Что может гальваника?

При эксплуатации металлических изделий к поверхности, как правило, предъявляются повышенные требования: прочности, коррозионной стойкости, способности выдерживать перепады температур, а также  паяемости, износостойкости, декоративности и др.

Все эти свойства детали в основном приобретают благодаря всемогущей науке – гальванике! В результате электролиза металл тонким слоем осаждается на поверхности изделия, придавая ему необходимые качества.

Как и за счет чего это происходит? Каким образом подбирается состав электролита, чтобы обеспечить заданные свойства?

Защита от коррозии.

По способу защиты гальванические покрытия делятся на катодные и анодные.

Катодные покрытия имеют более положительный потенциал по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены, а  анодные покрытия – более электроотрицательный.

Медные, никелевые, серебряные и золотые гальванические покрытия, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, a цинковые и кадмиевые по отношению к стали — анодными.

Катодные гальванические покрытия защищают поверхность детали механически, изолируя ее, от окружающей среды, поэтому основное требование к катодным покрытиям — беспористость.

Анодные гальванические покрытия защищают металл детали электрохимически, поэтому степень их пористости не играет существенной роли.

Нанесение цинковых и кадмиевых гальванических покрытий не требует нанесения предварительного подслоя. Для повышения коррозионной стойкости достаточно провести операцию хроматирования (см. «Процесс цинкования»).

Иной подход к процессам меднения и никелирования: чтобы обеспечить коррозионную стойкость изделия необходимо получить мелкокристаллическое гальваническое покрытие с хорошей адгезией и достаточной толщиной. Именно поэтому соль основного металла входит в состав электролита в виде сложного комплекса: пирофосфатного, этилендиаминового, железистосинеродистого и др. (см. «Как выбрать электролит меднения?»).

Это повышает степень поляризации, а значит, способствует получению более качественного защитного покрытия. Более подробно данный механизм представлен в нашем обучающем курсе.

Как правило, чтобы обеспечить беспористость поверхности катодные гальванические покрытия для защиты от коррозии применяются в наборе: Cu – Ni – Cr,  Ni – Cu – Sn-Vi и др.

Декоративность гальванических покрытий обеспечивается введением в состав электролита блескообразователей. В значительной степени на внешний вид покрытия влияет состояние поверхности: чем меньше шероховатость, тем выше степень блеска даже при отсутствии в электролите блескообразователя.

Функциональные свойства гальванических покрытий.

Кроме защиты от коррозии гальванические покрытия позволяют придать поверхности изделий специальные свойства: паяемость, износостойкость, твердость, магнитные свойства.

Для получения заданных свойств, подбираются необходимые по составу электролиты, температурный и токовый режим осаждения.

Однако, перечень гальванических покрытий, обладающих необходимыми функциональными свойствами из чистых металлов сравнительно невелик, поэтому особый интерес приобретают сплавы.

Паяемость обеспечивается нанесением оловянного покрытия. В зависимости от применяемого припоя наносят гальванические покрытия сплавами олово-висмут или олово-свинец с различным содержанием компонентов (см. «Осаждение сплавов олова»).

Износостойкость можно повысить нанесением хромового покрытия, а также сплавов Cr – Mo, Cr – W, Ni – Co и др.

Магнитные свойства поверхность приобретает при осаждении покрытия  из Fe – Ni, Ni – Co, Fe – Co сплавов.

Необходимым условием совместного осаждения двух и более металлов является равенство их потенциалов при нанесении гальванического покрытия. Сближение потенциалов можно осуществить путем изменения концентрации компонентов или поляризации, т.е. комплексообразованием или введением в электролиты некоторых поверхностно-активных веществ (ПАВ). Введение ПАВ вызывает резкое торможение катодного процесса у положительного металла, тем самым создает условие сближения потенциалов.

Гальванопластическое наращивание.

Основная задача гальванопластики – изготовление деталей сложной конфигурации методом наращивания. Гальванопластика применяется в  приборостроении, автомобильном производстве для изготовления тонкостенных полых изделий,  где требуется высокая точность и чистота обработки внутренней поверхности и которые невозможно выполнить механически.

Гальванопластическое наращивание подразумевает осаждение толстослойных гальванических покрытий (до 1,5 – 2 мм), обладающих высокой пластичностью и отсутствием межкристаллических дефектов. Эти требования выполнимы далеко не для всех металлов. Глубоко изучены механизмы осаждения меди, никеля, никель-кобальтовых и железо-никелевых сплавов. За счет состава электролита, режимов осаждения и конструкции установки удается получить заданные характеристики.

Например, с увеличением плотности тока возрастает предел прочности покрытия, а относительное удлинение уменьшается. С увеличением толщины осадков увеличивается шероховатость. Использование в составе сернокислого электролита меднения блескообразующих добавок повышает равномерность осадка и позволяет увеличить рабочую плотность тока.

Поэтому для наращивания меди можно применять более доступный сернокислый электролит, а никелевое покрытие получается пластичным только из сульфаматного комплекса.

При наращивании драгоценных металлов – золота и серебра, так востребованных в ювелирной промышленности, толстым считается  покрытие порядка 25 мкм, т.к. эти покрытия имеют кубическую гранецентрированную решетку.

Золотые и серебряные  покрытия в основном применяются в качестве функциональных при нанесении первичного слоя с последующим наращиванием рабочих слоев из никеля или меди.

Несомненно, гальванопластика по своим возможностям изготовления с одной стороны уникальна, а с другой – требует работы высоко квалифицированной команды из гальваника, конструктора, электротехника и материаловеда.

Качество наращиваемого гальванического покрытия помимо состава электролита и режима осаждения в значительной степени зависит от оборудования и оснастки, которые изготавливаются непосредственно для поставленной задачи. Это может быть вращение катода, прокачка и фильтрация электролита, возможно струйная подача, определенное расположение деталей в ванне и др.

Тем не менее, будущее за гальванопластикой!

По вопросам разработки и внедрения технологии нанесения гальванических покрытий обращайтесь к нам!

Похожие публикации:

• "Что такое гальванопластика? Часть 1."
• "Что такое гальванопластика? Часть 2."
• "Причины нарушения качества гальванических покрытий."