Технологический процесс нанесения гальванических покрытий

Аннотация. В данной статье рассматривается процесс подготовки поверхности изделия к нанесению гальванических покрытий, а также сам процесс нанесения покрытий. Выявлены главные проблемы гальванических покрытий и пути их предотвращения.  

Ключевые слова: гальваническое покрытие, технологический процесс, анод, катод, раствор электролита, гальванические ванны.

Гальваническое покрытие – это химический способ нанесения металлической пленки, которая служит для защиты деталей и добавляет им дополнительные характеристики: устойчивости к коррозии, твердости, износостойкости, декоративности и т. д. Каждое металлическое изделие нуждается в дополнительной защите.

В зависимости от предназначения покрытия, проводят подготовку поверхности изделия. До нанесения покрытия проводят обезжиривание и травление поверхности изделия. Перед нанесением защитно-декоративных покрытий поверхность нуждается в тщательной механической обработки с целью получения гладкой поверхности, потому что в процессе нанесения таких покрытий изъяны поверхности оказываются наиболее рельефными.

Механическая обработка зависит от назначения покрытия, может производиться полированием, шлифованием и пескоструйной обработкой. Шлифование применяют для образования правильной формы, восстанавливаемой поверхности, а полирование используют для получения нужной шероховатости поверхности.

Детали, которые относятся к группе декоративных покрытий, обрабатывают на шлифовально-полировочных станках. Полирование чаще всего проводят мягкими бязевыми кругами с полировальной пастой, которая наносится на их поверхность. Обезжиривание деталей проводят предварительно и окончательно. Предварительное обезжиривание осуществляется промывкой деталей органическими растворителями: уайт-спиритом, чистым бензином и др. Проводят также механическую очистку венской известью, за счет хорошей адсорбцией , она способствует полному удалению жиров и масел. Завершающее обезжиривание проводят в щелочных растворах.

На данный момент электрохимическое обезжиривание считается высокопроизводительным, так как на жировую пленку происходит не только химическое воздействие, но и ее механическое разрушение, которое образуется на поверхности детали пузырьками водорода. После процесса обезжиривания детали сначала промывают в горячей воде, а затем в холодной. Но промытые в горячей воде изделия в скором времени окисляются, это приводит к плохому сцеплению покрытия с деталью. Для того чтобы это исправить, перед тем как нанести покрытие, выполняется процесс активации — удаление тонких окисных пленок, которые появляются в процессе подготовки деталей к гальваническому нанесению покрытий. Такой процесс обеспечивает более прочное сцепление гальванического покрытия с поверхностью детали.

В схему, реализующей гальваническое покрытие металла, входит изделие, которое покрывается защитным покрытием, а также емкость с раствором электролита, в которое помещается изделие. Далее на металлическую пластину подается положительный заряд тока, она выполняет функции анода, а изделие, помещенное в раствор, является катодом, куда подается отрицательный заряд. После замыкании электрической цепи металл анода растворяется в электролите и под воздействием тока стремится к отрицательно заряженному изделию, таким образом создается покрытие. Электролит – это проводящий раствор для перемещения металлов с анода на катод [1].

В зависимости от задач производства существуют разные виды емкостей (ванн). Предназначение гальванических ванн заключается в гальванической и химической обработки поверхности изделия. Наиболее часто применяются такие приспособления в машиностроении. Ванны, содержащие рабочие растворы, выполняющие подготовительные, основные (процессы покрытия) и заключительные операции химической или гальванической (электрохимической) обработки поверхности деталей, являются основным видом оборудования гальванических цехов и участков. Они используются для таких процессов как: цинкование, латунирование, меднение, серебрение, никелирование и т.д. 

К применяемым ваннам предъявляется ряд требований: герметичность, химическая инертность материала ванны к содержащемуся в ней раствору, возможность создания и поддержания заданного теплового режима, удобство и безопасность обслуживания. Разнообразие в конструкции ванн определяется спецификой технологического процесса, требующими подогрева или охлаждения электролита, перемешивания, качания штанг, непрерывной фильтрации, наложения различных физических факторов (ультразвука, магнитного поля, протока электролита и т.п.). Кроме того, для электрохимических ванн необходим также подвод электрического тока требуемой полярности и силы с возможно большей равномерностью распределения тока по поверхности деталей и меньшими потерями электрического напряжения [2].

По способу загрузки применяемых в цехах ванн, разделят на две группы: ванны ручной загрузки и ванны с механизированной загрузкой.

Детали больших размеров устанавливают на подвесах, через которые проводят отрицательный заряд. Изделия меньших размеров приобретают покрытие в ваннах барабанного типа, где в то же время гальванизируются другие изделия. При такой обработке отрицательный заряд подается на барабан, который вращается в емкости с электролитом, куда заведен анод. Также имеются колокольные наливные ванны, где гальваническое покрытие одновременно наносится на большое количество очень мелких деталей, к примеру, на метизы. В ванну помещают изделия, заливают электролитный состав и устанавливают анод. В процессе вращения ванны изделия равномерно покрываются защитным металлом.

Гальванические методы покрытия изделий способствует созданию стойкого защитного покрытия на металлах, которое изолирует детали от негативного влияния рабочих процессов.

В зависимости от назначения применения изделия гальванические покрытия подразделяются на несколько видов:

• Защитно-декоративные. Способствуют приобретению высоких эстетических характеристик и защищают продукцию от разрушающих факторов.
• Защитные. Изолируют металлические детали от действия негативных сред, механических разрушений.
• Специального назначения. Гальваническое покрытие наносится для получения новых свойств – повышенной износостойкости, увеличения характеристик твердости, получения магнитных, электроизоляционных свойств готового изделия.

В некоторых случаях гальванизацию используют для восстановления первоначального вида изделия или после длительной эксплуатации.

Главной проблемой гальванических процессов является защита емкостей для электролита от разрушительного влияния. В меньшей мере проблематично проходит процесс, в котором ванна изготовлена из нейтрального материала, к примеру, из пластика, однако это достижимо только с менее большими объемами. В случае с производственными установками, на гальванических предприятиях емкости для раствора изготавливают из металла. В данном случае появляется потребность в их защите от:

• контакта с раствором, что дает более долгий срок эксплуатации;
• коррозии металла, которая создает ненужные примеси в растворе;
• искажения и изменения электрического поля.

При наличии тонкой жировой или оксидной пленки на поверхности деталей покрытие будет плохо связываться с поверхностью основного металла, по этой причине образуются пузыри и вздутия.

Подготовка низкого качества поверхности, заметна при нанесении защитно-декоративных покрытий, незначительные загрязнения могут служить причиной дефекта. Наиболее вредны органические загрязнения, которые способны включаться в поверхность деталей. Такие загрязнения могут являться причиной дефектов покрытий. Прочность сцепления покрытий во многом зависит от шероховатости поверхности. Чем ниже шероховатость поверхности металла, тем качественнее покрытия.

Брак, который вызывает проблемы в производстве, можно устранить, если перед процессом ответственно отнестись к ряду вопросов: выбор оборудования для подготовки и нанесения гальванических покрытий, необходимый уход за оборудованием, регулярный анализ электролитов, предварительный контроль деталей [3].

Во избежание отравлений и производственных заболеваний необходимо создать производственный процесс в условиях с наименьшим контактом людей с ядовитыми веществами. Необходимо соблюдать требования соответствующих стандартов правил техники безопасности.

В помещении должна находиться аптечка со средствами оказания первой помощи при ожогах и отравлениях, укомплектованная по указанию медпункта предприятия.