальванопластики — полиграфия. (См. также Гальваностереотипия.) Гальванопластика широко применяется также при изготовлении матриц грампластинок, для производства волноводов и др.

Лит.: Якоби Б. С., Работы по электрохимии, М.— Л., 1957; Лайнер В. И., Современная гальванотехника, М., 1967; Modern electroplating, ed. A. G. Gray, N. Y.— L., 1953; Modern electroplating, ed. F. A. Lowenheim, 2 ed., N. Y.—L.—Sydney, 1963.

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И. Менделеева

D.Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

  • КЛАССИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
  • Обращение ректора
  • Сведения об образовательной организации
  • Об университете
  • Ректорат
  • Ученый совет
  • Факультеты и кафедры
  • Новомосковский институт (филиал) РХТУ
  • Филиал РХТУ в Ташкенте
  • Направления подготовки
  • Информационно-библиотечный центр
  • Студенческий городок
  • Международное сотрудничество
  • Академия бизнеса Mendeleev
  • Новости
  • События
  • Символика РХТУ
  • Информация о коронавирусе
  • Прием обращений граждан
  • Контакты и реквизиты
  • Каталог профессий
  • Общая информация
  • Электронное обучение. Дистанционные образовательные технологии
  • Довузовская подготовка
  • Бакалавриат и специалитет
  • Магистратура
  • Аспирантура
  • Очно-заочное и заочное обучение
  • Среднее профессиональное образование
  • Образование для иностранных граждан
  • Для лиц с ограниченными возможностями здоровья
  • Менделеевские классы
  • Учебно-методическое объединение
  • Повышение квалификации сторонних слушателей
  • Локальные документы, регламентирующие образовательную деятельность
  • Дополнительное профессиональное образование для педагогических работников университета
  • Межфакультетские учебные курсы
  • Детский технопарк «Менделеев Центр»
  • Платные образовательные услуги
  • Качество образования
  • Научная деятельность
  • Научные разработки «РХТУ — экономике России»
  • Показатели научной деятельности организации
  • Научно-исследовательская часть
  • Центр коллективного пользования
  • Научные центры и лаборатории
  • Совет молодых ученых и специалистов
  • Выставки
  • Аспирантура и докторантура
  • Присуждение ученых степеней в РХТУ им. Д.И. Менделеева
  • Объявления о защитах диссертаций
  • Курсы очной формы обучения
  • Курсы дистанционной формы обучения
  • РХТУ
  • Классический университет
  • Подразделения
  • Международная академия бизнеса Mendeleev
  • Дополнительное профессиональное образование для химической отрасли
  • Программы повышения квалификации
  • Курсы очной формы обучения
  • Гальванотехника

Гальванотехника

Формат обучения: Очный

Реализация: На постоянной основе

Ближайший период проведения: 16 ноября — 20 ноября 2020 г.

Продолжительность: 36 академических часов

Гальванотехника общая информация

Этот термин происходит от фамилии известного итальянского физика Л. Гальвани, одного из основателей учения об электричестве. В первой половине XIX в. гальванотехникой стали называть новую область технического приложения электричества: электролитическое осаждение металлов из растворов солей на поверхности изделий (см. Электролитическая диссоциация).

Интересно, что гальванотехника нашла широкое практическое применение еще до открытия английским ученым М. Фарадеем законов электролиза, управляющих этим процессом.

Развитие гальванотехники связано с именем русского ученого и инженера Б. С. Якоби, который в 1836—1838 гг. провел исследования восстановления катионов металлов из растворов электролитов.

Читать еще:  Как рассчитать деревянную балку

Если в раствор электролита, содержащего ионы металла, опустить электроды (катод и анод) и пропустить через них постоянный электрический ток, то на катоде будут оседать электронейтральные атомы металла, образуя равномерную кристаллическую пленку, прочно сцепленную с поверхностью катода. Если в качестве катода использовать металлическую деталь или конструкцию, то они будут покрываться тонкой металлической пленкой. Состав электролита в каждом случае подбирается так, чтобы получить высокое качество покрытия.

Этот способ нанесения покрытий, называемый гальваностегией, применяют для защиты железных и стальных изделий от коррозии. Цинкование, хромирование, никелирование, лужение (оловом), меднение — это все названия отдельных видов гальваностегии в зависимости от природы металла, употребляемого для покрытий. Некоторые покрытия делают специально для того, чтобы улучшить внешний вид изделий (хромирование, золочение), повысить их твердость, улучшить отражательную способность и т. д.

В 1838 г. Б. С. Якоби применил гальванотехнику для получения тонких металлических копий с предметов сложной формы. Для этого он предложил покрывать предварительно копируемое изделие (матрицу) слоем вещества, препятствующего прочному сцеплению осаждаемого металла с матрицей (графит, оксиды металлов). Копия легко отделяется от матрицы, не повреждая ее, и матрицу можно использовать многократно. Способ этот был назван гальванопластикой и в наши дни нашел широчайшее применение в полиграфии и производстве грампластинок.

Гальванотехника: общая информация

Электролиз служит основой техники осаждения металлов на металличе­ских и неметаллических поверхностях, называемой гальванотехникой. Важней­шими отраслями последней являются гальванопластика и гальваностегия.Гальванизация и электрофорез.Задача гальванопластики — получение точных металлических копий с раз­личных рельефных предметов. Она была разработана в 1838 г.

русским ученым Б. С. Якоби.

Под его непосредственным руководством гальванопластическим путем была выполнена медная колесница с конями для фронтона Большого театра в Москве и многие другие высокохудожественные изделия.Для получения гальванопластической копии изготавливается форма, назы­ваемая обычно матрицей, в виде оттисков воспроизводимого предмета.Она может быть выполнена как из металла (свинца, легкоплавких сплавов), так и из непроводящего материала (воска, гипса, стеарина, пластмас­сы, дерева и т. д.). В последнем случае на поверхность матрицы, на которой должен отлагаться металл, наносят порошок графита, или же она металлизи­руется химическим путем.

Матрица должна служить катодом в электролитиче­ской ванне, наполненной раствором соли того металла, из которого должна быть изготовлена копия. Пластина этого металла служит анодом.Схема получения гальванопластической копии.Помимо получения копий художественных изделий, гальванопластика при­меняется в машино- и приборостроении для изготовления различных металли­ческих деталей сложной формы. Гальванопластическим способом изготавливают стереотипы для печатания изданий в большом количестве экземпляров.

С типографского набора выдавли­вается в пластичном материале углубленная копия-матрица, она графитируется, и на нее электролитическим путем наращивается слой металла, который и является гальваностереотипом.Гальваностегией называется электролитическое покрытие готовых изделий или полуфабрикатов (листов, проволоки, ленты) тонким слоем (обыч­но порядка микрона или десятков микрон) другого металла.В промышленно­сти гальваностегия имеет более широкое применение, чем гальванопластика. В зависимости от назначения покрытия, применяют самые различные металлы. Для защиты стали и чугуна от коррозии (от лат.

слова «corrosio» — разъеда­ние), т. е. разрушения вследствие взаимодействия с внешней средой, служат покрытия из цинка, кадмия, свинца и олова.

Для декоративных покры­тий, наряду с защитой от коррозии, используют никель, хром, серебро и зо­лото. Для повышения износоустойчивости применяются покрытия из хрома и железа.При электролизе на аноде сначала растворяются мельчайшие выступы ме­талла, благодаря чему сглаживаются неровности поверхности. Это обстоятель­ство используется для электрополировки металлических изделий.Поделитесь полезной статьей:

Гальванотехника
проект (8 класс) на тему

Гальванотехника – область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий.

Скачать:

ВложениеРазмер
galvanotehnika.docx789.78 КБ

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

БЕЛОЯРСКОГО РАЙОНА «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1

Проект в номинации № 7

« ___________ Гальванотехника ____________»

Кузьмина Максим Вадимович

Научный руководитель проекта:

Васильева Ирина Александровна

Учитель химии и биологии

2014-2015 учебный год

Список используемой литературы………………………………………………………………..11

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Начало практического использования человеком железа относят к 9 веку до нашей эры.

Но ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведенного в мире железа. Разрушение металлов и сплавов вследствие химического и электрохимического воздействия на них внешней среды называют коррозией металлов. Однако не только потеря металлов, но и порча изготовленных из них изделий обходится очень дорого. Затраты на ремонт или замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и коммуникаций во много раз превышают стоимость металла из которого они приготовлены. Поэтому борьба за сохранение металла от разрушения – борьба с коррозией имеет особое значение.

Для предотвращения коррозии используют методы гальванотехники, среди которых важное место занимают процессы гальваностегии.

В жизни, мне наверняка придется столкнуться не раз с проблемами коррозии, поэтому эту тему для себя я считаю очень актуальной.

Цель : исследовать возможность восстановления и дальнейшего использования подвергшихся коррозии металлических изделий.

1. Изучить основные технические методы гальванотехники

2.Провести восстановление металлического изделия путем его омеднения, никелирования и цинкования

3. Проверить стойкость нанесенных покрытий к химической коррозии.

В условиях школьной химической лаборатории возможно восстановление подвергшегося коррозии металлического изделия.

Предмет исследования: металлическое изделие, покрытое коррозией.

Объект исследования: электролитическое нанесение покрытий в виде металлов.

  • Изучение и анализ научной литературы по проблеме исследования
  • Эксперимент: гальваностегические методы покрытия поверхности металлического предмета для защиты его от коррозии
  • Обработка и анализ данных эксперимента
  1. Гальванотехника

Гальванотехника – область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий. Гальванотехника включает:

— гальваностегию – получение на поверхности изделий прочно сцепленных с ней тонких металлических покрытий;

— гальванопластику – получение легко отделяющихся, относительно толстых, точных копий с различных предметов, так называемых матриц.

Открытие и техническая разработка гальванотехники принадлежат русскому учёному Б. С. Якоби, о чём он доложил 5 октября 1838 на заседании Петербургской АН [2].

На практике гальванические покрытия на металлах применяют, прежде всего для защиты от коррозии и для получения зеркального блеска. Цинкование, хромирование, никелирование, лужение (оловом), омеднение – это все названия отдельных видов гальваностегии в зависимости от природы металла, используемого для покрытий. Некоторые покрытия делают специально для того, чтобы улучшить внешний вид изделий (хромирование, золочение), повысить их прочность, твердость, улучшить отражательную способность и т.д.

Гальванотехника основана на явлении электрокристаллизации — осаждении на катоде (покрываемом изделии в гальваностегии или матрице в гальванопластике) положительно заряженных ионов металлов из водных растворов их соединений при пропускании через раствор постоянного электрического тока.

Гальванические покрытия должны иметь мелкокристаллическую структуру и равномерную толщину на различных участках покрываемых изделий — выступах и углублениях. Это требование имеет в гальваностегии особенно важное значение при покрытии изделий сложной конфигурации.

Все процессы, как гальванопластики, так и гальваностегии протекают в гальванических ваннах. Часто гальванической ванной называют также состав находящегося в ней электролита. Материалом ванны в зависимости от её размеров и степени агрессивности электролита могут служить: керамика, эмалированный чугун, сталь, футерованная свинцом или винипластом, органическое стекло и др. Ёмкость ванн колеблется от долей м (для золочения) до 10 м и более [3].

Гальваностегия применяется шире, чем гальванопластика; её цель придать готовым изделиям или полуфабрикатам определённые свойства: повышенную коррозионную стойкость (цинкованием, кадмированием, лужением, свинцеванием), износостойкость трущихся поверхностей (хромированием, железнением). Гальванотехника применяется для защитно-декоративной отделки поверхности (достигается никелированием, хромированием, покрытием драгоценными металлами). По сравнению с издавна применявшимися методами нанесения покрытий (например, погружением в расплавленный металл) гальваностегический метод имеет ряд преимуществ, особенно в тех случаях, когда можно ограничиться незначительной толщиной покрытия.

Все покрытия в гальваностегии должны быть прочно сцеплены с покрываемыми изделиями; для многих видов покрытий это требование должно быть удовлетворено при любой степени деформации основного металла. Прочность сцепления между покрытием и основой обеспечивается надлежащей подготовкой поверхности покрываемых изделий, которая сводится к полному удалению окислов и жировых загрязнений путём травления или обезжиривания. При нанесении защитно-декоративных покрытий (серебряных, золотых и т. п.) необходимо удалить с поверхности изделий оставшуюся от предыдущих операций шероховатость шлифованием и полированием.

Технологический прогресс в гальваностегии развивается по пути непосредственного получения блестящих покрытий, не требующих дополнительной полировки; прогресс в области оборудования заключается в разработке и внедрении механизированных и автоматизированных агрегатов для механической подготовки поверхности и нанесения покрытий, включая все вспомогательные операции, вплоть до нанесения покрытий на непрерывную полосу с последующей штамповкой изделий (например, автомобильные кузова, консервная тара и др.).

Ведущими отраслями промышленности, в которых гальваностегия имеет значительный удельный вес, являются автомобилестроение, авиационная, радиотехническая и электронная промышленность и др.

  1. Практическая часть

Омеднение очень распространено в промышленности, но наряду с ним поверхности деталей покрывают и другими металлами. В своей работе, я решил кроме меди также использовать никель и цинк. В качестве деталей были выбраны гвозди, используемые в быту. Все гвозди имели одинаковый размер – 0,6 * 9,3 , а также одинаковую массу – 6,5 грамм.

Гвозди предварительно обработались наждачной бумагой, чтобы удалить оксидную пленку и пятна ржавчины, протерли щеткой, как следует промыли водой, обезжирили в горячем растворе стиральной соды и промыли еще раз [1].

В гальваническую ванну опустили на клемовых соединениях подготовленные гвозди. Те проволочки, которые идут от гвоздей, соединили вместе и подключили один к положительному полюсу источника тока, а второй – к отрицательному. Источник постоянного тока – выпрямитель тока с установленным напряжением не более 6 В.

Опыт № 1. Омеднение железных гвоздей.

Для приготовления раствора электролита я взял 20 г медного купороса и 2-3 мл серной кислоты на 100 мл воды.Налил в гальваническую ванну, и опустили в нее два гвоздя подсоеденных к источнику тока. Установил ток от 10 до 15 мА. Через шестьдесят минут выключили ток и вынул гвозди – один из них покрыт тонким слоем меди (рис. 1).Покрытие получилось равномерным и прочным.

Опыт № 2. Никелирование железных гвоздей.

Приготовил новый электролит (30 г сульфата никеля, 3,5 г хлорида никеля и 3 г борной кислоты на 100 мл воды) и налил этот электролит в другую ванну. Для никелирования тоже взял два приготовленных гвоздя. Их опустил в электролит, собрал схему так же, как при омеднении, и включил ток с такими же параметрами, как при омеднении, тоже на шестьдесят минут. Затем вынул гвозди, промыл и просушил их. Они покрыта сероватым матовым слоем никеля.

В некоторых местах наблюдается непрочное сцепление покрытия с основой, что я объясняю недостатками предварительной подготовки изделия (рис. 2.).

Опыт № 3. Цинкование железных гвоздей.

В третьем опыте я покрывал гвозди цинком. Для этого приготовил электролит (30 г сульфата цинка на 100 мл воды) и налили его в гальваническуюванну (рис. 3.). Для цинкования тоже взял два приготовленных гвоздя. Проделал все тоже самое как в двух предыдущих опытах.После завершения цинкования один из гвоздей был покрыт сероватым слоем цинка. Покрытие было прочным и ровным (рис. 4.).

Таким образом, я получил три гвоздя, покрытых разными металлами методом гальваностегии.

После проведения трех опытов гвозди вновь взвешивались (см. диаграмма 1).

Изменение массы в результате опыта.

Из диаграммы видно, что масса гвоздей незначительно увеличилась из-за образовавшегося на поверхности металлического покрытия.

Для того, чтобы проверить стойкость этих покрытий к коррозии, я решил провести опыт химической коррозирования.

Опыт № 4. Проверка стойкости покрытий к коррозии.

Для проведения этого опыта я подготовил три пробирки с резиновыми пробками, в которые налил равные объемы раствора хлорида натрия (5 мл).

В три пробирки были помещены гвозди, покрытые никелем, цинком и медью. Раствор хлорида натрия не полностью покрывал подготовленную часть гвоздей, а только частично (рис. 5.). В таком состоянии гвозди были оставлены на неделю.

Через три дня наблюдалось появление ржавчины на поверхности гвоздей. В основном ржавчина появлялась в верхней части гвоздей, которая была не покрыта металлами, а также на поверхности соприкосновения гвоздя с покрытием и раствора с хлоридом натрия, что собственно меня и интересовало (рис. 6.). Гвозди были взвешены и снова помещены в пробирки для продолжения опыты.

Через неделю я завершил свой эксперимент (рис. 7.). На рисунке видно, что вместе соприкосновения раствора соли и гвоздя произошла коррозия. Визуально больше всего коррозии подвергся гвоздь, покрытый никелем, затем – гвоздь, покрытый цинком. Более стойким оказался гвоздь после омеднения.

По окончании опыта снова был проверен вес гвоздей частично уже покрытых ржавчиной (см. диаграмма 2).

Сравнение массы в процессе химической коррозии.

Из диаграммы видно, что масса гвоздей незначительно увеличилась. Меньше всего изменилась масса омедненного гвоздя. Для того, чтобы подтвердить стойкость медного покрытия к коррозии была найдена разность массы гвоздей после гальванического покрытия и проведения опыта по химической коррозии.

  1. Изменение массы гвоздя, покрытого медью:

m = 6,616 – 6,608 = 0,008 г.

  1. Изменение массы гвоздя, покрытого никелем:

m = 6,7 – 6,605 = 0,095 г.

  1. Изменение массы гвоздя, покрытого цинком:

m = 6,59 – 6,505 = 0,085 г.

Таким образом, расчеты подтвердили, что больше подвергся коррозии гвоздь покрытый никелем, а более стойким покрытием оказалось медное.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×