Инженерные решения в области
смазочных материалов и клеев-герметиков

Гальваническое покрытие: свойства, разновидности и особенности получения

В данной статье рассматривается область применения и особенности нанесения гальванических покрытий.

Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлической пленки, которая препятствует коррозии и окислению поверхностей. Она придает им эстетичный внешний вид, износостойкость и увеличивает твердость.

Данный метод обработки улучшает термостойкость металлов, поэтому его широко применяют в таких отраслях промышленности, где в технологическом процессе присутствуют операции, проводимые при высоких температурах.

Как появилось гальваническое покрытие?

Открытием гальванического покрытия мир обязан русскому физику Борису Якоби. В 1836 году в ходе экспериментов он пропускал металлы через соляные и водные растворы, которые находились под воздействием электрического тока.


Схема движения ионов при гальванизации


При прохождении через солевые растворы металлы разделялись на разнозарядные ионы. Положительные оседали на катоде, а отрицательные – на аноде.

Принцип гальванизации

Гальванические покрытия требовательны к подготовке поверхностей. Перед началом работ требуется провести тщательную очистку и обезжиривание оснований.

Для металлических поверхностей рекомендуется использовать органические растворители, которые не вызывают коррозии.

Очиститель металла MODENGY




Одним из таких материалов является Очиститель металла MODENGY. Он отлично удаляет нефтепродукты, силиконовые масла, консервационные составы, адсорбированные пленки, газы, влагу и другие виды загрязнений. Испаряется быстро и без остатка.





Однако одной очистки и обезжиривания в большинстве случаев бывает недостаточно. Помимо этого проводится пескоструйная обработка и последующая шлифовка наждачной бумагой, специальными пастами.

Гальваническое покрытие выделяет все сколы, царапины и раковины поверхностей, поэтому обрабатываемое изделие должна быть идеально подготовленным.

Далее рассмотрим технологию гальванизации.

Очищенная деталь погружается в емкость с электролитом и на нее подается отрицательный заряд, в результате чего она становится катодом. Отдельно стоит металлическая пластина, которая получает положительный заряд и выполняет функцию анода. Именно она служит для образования покрытия.

При замыкании электрической сети металл с анодной пластины растворяется в электролите и направляется к катоду, где он образует равномерную тонкую пленку.

Данный способ гальванизации называется анодным. Благодаря ему при возникновении очагов коррозии разрушается именно гальваническая изоляция, а защищаемый металл в течение длительного времени остается нетронутым.

Существует еще один метод гальванизации – катодное напыление. Он применяется гораздо реже. При нарушении целостности такого покрытия возрастает интенсивность разрушения металла под ним. Этому способствует сама технология нанесения.

Электролит – это проводящий раствор, благодаря которому металлы попадают на катод с анода. Размер емкостей для этой жидкости может быть разным и зависит от производственных задач.


Ванны для гальванизации


Детали больших размеров находятся в объемных ваннах в подвешенном состоянии. На более мелкие изделия гальваническое покрытие наносится в барабанных емкостях, где отрицательный заряд подается на барабан, который вращается в электролите. Для обработки деталей очень маленького размера (метизы, крепежные элементы) используются колокольные наливные ванны. В процессе работы они вращаются с низкой скоростью, в результате чего детали равномерно покрываются защитным покрытием.

Большое значение имеет плотность тока, который проходит через электролит. Он влияет на структуру формируемого осадка. Данная величина измеряется отношением силы тока к единице поверхности обрабатываемой детали.

При слишком большой величине плотности порошковых отложений много, а при низкой – его вообще не образуется. Это сказывается на качестве конечного покрытия. Именно поэтому процесс гальванизации требует постоянного контроля.

Толщина гальванического покрытия на деталях составляет 6-20 мкм и определяется особенностями металлов, участвующих в гальванизации. Уровень адгезии металлического сплава с поверхностями определяется при помощи специальных тестов.

Совместимость металлов

Совместимость материалов при гальванизации очень важна. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях данный процесс протекает замедленно. Однако существуют материалы, которые соединять вместе не рекомендуется.

С определенными трудностями связана работа с алюминием и его сплавами. Это связано с тем, что на поверхностях этих материалов присутствует окисная пленка, которая затрудняет процесс гальванизации.

Для алюминия можно использовать следующие сочетания материалов: никель-хром, медь-никель-хром, медь-олово, свинец-олово. Допускается также цинкование и латунирование алюминия.

Область применения

Прочность и износостойкость гальванических покрытий позволяет использовать данный вид защиты:

  • В авиастроении

  • В машиностроении

  • В радиотехнической промышленности

  • В электронной промышленности

  • В строительстве


Альтернатива гальваническому покрытию

Повысить прочность и антикоррозионные характеристики металлов помимо гальванизации можно закалкой, рекристаллизацией, чеканкой, обкатыванием, газопламенным напылением, наплавкой и другими методами обработки.

Одним из наиболее простых и эффективных способов обеспечения прочности и износостойкости металлических изделий, предотвратить их коррозию, защитить от агрессивных внешних факторов позволяет применение специальных антифрикционных покрытий (АФП). Внешне они напоминают лакокрасочные материалы, только вместо колера содержат частицы твердых смазочных веществ.

АФП создают на поверхностях тонкую сухую пленку, которая обладает высокой несущей способностью и низким коэффициентом трения. Это особенно важно для металлических деталей, которые являются частью подвижных механизмов и работают при очень высоких нагрузках, давлениях и температурах.


Структура антифрикционного твердосмазочного покрытия


Рассмотрим особенности антифрикционных покрытий на примере АТСП MODENGY. Их основу составляют неорганические и органические связующие вещества, а также твердые смазочные материалы: графит, дисульфид молибдена, ПТФЭ, нитрид бора, дисульфид вольфрама, фториды бария и кальция.

Эти материалы формируют на поверхностях прочный композиционный слой, который представляет собой полимерную матрицу, где распределены частицы твердых смазочных веществ. Они заполняют и сглаживают микронеровности поверхностей, тем самым увеличивая их опорную площадь и несущую способность.

Антифрикционные покрытия обладают высоким сопротивлением сжатию и малым сопротивлением сдвигу, поэтому их коэффициент трения достигает значений в несколько сотых при контактных давлениях, соизмеримых с пределом текучести материала основы.

Многие покрытия доказали свою работоспособность в условиях радиации и вакуума. Они обладают высокой несущей способностью до 2500 МПа и высокими противозадирными характеристиками. Благодаря технологии сухой смазки они эффективно работают в запыленных условиях. Диапазон рабочих температур покрытий составляет от -200 до +560 °C.

Нанесение АФП производится путем стандартных технологий окрашивания.



Виды гальванических покрытий

Гальванические покрытия, в зависимости от назначения, бывают следующих видов:

  • Защитные: служат для изоляции металлических изделий от механических повреждений и воздействия агрессивных сред

  • Защитно-декоративные: предназначены для защиты деталей от агрессивных и разрушающих внешних факторов, а также для придания им эстетичного внешнего вида

  • Специальные: служат для улучшения определенных характеристик поверхностей, например, повышения износостойкости и твердости, электроизоляционных, магнитных свойств

В некоторых случаях гальванизация применяется при восстановлении изначального вида изделий после их длительной эксплуатации.

Гальваническое покрытие позволяет создавать точные копии деталей, которые обладают даже очень высокой сложностью рельефа. Данный процесс называется гальванопластикой.


В зависимости от используемых в качестве покрытий материалов выделяют следующие виды гальванизации.

Меднение

В качестве покрытия используется медный купорос. Такая обработка способствует повышению прочности металлических изделий и повышению их токопроводящих свойств. Металлы с медным покрытием используются для производства электропроводников.


Внешний вид крепежа с медным гальваническим покрытием


Хромирование

Данная процедура улучшает прочностные характеристики металлов, а также их сопротивляемость агрессивному воздействию внешней среды. Помимо этого, она улучшает внешней вид и восстанавливает поврежденные детали до начальных параметров.


Внешний вид хромированных деталей


В зависимости от технологии хромированое покрытие может обладать различными свойствами и параметрами. Например, серое матовое увеличивает твердость металла, но не повышает износостойкость, блестящее повышает твердость и износостойкость, молочное пластичное придает эстетичный внешний вид, усиливает стойкость к коррозии, но не придает твердости изделиям.

Цинкование

Самая популярная операция гальванизации. Тонкий слой цинка придает металлам блеск и предотвращает образование коррозии. Цинкование особенно популярно в строительной и автомобильной индустрии. Цинк используется для обработки трубопрокатных изделий, емкостей, опорных и кровельных конструкций, кузовных деталей автомобилей.


Процесс цинкования


Железнение

Используется для усиления прочностных характеристик легкоизнашиваемых деталей, например, из меди. Такое покрытие практически не подвержено воздействию коррозии.

Никелирование

Данный метод обработки является оптимальным для придания металлам устойчивости к внешним воздействию окружающей среды. Слой никеля надежно защищает изделия от коррозии, возникающей вследствие загрязнения щелочами, кислотами, солями. Никелированные детали отличаются очень высокой стойкостью к истиранию и механическим повреждениям.


Внешний вид деталей с никельным покрытием


Латунирование

Используется для защиты металлов от воздействия коррозии. Слой латуни обеспечивает лучшую адгезию металлических деталей с резиной.


Покрытие латунью


Серебрение и золочение

Эти операции применяются в ювелирном деле, радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Серебро и золото придают поверхностям презентабельный внешний вид, высокие отражающие свойства, предотвращают коррозию, улучшают токопроводящие свойства, повышают твердость и защищают от агрессивных внешних факторов.


Внешний вид поверхности после серебрения


Родирование

Слой родия увеличивает сопротивляемость деталей воздействию химическим агрессивным средам, а также придает дополнительную механическую стойкость. Родирование предотвращает окисление, потускнение изделий из серебра и эстетичный внешний вид металлам.

Покрытие оловом

Олово увеличивает прочность и твердость металлическим деталям. Гальванизация этим материалом применяется для алюминия, цинка, стали и меди.


Покрытие оловом