Энциклопедия Технологий и Методик

оооооооооооооооооооооооо

Энциклопедия Технологий и Методик
 
Технологии по работе с металлом
 
Гальванопластика

Гальванопластика и гальваностегия

Гальванопластика - электрохимический способ копирования (получение точных копий изделий). Широко используется в технике при изготовлении матриц в полиграфии, пресс-форм для прессования грампластинок и т.п. Этим способом изготовляют металлические сетки, ювелирные изделия, копии скульптур, гравюр, детали сложной конфигурации. Способ отличается исключительно высокой точностью воспроизведения рельефа изделия.

Гальваностегия - электрохимический процесс покрытия одного металла другим, более устойчивым в механическом и химическом отношении, например, стальные детали покрывают хромом, никелем; медные - никелем, серебром или другими металлами.

В принципе гальванопластика не отличается от гальваностегии. Однако гальваностегические и гальванопластические процессы имеют свои особенности и отличаются прежде всего методами подготовки поверхности перед осаждением на нее металла. В гальваностегии поверхность подготавливается так, чтобы покрытие прочно держалось на ней. В гальванопластике, наоборот, покрытие должно легко отделяться. Поэтому в последнем случае уделяется большое внимание нанесению токопроводящих слоев (в случае покрытия непроводников) и разделительных слоев (если копия получается с металла). Далее, в то время как для гальваностегических покрытий используют многие металлы и сплавы (серебро, цинк, олово, никель, медь, хром и их сплавы), в гальванопластике обычно применяют лишь отложения меди, никеля и серебра и значительно реже - других металлов. В связи с тем, что гальванопластические отложения отличаются от гальваностегических значительно большей толщиной, составы электролитов и режимы, применяемые в гальванопластике, также несколько отличаются от принятых в гальваностегии. В гальванопластике металл обычно наращивают не на металл, а на тонкий токопроводящий слой, нанесенный на поверхность непроводника, или на разделительный, плохо проводящий слой, нанесенный на металл, поэтому в технологический процесс вводят дополнительную по сравнению с гальваностегией операцию "затяжки" металлом - первичное наращивание металла на токопроводящий слой до полного закрытия его. Составы электролитов для ванн затяжки и режим работы несколько отличаются от обычных. 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. Удобнее всего пользоваться четырехугольными стеклянными банками (рис. 1).

Рис. 1. Гальваническая ванная в четырехугольной стеклянной банке.

Из толстой медной проволоки или трубок делают поперечные перекладины, из которых две (а) служат для подвешивания никелевых или медных пластин - анодов, а третья (б) - для никелируемых или омедняемых предметов. В круглой банке анодную пластину приходится сгибать в виде цилиндра (с) (рис. 2).

Рис. 2. Гальваническая ванна в круглой банке.

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 удобства и надежности соединения (см. рис. 1). 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.

Рис. 3. Схема гальванической ванны.

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 дм2, 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 дм2 и предмет имеет общую поверхность около 0,5 дм2, то ток не должен превышать 0,5 х 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. 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/дм2 при напряжении 12 В. Время анодирования 25-30 мин, температура электролита не выше 25°С.

2. Для неплакированного дюралюминия плотность тока 2-3 А/дм2 при напряжении 12-20 В. Время анодирования 20-25 мин, температура электролита - около 25°С.

 

Электролитический способ копирования барельефов и декоративных украшений

С копируемого предмета или изделия прежде всего снимают отпечаток, т. е. делают форму из легкоплавкого 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 омеднению 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 омеднения 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 …………………… 20 в. 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 — сульфида 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/дм2.

Спирт необходим для повышения смачиваемости поверхности. После того как вся поверхность «затянется» слоем меди, форму переносят в электролит, предназначенный для гальванопластики.

Для гальванопластнческих работ (омеднение) 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.

 

Способ металлизации растений, насекомых и других неметаллических предметов

Чтобы изготовить металлические листья растений, со свежих листьев снимают отпечатки на восковой композиции следующим образом. В формочку из плотной бумаги заливают восковую композицию, дают ей остыть почти до полного отвердения, но с таким расчетом, чтобы поверхность ее была эластичной. Затем на поверхность воска накладывают листья и прижимают их стеклом. Когда стекло и листья снимают, на восковой композиции остается четкий отпечаток листьев.

После полного затвердения воска форму с отпечатком осторожно графитируют мягкой кистью. Установив проводники на форме, подвешивают груз и опускают ее в гальваническую ванну.

Для покрытия металлом насекомых (бабочек, жуков и т. п.) их соответствующим способом подготавливают: насекомых выдерживают в 1,5%-ном растворе сулемы, высушивают, покрывают лаком или тонким слоем воска. Затем поверхность нужно сделать токопроводящей, для этого ее при помощи кисточки смазывают жидкой кашицей из графита, разведенного на спирте или водке. После высыхания излишки графита удаляют.

После этого предмет подвешивают на нескольких тонких медных проволочках диаметром 0,1–0,2 мм, перекручивая или перевязывая их неоднократно крест-накрест (см. рис. 4), и помещают в гальванопластическую ванну.

Рис. 4.
Подвешивание жука для омеднения (а).
Вид жука, покрытого металлом (б).

Для устранения плавучести в электролите бабочку, жучка и т. п. прикрепляют парафином к стеклу или кусочку пластмассы. Металл начинает откладываться прежде всего около медных проволочек, распространяясь очень медленно на всю остальную поверхность. Поэтому в начале процесса ток должен быть в несколько раз меньше нормального, когда же вся поверхность окажется «затянутой» металлом, доводят его до нормы. Продолжительность процесса — несколько часов. Толщина покрытия может колебаться от 0,1 до 2 мм.

Используя метод гальванопластики, можно металлизировать кружева для декоративно-художественного украшения различных предметов.

Кружева растягивают на рамке и пропитывают парафином. Затем их проглаживают утюгом между листами бумаги для удаления излишков парафина. Далее наносят электропроводящий слой мелкого графита, избыток его тщательно сдувают с кружев. Проложив проводники по краю кружева, их крепят на пластмассовой рамке или рамке из толстого провода с хлорвиниловой изоляцией, вместе с которой кружева погружают в электролит.

Кружева, покрытые медью, обрабатывают латунной щеткой. Паяют их оловянно-свинцовым припоем.

Гальваностегическая отделка металлизированных кружев заключается в нанесении декоративного слоя серебра или золота или в оксидировании.

 

Способ изготовления мемориальных досок

Способ изготовления мемориальных досок ничем не отличается от способа изготовления копий с медалей, барельефов и т. п.

На таких досках обычно имеется текст, рама, часто барельефное изображение (см. рис. 5).

Рис. 5. Образцы мемориальных досок.

Мемориальную доску или просто доску с надписью обычно изготовляют следующим образом. На ровный деревянный планшет натягивают ватманскую бумагу, размер которой несколько больше размера изготовляемой доски, края бумаги приклеивают к планшету; затем бумагу увлажняют водой, и после высыхания она сильно натягивается. На бумаге размечают расположение текста, рамы, барельефа и других деталей, композиции мемориальной доски.

Все детали композиции доски изготовляют отдельно в соответствии с ее размерами. Барельеф и раму выполняют гальванопластическим способом и обрезают по контуру. Буквы для текста выпиливают из пластмассы, не деформирующейся при 60–70°С (температура заливаемого воска). По разметке на ватманской бумаге буквы наклеивают на нее нитролаком. Барельеф предварительно заливают с обратной стороны воском для создания ровной плоскости и тоже приклеивают его нитролаком. Так же устанавливают и раму доски. Под барельефом и другими деталями доски не должно быть воздуха, так как он образует раковины на поверхности восковой формы.

Затем лист ватманской бумаги с наклеенными деталями протирают подсолнечным или касторовым маслом, чтобы не прилипал воск.

Вокруг подготовленной таким образом модели доски устанавливают обечайку в виде обычной деревянной рамы, высота стенок которой должна настолько превышать высоту рельефа модели, чтобы получилась достаточно массивная, толстая и прочная форма, не подвергающаяся деформации.

Стык между обечайкой и доской тщательно промазывают глиной или пластилином во избежание протекания воска.

Приготовленную модель заливают восковым композитом. После затвердения воска обечайку разбирают, восковую форму снимают, переворачивают лицевой стороной вверх и осторожно извлекают из нее сформованные, детали. Для удаления из восковой формы деталей, особенно пластмассовых букв, лучше всего пользоваться тонким шилом или ножом с узким концом. Затем форму осматривают, устраняют дефекты, подрезают края.

Подготовленную форму укладывают на лист пластмассы толщиной 10–15 мм, в котором имеются отверстия для закрепления формы. После зарядки и нанесения на форму электропроводящего слоя ее помещают в гальваническую ванну.

 

Простейшая гальваническая ванна для электрохимического окрашивания металлических деталей в любой цвет

Для электрохимического окрашивания деталей из стали, латуни или меди необходимо собрать гальваническую ванну и электрическую схему, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Простейшая гальваническая ванна.

Электрод, подключенный к плюсовому зажиму элемента, делают из листовой меди. Минус элемента подключают к окрашиваемой детали. Необходимо следить за тем, чтобы детали не касались медной пластинки. В банку заливают специальный электролит и замыкают электрическую цепь. Через 2–3 мин начнется окрашивание. Вначале деталь станет коричневой, потом фиолетовой и т. д.

Все будет зависеть от времени:
2 минуты — коричневый цвет,
3 минуты — фиолетовый,
3–5 минут — синий,
5–6 минут — голубой,
8–12 минут — желтый,
12–13 минут — оранжевый,
13–15 минут — красный,
17–21 минут — зеленый цвет.

На 1 л электролита требуется:
Медного купороса — 60 г
Сахара рафинада — 90 г
Едкого натра — 45 г

 

Приготовляют электролит следующим образом. В раствор медного купороса объемом 200–300 мл добавляют 90 г сахара и тщательно размешивают. Отдельно в 250 мл воды растворяют 45 г едкого натра и к нему небольшими порциями, постоянно помешивая, приливают раствор медного купороса с сахаром. Затем добавляют воду, чтобы получился 1 л раствора.

При работе с едким натром необходимо соблюдать осторожность! Чтобы цвета были более контрастными, в готовый электролит добавляют 20 г безводной соли углекислого натрия. После окрашивания деталь промывают водой, сушат и покрывают бесцветным лаком.

 

Рецепты электролитов для гальванических ванн

Электролит для быстрого омеднения

Сернокислая медь (медный купорос) — 250 г
Серная кислота концентрированная — 20 г
Хромовый ангидрид — 2 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура от 18 до 25°С, рекомендуется перемешивание. Плотность тока 5 А/дм2.

 

Электролит для матового никелирования

Сернокислый никель — 217,5 г
Хлористый никель — 46,5 г
Борная кислота — 31 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура ванны 50–70°С, плотность тока 1,5–5 А/дм2, рН 5,2–5.8.

 

Электролит для никелирования (твердое покрытие)

Сернокислый никель — 150 г
Хлористый аммоний — 20 г
Борная кислота — 25 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура ванны 50–60°С, плотность тока 2,5–5 А/дм2, рН 5,6–5.9.

 

Электролит для декоративного хромирования

Хромовый ангидрид — 400 г
Серная кислота концентрированная — 4 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура 25–65°С, плотность тока 20–50 А/дм2.

 

Электролит для хромирования (твердое покрытие)

Хромовый ангидрид — 250 г
Серная кислота концентрированная — 2,5 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура 25–65°С, плотность тока 20–50 А/дм2.

 

Электролит для лужения

Оловяннокислый натрий — 75 г
Едкий натр — 11,5 г
Уксуснокислый натрий — 25 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура 65–70°С, плотность тока 2–4 А/дм2.

 

Электролит для серебрения

Хлористое серебро — 40 г
Железосинеродистый калий (красная кровяная соль) — 200 г
Поташ — 20 г
Вода — до 1 л

Температура электролита 20–80°С, плотность тока 1–1,5 А/дм2. Анод из серебра.

 

Как рассчитать концентрацию раствора

Концентрация раствора характеризуется количеством того или иного вещества, растворенного в единице объема воды или другой жидкости. Концентрация раствора в подавляющем большинстве случаев должна быть строго определенной. Поэтому следует отказаться от составления растворов на глазок.

Концентрация растворов выражается:

1) в частях (например, 100 частей воды, 37 частей серной кислоты и 16 частей двухромовокислого калия) или

2) в процентах (например, 21-процентный водный раствор едкого калия).

Иногда концентрация раствора выражается отношением (например, водный раствор серной кислоты 1:10; это означает, что нужно взять 1 часть серной кислоты и 10 частей воды).

Во всех случаях (части и проценты) имеются в виду весовые соотношения веществ.

Для определения весовых количеств воды можно пользоваться мензуркой, считая число кубических сантиметров соответствующим числу граммов, а для химикалиев - аптекарскими весами (достаточна точность до 0,5 г).

Перерасчет водных растворов с процентов по весу на части

При составлении растворов, концентрация которых дана в процентах в таблице, вес раствора принимается за 100%. Поэтому, например, для приготовления 21-процентного раствора едкого кали отмеряют 21 часть этого вещества и 79 частей воды. Такие отвешивания не всегда удобны, поскольку чаще всего приходится исходить из объема или веса необходимого раствора, чтобы не приготовлять его в излишке. Тогда делают арифметические перерасчеты. Однако их можно избежать, если воспользоваться приведенной таблицей, которая позволяет определить, какое количество по весу вещества нужно на 100 частей или 100 см3 воды, если известна концентрация в процентах. Например, на 100 см3 21-процентного водного раствора едкого кали приходится 26,58 части едкого кали.

 

Что необходимо знать о несовместимости химических веществ

Несовместимость химических веществ проявляется в том, что при случайном смешивании, а иногда и при хранении рядом они вступают в реакцию. Если реакция сопровождается выделением большого количества тепла, то может произойти взрыв или самовозгорание. В других случаях воздействие веществ друг на друга приводит к соединению их и потере первоначальных свойств, в результате чего вещества становятся непригодными к употреблению. Вот некоторые несовместимые химические вещества:

Азотная кислота несовместима с глицерином, спиртом, эфирными маслами, смолами, сахаром, фенолом, опилками, ватой.

Алюминиевые квасцы несовместимы с едкими щелочами (едкий натр, едкое кали, нашатырный спирт), клеем и желатиной.

Аммиак (нашатырный спирт) и нашатырь несовместимы с формалином (формальдегидом) и йодом.

Бура несовместима с квасцами, нашатырем, серной кислотой, соляной кислотой.

Йод несовместим с аммиаком (нашатырным спиртом).

Кислоты несовместимы с мылом и щелочами (содой, поташом, известью и др.).

Марганцовокислый калий несовместим с органическими веществами - эфирами, винным спиртом, глицерином, танином, а также с аммиаком, нашатырем, серой, йодом, углем.

Сера несовместима с марганцовокислым калием, хлорной известью.

Серная кислота (купоросное масло) несовместима со скипидаром, спиртом и бензином.

Спирт несовместим с хромовой кислотой, марганцовокислым калием, клеем, желатиной, казеином.

 

Обезжиривание в ваннах с растворителями

Сильно загрязненные детали можно грубо обезжирить промывкой в керосине или скипидаре. После этого детали промывают в техническом бензине, техническом бензоле, ксилоле или толуоле. Тщательное и окончательное обезжиривание достигается погружением или промывкой в чистом бензине, трихлорэтилене или других растворителях.

Недостатком этих веществ является их огне- и взрывоопасность (бензин, бензол, ксилол, толуол) и ядовитость паров (трихлорэтилен, бензин, бензол, ксилол, толуол). Поэтому с ними разрешается работать только в хорошо вентилируемых помещениях.

В настоящее время широко применяются фреоны. В отличие от вышеуказанных веществ фреон не взрывоопасен, не ядовит, не разрушает пластмассы, лакокрасочные покрытия и т.п.

Фреон-113 (трихлортрифторэтан) - самое лучшее обезжиривающее средство из группы фреонов. Это легкоподвижная прозрачная жидкость с низкой температурой кипения (47,6°С). Иногда фреон-113 смешивают с другими растворителями - ацетоном, спиртом и т.д.

Иногда фресковые обезжиривающие ванны снабжают ультразвуковыми излучателями или используют кипящий фреон, что максимально ускоряет растворение жиров. Фреон не имеет широкого применения из-за высокой стоимости.

 

Химический раствор для обезжиривания цветных металлов:

Жидкое стекло — 26 г
Тринатрийфосфат — 8 г
Углекислый натрии безводный — 4 г
Вода — до 1 л

Все вещества растворяют в воде и доводят объем до 1 л.

 

Удаление металлических покрытий с изделий электролитическим способом (реставрация)

Удалить металлические покрытия с металлизированных деталей и изделий можно электролитическим способом, погружая детали и изделия в электролит. Действие электролита можно усилить подключением источника электрического тока к изделию, подвешенному в ванне с электролитом в качестве анода.

Ниже приведено несколько рецептов электролитов для снятия металлических покрытий с деталей и изделий. Указанные вещества растворяют в 500-600 мл воды, а затем объем раствора (электролита) доводят до 1 л.

Электролит для снятия никелевых покрытий со стальных изделий

Хромовый ангидрид — 240 г
Борная кислота — 30 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура электролита 85°С, плотность тока 1 А/дм2.

 

Электролит для снятия никелевых покрытий с изделий из меди и латуни

Соляная кислота — 14 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура электролита 18-20°С, плотность тока не более 2 А/дм2. Используется постоянный ток при регулярном изменении полярности. Катод угольный.

 

Электролит для снятия хромовых покрытий с изделий из стали, никеля и сплавов магния

Едкий натр — 90 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура электролита 20°С, плотность тока 2 А/дм2.

 

Электролит для снятия оловянных покрытий с изделий из стали, меди и латуни

Едкий натр — 120 г
Вода — до 1 л

Рабочая температура электролита 18-20°С. Применяется постоянное напряжение 6 В при регулярном изменении полярности источника тока.

 

Полирование металлов электролитическим способом

Полируемые предметы подвешивают в электролитической ванне как аноды, т.е. к ним подводят положительный потенциал от источника постоянного тока, выпрямителя или аккумулятора.

Ниже приводятся рецепты для полирования.

 

Электролит для полирования стали, железа и его сплавов

Серная кислота концентрированная — 300 мл
Ортофосфорная кислота концентрированная — 600 мл
Вода — 100 мл

Электролит готовят в стеклянной или фарфоровой посуде. Температура ванны около 70°С, плотность тока 60-70 А/дм2. Полирование длится 1-5 мин. Отполированные детали после извлечения из ванны промывают в проточной воде, погружают в 10%-ный раствор углекислого натрия и снова промывают в проточной воде. Сушат детали в струе теплого воздуха.

 

Электролит для полирования меди и ее сплавов

Серная кислота концентрированная — 10 г
Уксусная кислота — 12,5 г
Хромовый ангидрид — 12,5 г
Двухромовокислый натрий — 37,5 г
Вода — 1 л

Рабочая температура электролита 60-75°С, плотность тока 25-50 А/дм2.

 

Электролит для полирования алюминия

Этиловый спирт денатурированный — 576 мл
Хлористый аммоний — 40 г
Хлористый цинк — 180 г
Бутиловый спирт — 64 г
Вода — 128 мл

Полирование производится при напряжении 20-14 В. Рекомендуется через 1 мин деталь из ванны вынуть (при этом прекращается пассивация) и снова погрузить, повторив это в течение полирования несколько раз.

 

Декоративная отделка изделий из алюминия и его сплавов

Детали конструкции из алюминия и его сплавов можно окрасить в любой цвет.

С этой целью алюминий и его сплавы подвергают анодному оксидированию с последующей адсорбиционной окраской различными красителями. Делают это следующим образом. Отполированные до зеркального блеска детали подвергают обезжириванию в растворе, состоящем из тринатрийфосфата (50 г), едкого натрия (10 г) и жидкого стекла (силикатного клея) (30 г). Перечисленные химикаты растворяют в 1 л теплой воды в железной посуде (можно в кастрюле), затем детали, которые нужно окрасить, помещают на 1-2 мин в этот раствор, нагретый до 50-60°С.

Если указанные химикаты достать не удастся, обезжирить детали можно обыкновенным хозяйственным мылом с теплой водой. Детали тщательно обрабатывают щетинной щеткой в течение 10 мин.

Обезжиренные детали промывают холодной водой, затем для удаления пленки окислов погружают их на 2-3 мин в 50%-ную азотную кислоту. После чего детали снова тщательно промывают сильной струей воды и немедленно подвешивают в ванну для анодирования.

Электролитом для ванны анодирования служит раствор серной кислоты с удельным весом 1,12-1,13 при температуре 20°С. При смешивании кислоты с водой раствор сильно разогревается, поэтому кислоту следует подливать в воду небольшими порциями, все время перемешивая раствор стеклянной палочкой.

При попадании кислоты на кожу или на одежду необходимо немедленно смыть ее сильной струей воды и промыть крепким раствором соды.

Очень хорошим и более безопасным является электролит, приготовленный из бисульфата натрия (натрий сернокислый кислый), 250-300 г которого растворяют в 1 л воды. Рабочая температура электролита должна быть также не более 20°С. В качестве рабочей ванны можно использовать эмалированные кастрюли, керамические, стеклянные или пластмассовые бачки.

Для катодов при анодировании применяют листовой свинец, а анодом служит обрабатываемая деталь, которую подвешивают между двумя свинцовыми катодами на расстоянии 70-80 мм от них. Электролиз длится 40-50 мин, плотность постоянного тока 1-1,5 А/дм2. Источником тока может служить аккумулятор достаточной емкости или выпрямитель, собранный на диодах типа Д303 или Д305. Следует помнить, что анодируются детали только из алюминия или его сплавов. Подвески для деталей изготовляют только из алюминия. Все соединения и контакты должны быть надежными, так как от этого зависит качество анодирования. Загружать детали в ванну и выгружать их следует только под током. После 40-50-минутного пребывания деталей в ванне их выгружают, тщательно промывают холодной водой и опускают в водный раствор анилинового красителя, подогретый до 50-60°С. Раствор красителя следует предварительно профильтровать, так как небольшие крупинки нерастворившегося красителя образуют пятна на поверхности окрашенного металла. Цвет окраски зависит от времени пребывания анодированной детали в красителе, которое не должно превышать 15-20 мин.

Анилиновые красители (порошки для крашения тканей) можно приобрести в хозяйственных магазинах.

После анодирования поверхность чистого алюминия остается блестящей, а некоторые алюминиевые сплавы приобретают матовый, темный оттенок, что зависит от электрического режима анодирования.

Для окрашивания применяют 5-10%-ные водные растворы следующих красителей:

в черный цвет - анилиновый черный М или анилиновый прямой черный-3;
в коричневый - основной коричневый;
в золотисто-желтый - прямой желтый 2Ж или ализариновый желтый;
в красный - красный ализариновый или кислотный рубиновый;
в синий - кислотный синий антрахиноновый или прямой синий М;
в голубой - анилиновый голубой или метиленовый голубой;
в зеленый - прямой зеленый ЖХ или основной ярко-зеленый;
в фиолетовый - основной фиолетовый.

"Краситель оранжевый 2Ж", "Краситель основной фиолетовый" и т.д. - торговые термины.

 

Имитация под золото заслуживает особого внимания.

Окрашенные детали только по весу можно отличить от натурального золота. Окраска получается прочной и светостойкой. Раствор для крашения готовят так. 1 г красителя оранжевого 2Ж растворяют в 0,5 л горячей воды, в раствор добавляют 0,1 г красителя желтого-3 и 0,5 г кальцинированной соды. После охлаждения раствор фильтруют. Отдельно в 0,5 л горячей воды растворяют 0,1 г красителя черного М. Этот раствор также фильтруют. Перед крашением оба раствора смешивают и нагревают до 50-60°С. В зависимости от времени пребывания деталей в этом растворе можно получить окраску под любую пробу золота.

Окрашивать анодированные детали из алюминия и его сплавов можно не только в указанных растворах органических красителей. Для этой цели можно пользоваться и перечисленными ниже цветными неорганическими соединениями, которые образуются непосредственно в порах анодированного металла после последовательного погружения его сначала в водный раствор "а", затем в водный раствор "б".

Например, для окрашивания в белый цвет применяют растворы:
а) свинец уксуснокислый, 10%-ный раствор,
б) сульфат натрия (глауберова соль), 10%-ный раствор;

в синий или голубой цвет:
а) железосинеродистый калий, 50%-ный раствор,
б) хлорное железо, 5-10%-ный раствор;

в золотисто-желтый:
а) гипосульфит, 5%-ный раствор,
б) свинец уксуснокислый, 5%-ный раствор;

в оранжевый:
а) калий хромовокислый, 2-3%-ный раствор,
б) азотнокислое серебро, 5-10%-ный раствор;

в желтый:
а) двухромовокислый калий, 2-5%-ный раствор,
б) свинец уксуснокислый, 10-15%-ный раствор;

в коричневый:
а) железосинеродистый калий, 2-5%-ный раствор,
б) медный купорос, 5-10%-ный раствор.

После адсорбиционного окрашивания детали промывают горячей водой и погружают на 2-3 мин в расплавленный воск или парафин, затем, еще горячие, протирают марлей.

 

Простейшая установка для гальванического покрытия металлических поверхностей

В ремонтной и любительской практике с успехом можно использовать миниатюрную безванновую гальваническую установку (см. рис. 7).

Рис. 7. Миниатюрная гальваническая установка.

Она состоит из специальной кисти со щетиной (диаметр кисти 20–25 мм, корпус ее выполнен из органического стекла толщиной 5-6 мм, внутрь которого заливается электролит), понижающего трансформатора на напряжение 12 В и ток 0,8–1 А или аккумулятора и соединительного шнура. Щетину кисти обматывают свинцовым (в крайнем случае облуженным медным) проводом. Полупроводниковый диод типа Д303—Д305 устанавливают на корпусе кисти. Один из проводов понижающей обмотки трансформатора соединяют с анодом диода, другой с помощью зажима «крокодил» — с покрываемой деталью. Катод диода соединяют с проводом обмотки кисти. Если применяется аккумулятор, диод не нужен.

Покрываемые детали очищают от ржавчины, грязи и жира, протирают сухой чистой тканью и обезжиривают в растворе, содержащем 100–150 г едкого натра, 40–50 г кальцинированной соды и 3–5 г жидкого стекла (силикатный клей) на 1 л. В зависимости от степени загрязнения детали выдерживают в обезжиривающем составе, нагретом до 80–100°С, от 15 мин до 1 ч. Чем ровнее и чище поверхность, тем прочнее будет гальваническое покрытие. Подготовленную деталь соединяют с обмоткой трансформатора, в кисть заливают электролит и включают питание. Равномерно перемещая кисть по поверхности детали, покрывают ее металлом, осаждающимся из электролита. Для получения покрытия достаточной толщины необходимо пройти кистью по одному, и тому же месту 20–25 раз. Электролит доливают в кисть по мере его расходования. После нанесения покрытия деталь промывают в проточной воде и полируют в смоченной воде тканью, затем еще раз промывают и сушат.

Для каждого вида покрытия приготовляют специальный электролит, составленный по следующим рецептам (в граммах на 1 л раствора):

Электролит для меднения
Медный купорос (сернокислая медь) — 200
Серная кислота — 50
Этиловый спирт или фенол — 1–2

Электролит для никелирования
Сернокислый никель — 70
Сернокислый натрий — 40
Борная кислота — 20
Хлористый натрий — 5

Электролит для хромирования
Хромовый ангидрид — 250
Серная кислота (уд. в. 1,84) — 2,5

Электролит для цинкования
Сернокислый цинк — 300
Сернокислый натрий — 70
Алюминиевые квасцы — 30
Борная кислота — 20

Электролит для серебрения
Хлористое серебро свежеосажденное — 3–15
Железосинеродистый калий — 6–30
Сода кальцинированная — 20–25

Электролит для золочения
Хлорное золото — 2,65
Железосинероднстый калий — 15–50
Сода кальцинированная — 20–25

В 200–300 мл дистиллированной воды растворяют первое по порядку вещество, потом второе, третье и т. д., а затем доливают воду до 1 л.

Следует иметь в виду, что, хотя растворы и не содержат сильно ядовитых веществ, обращаться с ними во избежание ожогов и отравления следует с осторожностью. Растворы лучше всего хранить в темной стеклянной посуде с притертой пробкой.

Необходимо также учитывать, что не все покрытия хорошо ложатся на различные металлы. Например, для того чтобы покрыть никелем стальную деталь, ее предварительно покрывают тонким слоем меди, хром же хорошо сцепляется с никелированной поверхностью. Подслой меди перед никелированием или серебрением желательно осадить и на деталях, изготовленных из бронзы. Медные и латунные детали серебрят без подслоя меди.

Статья составлена по публикациям В.Г. Бастанова
Автор-составитель.
Патлах В.В. 1996 г.
http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.

 

оооооооооооооооооооооооо