ГАЛЬВАНОТЕХНИКА

ГАЛЬВАНОТЕХНИКА область
прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитич. осаждения
металлов на поверхность металлич. и неметаллич. изделий. Г. включает: гальваностегию
- получение на поверхности изделий прочно сцепленных с ней тонких металлич.
покрытий и гальванопластику - получение легко отделяющихся, относительно
толстых, точных копий с различных предметов, т. н. матриц. Открытие и тех-нич.
разработка Г. принадлежат рус. учёному Б.С.Якоби, о чём он доложил 5 окт.
1838 на заседании Петерб. АН. Г.
основана на явлении электрокристаллизации - осаждении на катоде (покрываемом
изделии в гальваностегии или матрице в гальванопластике) положительно заряженных
ионов металлов из водных растворов их соединений при пропускании через
раствор постоянного электрич. тока (см. Электролиз). Количественно гальванотехнич.
процессы регулируются по законам Фарадея (см. Фарадея явление) с учётом
побочных процессов, к-рые сводятся чаще всего к выделению на поверхности
покрываемых изделий наряду с металлом водорода; качественно - типом и составом
электролита, режимом электролиза, т. е. плотностью тока, а также темп-рой
и интенсивностью перемешивания. Различают электролиты на основе простых
или комплексных соединений. Первые значительно проще, дешевле и при интенсивном
перемешивании (чаще воздушном) допускают применение высоких плотностей
тока, что ускоряет процесс электролиза. Так, напр., в гальваностегии при
покрытии изделий простой конфигурации электролит на основе сернокислого
цинка в присутствии коллоидных добавок допускает плотность тока до 300
а/м², а при интенсивном воздушном перемешивании - до 30 ка/м².
В гальванопластике растворы простых солей, чаще сернокислых, обычно применяют
без введения к.-л. органич. добавок, т. к. в толстых слоях эти добавки
отрицательно сказываются на механич. свойствах полученных копий. Применяемая
плотность тока ниже, чем в гальваностегии; в железных тальвано-пластич.
ваннах она не превышает 10-30 а/м², в то время как при железнении
(гальваностегия) плотность тока достигает 2000-4000 а/м². Гальванич.
покрытия должны
иметь мелкокристаллич. структуру и равномерную толщину на различных участках
покрываемых изделий - выступах и углублениях. Это требование имеет в гальваностегии
особенно важное значение при покрытии изделий сложной конфигурации. В этом
случае используют электролиты на основе комплексных соединений или электролиты
на основе простых солей с добавками поверхностно-активных веществ. Примером
благоприятного влияния поверхностно-активных веществ на структуру покрытия
может служить процесс осаждения олова из сернокислого оловянного электролита;
без добавок поверхностно-активных веществ на поверхности покрываемых изделий
выделяются изолиров. кристаллы, напоминающие ёлочную мишуру и не представляющие
никакой ценности как покрытие. При введении в электролит фенола, крезола
или др. соединения ароматич. ряда вместе с небольшим количеством коллоида
(клей, желатина) образуется плотное, прочно сцепленное покрытие с вполне
удовлетворит, структурой. Из щелочных оловянных электролитов, в к-рых олово
находится в виде отрицат. комплексного иона (SnО4-,
при темп-ре 65-70° С без к.-л. поверхностно-активных веществ получаются
хорошо сцепленные мелкокристаллич. покрытия. Причина такого различия в
поведении кислых и щелочных электролитов заключается в том, что в первых
простые ионы двухвалентного олова в отсутствие поверхностно-активных веществ
разряжаются без сколько-нибудь заметного торможения (поляризации), а в
щелочных электролитах олово находится в виде комплексных ионов, разряжающихся
со значит, торможением. Для цинкования изделий сложной формы применяют
щёлочно-цианистые электролиты или др. комплексные соли цинка. Для кадмирования
изделий применяются, как правило, цианистые электролиты. То же можно сказать
про серебрение, золочение, латунирование.

Существенную роль в гальванотехнич.
процессах играют аноды, осн. назначение к-рых - восполнять в электролите
ионы, разряжающиеся на покрываемых изделиях. Аноды не должны содержать
примесей, отрицательно влияющих на внешний вид и структуру покрытий. В
нек-рых случаях анодам придают форму покрываемых изделий.Процессы хромирования,
золочения, платинирования, родирования и др. протекают с нерастворимыми
анодами из металла или сплава, устойчивого в данном электролите. Корректирование
электролита в целях сохранения постоянства его состава осуществляется периодич.
введением солей или др. соединений выделяющегося металла.

Все процессы как гальванопластики,
так и гальваностегии протекают в гальва-нич. ваннах. Часто гальванич. ванной
называют также состав находящегося в ней электролита. Материалом ванны
в зависимости от её размеров и степени агрессивности электролита могут
служить: керамика, эмалиров. чугун, сталь, футерованная свинцом или винипластом,
органич. стекло и др. Ёмкость ванн колеблется от долей м³ (для
золочения) до 10 м³ и более. Различают ванны: стационарные (покрываемые
изделия в к-рых неподвижны), полуавтоматические (изделия вращаются или
перемещаются по кругу или подковообразно) и агрегаты, в к-рых автоматически
осуществляются загрузка, выгрузка и транспортировка изделийвдоль ряда ванн.
Постоянный ток для электролиза получают гл. обр. от селеновых и кремниевых
выпрямителей, плотность тока регулируется при помощи многоступенчатого
трансформатора.

Гальваностегия применяется
шире, чем гальванопластика; её цель придать готовым изделиям или полуфабрикатам
определённые свойства: повышенную коррозионную стойкость (цинкованием,
кадмированием, лужением, свинцеванием), износостойкость трущихся поверхностей
(хромированием, железнением). Г. применяется для защитно-декоративной отделки
поверхности (достигается никелированием, хромированием, покрытием драгоценными
металлами). По сравнению с издавна применявшимися методами нанесения покрытий
(напр., погружением в расплавленный металл) гальваностегич. метод имеет
ряд преимуществ, особенно в тех случаях, когда можно ограничиться незначит.
толщиной покрытия. Так, процесс покрытия оловом жести для пищ. тары электролитич.
методом вытесняет старый, горячий метод; в США электролитически лужёная
жесть составляет более 99% от всей продукции (1966). Расход олова при этом
сокращён во много раз гл. обр. за счёт дифференциации толщины оловянного
покрытия-от 0,2-0,3 до 1,5-2 мкм в зависимости от степени агрессивности
пищ. сред. Все покрытия в гальваностегии должны быть прочно сцеплены с
покрываемыми изделиями; для мн. видов покрытий это требование должно быть
удовлетворено при любой степени деформации основного металла. Прочность
сцепления между покрытием и основой обеспечивается надлежащей подготовкой
поверхности покрываемых изделий, к-рая сводится к полному удалению окислов
и жировых загрязнений путём травления или обезжиривания. При нанесении
защитно-декоративных покрытий (серебряных, золотых и т. п.) необходимо
удалить с поверхности изделий оставшуюся от предыдуших операций шероховатость
шлифованием и полированием.

Технологич. прогресс в гальваностегии
развивается по пути непосредств. получения блестящих покрытий, не требующих
дополнит, полировки; прогресс в области оборудования заключается в разработке
и внедрении механизиров. и автоматизи-ров. агрегатов для механич. подготовки
поверхности и нанесения покрытий, включая все вспомогат. операции, вплоть
до нанесения покрытий на непрерывную полосу с последующей штамповкой изделий
(напр., автомобильные кузовы, консервная тара и др.). Ведущими отраслями
пром-сти, в к-рых гальваностегия имеет значит, удельный вес, являются автомобилестроение,
авиационная, радиотех-нич. и электронная пром-сть и др.

Гальванопластика отличается
от гальваностегии гл. обр. методами подготовки поверхности обратных изображений
копируемых предметов-матриц и большей толщиной наращиваемого металла (в
десятки и сотни раз). Матрицы бывают металлические и неметаллические. Преимущества
металлич. матриц заключаются в более лёгкой подготовке поверхности (чаще
методом оксидирования) и возможности снятия большего количества копий.
В качестве промежуточного поверхностного слоя на металлич. матрицы обычно
наносят тонкую плёнку серебра (десятые доли мкм)или никеля (до 2 мкм).
Оба эти металла прекрасно оксидируются при
трёхминутном погружении в 2-3%-ный раствор бихромата и обеспечивают лёгкий
съём наращённого слоя. Перспективно применение в качестве материала для
металлич. матриц оксидиров. алюминия. Сообщение электрич. проводимости
лицевой поверхности неметаллич. матриц обычно осуществляется путём её графити-рования.
Для этой цели свободный от примесей мелкочешуйчатый графит наносят на поверхность
матрицы мягкими волосяными щётками. Для крупных и сложных по рельефу предметов,
напр, статуй, барельефов и т. п., наиболее употребительны гипсовые и гуттаперчевые
матрицы. При изготовлении матриц подобные предметы делят на участки. Полученные
галь-ванопластически прямые копии соединяют пайкой с таким расчётом, чтобы
швы не исказили изображения.

Наиболее распространена медная
гальванопластика, меньше - железная и никелевая. Осн. область применения
гальванопластики - полиграфия. (См. также Гальваностереотипия.) Гальванопластика
широко применяется также при изготовлении матриц грампластинок, для произ-ва
волноводов и др.

Лит.: Якоби Б. С., Работы
по электрохимии, М.- Л., 1957; Лайнер В. И., Современная гальванотехника,
М., 1967; Modern electroplating, ed. A. G. Gray, N. Y.- L., 1953; Modern
electroplating, ed. F. A. Lowenheim, 2 ed., N. Y.-L.-Sydney, 1963. В. И.
Лайнер.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я