гальваническое оборудование что это
Оборудование применяемое в гальванике
Гончарова Юлия Сергеевна
магистрант,
кафедра автоматизированного оборудования
машиностроительного производства,
E-mail: goncharovajulia2@bk.ru
Севостьянов Александр Константинович
магистрант,
кафедра технологии машиностроения,
Воронежский государственный технический университет,
г. Воронеж
Аннотация: с начала годов 20 века по мере того, как происходило развитие работ в областях теоретической и прикладкой электрохимии, начали внедряться более новые теоретически обоснованные процессы электролитического покрытия. Эти работы дали началу использования гальванотехники в различных областях промышленности, в том числе и машиностроения. В статье рассматривается понятие о гальванике, гальваническом процессе, а также оборудование для нанесения гальванопокрытий, преимущества данного вида процесса и недостатки, а также ее дальнейшее развитие.
Ключевые слова: гальваника, раствор, электролит, катод, анод, гальваническая ванна, специализированная ванна, барабан, гальваническая линия, роторная установка.
GALVANICS. THE GALVANIC EQUIPMENT IN MECHANICAL ENGINEERING
1 Goncharova Yulia Sergeyevna-undergraduate, department of the automated equipment of machine-building production;
2 Sevostyanov Alexander Konstantinovich- undergraduate, department
technologies of mechanical engineering,
VORONEZH STATE TECHNICAL UNIVERSITY, Voronezh
Abstract: since the beginning of the 20th years of the 20th century as there was a development of works in the fields of theoretical and prikladky electrochemistry, newer theoretically reasonable processes of electrodeposited coating began to take root. These works gave to the beginning of use of galvanotechnics in various fields of the industry including mechanical engineering. In article the concept about a galvanics, galvanic process and also the equipment for drawing electrodeposits, advantages of process of this type and shortcomings and also its further development is considered.
Keywords: galvanic, solution, electrolyte, cathode, anode, galvanic bathtub, specialized bathtub, drum, galvanic line, rotor installation.
УДК 621.357.7
Для того, чтобы придать металлическим изделиям свойства защитных, защитно-декоративных функций, которые обеспечивают надежную долговечную работу их в различных эксплуатационных условиях, и служащие для восстановления деталей, выбранных при сравнительно малых износах, важную роль играют химические и электрохимические процессы нанесения покрытий. Гальванические покрытия широко применяются при восстановлении деталей, выбранных при сравнительно малых износах.
Понятие о гальванике и гальваническом процессе
Гальваника — электрохимический процесс, участниками которого являются обрабатываемая деталь, два электрода, электролит, электрический ток. Электролит — это токопроводящее жидкое вещество, из которого в результате прохождения через него электрического тока выделяются молекулы металла, оседающие на поверхности обрабатываемого изделия и образующие на ней тонкую пленку. Особенностью гальванопокрытия состоят в том, что оно формируются не простым нанесением слоя металла на обрабатываемую поверхность, а в результате проникновения его молекул в поверхностный слой детали. [1]
Основными этапами по нанесению слоя на изделие являются:
— приготовление раствора — электролита. Следует отметить, что состав раствора подбирается в каждом конкретном случае;
— погрузка двух анодов в раствор. Аноды подключаются к плюсовому контакту источника постоянного тока;
— погружение в электролитический раствор изделия и расположение его между анодами, а также подключение к минусовому контакту источника тока;
— замыкание сформированной цепи.
На рисунке 1 представлена схема гальванической ванны.
Рисунок 1 — Схема гальванической ванны
Основными видами гальванопокрытий являются:
— хромирование: слой хрома наносится на поверхность материала, для придания повышенной твёрдости и увеличения сопротивляемости коррозии;
— цинкование: цинк обеспечивает деталям повышенную механическую и электрохимическую защиту;
— настал или насталение: гальваническое покрытие железом «слабых» металлов. Например — медь;
Виды оборудования для гальваники
Существует несколько видов оборудования для нанесения слоя на изделие: [2]
— Гальваническая ванна. Она является основой производства. Гальваническая ванна представляет собой емкость кубической формы с ребрами жесткости и набором дополнительных элементов и оборудования. На рисунке 2 представлена данная ванна.
Рисунок 2 — Гальваническая ванна
Для изготовления данного типа оборудования применяют различные материалы: нержавеющая сталь, ПВХ, полипропилен и другие сополимеры.
Данные ванны подразделяются на активные и вспомогательные. В активных происходит непосредственно процесс нанесения покрытия, а во вспомогательных ваннах проходит подготовка деталей к нанесению покрытия.
— Специализированные ванны. К данной группе относится колокольная ванна. Предназначена для нанесения покрытия на поверхность мелких деталей в насыпном виде, применяется как в составе гальванической линии так и самостоятельно в составе цехов. Представляет собой ванну с закрепленным на ней многогранным колоколом. На рисунке 3 представлен данный вид оборудования.
Рисунок 3 — Гальваническая ванна с колоколом
— Гальванические линии. Данный вид установок объединяет серию ванн и оснащены манипуляторами или конвейерами для подачи заготовок. Такие линии оборудуются на производствах с большими объемами обрабатываемой продукции. Преимущества использования гальванических линий заключается в том, что они обеспечивают высокую производительность и автоматизацию процесса. На рисунке 4 представлена гальваническая линия.
— Барабаны или роторные установки. Это специфический тип промышленного гальванического оборудования, которое используется для обработки мелких деталей. В основном применяется для гальванической обработки метизной продукции.
Рисунок 4 — Гальваническая линия
По конструкции, роторные установки представляют собой ванну закрытого типа, выполненную в форме барабана и устройства привода. Процесс проходит при непрерывном вращении барабана. Это обеспечивает равномерный доступ рабочего раствора ко всем обрабатываемым деталям. На рисунке 5 представлена барабанная ванна.
Рисунок 5 — Барабанная ванна
Преимущества и недостатки нанесения гальванических покрытий
К наиболее значимым преимуществам покрытия изделий слоем металла при помощи гальваники можно отнести следующие:
— покрытия могут без проблем наноситься на детали с очень сложной конфигурацией;
— формируемое покрытие отличается высокой плотностью и равномерностью толщины;
— покрытия характеризуются отличной адгезией с обработанной поверхностью;
— защитные и декоративные характеристики выполненных с помощью гальваники покрытий, если они сформированы в строгом соответствии с технологическими требованиями, находятся на самом высоком уровне;
— толщину наносимого с помощью гальваники слоя металла можно легко регулировать.
Главный минус гальванической технологии — невысокие адгезивные качества (способность к сцеплению) нанесенного покрытия с защищаемым металлом. Чтобы повысить адгезию, необходимо особенно тщательно готовить металл. Подготовка заключается в очищении поверхности, подлежащей обработке. [3]
В настоящее время перед гальваникой стоят новые задачи. Наряду с покрытиями, имеющими улучшенные антикоррозионные и механические свойства, требуются покрытия с сверхпроводимостью, жаростойкостью, способностью сохранять паяемость после длительного хранения на воздухе и другое. Все это требует глубокого изучения процессов электролиза с использованием современных методов исследования. Проведенные исследования дали возможность правильно подойти к разработке технологических процессов покрытия изделий, что особенно актуально в настоящее время и в будущем.
Список литературы/ References
Оборудование для гальваники
Главным направлением производственной деятельности «СтанкоСаратов» уже долгие годы является проектирование и изготовление гальванических линий и гальванических ванн под торговой маркой ВИМС и ВСК Пласт. При проектировании гальванических цехов нашими специалистами уделяется большое внимание экологии и охране труда нашего оборудования. Для создания гальванической линии учитывается не только покрываемые дециметры металла, но и расход воды в ваннах промывки, количество кубометров воздуха откачиваемого с зеркала ванн, потребляемое электричество и еще не мало факторов на которые заказчик порой не обращает внимания. По нашему мнению экологичность производства также важно как и его надежность.
Более подробную информацию Вы всегда можете получить по контактным телефонам:
+7 8452 343-895, + 7 909 341 3506, +7 903 021 1999, +7 917 315 8626
Когда создается гальваническое оборудование или оборудование гальванических цехов, большое внимание уделяется комплектации и функциональному применению всех элементов конструкции и технологических решений. Производство гальванического оборудования это процесс достаточно наукоёмкий в котором задействованы специалисты инженерных специальностей конструктора, технологи, нормировщики, инженеры электрики, электронщики, каждый из них делает свою часть работы, что в итоге позволяет заказчику просто купить гальваническое оборудование.
Оборудование для гальванического производства (гальваники)
Для организации гальванического производства будь то гальванический цех, гальванический участок, гальваническая линия или гальваническая ванна, необходимо соблюдать определенные требования позволяющие эффективно и безопасно пользоваться оборудованием для нанесения покрытий. Рассмотрим основные элементы гальванического участка, состав оборудования и конструктивные особенности которые значительно влияют на эффективность всего производства.
Гальваническое оборудование
Обработка металлических изделий гальваническим методом является одним из наиболее распространенных и востребованных способов нанесения покрытий. С его помощью наносятся защитные или декоративные покрытия. В частности это хромирование, никелирование, меднение, серебрение. Преимуществами гальванического метода нанесения покрытий являются простота, экономичность процесса, стойкость и долговечность покрытий.
В настоящее время в промышленности используется несколько основных типов гальванического оборудования, каждый из которых выполняет свой спектр задач. К ним относят:
Гальванические ванны – установки, предназначенные для нанесения покрытий методом погружения заготовок в емкость с рабочим раствором с дальнейшей гальванической обработкой. Конструктивно представляют собой емкости, в которых содержится рабочий раствор и проводятся все стадии процесса: подготовительный, основной и процесс дополнительной обработки. В зависимости от типа обрабатываемых деталей производятся в виде наливных ванн, наливных колоколов, ванн для анодирования и травления. Отдельно стоит отметить ванны для обезжиривания, промывки и сушильные ванны, которые используются на подготовительных и финишных стадиях процесса.
Несмотря на то, что выпускается большое разнообразие гальванических ванн все они должны отвечать требованиям гидро- и электроизоляции, обеспечивать свободный доступ к обрабатываемым деталям, а также иметь системы электроснабжения и подачи воздуха. В настоящее время большинство всех производимых гальванических ванн изготавливаются из химически инертной пластмассы с дополнительным покрытием.
По методу загрузки заготовок ванны делятся на оборудование с ручной или автоматической подачей.
Гальванические линии
Гальванические линии – это промышленные установки, которые объединяют серию ванн и дополнительно оснащены манипуляторами или конвейерными установками для подачи заготовок. Такие линии оборудуются на производствах с большими объемами обрабатываемой продукции. Преимущества использования гальванических линий заключается в том, что они обеспечивают автоматизацию процесса и высокую производительность. Кроме того, в гальванических линиях за счет использования автоматических манипуляторов возможен доступ к ваннам с различными растворами в произвольном порядке. Это расширяет ассортимент наносимых покрытий и обрабатываемых деталей.
Роторные установки – специфический тип промышленного гальванического оборудования, которое используется для обработки мелких деталей. В основном применяется для гальванической обработки метизной продукции. По конструкции, роторные установки представляют собой ванну закрытого типа, выполненную в форме барабана и устройства привода. Процесс проходит при непрерывном вращении барабана. Это обеспечивает равномерный доступ рабочего раствора ко всем обрабатываемым деталям.
Дополнительное оборудование – служит для обеспечения основного рабочего процесса. В эту группу оборудования выделяют установки фильтрации и регенерации основного рабочего раствора, системы автоматической подачи заготовок, оборудование для предварительной фильтрации воды и вентиляции рабочего пространства, системы дозирования и подачи реагентов.
Гальваническое оборудование любой производительности требует оснащения дополнительным оборудованием в обязательном порядке. С одной стороны оно обеспечивает правильность прохождения процесса и качество нанесения покрытия, а с другой безопасность производства.
Гальваника своими руками в домашних условиях: технология и оборудование
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.
Домашняя гальваническая установка
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.
Схема процесса электролиза
Сделать гальванику даже в домашних условиях несложно. Выполняют такую процедуру следующим образом.
В результате на обрабатываемой поверхности формируется тонкий и однородный слой металла, который изначально содержался в химическом составе электролита.
Схема гальванической установки
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.
Для домашней гальваники подойдет стабилизированный блок питания с регулируемым напряжением (1,5–12 В)
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:
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.
Готовый электролит можно слить и в пластиковую бутылку, но для кислотных составов нужно использовать стеклянную посуду
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.
Для нанесения декоративных металлизированных покрытий можно приобрести специальные комплекты, состоящие из всех необходимых компонентов
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 пескоструйная обработка 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.
Составы щелочных обезжиривающих растворов
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.
Резиновые перчатки, очки и респиратор – минимум необходимых защитных средств
Личная безопасность – самое важное правило, которого следует строго придерживаться при осуществлении гальваники в домашних условиях. К мерам, которые способны обеспечить такую безопасность, следует отнести:
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.
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.
Установка гальванического хромирования
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.
Золочение и серебрение
Покрытие металла слоем серебра или золота – это не только гальванопластический метод обработки, при котором с поверхности обрабатываемого изделия получают точную копию, но и технология, позволяющая создать на детали защитный и токопроводящий слой. Чтобы нанести на деталь из черного металла серебро, ее необходимо предварительно покрыть никелем.
Электролит для выполнения серебрения включает в свой состав железноцианистый калий, карбонат натрия и дистиллированную воду. Рабочая температура такого раствора не должна превышать 20°. В качестве анодов при выполнении серебрения методом гальваники используются пластины из графита.
Для серебрения детали опускаются в электролит, содержащий соль металла, например, нитрат серебра
Возможна также гальванопластика дома, в процессе выполнения которой поверхность изделия формируется при помощи слоя золота. Кроме того, при помощи такой технологии может быть выполнено и простое золочение детали. При этом для гальваники применяется водный раствор золота с синеродистым калием. Работать с таким электролитическим раствором можно только в помещениях с хорошей вентиляционной системой.
Многие домашние мастера задаются вопросом о том, как сделать процесс золочения более безопасным для человеческого здоровья. Для решения этой задачи ядовитую кислоту можно заменить на железистосинеродистый калий, который также называют кровавой солью. Перед выполнением золочения в домашних условиях изделие тщательно очищают и покрывают медью, если оно изготовлено из стали, свинца, олова или цинка. Для улучшения адгезии слоя золота с обрабатываемой поверхностью изделие перед обработкой окунают в раствор азотнокислой ртути.
При выполнении золочения в электролит вместе с анодами помещают листик золота. После окончания гальваники изделие просушивают в опилках, а затем полируют.