Технология выполнения цинкования в домашних условиях. Техника гальванопластики в домашних условиях

Гальваника – это раздел науки под названием «Электрохимия», в котором изучается осаждение электролитов на поверхности металлов. Так же называется и собственно процесс нанесения металлического покрытия на любое изделие. Для защиты от коррозии, например, используется цинкование или хромирование.

Несмотря на то что процесс нанесения электролитов достаточно сложный и небезопасный, сегодня становится популярной декоративная, то есть предназначенная для украшения и защиты гальваника в домашних условиях.

Есть и другое толкование этого термина, но об этом позднее.

Общее представление о гальванике

Гальваническое покрытие может быть как технологическим, так и декоративно-защитным. Оно представляет собой тонкий поверхностный слой металла, обладающего хорошим эстетичным видом (золото, серебро) или антикоррозионными свойствами (цинк, медь) на металлических или пластмассовых изделиях.

В общих чертах гальваника металла в домашних условиях выглядит несложно. В ванночку с электролитом опускаются аноды, которые подключаются к «плюсу», а между ними - в качестве катода - обрабатываемая деталь, подключенная к «минусу». Когда электрическая цепь замыкается, металл, который содержится в электролите, осаждается на катод, то есть изделие.

Оборудование для гальваники

В домашних условиях и оборудование можно сделать своими руками. В первую очередь нужен источник питания, так как процесс протекает под действием электрического тока. В показателях силы тока домашние мастера расходятся, называя их в очень большом диапазоне. Но обязательным условием является наличие регулятора напряжения для плавного изменения выходной мощности. Ток должен быть постоянным, поэтому в качестве источника называют выпрямитель собственного или заводского изготовления.

Умельцы приспосабливают сварочный аппарат для гальваники в домашних условиях.

Для электролита нужна емкость (ванночка) из химически нейтрального материала. Это может быть стеклянная или пластиковая посудина достаточных размеров, чтобы в нее помещалась для обработки деталь и необходимое количество электролита. Она должна выдерживать высокую, до 80 °С, температуру и быть достаточно прочной.

Еще нужны аноды, площадь которых должна быть больше площади детали. Они служат для подвода электрического тока в электролит и его равномерного распределения по детали. Кроме того, они должны в электролите возмещать убыль металла, который выделяется при покрытии изделий, и выполнять некоторые окислительные процессы.

Нагревательные приборы для доведения электролита до нужной температуры лучше использовать с возможностью регулирования тепловых режимов. Например, бытовая газовая плита для этой цели не подходит. Обычно используют маленькую электроплитку и утюг, в котором можно установить необходимую температуру подошвы.

Оборудование для приготовления электролита

Для хранения химических реактивов и электролитов нужна стеклянная посуда с притертыми крышками.

Для приготовления электролитов необходимые вещества нужно отмерять с точностью до одного грамма. Для этого нужны соответствующие весы. Их можно приобрести или изготовить самостоятельно, используя в качестве гирек советские монетки, номинал которых точно соответствует массе.

Гальваника в домашних условиях – это и приготовление электролита из добытых непростым путем химических реактивов. Специализированные фирмы, торгующие такими высококачественными веществами, не редкость, но их деятельность подконтрольна, и работа с ними требует наличия специальных разрешительных документов даже для юридических лиц. Частным лицам опасные химические вещества не продают.

Подготовка изделия к гальванике

Собрав все необходимое (найдя в гараже, закупив и смонтировав своими руками), можно приступать к подготовке детали. Этот этап работ очень ответственный. Успешная гальваника в домашних условиях требует тщательной очистки детали. От подготовки поверхности зависит и качество гальванического покрытия. Поэтому, в зависимости от желаемого результата, деталь не только обезжиривают. Во многих случаях требуется пескоструйная обработка, затем шлифовка с помощью наждачной бумаги и шлифовочных паст.

Для обезжиривания детали промывают либо в чистых органических растворителях, ацетоне, спирте или бензине, либо в подготовленных растворах. Например, для обезжиривания стальных или чугунных деталей используются горячие, до 90 °С, растворы с едким натром, кальцинированной содой, жидким стеклом, фосфорнокислым натрием.

А изделия из цветных металлов обрабатываются в растворах с хозяйственным мылом и тем же фосфорнокислым натрием.

Окисную пленку снимают в специальных декапирующих растворах с соляной или серной кислотой.

Техника безопасности при работах

Гальваника в домашних условиях (хромирование, меднение, никелирование) - процесс опасный. Во-первых, из-за токсичности используемых веществ. Во-вторых, из-за необходимости нагрева растворов до высоких температур. А в-третьих, из-за риска, с которым связаны любые электрохимические процессы.

Не стоит воспринимать термин «в домашних условиях» буквально. Лучше заниматься гальваникой в гараже или другом нежилом помещении с хорошей вентиляцией. Используемое электрическое оборудование нужно обязательно заземлять.

И очень важно позаботиться о личной безопасности. Ни в коем случае нельзя что-либо пить или есть во время процесса, чтобы не наглотаться заодно и вредных испарений.

Работать нужно в респираторе, резиновых, прочных и мягких перчатках, плотном клеенчатом фартуке и обуви, защищающей кожу ног. Нужно беречь глаза, чтобы в них не попали мелкие брызги реактивов. Не будет лишним и перечитать специальную литературу по этой теме, чтобы подготовиться к возможным неожиданностям.

Никелирование металлических изделий

Никелирование может быть финишным или промежуточным (перед хромированием) покрытием. Этот процесс не вызывает особых сложностей, поверхности имеют красивый внешний вид, стойки к атмосферным воздействиям.

Температура электролита не выше 25 °С при плотности тока до 1,2 А/кв. дм.

В электролит входят водные растворы сернокислого никеля, натрия и магния, чистая поваренная соль (хлористый натрий) и борная кислота.

Необходимую кислотность электролита – 4-5 рН – проверяют лакмусовой бумагой. Она должна окраситься в красный цвет. Процесс занимает около получаса в зависимости от плотности тока и толщины наносимого покрытия.

После окончания процесса изделие нужно промыть в воде, высушить и отполировать на войлочном круге с полирующей пастой.

Хромирование изделий из металла

Хромируют металлические детали для повышения их твердости и стойкости к коррозии, для получения декоративного эффекта. Из-за пористости хромового покрытия перед его нанесением сначала выполняется гальваника медью в домашних условиях или никелирование, а то и поочередное нанесение этих покрытий.

Стабильный процесс хромирования обеспечивают аноды, изготовленные из сплава свинца с оловом и сурьмой в пропорциях 85%:11%:4% соответственно.

Как гальваника в домашних условиях, хромирование сложней и многообразней никелирования. Во-первых, от температуры электролита зависит оттенок покрытия. При температурах в диапазоне от 35 до 55 °С оно блестящее, выше 55 °С – молочное, ниже 35 °С – матовое.

Во-вторых, от состава электролита зависит цвет и физические параметры хромового покрытия. Оно может быть обычным защитным, темно-голубым, агатовым, синим или даже черным декоративно-защитным.
Износостойкое защитное покрытие в домашних условиях выполнить сложно, так как нужны токи высокой плотности – до 100 А/кв. дм.

При комнатной температуре и плотности тока до 5 А/кв. дм получается декоративное мягкое покрытие.

После завершения гальванического процесса хромирования деталь промывают в воде, затем нейтрализуют в легком растворе обычной пищевой соды, опять тщательно промывают, сушат и полируют со специальными пастами.

Меднение металлических изделий

Для чего еще может понадобиться гальваника в домашних условиях? Меднение производят для нанесения на поверхность тонкого токопроводящего слоя с малым сопротивлением или для защиты основного металла детали.

Наносить медь на черные металлы в домашних условиях, так как в этом процессе используются цианистые электролиты, смертельно опасно. Поэтому стальные или чугунные детали сначала никелируют, а только потом покрывают медью в электролитах из раствора медного купороса и концентрированной серной кислоты в воде комнатной температуры. Плотность тока при этом невысокая – до 2 А/кв. дм.

Алюминиевые детали тоже требуют предварительной подготовки. Их сначала декапируют (очищают от окисной пленки), затем оксидируют в электролите из водного раствора серной кислоты, затем тщательно промывают. Только потом выполняется гальваника в домашних условиях - меднение в электролите из медного купороса и водного раствора серной кислоты при достаточно низких температурах, до 20 °С, и низкой плотности тока. В качестве анода используется обычная медная пластина подходящей площади.

Серебрение и золочение изделий

Гальваническое серебрение – это не только декоративное, но и защитное, и электропроводящее покрытие с хорошей отражающей способностью. Изделия из черных металлов предварительно покрываются никелем, на который уже осаждается серебро.

Электролит для серебрения состоит из хлористого серебра, железноцианистого калия, кальцинированной соды и дистиллированной воды. Рабочая температура электролита не выше 20 °С, не требуется и высокая мощность тока – она не больше 0,1 А/кв. дм. В качестве анода используются графические пластины.

Наиболее декоративная и потому соблазнительная гальваника в домашних условиях - золочение. Процесс производят в горячих растворах золота (до 5 г на литр воды) с синеродистым калием. В холодных растворах количество металла нужно увеличивать втрое. Пары синеродистой кислоты очень ядовиты, поэтому процесс золочения в горячем растворе необходимо производить только в помещениях с мощной принудительной вытяжкой.

При работе с холодным раствором с синеродистой кислотой тоже нужно соблюдать предельную осторожность: не склоняться над ванной, не совать в нее руки, особенно со свежими ссадинами или царапинами.

Еще лучше ядовитую кислоту заменить желтой кровавой солью, то есть железистосинеродистым калием. Перед приготовлением электролита обычное золото превращают в хлорное при помощи царской водки, если, конечно, нет возможности приобрести готовое.

Как сделать гальванику в домашних условиях? Нужно тщательно очистить изделие. Затем, если оно выполнено из свинца, олова, железа, цинка или стали, его нужно предварительно покрыть медью. Затем для того, чтобы облегчить приставание золота, предмет нужно окунуть в раствор азотнокислой ртути.

Плотность тока должна быть не выше 1 А/кв. дм, так как при более сильных токах золото из электролита оседает на дно ванны в виде черного порошка, а позолота на изделии становится буроватого цвета.

Для того чтобы была красивой позолота, нужно у анода подвесить достаточно большой листик золота. После завершения гальванического процесса позолоченное изделие нужно просушить в опилках и отполировать.

Гальваника в домашних условиях

Подводя итоги о возможности нанесения гальванического покрытия в домашних условиях, можно сказать, что человеку, не разбирающемуся в электрохимии хотя бы на начальном уровне, организовывать процесс не стоит – слишком опасно. Кроме информации на различных сайтах и форумах, нужно обязательно читать специальную литературу. К тому же частное лицо не имеет доступа к реактивам. Поэтому, если нужно восстановить хромирование на одной детали, значительно дешевле обратиться к специалистам.

Ну а если уж очень хочется освоить новое производство самостоятельно, то тоже нужно попросить о помощи профессионалов, которые подберут необходимое безопасное оборудование (ведь производство не должно быть совсем уж кустарным), блоки питания, электролиты, не содержащие токсичных веществ, рассчитают параметры ванн и анодов. А также обучат процессам нанесения металлического покрытия, всем тем процедурам (их ведь не так много), которые приводят к желаемому результату.

Гальваника для лица в домашних условиях

После всего описанного выше такое название звучит несколько угрожающе. На самом же деле это всего лишь глубокое очищение кожи с помощью гальванических токов малой мощности. Под воздействием этих токов кожные жиры растворяются и выходят на поверхность лица, покрытого специальным составом, взаимодействуя с которым, превращаются в мыло.

Гальванические токи в медицине используются для усиления работы ионов. Это активно заряженные частицы, отвечающие за многие рабочие процессы в клетках. Под воздействием постоянного тока ионы перемещаются, улучшается проницаемость клеточных мембран, запускается выработка волокон коллагена и эластина, увеличивая прочность, упругость и эластичность кожи.

Гальванические токи проводят в глубокие слои дермы косметические средства с собственным электрическим зарядом. То есть процесс оздоровления кожи проходит изнутри, исчезают глубокие морщины, сужаются расширенные поры, кожа усиленно насыщается кислородом.

Аппарат «Гальваника + микротоки» в домашних условиях M365 Gezatone на сегодня наиболее доступная модель косметологического прибора нового поколения. Он помогает избавиться от угрей, разгладить морщины на увядающей коже, снизить проявления сосудистой сеточки, укрепить сосуды, улучшить контуры лица, убрать второй подбородок.

Процедура гальванической чистки лица

До начала процедуры кожу очищают обычными средствами: молочком или гелем. Затем наносят щелочной состав. Затем начинается непосредственно гальваника в домашних условиях. Gezatone Beauty Lifting - специальный аппарат для процедуры не только гальванической чистки, но и для введения в кожу питательных веществ под действием тех же токов. Процедура длится около пятнадцати минут – только круговые движения наконечником вдоль массажных линий лица, и ничего более – затем образовавшееся при реакции жиров со щелочью мыло смывается теплой водой.

Но токи есть токи, даже с приставкой «микро». Запрещено проходить процедуру гальванической чистки людям с вживленным кардиостимулятором, онкологическими заболеваниями, невротическими состояниями, болезнями кожи.

В заключение можно сказать, что гальваника в домашних условиях – это не только опасный для здоровья процесс нанесения металлического покрытия на изделия, который в собственно жилом помещении осуществлять не стоит, но и современная безболезненная, безопасная и достаточно эффективная процедура омоложения кожи лица, шеи и зоны декольте.

Известно две разновидности гальванизации – гальваностегия и гальванопластика. В первом случае получается несъемное гальваническое покрытие, которое изменяет характеристики деталей и предметов. В зависимости от преследуемых целей, обработанные изделия приобретают новые свойства: декоративность, хорошую отражательную способность, устойчивость к механическому воздействию и коррозии, износостойкость. С помощью гальванопластики в домашних условиях или на производстве создают точные копии образцов (осажденный слой металла отделяется от матрицы).

Технология гальванизации: общие сведения

Независимо от того, выполняется или в домашних условиях, обработка осуществляется в емкости, наполненной токопроводящим раствором.

Предмет помещается между двумя растворимыми или нерастворимыми анодами и подключается к отрицательному контакту. Аноды подсоединяются к плюсовому контакту. Оптимальное соотношение площадей катода/анода – 1:1.

Процесс гальванизации запускается при замыкании электрической сети – с этого момента начинается перенос на отрицательно заряженное изделие (катод) ионов металла. В результате этого на предмете образуется покрытие нужной толщины.

Выбор типа покрытия

Если в приоритете решение технических задач (изменение электрической проводимости и антифрикционных свойств, повышение отражательной способности, прочности, устойчивости к коррозии), то применяются серебро, никель, медь. В декоративных целях обычно используются драгоценные металлы: родий, золото, серебро, палладий

Такое разделение очень условно. С помощью серебрения (золочения) удается получить качественное защитное покрытие, устойчивое к агрессивным средам. Меднение также находит применение в декоре изделий (такое покрытие подвергается дополнительной оксидной обработке).

Практика показывает: серьезно усилить прочность обрабатываемых заготовок путем гальванизации их поверхности можно только на производстве. В домашней мастерской достичь необходимого результата сложно, поэтому работа мастеров в первую очередь направлена на повышение привлекательности предмета.

Метод гальваники

Гальваника, выполняемая своими руками в домашних условиях, требует применения специального оборудования. Совсем необязательно оно должно быть профессиональным. Мастера находят доступную замену.

Подготавливая гальваническую установку своими руками, мастеру придется подыскать пластиковую или стеклянную ванну нужного объема. Требуется достаточно прочная, электроизолирующая, кислотоустойчивая емкость. В нее должны поместиться обрабатываемый предмет и нужное количество электролита и аноды.

Источник питания должен иметь регулятор выходного напряжения и тока – это позволит мастеру в процессе работы изменять параметры обработки. Обычно источником питания становится выпрямитель тока.

Важный элемент домашней установки – растворимые и нерастворимые аноды.

Чтобы процесс протекал правильно, мастера соблюдают оптимальное соотношение площадей детали и анодов (1:1). Подвесочные приспособления создают опору предмету и способствуют правильному распределению тока.

Гальваника процесс

Гальваника в домашних условиях осуществляется с применением реактивов. На этом этапе могут возникнуть сложности – многие химические вещества доступны только тем, кто предварительно получил документы разрешительного характера.

Необходимо позаботиться о правильном хранении компонентов. Реактивы, а также готовые электролиты помещают в стеклянные или прочные пластиковые емкости с крышками.

При приготовлении состава крайне важно с большой точностью отмерять все компоненты – лучше всего использовать для этого электронные весы.

Подготовительный процесс

Качество (однородность, прочность) готового покрытия напрямую зависит от правильности проведения подготовки поверхности к гальванизации. Во многих случаях удаления загрязнений и обезжиривания бывает недостаточно – может понадобиться пескоструйная обработка. Иногда требуется шлифовка специальными пастами или наждачной бумагой.

В домашних условиях для удаления жирной пленки и других загрязнений с поверхностей часто применяется спирт и другие органические растворители. Могут также использоваться обезжиривающие растворы.

При подготовке к гальванизации изделий из стали и чугуна применяется раствор, содержащий кальцинированную соду, каустик, силикатный клей (из расчета на 1 л – 50 г, 20 г и 5-15 г соответственно). Температура раствора – 70-90°С. Для очищения предметов из цветных металлов используется раствор гидрофосфата натрия и хозяйственного твердого мыла (по 10-20 г/1 л). При проведении процедуры температура составляет 90°С.

Техника безопасности

При проведении гальванических операций мастер обязан соблюдать технику безопасности. Опасность этого технологического процесса заключается в использовании токсичных химических компонентов. Усложняет ситуацию нагрев электролита до высоких температур. Вредные испарения поражают дыхательную систему, существует риск получения химических ожогов кожи и слизистой.

Работу необходимо проводить в нежилом помещении, оборудованном хорошей вентиляцией – в мастерской, пристройке, гараже. Требуется обеспечить заземление.

Глаза нужно защитить очками. Перчатки для рук должны быть достаточно мягкими, но прочными. Также понадобятся клеенчатый фартук и резиновая обувь.

Нельзя на рабочем месте пить или есть – велик риск оседания на продуктах вредных веществ, которые приведут к отравлению.

Перед началом работы стоит обязательно изучить специальную литературу с доступным описанием особенностей процесса.

Драгоценные металлы в гальванике

Гальваническое золочение (серебрение) используют для придания изделию декоративных свойств. При использовании гальванического метода, мастера получают не просто облагороженный драгоценным металлом предмет, а точную копию исходного изделия. Оно может быть как простым, так и сложным. Нанесенный на заготовку слой металла отделяется от основы.

Поверхность предметов, изготовленных из черных металлов, перед серебрением предварительно меднится. Температура раствора зависит от используемого состава. Аноды изготавливаются из серебра чистотой 999.

Процесс гальванического золочения требует использования готовых электролитов. Предварительно деталь очищается и обрабатывается для улучшения адгезии гальваническим никелем. Если предмет изготовлен из алюминия и его сплавов, нанести позолоту в домашних условиях невозможно. Позолоченный предмет тщательно промывают, а затем просушивают на воздухе.

Никель в гальванике

Слой никеля наносится на заготовку перед процедурой золочения. Никель обладает хорошими защитными свойствами – он ограждает поверхность заготовки от действия агрессивных факторов, выдерживает контакт с разными средами, препятствует окислению и коррозии.

Никелевое покрытие красиво смотрится. Толщина слоя бывает разной – от 0,8 до 55 мкм. При обработке предметов применяются сернокислые, солянокислые или сульфаминовые электролиты. Температура, кислотность, плотность тока зависят от состава раствора.

Медь в гальванике

Меднение :

• ограждает поверхность заготовки от коррозии;
• создает поверхностный слой с низким электрическим сопротивлением.
• Стоит учесть, что без предварительного никелирования чугунные поверхности можно подвергнуть меднению только в щелочном электролите. Такой раствор находит применение на производствах.

Гальванопластика - техника электролитического осаждения металлов на поверхности различных предметов (матриц) с целью получения точных металлических копий - впервые была разработана и применена на практике в 1838 году русским ученым, академиком Б. С. Якоби. При его непосредственном участии было изготовлено много замечательных произведений искусства, статуи и барельефы для Исаакиевского собора, Эрмитажа, Зимнего дворца, Петропавловского собора, в том числе знаменитая квадрига для фронтона Большого театра в Москве.

Гальванопластика основана на кристаллизации металлов из водных растворов их солей при пропускании через них постоянного электрического тока. Этот процесс называется электролизом.

Ток подводится с помощью двух металлических пластин - электродов, помещенных в электролит. Пластина, соединенная с положительным полюсом источника тока, называется анодом. Другая пластина, соединенная с отрицательным полюсом источника тока, - катод.

В гальванопластике катодами служат предметы (матрицы), на которые осаждается металл, а анодами - пластины или прутки металла, которым этот предмет (матрицу) покрывают.

Схематически процесс электролиза представлен на рисунке 1. При прохождении тока через электролит анод притягивает к себе отрицательно заряженные ионы, а катод - положительно заряженные ионы. Когда ионы достигают электродов, они теряют заряд, выделяясь в виде нейтральных атомов или групп атомов.

Гальванопластика широко применяется в промышленности для изготовления прессформ, полых тонкостенных трубок, сложных деталей с толщиной стенок от нескольких микрон до десятков миллиметров. Габариты деталей ограничиваются только объемом электролитных ванн.

Матрицы изготавливают из пластмасс, стекла, нержавеющей стали, алюминия, различных легкоплавких сплавов, свинца. На поверхность матрицы из изоляционного материала предварительно наносят электропроводный слой.

Матрицы бывают разрушаемые и постоянные. Первые изготавливают из легкоплавких металлов и из сплавов пластмасс. Материалом для изготовления вторых служат сталь, медь, никель или алюминий и его сплавы.

Для изготовления металлических трубок в домашних условиях необходимы ванночка из стекла, керамики или винипласта, медный купорос, серная кислота, реостат на 20 Ом (максимальный ток 1 А), амперметр с током максимального отклонения стрелки 1 А, источник питания, проволока (медная, стальная или из легкоплавких материалов и их сплавов, например, оловянисто-свинцовых) в качестве матрицы.

Диаметр проволоки соответствует внутреннему диаметру изготавливаемой трубки, а длина первой должна быть вдвое больше длины второй.

Если нужны трубки с внутренним диаметром меньше 1 мм, в качестве матрицы используют стальную проволоку. При изготовлении трубочек с внутренним Ø 5 мм и более матрицу делают из легкоплавких металлов и их сплавов (например, прутковый припой).

Проволока должна быть гладкой и ровной. Для этого ее шлифуют мелкой наждачной бумагой, а затем доводят микрошкуркой («нулевкой»). Затем проволоку облуживают, излишки припоя снимают, протягивая нагретую проволоку через зажатую в кулаке тряпочку. Нерабочие участки матрицы покрывают пластилином.

В теплой воде (50-60° С) растворяют медный купорос (200-250 г соли на 1 л воды), воспользовавшись стеклянной посудой. Отстоявшийся электролит фильтруют и затем в него вливают серную кислоту из расчета 50-60 г на 1 л раствора.

Следует помнить, что вливать раствор в концентрированную серную кислоту нельзя. Соприкасаясь с водой, она вызывает бурную реакцию с большим выделением тепла и парообразованием. В результате может произойти выброс кислоты из сосуда. Поэтому лить надо кислоту в раствор медного купороса тонкой струйкой, непрерывно помешивая деревянной палочкой.

Чтобы медный осадок был плотным и мелкозернистым, в электролит рекомендуется добавить немного этилового спирта (5-10 г на 1 л электролита).

Готовый электролит переливают в рабочую ванночку, куда уложены матрицы и медная пластинка или проволока.

Матрицы подключаются к «минусу», а медная пластинка или проволока к «плюсу» источника питания. Площадь анода должна быть в 5-10 раз больше площади катода.

Схема установки для домашней гальванопластики представлена на рисунке 2. Трансформатор блока питания имеет следующие данные: сердечник Ш20Х20, обмотка I содержит 2200 витков провода ПЭВ-1 0,12 (на 220 В) или 1300 витков ПЭВ-1 0,15 (на 127 В), обмотка II-35 витков ПЭВ-1 0,8.

Процесс электролиза и качество покрытия зависят в основном от состава электролита, его температуры и плотности тока.

Температура электролита 18-25° С.

Плотность тока - величина тока, приходящаяся на единицу поверхности, - рассчитывают по формуле:

где i – ток в цепи, А,

S – поверхность изделия, дм 2 .

На практике j=1-1,5 A/дм 2 .

Пример 1. Определить величину рабочего тока электролиза для изготовления трубки с наружным Ø 5 мм и длиной 100 мм. Возьмем плотность тока равной 1 А/дм 2 , тогда

I=jS=1*3,14*0,05*1 =0,16А.

Расчет времени выдержки деталей под током в гальванической ванночке для получения слоя толщиной σ мм определяется по формуле:

t=σ*d*1000/j*C*η,

где t - время выдержки, ч.;

σ - толщина трубки, мм;

d - удельный вес меди, г/мм 3 ;

j - плотность тока, А/мм 2 ;

С - электрохимический эквивалент меди, г/А-ч; η - расчетный выход по току.

Конкретно для нашего случая имеем

d = 8,95 г/мм 2 , i = 1 А/мм 2 ; С = 1,186 г/А-ч; η = 95.

Пример 2. Определить время выдержки матрицы под током в гальванической ванночке для получения медной трубки с толщиной стенок 0,5 мм.

t=σ*d*1000/j*C*η=0,5*8,95*1000/1*1,2*95= 40 час.

По истечении расчетного времени матрицу извлекают из гальванической ванночки и промывают водой. Конец проволоки на расстоянии 1,5-2 мм от трубочки обкусывают и после прогревания до температуры 200-250° С наращенная трубочка легко снимается с матрицы.

Таким же способом изготавливают трубки из никеля, хрома, железа.

В. БУШУЕВ, А. НОВИКОВ, г. Воронеж

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

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

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

Особенности процесса

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

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

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

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

Необходимое оборудование

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

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

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

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

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

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

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

Что потребуется для приготовления электролита

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

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

Как правильно подготовить изделие к процедуре

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

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

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

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

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

Требования техники безопасности

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

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

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

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

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

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

Никелирование

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

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

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

Хромирование

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

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

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

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

Меднение

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

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

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

Гальваникой часто занимаются мастера хендмейда, делающие сувениры для души или на продажу. Распространено омеднение неметаллических предметов: керамических поделок, ракушек, птичьих перышек, листиков, веточек с деревьев, цветов, желудей и т.п.

Для того, чтобы загальванизировать неметаллический предмет, его следует покрыть токопроводящим слоем. Для бытовых условий лучше всего подходит графитовый лак в форме спрея. Для создания графитового слоя достаточно обрызгать предмет со всех сторон, высушить в течение 15-30 минут и несколько раз повторить процедуру.

Для создания двустороннего равномерного покрытия нужно использовать два анода, разместив предмет для гальванизации между анодами. Толщина покрытия зависит от времени, в течение которого предмет будет находиться в электролите. Чем дольше длится гальванирование, тем толще получится слой металла на поверхности.

Перед гальванированием металлической детали ее нужно тщательно очистить от пыли, мелких заусенцев, тщательно обезжирить и высушить.

После того, как предмет загальванизирован, его нужно промыть в чистой воде, после чего можно брать в руки.

Рецепты электролитов

Для омеднения чаще всего применяют серный электролит, состоящий из медного купороса и серной кислоты. Серная кислота улучшает электропроводимость раствора. Дополнительно вводятся различные добавки, которые стабилизируют электролит, делают покрытие более блестящим (если нужно). Ввод блескообразователей позволяет получить зеркальную глянцевую поверхность без последующей механической обработки готового покрытия. Но одновременно, делает покрытие хрупким, не эластичным.

Все используемые реактивы должны быть максимальной химической чистоты, т. к. примеси могут ухудшить процесс гальванирования и качество получаемого покрытия.

1. Для матового эластичного покрытия на 1 л раствора потребуется:

• 200 г сухого порошка медного купороса (желательно очищенного, категории ч или хч)
• 160 г серной кислоты
• 1,5 мл этанола (можно отмерить шприцом) или фенола
• 2-4 крупинки гранулированного желатина

Для приготовления электролита сначала нагревается пол литра дистиллированной воды до температуры около +80 °С, в воде растворяется медный купорос, раствор процеживается. В него добавляется серная кислота, потом объем раствора доводится до 1 л. Добавляются все остальные ингредиенты, затем раствор на несколько часов ставится остывать и отстаиваться.

Омеднение по данному рецепту будет матовым, но зато перышко или листик с дерева можно гнуть или придать ему нужную форму, нагрев изделие. Если хочется, то изделию можно придать глянцевый блеск тщательной шлифовкой, но иногда это сделать сложно, нужны специальные приспособления, например, гравер.

1. Рецепт для получения блестящего медного покрытия. На 1 л раствора надо:

• 200 г медного купороса
• 130 г серной кислоты
• 1 капля унитиола (продается в аптеках)
• примерно 0,07 г тиомочевины
• 0,05 г поваренной соли

Покрытие получится блестящим, но не подходит для гнущихся предметов. Этот вид электролита можно использовать для получения полированного финишного покрытия не только для сувениров, но и для технических деталей.

Гальваническое травление. Безопасный способ

С помощью гальванического процесса можно не только покрывать поверхность детали тонкой металлической пленкой, но и вытравливать рисунки на металлической поверхности (лезвие ножа, столовый прибор, что-либо другое). Гальваническое травление позволяет получить рисунки с четкими очертаниями, гладкими краями и глубиной одинаковой величины. Для этого потребуется тоже самое оборудование, что и для гальванирования, но в данном процессе анодом будет выступать протравливаемая деталь. Обычно таким способом вытравливают поверхности из нержавеющей, устойчивой к кислотам стали, которую сложно или даже невозможно травить химическим способом.

Процесс травления:

• деталь тщательно отполировать, промыть, обезжирить (например, спиртом), слегка нагреть, нанести на нее слой воска; по воску выполнить желаемый рисунок, процарапывая воск до металла;
• предмет и медную пластину укрепить на штангах в гальванической ванне так, чтобы рисунок был обращен к медной пластине; расстояние между деталью и пластиной — около двух сантиметров;
• залить в емкость насыщенный раствор поваренной соли (4 столовые ложки на 1 л дистиллированной воды), подключить источник тока (например, зарядное устройство от мобильного телефона), плюсовый контакт на деталь, минусовый — на медную пластину;
• подождать примерно 40 минут;
• вынуть деталь, промыть в воде, нагреть и удалить воск.

Вместо воска можно использовать лак для ногтей, битумный лак или специальную грунтовку. Вместо соли — химически чистый медный купорос. Вместо медной пластины можно взять предмет из стали или железа, например, саморез, гвоздь.

Эта технология подходит не только для стальных поверхностей, но и для предметов из цинка, никеля, меди, латуни. Но для них требуются другие химикаты, гораздо более вредные, поэтому в домашних условиях их не используют.