Гальванопластика это что такое

Гальванопластика – технология получения точных металлических копий, путем осаждения металла на модели, которые после окончания процесса отделяются. Точности рабочих размеров и шероховатости поверхностей, получаемых гальванопластических копий, всецело зависят от точности размеров и шероховатости поверхности модели, на которую происходит осаждение металла.

Важную роль в процессе гальванопластического формирования изделия играет подготовка поверхности используемой формы и создание на ней токопроводящего слоя.

Перед нанесением токопроводящего слоя, поверхность модели должна быть вымыта и обезжирена. Качество обезжиривание контролируется визуально.

Нанесение токопроводящего слоя.

Существует несколько разновидностей токопроводящих слоев, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, так же не все могут быть применены в каких-либо ситуациях. Выбор токопроводящего слоя зависит от ряда факторов, в том числе и от материала модели.

Для моделей из эластомеров (каучуки, резины и др.) чаще всего используется коллоидный графит. Поверхность предварительно обрабатывают (протирают) ацетоном или спиртом, высушивают. Графит наносят мягкой кисточкой на поверхность модели, до тех пор, пока слой не будет выглядеть равномерно и однотонно. Излишки графита сдувают, после чего модель промывают. Данный метод рекомендуется использовать в том случае, когда есть возможность проникнуть кистью во все полости матрицы и равномерно нанести слой графита.

Для моделей с более сложным рельефом поверхности, рекомендуется наносить токопроводящую пленку из серебра. Для этого модель обезжиривают, промывают и погружают в раствор сенсибилизации на 5-10 минут.

Состав раствора сенсибилизации:

Состав электролита (г/л) и режим работыРаствор сенсибилизации
Олово двухлористое SnCl210-30
Соляная кислота, мл/л HCl2-10
Температура, °C18-25

После обработки в данном растворе следует тщательная промывка модели в холодной воде, в процессе чего происходит гидролиз двухлористого олова с образованием малорастворимых соединений.

После сенсибилизации проводят процесс химического серебрения из растворов:

Серебро азотнокислое AgNO3, г/л4
Пираголол, г/л3,5
Лимонная кислота C6H8O7, г/л4

Данные растворы должны быть приготовлены в отдельных емкостях и охлаждены до температуры 1-15 °C, затем, непосредственно перед серебрением при перемешивании раствор «Б» вливают в раствор «А», по следующей технологии:

Раствор «А» залить прямо на модель, а затем, аккуратно перемешивая раствор моделью, при одновременном разбавлении дистиллированной водой влить раствор «Б». Раствор «А», раствор «Б» и дистиллированная вода берутся в соотношении 1:1:1. Операцию необходимо повторить 2 раза.

Как это делается. Гальваника. Гальванопластика. Электрохимия.

Далее модель с нанесенным токопроводящим слоем погружают в сернокислую ванну меднения для затяжки.

Для моделей, выполненных из диэлектриков, как правило, используется способ химического нанесения токопроводящего слоя. Модель предварительно очень тщательно обезжиривается, отдельно внимание уделяется такому параметру как «смачиваемость поверхности»

Ранее часто применялись раздельные растворы для сенсибилизации и активации поверхности диэлектрика, но в настоящее время в основном используются растворы «смешанного» типа, в которых одновременно происходит и сенсибилизация и активация.

Состав раствора и режим работы:

Состав электролита (г/л) и режим работыСмешанный раствор сенсибилизации
Дихлористый палладий PdCl20,5-1
Двухлористое олово SnCl240-45
Соляная кислота HCl70-75
Калий хлористый KCl140-150
Температура, °C15-25

После обработке в «смешанном» растворе модель необходимо тщательно промыть в холодной воде, это необходимо для образования на поверхности модели пленки из коллоидного палладия.

Далее модель можно завешивать в сернокислую ванну меднения для дальнейшей металлизации.

Нанесение полупроводниковых пленок.

Сущность этого метода состоит в операции сорбции неорганических веществ поверхностью полимера и преобразование их в кислорастворимые соединения под действием сульфирующих агентов. Рассмотрим нанесение токопроводящих пленок на основе сульфида свинца и меди.

Нанесение сульфида свинца осуществляется из раствора следующего состава:

Состав электролита и режим работыРаствор горячего сульфидирования
Свинец азотнокислый Pb(NO3)2, конц., мл/л50
Калий едкое KOH, г/л4-5
Тиомочевина, конц. CS(NH2)2, мл/л30
Температура, °C45-60
Время процесса, мин20-30

После нанесения пленки из сульфида свинца модель необходимо промыть в горячей проточной воде, при наличии не прокрытых мест операцию необходимо повторить.

Недостатком этого способа является повышенная температура, затрудняющая работу с некоторыми видами диэлектриков, или с моделями, размер которых является точно заданным. Так же к недостаткам можно отнести тот факт, что данный раствор является по сути одноразовым.

Нанесение токопроводящего слоя сульфида меди.

Преимущества данного способа перед вышеописанным является небольшое время продолжительности процесса, сравнительно высокая стабильность применяемых растворов. Технология нанесения сульфида меди заключается в последовательной обработке поверхности раствором соли металла, водой и раствором сульфидирующего агента. Адсорбция на поверхности продуктов гидролиза соли металла происходит на стадии промывки водой. Технология нанесения токопроводящей пленки сульфида меди:

1. Сорбция в растовре:

Состав электролита и режим работыСорбционный раствор
Медь сернокислая CuSO4, г/л10-100
Цинк сернокислый ZnSO4, г/л50-100
Аммиак водный NH3, мл/л150-200
pH8,5-9,5
Температура, °C18-25
Время процесса, мин0,5-1

2. Гидролиз в воде, в течении 0,1-0,2 мин.

3. Сульфидирование в растворе

Состав электролита и режим работыРаствор сульфидирования
Сульфид натрия Na2S, г/л10-50
Температура, °C18-25
Время процесса, мин0,1-0,5

4. Промывка в воде в течение 0,1-0,5 мин.

Модель или деталь проходит выше описанные стадии несколько раз, до тех пор, пока на ней не появится коричневая пленка, когда пленка станет равномерной по площади детали, процесс можно прекращать и приступать к затяжке медью или никелем.

Нанесение гальванических осадков.

После нанесения токопроводящего слоя на модель необходимо провести операцию «затяжки» или нанесения первичного покрытия. Затяжку производят при низких плотностях тока, что обеспечивает эластичность осаждаемого металла. Затяжку осуществляют в разбавленных сернокислых электролитах меднения.

Состав и режим работы:

Состав электролита и режим работыРазбавленный электролит меднения
Медь сернокислая CuSO4, г/л140-160
Кислота серная H2SO4, г/л10-15
Спирт этиловый CH3COOH, мл/л20-30
Температура, °C18-25
Время процесса, мин15-30

Модель завешивается в ванну под током. Необходимо следить за тем, что бы при завешивании в углублениях модели не оставалось пузырьков воздуха, иначе там останутся не прокрытые участки. После осаждения первичного слоя модель переносят в ванну для осаждения рабочего слоя.

Рабочие слои формируются, как правило, из меди, путем наращивая толстых слоев, никеля или железа. Электролиты и режимы работы представлены ниже.

Состав и режим работы:

Состав электролита (г/л) и режим работыЭлектролит №1Электролит №2Электролит №3Электролит №4
Никель сернокислый NiSO4170240140-160360
Никель хлористый NiCl245
Борная кислота H3BO33020-3030
Натрий хлористый NaCl4040
Натрий уксуснокислый CH3COONa50
Уксусная кислота, 80% CH3COOH1
Магний сернокислый MgSO425-30
Натрий сернокислый NaSO4180-200
Калий хлористый KCl5-10
Натрий фтористый NaF15
Катодная плотность тока, А/дм 24-85-100,5-0,81,5
Температура, °C70-7250-6036-3840
pH5.6-5.85.6

Электролиты меднения для нанесения толстых слоев меди.

Состав и режим работы:

Состав электролита (г/л) и режим работыЭлектролит №1Электролит №2Электролит №3
Медь сульфаминовокислая (NH2SO3)2Cu240-260200200
Кислота серная H2SO460-705030
Антрацен сульфированный0,2
Температура, °C37-3925-3818-20
Катодная плотность тока, А/дм 24-102-51-3
Перемешивание++
ФильтрацияПериодическаяПериодическаяПериодическая

Электролиты для нанесения толстых слоев железа.

Для нанесения толстых слоев железа применяют сернокислые и хлористые электролиты.

Сернокислые электролиты железнения.

Состав и режим работы:

Состав электролита (г/л) и режим работыЭлектролит №1Электролит №2Электролит №3Электролит №4
Железо сернокислое FeSO4180-200400350120
Магний сернокислый MgSO44025020-25
Натрий двууглеродистый Na2CO325-305-10
Натрий хлористый NaCl200
Катодная плотность тока, А/дм 20,1-0,1510-2010-203-4
Температура, °C18-2090-10010275-80

Хлористые электролиты железнения.

Состав и режим работы:

Состав электролита (г/л) и режим работыЭлектролит №1Электролит №2Электролит №3Электролит №4
Железо хлористое FeCl2450500500700-800
Кальций хлористый CaCl2500150
Натрий хлористый NaCl29509
Соляная кислота HCl0,2-0,53-42-33-4
Катодная плотность тока, А/дм 210-202010-2510-20
Температура, °C90-10010695-100100-105

В декоративной гальванопластике процессы железнения почти не используются, т.к. это больше прерогатива промышленных производств, при изготовлении матриц или пресс форм. В декоративной гальванопластике чаще всего используются электролиты меднения и реже электролиты никелирования, с последующим нанесением на медную или никелевую модель изделия тонкого слоя серебра или золота, либо иной другой способ придания модели или изделию товарного вида.

Гальванопластика является очень тонким процессом и требует постоянного контроля над изделием. Процессы гальванопластического осаждения толстых слоев могут быть достаточно длительными по времени, в зависимости от необходимой толщины осаждаемого слоя, и могут длиться от нескольких часов до нескольких недель.

Оборудование и самодельные устройства

Оборудование для гальваностегии ничем не отличается от оборудования, применяемого для гальванопластики. В качестве гальванической ванны может быть использована любая стеклянная байка такого размера, чтобы покрываемый металлом предмет свободно в ней размещался и при этом не находился слишком близко от анодных пластин.

Гальваническая ванна в четырехугольной банке

Рис. 1. Гальваническая ванна в четырехугольной банке.

Удобнее всего пользоваться четырехугольными стеклянными баньками (рис. 1).

Из толстой медной проволоки или трубок делают поперечные пере-!кладины, из которых две (а) служат для подвешивания никелевых или медных пластин — а н од о в, а третья (б)-для никелируемых или Омедняемых предметов.

Гальваническая ванна в круглой банке

Рис. 2. Гальваническая ванна в круглой банке.

В круглой банке анодную пластину приходится сгибать в виде цилиндра (с) (рис. 2).

Покрываемые предметы подвешивают на медных проволоках. Анодных пластин должно быть две. Важно, чтобы покрываемые предметы были обращены к анодам своими наибольшими площадями и находились с ними примерно в Параллельных плоскостях.

Перекладины, к которым подвешиваются аноды и покрываемые предметы, необходимо снабдить клеммами для удoбcтвa и надежности соединения (см. рис. 3). Проволоки, которыми прикреплен анод к перекладине, должны находиться выше уровня Электролита, особенно если они сделаны из другого металла.

Анодные пластины включаются Между собой параллельно и присоединяются обязательно к клемме «плюс» источника тока аккумулятора или выпрямителя).

Аноды должны быть тщательно очищены от окислов, грязи и обезжирены, так же как и предметы, предназначенные для покрытия металлом.

Важным условием успешного никелирования и меднения является чистота. Если в электролите появилась легкая муть или образовался осадок, электролит необходимо профильтровать.

На рис. 3 показана схема включения гальванической ванны. В качестве источника можно использовать автомобильный аккумулятор или выпрямитель (напряжением 6-12 В), питающийся от сети переменного тока напряжением 127-220 В. К схеме необходимо подключать вольтметр и амперметр. Если поверхность покрываемого предмета менее 2 дм^2, можно использовать миллиамперметр на 500 мА.

Сопротивление реостата должно быть порядка 8-10 Ом, чтобы можно было изменять ток в пределах долей ампера.

При сборке электрической цепи ванны очень важно не спутать полюсы у аккумулятора или выпрямителя, так как анодные пластины должны быть обязательно подключены к положительному полюсу, а деталь (предмет) — к отрицательному. При неправильном включении будет «растворяться» металл детали или предмета, что приведет к порче электролита.

Ровное плотное покрытие предмета никелем или медью зависит от величины электрического тока, не превосходящей известного предела и зависящей от площади поверхности предмета.

Например, если норма плотности тока равна 0,5 А на 1 дм^2 и предмет имеет общую поверхность около 0,5 дм^2, то ток не должен превышать 0,5 X 0,5 = 0,25 А. При большем токе никель или медь будут откладываться темным, непрочным, легко отделяющимся слоем. Если предмет имеет заостренные части, плотность тока следует уменьшить в 2-3 раза.

Предметы погружают в ванну под напряжением. Для этого их сначала подвешивают на медных голых проводниках диаметром 0,8-1 мм к перекладине (медная трубка), подключают к источнику электрического тока (при этом реостат включают на полное сопротивление) и опускают в ванну с электролитом. Затем, уменьшая сопротивление реостата, доводят ток до нормы.

Схема включения гальванической ванны в электрическую цепь

Рис. 3. Схема включения гальванической ванны в электрическую цепь.

Во время гальванизации деталь или предмет два-три раза вынимают из ванны на короткое время и осматривают. Если металл откладывается неравномерно, изменяют положение предмета, повернув его к аноду той стороной, на которой слой металла получается тоньше.

При правильном процессе никелирования никель откладывается матовым, повсюду ровным, серебристым слоем. Появление темных пятен свидетельствует о плохом обезжиривании. Тонкий слой металла откладывается на детали или предмете за 20-30 мин, толстый слой — за несколько часов.

Предмет, вынутый из ванны, как бы хорошо он ни был предварительно отполирован, имеет матовую поверхность. Для придания блеска его полируют тончайшим мелом (зубным порошком) при помощи суконки. Можно также полировать крокусом, но очень осторожно, чтобы не повредить слой никеля.

Примечание. В любительских конструкциях широко применяется алюминий. Анодирование можно выполнять переменным током 12- 24 В. Деталь (лист) полируют до зеркального блеска, протирают ацетоном и химически обезжиривают в растворе едкого натра 50 г/л. Время обезжиривания 3-5 мин, температура раствора 50° С.

Анодирование переменным током заключается в следующем. Если анодируется деталь (лист), то она является первым электродом, а вторым может быть обработанная алюминиевая болванка или лист.

Контакты токоподводов обязательно должны быть алюминиевые. Электролитом служит 20-процентный раствор серной кислоты.

Условия анодирования следующие.

  1. Для алюминия и плакированного дюралюминия плотность тока 1,5-2 А/дм^2 при напряжении 12 В. Время анодирования 25-30 мин, температура электролита не выше 25° С.
  2. Для неплакированного дюралюминия плотность тока 2-3 А/дм^2 при напряжении 12-20 В. Время анодирования 20-25 мин, температура электролита — около 25° С.

Электролитическая гальванопластика

С копируемого предмета или изделия прежде всего снимают отпечаток, т. е. делают форму из легкоплавного металла, воска, пластилина или гипса. Копируемый предмет, натертый мылом, кладут в картонную коробку и заливают легкоплавким сплавом Вуда или другими легкоплавкими сплавами.

После отливки предмет вынимают и полученную форму обезжиривают и подвергают меднению в электролитической ванне. Для того что-

бы металл не откладывался на тех сторонах формы, где нет оттиска, их покрывают при помощи кисточки расплавленным воском или парафином. После меднения легкоплавкий металл расплавляют в кипящей воде и получают матрицу. Матрицу заливают гипсом или свинцом, и копия готова.

Для изготовления форм применяют следующую восковую композицию:

  • Воск — 20в. ч.
  • Парафин — 3 в. ч.
  • Графит — 1 в. ч.

Если форму изготовляют из диэлектрика (воск, пластилин, парафин, гипс), ее поверхность покрывают электропроводным слоем. Проводящий слой может быть нанесен способом восстановления некоторых металлов (серебра, меди, никеля) или механическим путем — втиранием в поверхность формы чешуйчатого графита мягкой волосяной кистью.

Графит тщательно растирают в фарфоровой ступке, просеивают через сито или марлю и наносят на поверхность изделия мягкой кистью или ватным тампоном. Графит лучше прилипает к пластилину. Формы из гипса, дерева, стекла, пластмассы и папье-маше покрывают раствором воска в бензине.

На поверхность, не успевшую высохнуть, наносят графитную пудру, а лишний, неприлипший графит сдувают.

Гальваническое покрытие легко отделяется от формы, покрытой графитом. Если форма выполнена из металла, то на ее поверхности необходимо создать электропроводящую пленку оксида, сульфида или другой нерастворимой соли, например на серебре — хлорида серебра, на свинце — сульфита свинца, чтобы форма хорошо отделялась от покрытия.

Медные, серебряные и свинцовые поверхности обрабатывают 1%-ным раствором сульфида натрия, в результате чего на них образуются нерастворимые сульфиды.

Осаждение металла на поверхности формы. Подготовленную форму погружают в ванну, схема которой находится под током, чтобы не растворилась разделяющая пленка. Сначала проводят «затяжку» (покрытие) проводящего слоя меди при малой плотности тока в растворе такого состава:

  • Сернокислая медь (медный купорос) — 150-200 г,
  • Серная кислота — 7-15 г,
  • Этиловый спирт — 30-50 мл,
  • Вода — 1000 мл.

Рабочая температура электролита 18-25° С, плотность тока 1-2 А/дм^2. Спирт необходим для повышения смачиваемости поверхности. После того как вся поверхность «затянется» слоем меди, форму переносят в электролит, предназначенный для гальванопластики.

Для гальванопластических работ (меднение) рекомендуется следующий состав:

  • Сернокислая медь (медный купорос) — 340 в. ч.
  • Серная кислота — 2 в. ч.
  • Вода — 1000 в, ч.

Температура электролита 25-28° С. Плотность тока 5-8 А/дм2.

Расчет плотности тока

Ровное плотное покрытие предмета металлом (медью, никелем и прочими металлами) получается при определенной величине тока, которая зависит от двух факторов:

  • площади поверхности предмета;
  • допустимой для данного электролита плотности тока.

Производится следующий расчет. К примеру, модель предмета имеет общую поверхность равную 0,5 дм2. Допустимая плотность тока в реакции должна составлять 0,5 А/дм2. Это значит, что ток не должен превышать Iмакс=0,5-0,5=0,25 (А).

Электрическая схема подключения

Электрическую схему подключения вы можете без проблем найти в интернете. Однако следует помнить одно простое правило. Для получения хорошего осадка необходимо, чтобы в процессе реакции поддерживалась надлежащая сила тока на единицу поверхности катода. Для регулирования электрической схемы пользуются реостатом, который вводят через провода к ванне. А чтобы знать напряжение на электродах, ставится вольтметр.

Примеры изделий из гальванопластики вы могли видеть в церквях, музеях, выставках. Это иконы, гербы, таблички с надписями.

Преимущества метода гальванопластики перед другими способами копирования деталей и декоративных изделий

  1. Высокое качество воспроизводимых копий;
  2. Возможность точного воспроизведения мельчайших деталей фактуры и рельефа оригинального изделия;
  3. Возможность изготовления как уникальных изделий, так и крупных партий;
  4. Низкая стоимость производства по сравнению с другими методами: литьем, ковкой, чеканкой;
  5. Высокая скорость изготовления гальванопластических изделий;
  6. Многократное использование одной и той же формы;
  7. Тождественность копий, снимаемых с одной формы;
  8. Возможность изготавливать не только мелкие, но и крупные изделия — в зависимости от размера гальванической емкости и мощности источников тока;
  9. Меньший вес копии по сравнению в оригинальным изделием;
  10. Возможность придать изделию необходимый цвет и создать защитное покрытие на этапе финишной обработки.

Метод гальванопластики позволяет создавать изделия, до мельчайших подробностей совпадающие с оригиналом. Можно воспроизводить копии фактур коры дерева, выделанной кожи, натурального камня, растений (листьев и цветов) и даже металлические копии насекомых.

41i0rFI4n2L

unnamed

Область применения гальванопластики

Область применения гальванопластики в промышленности довольно обширна. При помощи этого метода изготавливаются, например, бесшовные трубы, волноводы, гильзы с кумулятивным зарядом (для бронебойных снарядов и бурения нефтяных скважин), пресс-формы и штампы, пластины для печати и тиснения. Кроме того, гальванопластика применяется в оптике — при изготовлении видеодисков и голографических штампов, телескопов, отражателей. Изготавливаются также тонкослойные изделия: печатные платы, огнестойкие одеяла, бесшовные ленты, солнечные поглотители, решетки для микроскопов и сита для сахарной центрифуги. В авиационно-космической промышленности метод гальванопластики применяется для производства радиаторов ракетных конусов, воздухозаборников, прожекторов, щитов для лопастей вертолетов. Гальванопластика используется даже в производстве таких повседневных изделий, как электробритвы!

Наиболее интересной областью применения метода является художественная гальванопластика. При помощи этой технологии можно копировать барельефы, гербы, монеты, ордена и медали, ювелирные украшения. Еще гальванопластика применяется при реставрации или создании декора интерьера: подсвечников, статуэток, сувениров и даже некоторых предметов мебели (например, ножек стульев или дверных ручек).

Методом гальванопластики можно воспроизводить и скульптуры. На первом этапе процесса создания таких скульптур изготавливается первичная форма из глины. После этого глиняная фигура разделяется на несколько частей, с которых снимаются гипсовые копии — вторичные формы. Гипсовые элементы подвергаются обработке: их тщательно высушивают и пропитывают. Пропитка гипса нужна потому, что сам по себе материал обладает высокой гигроскопичностью. Поэтому необходимо пропитать его воском или парафином. На следующем этапе на гипсовые формы наносят графитный слой, чтобы изделие могло проводить электрический ток.

После этого гипсовые элементы, покрытые графитом, помещают в гальваническую ванну (емкость с электролитом) и запускают процесс электролиза — на формы оседает медь. Добавленная к электролиту серная кислота ускоряет процесс осаждения металла. Полученные металлические копии монтируют и соединяют друг с другом, так, что получается готовая скульптура. В последствии мастера осуществляют монтажные работы: изготавливают каркас для изделия, припаивают отдельные элементы, зачищают швы.

В компании Art Stone Group вы можете заказать изготовление скульптур и других художественных изделий, полученных методом гальванопластики. Внешне они практически неотличимых от изделий из бронзы!

Копируем старинную монету при помощи гальванопластики

Любители-коллекционеры, увлекающиеся сбором старинных монет, могут использовать простой способ снятия копий со старинных монет.

Каждую сторону монеты аккуратно оттискивают на пластилине. Чтобы монета не прилипла к пластилину, ее смачивают мыльным раствором. Кромки оттисков подравнивают так, чтобы углубление в пластилине было равно половине высоты монеты. Затем холодной водой смывают мыло, подсушивают пластилин, пока его температура не достигнет комнатной- 18-20° С.

Затем на поверхность оттиска мягкой кисточкой намыливают порошок бронзы (в хозяйственных магазинах он продается под названием «Краска под золото»). На блестящую бронзовую пленку надо гальваническим способом осадить слой меди. Напыленная бронза не проводит электрического тока, и медь на нее не может осесть.

Чтобы такую поверхность сделать токопроводящей, ее обрабатывают концентрированным раствором двухлористого олова. Поверхность из золотисто-желтой превратится в оловянно-желтую и станет электропроводящей.

Для осаждения на этой поверхности слоя меди надо иметь гальваническую ванну с раствором медного электролита. Для электролита на 1 л дистиллированной или кипяченой воды берут 220-250 г медного купороса, 15-18 г серной кислоты и 35-40 г этилового спирта. Спирт можно заменить двойным количеством водки или 2-3 г фенола (карболовая кислота).

Затем в нескольких местах токопроводящей поверхности оттиска втыкают тоненькие жилки от многожильного провода и соединяют их с общим проводом. Оттиснутая форма будет в ванне минусом (катод). С положительным полюсом соединяют кусочек меди, равный по площади монете или чуть больше нее. Все это опускают в раствор электролита.

Расстояние между электродами 8-10 см.

В качестве источника тока используется выпрямитель либо четыре-пять элементов «373» «Сатурн», соединенных последовательно и включенных в соответствующей полярности. Через 1-2 мин осматривают оттиск. Если осаждающийся на нем слой меди имеет красноватый цвет, как бы поджаренный, значит, ток велик и надо отсоединить одни элемент или уменьшить напряжение на выходе выпрямителя.

Опытным путем добиваются, чтобы слой меди приобрел телеснокрасноватый оттенок с мелкими поблескивающими кристаллами. В этом случае медь будет пластичной.

Осаждать ее нужно в течение 5-6 ч. Потом модель вынимают из пластилина, промывают теплой водой и ножницами выравнивают края. Внутреннюю часть модели покрывают флюсом (канифоль, растворенная в спирте или бензине), заливают до краев оловом или припоем ПОС-60. После заливки обе половины монеты подравнивают и, наконец, спаивают между собой.

Шов зачищают, монету промывают и опускают ее на несколько минут в раствор электролита (без подключения электрического тока). Оловянный шов покроется тонким слоем меди.

Копия монеты готова. Пройдет несколько месяцев, медь — потускнеет, покроется окисью, и тогда трудно будет отличить копию от оригинала.

Литература: В. Г. Бастанов. 300 практических советов, 1986г.

Гальванопластика это что такое

Главная Технологии Гальванопластика

Гальванопластика — это процесс получения точных металлических копий путем электроосаждения металла. Однако в последние годы наряду с изготовлением точных металлических копий широкое применение получил способ изготовления объемных деталей, не преследующий цели снятия копии. Следовательно, более точное определение: «Гальванопластика — это получение или воспроизведение предмета электроосаждением».

Различие между гальваностегией и гальванопластикой заключается в том, что в гальваностегии добиваются наилучшего сращивания осаждаемого металла с катодной основой, а в гальванопластике — полного отделения осаждаемого металла от металла основы. Между технологиями гальваностегии и гальванопластики существуют определенные различия, прежде всего в методах подготовки поверхности к осаждению. В гальваностегии с целью наиболее прочного сцепления металла покрытия с металлом основы осаждение производится на специально подготовленную поверхность, очищенную от окислов и жировых загрязнении. В гальванопластике, наоборот, для легкого отделения металлической копии от металлической формы осаждение производится на поверхность металла, покрытую специальной пленкой, называемой разделительным слоем.

Значительная толщина наращиваемого металла в гальванопластике приводит к необходимости использования электролитов и режимов процессов для скоростного наращивания металла, отличных от тех, которые применяются в гальваностегии. Кроме того, в гальванопластике предъявляются более жесткие требования к структуре осажденного металла и его механическим свойствам, например к внутренним напряжениям, которые должны быть минимальны, в особенности если речь идет о нанесении металла на форму из диэлектрика с тонким проводящим слоем.

В технологической схеме гальванопластики перед основным электролизом предусматривается еще одна электрохимическая операция, которая называется «затяжкой». Под затяжкой понимают первичное наращивание металла на проводящий или разделительный слои до полного их закрытия. Составы электролитов и режимы электролиза для процесса затяжки значительно отличаются от основных электролитов.

Как это было отмечено, технология гальванопластики применяется не только в современном производстве для получения точных копий с поверхности предметов, но является также методом изготовления деталей определенных форм и размеров, обладающих специальными физико-химическими свойствами. Поэтому особое внимание приобретают вопросы конструирования форм, а также выбор металлов и сплавов, обеспечивающих получение осадков с требуемыми свойствами. Таким образом, в гальванопластике уделяется большое внимание следующим видам работ, отсутствующим в гальваностегии: изготовлению форм; нанесению проводящего слоя (или разделительного); первичному элсктроосаждению металла (затяжке); скоростному наращиванию металла в основном электролите: механической обработке для удаления технологических припусков, наростов и излишков металлического осадка на отдельных участках покрытой формы; отделению форм от осадка.

В машино- и приборостроении применяют гальванопластические формы для прессования из пластмасс зубчатых колес, колец, рефлекторов и т. д. Весьма широкое применение нашла гальванопластика в производстве грампластинок при изготовлении никелевых матриц.

В радиотехнической и электронной промышленности широкое применение получили гальванопластическое изготовление волноводных узлов, получение фольги. Методом гальванопластики изготавливают трубы различного диаметра, коробки для аккумуляторов, сопла и другие детали. Широкие возможности гальванопластики позволяют изготавливать тонкостенные легкие полые изделия сложной формы и высокой точности для авиации и космонавтики. В качестве примеров можно назвать изготовление наконечников и протекторов элементов антиобледенительной защиты контуров винтов самолетов и вертолетов, трубок Пито и Вентури, деталей ракетных двигателей, аэродинамических труб, диафрагм для ракет, криогенных сосудов давления, рефлекторов, сильфонов.

Различные отрасли промышленности нуждаются в большом количестве разнообразных сетчатых изделий (сита, решетки. бесшовные сетчатые трубы, сетки для электробритв, перфорированные гильзы). Метод гальванопластики дает возможность получать точные размеры отверстий в сочетании с большой прочностью всего изделия и может обеспечить полную автоматизацию их изготовления. Гальванопластику широко используют для изготовления товаров широкого потребления: кувшинов, абажуров для настольных ламп, мемориальных досок и табличек с надписями, фильтров для выжимания плодово-ягодных соков, колпачков авторучек, фурнитуры, брошек, пуговиц, барельефов и медалей.

Электролиты, применяемые в гальванопластике. Требования к электролитам

Основными требованиями к электролитам в гальванопластике являются заданные физико-химические и механические свойства осадков, высокая скорость осаждения металла, равномерное распределение металла по поверхности катода, стабильность электролита.

Известно, что при электроосажденни металла даже сравнительно небольшие изменения в составе электролита и режиме электролиза приводят к изменению физико-химических характеристик. Так, изменение рН сульфатного электролита никелирования с 4 до 6 позволяет повысить твердость, предел прочности и внутренние напряжения никелевого осадка. В еще большей степени на свойства осадков влияет замена одного электролита другим. Так, осадки меди, полученные из сульфатного электролита, имеют твердость 850-1000 МПа и предел прочности 120- 290 МПа, тогда как осадки из цианистого электролита — соответственно 1500-2300 МПа и 260-390 МПа.

Для интенсификации процесса наращивания толстых слоев металла в гальванопластике используются электролиты, позволяющие вести процесс электроосаждения при высоких плотностях тока, с использованием высококонцентрированных по металлу электролитов, с перемешиванием, а также с движением формы в процессе осаждения. В последнее время с этой же целью применяются различные виды токов: реверсирование тока, наложение переменного тока на постоянный и др.

Большое значение в гальванопластике имеют вопросы, связанные со стабильностью, состава электролита. Стабильные результаты можно получать только при постоянстве всех определяющих параметров процесса электролиза.

Стабильность процесса электролиза прежде всего определяется сбалансированностью катодного и анодного процессов. Поскольку процесс осаждения металла измеряется многими часами, а иногда и сутками, то могут произойти заметные изменения в составе электролита за счет разницы в катодном и анодном выходах но току. Таким образом, электролит необходимо систематически корректировать. Электролиты, которые требуют частой корректировки состава, малопригодны для гальванопластических целей.

При изготовлении сложнопрофилированных деталей необходимо учитывать равномерность распределения металла по поверхности формы, а это, в свою очередь, зависит от рассеивающей способности электролита, взаиморасположения формы и анодов, способа подвода тока к катоду. Практически трудно найти электролит, который отвечал бы всем указанным требованиям, поэтому выбор электролита осуществляют с учетом лишь основных особенностей процесса.

В гальванопластике в настоящее время используют довольно ограниченное число металлов и сплавов. Наиболее широко применяют медь, никель и железо, а из сплавов — никель-кобальт и никель-железо.

Электроосаждение сплавов является весьма перспективным процессом, так как позволяет расширить диапазон материалов, пригодных для гальванопластических целей. В ближайшее время получат широкое использование композиционные материалы, совмещающие положительные свойства металлов и неметаллов, а также оксидов, карбидов, нитридов и др.

В последнее десятилетие в гальванопластике нашло применение электроосаждение вольфрама, молибдена, ниобия, циркония, тантала и других редких металлов из расплавов, а также осаждение алюминия из органических растворов.

Структура и свойства никеля

Электролитические осадки никеля обладают хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью, а также повышенной механической прочностью при температурах ниже нуля. Эти свойства обеспечивают широкое применение никеля для электролитического формования различных деталей.

Свойства осадков никеля в значительной степени зависят от состава используемых электролитов, а также от режимов осаждения. Этим широко пользуются на практике при получении деталей с определенными механическими характеристиками. Анализ данных, приведенных в литературе, показывает, что свойства электроосажденного никеля изменяются в широких пределах. Например, осадки могут иметь твердость от 1,37 до 5,8 ГПа, прочность от 0,34 до 1,37 ГПа и относительное удлинение от 1,5 до 30%.

Осадки никеля, полученные из сульфатного электролита Уоттса, характеризуются волокнистой структурой, которая укрупняетcя с толщиной. Структура осадков, полученных из сульфаматного электролита, изменяется от крупнозернистой столбчатой при рН 2,5 до мелкозернистой столбчатой при рН 5.

При более высоких рН наблюдается слоистая структура с внутренними трещинами.

Одной из основных характеристик никелевых осадков являются внутренние напряжения. Большие внутренние наиряжения часто являются причиной растрескивания осадка в процессе осаждения на форму. Для осадков никеля характерны как растягивающие, так и сжимающие напряжения. Знак напряжений в значительной степени зависит от специальных добавок, используемых при осаждении. Величина внутренних напряжений зависит от природы электролита. Так, осадки, получаемые из сульфатного электролита, имеют высокие внутренние напряжения. Осадки же из сульфаматного электролита характеризуются небольшими внутренними напряжениями, что обеспечивает наиболее широкое применение его в гальванопластике.

Величина внутренних напряжений в никелевых осадках уменьшается с увеличением толщины осадка. Для осадков никеля из сульфатного электролита наблюдается изменение внутренних напряжений до толщины осадка 10-13 мкм. При дальнейшем увеличении толщины они практически остаются постоянными. В сульфаматном электролите с увеличением толщины осадка внутренние напряжения также уменьшаются и становятся постоянными примерно при толщине осадка 20-25 мкм.

На величину внутренних напряжений оказывают влияние состав электролита и режимы осаждения. В связи с этим большое внимание необходимо обращать на степень химической чистоты используемых растворов, поскольку наличие посторонних примесей (например, анионов NO-2, СrО4-2 и катионов таких металлов, как хром, магний, кобальт, свинец, олово, железо, цинк) приводит к значительному росту внутренних напряжений. Исследована зависимость внутренних напряжений в осадках никеля от плотности тока в электролитах с различной степенью очистки. Из зависимостей, установлено, что из неочищенных сульфатных электролитов получаются осадки с очень большими внутренними напряжениями, увеличивающимися с повышением катодной плотности тока. Наименьшими внутренними напряжениями обладали осадки из сульфаматного электролита, обработанного пергидролем.

Органические добавки, вводимые в электролиты никелирования для увеличения твердости и блеска осадков, также значительно изменяют внутренние напряжения. Например, добавка в сульфаматный электролит производных сульфоароматических альдегидов позволяет повысить твердость осадков никеля до 6,8 ГПа и изменить внутренние напряжения растяжения от 0,17 ГПа до напряжений сжатия, имеющих величину 0,39 ГПа. Целый ряд других органических добавок также способен изменять не только величину внутренних напряжений, но и их характер. Для уменьшения внутренних напряжений в электролиты никелирования часто добавляют сахарин. Однако следует учитывать, что уже незначительные добавки сахарина (0,12-0,25 г/л) значительно снижают величину напряжений, переводя их из растягивающих в сжимающие даже при высоких плотностях тока.

Внутренние напряжения в осадках никеля зависит от концентрации основных компонентов в электролите. Установлено, что в сульфаматном электролите с изменением концентрации соли никеля от 100 до 800 г/л наблюдается тенденция к уменьшению внутренних напряжений растяжения до нулевых значений с последующим переходом их в напряжения сжатия; причем наиболее значительное изменение наблюдается в интервале концентраций 350- 650 г/л.

Повышение концентрации ионов хлора, вводимых в электролиты никелирования в виде хлоридов никеля или натрия для ускорения процесса растворения анодов, обычно увеличивает величину внутренних напряжений. Следует учитывать, что присутствие и других галогенов в никелевых электролитах также увеличивает внутренние напряжения и повышает их хрупкость. Наибольшее влияние оказывают фториды и иодиды, поэтому загрязнение ими электролитов недопустимо.

Хрупкость никелевых осадков, получаемых из сульфаматных электролитов, может возникнуть вследствие включения в них серы. Предполагается, что накопление серы является результатом окисления ионов сульфаминовой кислоты. В зависимости от количества накопившейся серы в никелевых осадках возникают напряжения растяжения или сжатия.

Борная кислота, добавляемая в никелевые электролиты как буферная добавка, почти не оказывает влияния на свойства никелевых отложений. В то же время изменение рН растворов оказывает большое влияние на величину внутренних напряжений. С изменением рН растворов значения внутренних напряжений проходят через минимум, причем с понижением концентрации сульфамата никеля минимум напряжений перемещается в область более высоких значений рН.

С повышением температуры электролитов внутренние напряжения осадков уменьшаются. После осаждения в сульфаматном электролите при температуре 60°С отмечаются незначительные внутренние напряжения осадков, что объясняется укрупнением кристаллов осадков при повышенных температурах.

Твердость осадков никеля мало зависит от концентраций сульфамата никеля и хлоридов в электролите, но заметно изменяется с увеличением плотности тока и рН электролита. Это объясняется структурными изменениями, происходящими в осадках. Например, при небольших значениях рН получаются осадки с крупнозернистой структурой, имеющие твердость 1,27-1,76 ГПа. При увеличении рН наблюдается измельчение структуры, сопровождающееся повышением твердости. При рН выше 5 твердость осадков достигает 3,9 ГПа.

Резкое изменение (уменьшение) твердости в зависимости от катодной плотности тока наблюдается при ее высоких значениях. При плотности тока 1-5 А/дм2, применяемой в гальванопластических процессах, твердость изменяется мало, незначительно повышаясь.

С повышением температуры сульфаматного электролита от 20 до 60°С твердость никелевых осадков снижается примерно на 15-20%, вследствие укрупнения их структуры. Твердость осадков никеля увеличивается также с введением в электролиты органических добавок, способствующих измельчению структуры; К таким добавкам относятся сахарин, бензосульфид, пропаргиловый спирт.Повысить твердость осадков можно путем соосаждения никеля с тонкодисперсными частицами окислов. Например, осаждение никеля в сульфаматном электролите в присутствии окиси кремния при катодной плотности тока 3-4 А/дм2, температуре электролита 30-45°С и рН 5,3-5,8 позволило получить осадки с твердостью 60-65 HRC.

Воздействие повышенных температур снижает твердость никелевых осадков. При температуре 800-1000°С микротвердость осадков почти в 1,7 раза меньше микротвердости тех же осадков при 20°С.

В процессах конструкционной гальванопластики (электрохимического формования) большое значение приобретает знание прочностных характеристик осадков никеля. Это связано с тем, что изготавливаемые детали используют в различных приборах и машинах, где они подвергаются воздействию различных сил, создающих в них напряжения и приводящих в конце концов к деформации. В связи с этим на протяжении ряда лет ведутся исследования прочности, пластичности, упругости, вязкости и некоторых других свойств электролитического никеля.

Прочностные характеристики никеля, так же как и свойства других осадков, зависят от их толщины, условии осаждения и состава применяемых электролитов. Прочность осадков незначительно снижается с увеличением их толщины, тогда как ударная вязкость резко уменьшается. Повышение температуры испытаний приводит к снижению прочностных свойств. Термическая обработка осадков никеля с последующим охлаждением также снижает прочностные характеристики и твердость. Относительное удлинение при этом повышается.

Понижение температуры до минусовой, наоборот, повышает прочностные характеристики осадков никеля. В связи с этим электроосажденный никель рекомендуется для изготовления баллонов в криогенной технике.

Механические свойства осадков никеля,так же как твердость и внутренние напряжения, зависят от режимов осаждения и состава электролитов. Предел текучести осадков при повышении катодной плотности тока уменьшается . Относительное удлинение осадков никеля с повышением плотности тока увеличивается.

Повышение температуры никелевых электролитов в пределах 30-60°С несколько снижает прочность осадков и повышает их пластичность. При изменении рН от 1,75 до 5,5 предел прочности повышается с 0,45 до 1,07 ГПа, а относительное удлинение падает с 17 до 6%. Твердость увеличивается от 1,37 до 1,76 ГПа.

Содержание основных компонентов, за исключением хлорида никеля, оказывает незначительное влияние на прочностные характеристики. Увеличение концентрации хлорида никеля от 5 до 8 г/л увеличивает предел прочности осадков на 13-15%. Одновременно уменьшается пластичность осадков, так как в них увеличиваются внутренние напряжения. Введение в электролит органических добавок способствует повышению прочностных характеристик осадков никеля. Так, добавка 1,3,6-трисульфонафталиновой кислоты позволяет получить осадки с пределом прочности до 1,04 ГПа.

Высокие прочностные свойства (0,78-0,83 ГПа) при достаточно высоком относительном удлинении (15-18%) имеют осадки никеля с добавкой карбида вольфрама до 24%.

Пористость никелевых осадков сохраняется до толщины 20-30 мкм. При толщине 50 мкм осадки практически беспористые, поэтому тонкостенные детали, изготовленные электролитическим формованием, способны работать под давлением, не допуская утечки газов или жидкостей.

Никель, вследствие сильно выраженной склонности к пассивированию, достаточно стоек против атмосферной коррозии. Коррозионная стойкость никелевых осадков в солевом тумане и в промышленной атмосфере сравнима с коррозионной стойкостью металлургических сплавов на основе никеля, а также коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т.

Никелевые осадки устойчивы к воздействию щелочей и некоторых кислот, что обеспечивает применение никелевой гальванопластики в химической промышленности. Скорость окисления электролитических никелевых осадков при повышенных температуpax (до 1000°С) достаточно высокая и почти одинаковая со скоростью окисления металлургического никеля, а при более высоких температурах скорость окисления возрастает. При 1200°С на поверхности никеля наблюдается образование темно-коричневой окисной пленки.

Никелевые осадки хорошо свариваются с другими металлами, например с коррозионно-стойкой сталью, со сталью 20.

Историческое значение изобретения Якоби

Изобретение русского физика стало одним из важнейших открытий всего XIX века. Сегодня гальванопластика используется для создания металлического покрытия на автомобилях, бытовой техники, мебели, ювелирных изделий и многих других предметов. Этот метод применяется и в науке для создания точных копий археологических находок.

За свое прорывное открытие Борис Якоби получил многочисленные награды и почетные звания. Так, на Всемирной выставке в Париже его наградили Большой золотой медалью. Имя Якоби стало известно во всем мире.

Борис Якоби сделал огромный вклад в развитие промышленности и науки. Его открытие — гальванопластика — стало одним из самых важных методов обработки металлов, а его гений признали ученые, архитекторы и промышленники по всему миру.

Популярные вопросы

Вопрос: Кто изобрел гальванопластику?

Ответ: Русский физик Борис Якоби.

Вопрос: Какие награды Якоби получил за изобретение гальванопластики?

Ответ: В России Бориса Якоби наградили Демидовской премией размером в 25 тысяч рублей. В Париже на Всемирной выставке за достижения в сфере электротехники и металлообработки ему вручили Большую золотую медаль.

Вопрос: Как работает гальванопластика?

Ответ: Противоположно заряженные катод и анод погружают в солевой раствор. При воздействии гальванического тока металлические соединения анода и катода распадаются и заново оседают на катоде, повторяя его форму. Осадок в виде металлической пластины можно легко отсоединить.

Воинская и трудовая доблесть

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий