Один из наиболее эффективных способов продлить срок службы металлической детали — нанести на нее гальваническое покрытие. С помощью этой технологии защищают от износа и коррозии кузова автомобилей, строительные конструкции, фурнитуру, посуду и десятки других изделий. В статье рассказали, как происходит гальванизация, какое оборудование и химические составы для нее используют и какие виды гальванических покрытий применяют в разных отраслях.
Что такое гальваническое покрытие
Определение и суть технологии
Гальваническое покрытие — это тонкий металлический слой, который наносят на поверхность изделия, чтобы защитить его от коррозии, улучшить внешний вид или придать специальные свойства.
Такое покрытие получают электрохимическим способом: погружают деталь в раствор электролита и пропускают через него электрический ток.
В результате на поверхности образуется прочная и ровная пленка из выбранного металла. Толщина покрытия зависит от назначения изделия и может варьироваться от долей микрона до нескольких сотен микрон.
Основные термины
Сокращенно защитный слой называют гальванопокрытием, а сам процесс его нанесения — гальванизацией.
Гальванизация основана на законах электролиза: деталь подключают к отрицательному электроду — катоду, а в качестве положительного электрода — анода — используют металл, которым планируют покрыть изделие. Оба элемента погружаются в раствор электролита — жидкости, которая проводит электрический ток.
Когда по системе пускают ток, ионы из анода переходят в раствор, а затем осаждаются на поверхности катода и образуют на поверхности детали дополнительный слой.
Свое название технология получила в честь итальянского ученого Луиджи Гальвани, который в XVIII веке исследовал электрические явления и заложил основы электролиза.
Для чего проводят гальванизацию
Гальваническая обработка решает несколько производственных задач: повышает коррозионную стойкость металла и его устойчивость к износу, придает деталям эстетичный внешний вид. Но как и у любой технологии, у этого метода защиты металла есть свои особенности, преимущества и ограничения.
Преимущества и недостатки технологии
Преимущества:
- Защита от коррозии — основной металл сохраняет первоначальные свойства и не поддается разрушению даже в условиях повышенной влажности, при контакте с солями и агрессивными химическими средами.
- Улучшение внешнего вида — поверхность деталей становится ровной, гладкой, приобретает красивый отлив.
- Увеличение срока службы изделий — поверхность деталей становится более твердой, устойчивой к трению и деформациям. Это значит, что период эксплуатации деталей становится более продолжительным.
Недостатки:
- Высокие требования к подготовке поверхности — при нарушении технологии защитное покрытие может отслаиваться.
- Риски работы с химическими растворами — электролиты и реагенты опасны для кожи и дыхательных путей, а также могут нанести вред окружающей среде. Поэтому персонал должен использовать средства защиты, а утилизировать отходы нужно строго в соответствии с экологическими нормами.
- Ограничения по размерам деталей — слишком крупные детали, которые не поместятся в гальваническую ванну, обработать таким способом не получится.
Какие металлы подвергают гальванической обработке
Чаще всего гальванизируют сталь: без дополнительной защиты она сильно подвержена коррозии, а гальваническое покрытие значительно продлевает срок службы деталей из этого сплава.
Еще таким способом обрабатывают:
- Медь и латунь — для повышения электропроводности, защиты от окисления и декоративной отделки.
- Алюминий — для увеличения твердости и устойчивости к царапинам.
- Драгоценные сплавы — для восстановления внешнего вида или изменения оттенка.
Отличие гальванизации от других методов защиты металла
Гальваническое покрытие — не единственный способ защитить металл от коррозии и износа. Помимо гальванизации, для этих целей используют покрытие жидкими лакокрасочными материалами (ЛКМ), порошковую покраску, термохимическую обработку и другие технологии.
В отличие от ЛКМ и порошковых покрытий, гальванический слой не просто наносится поверх изделия, а образует прочную связь с металлом. Благодаря этому он лучше выдерживает истирание и случайные повреждения.
От термохимических методов, таких как азотирование и цементация, гальванизация отличается тем, что изменяет только поверхность изделия и не затрагивает его внутреннюю структуру. Это важно, когда необходимо сохранить заданные твердость, пластичность или другие исходные свойства детали.
Виды гальванических покрытий
Гальванизировать изделия можно разными металлами. В зависимости от того, какой металл используется, технология получает свое название: если применяют цинк — это цинкование, хром — хромирование, никель — никелирование. Рассмотрим наиболее распространенные варианты покрытий и их особенности.
Цинкование
Главная задача цинкования — повысить коррозионную стойкость металла. При контакте цинкового покрытия с воздухом на его поверхности образуется оксидная пленка. Она предотвращает контакт основного материала с влагой, кислородом, солями и другими агрессивными веществами. Даже если покрытие повреждено, цинк продолжает защищать металл: он принимает коррозию на себя и разрушается первым, а сама деталь остается целой, пока есть хотя бы часть цинкового слоя.
Никелирование
Никелевое покрытие не дает такую сильную защиту от коррозии, как цинковое, но делает изделие более износостойким. Еще никель используют как основу перед нанесением других гальванических покрытий: он улучшает адгезию и продлевает срок службы финишного слоя.
Хромирование
Хромирование повышает твердость и износостойкость поверхности, улучшает ее внешний вид и делает металл более устойчивым к воздействию агрессивных сред.
Существует два типа хромирования:
- Промышленное. На деталь наносят толстый слой хрома — от 10 до 500 мкм. Такое покрытие увеличивает твердость поверхности и уменьшает трение между деталями, что продлевает срок службы подвижных узлов и механизмов.
- Декоративное. Деталь предварительно никелируют, а затем покрывают совсем тонким слоем хрома — от 1 до 6 мкм. В результате изделие приобретает благородный серебристо-голубой оттенок с ярким блеском и получает легкую степень защиты.
Другие виды гальванических покрытий
Помимо цинкования, никелирования и хромирования, применяют и другие виды гальванизации:
- Меднение — защищает от коррозии и улучшает электропроводность поверхности.
- Лужение (оловянирование) — предотвращает окисление и безопасно для контакта с пищевыми продуктами.
- Серебрение — как и меднение, повышает электропроводность металлических деталей. Также придает поверхности декоративный блеск, поэтому востребовано для обработки ювелирных изделий и элементов интерьера.
- Золочение — защищает поверхность от окисления и обеспечивает стабильную проводимость тока даже при высокой влажности и перепадах температур.
- Железнение — повышает твердость и износостойкость поверхности, а также позволяет вернуть изношенным деталям исходные размеры.
Технология гальванической обработки
Гальванизация требует строгого соблюдения технологии. От правильности подготовки деталей, состава электролита и параметров подачи тока зависит не только внешний вид изделия, но и срок его службы.
Пошаговый процесс нанесения покрытия
Процесс гальванической обработки включает пять этапов:
- Подготовка поверхности. Деталь очищают от грязи, масел и ржавчины, чтобы улучшить сцепление металла с защитным слоем. Для очистки применяют обезжиривание, механическую или химическую обработку.
- Активирование поверхности. Изделие травят в кислотном или щелочном растворе, чтобы снять оксидную пленку и создать микрошероховатость для еще большей адгезии. При необходимости наносят промежуточный слой, например никель перед хромом.
- Нанесение покрытия. Деталь погружают в ванну с электролитом, затем подают электрический ток. Происходит реакция, в результате которой на поверхности основного материала осаждаются ионы металла, который используется для гальванизации.
- Промывка и сушка. После гальванизации изделие промывают сначала в проточной, затем в дистиллированной воде — это обеспечивает чистоту поверхности и стабильность свойств покрытия. Затем деталь просушивают горячим воздухом, с помощью инфракрасной установки или в термокамере.
- Контроль качества. На финальном этапе проверяют толщину и равномерность слоя, его внешний вид и прочность сцепления покрытия с основой.
Оборудование для гальванизации
Основное оборудование для такой обработки — это гальванические ванны, в которых происходит нанесение покрытия. Они могут быть из пластика, стали или других материалов, которые устойчивы к воздействию электролита.
Помимо самих ванн, используют:
- Источники постоянного тока с регулировкой напряжения и силы разряда.
- Подвески и барабаны для фиксации изделий в ванне.
- Системы фильтрации и подогрева раствора, чтобы поддерживать его чистоту и рабочие параметры.
- Систему вентиляции, чтобы отводить вредные пары.
Точная комплектация линии для гальванизации зависит от габаритов деталей, типа покрытия и объемов производства.
Химические растворы и их состав
В качестве электролита используют растворы солей металлов, которые планируют нанести на деталь. Например, при цинковании — соли цинка, при никелировании — соли никеля.
В состав растворов для гальванизации также входят:
- Проводящие добавки — хлориды натрия или аммония, которые повышают электропроводность раствора и делают процесс осаждения более равномерным.
- Буферы — борная или уксусная кислота либо ацетат натрия для поддержания стабильного уровня pH.
- Блескообразователи — органические соединения, которые придают покрытию дополнительный блеск (сульфид натрия, фенол, мочевина, крезол и прочие).
- Выравнивающие добавки — полиэтиленгликоль или другие полимеры, которые помогают сделать слой более равномерным.
Состав электролита подбирают в зависимости от вида металла, на который будет наноситься гальваническое покрытие, а также от условий обработки. От электролита напрямую зависит скорость осаждения, прочность, равномерность и внешний вид покрытия.
Где применяют гальванизацию
Гальванические покрытия встречаются на самых разных изделиях — от автомобильных кузовов до кухонной посуды. Для каждой детали выбирают свой тип покрытия — в зависимости от того, для каких задач и в каких условиях она будет использоваться.
В автомобильной промышленности
В автомобильной промышленности гальванизацию применяют для защиты автокомпонентов от коррозии и износа, а также для того, чтобы сохранить аккуратный внешний вид деталей.
Кузовные панели, днище и элементы подвески часто цинкуют, чтобы предотвратить ржавчину. Для декоративных деталей экстерьера — решеток радиатора, молдингов, ручек дверей — применяют хромирование, которое придает блеск и предохраняет от царапин. Приборные панели и другие элементы салона никелируют: это защищает их от потертостей и следов частого прикосновения.
В строительстве и архитектуре
В этой сфере металлоконструкции постоянно подвергаются воздействию влаги, температурным перепадам и различным загрязнениям. Гальванические покрытия позволяют предотвратить коррозию и сохранить прочность конструкций на долгие годы.
Несущие балки, каркасы, ограждения, наружные лестницы и элементы фасадов обычно цинкуют для защиты от ржавчины. Декоративные элементы — перила, облицовочные панели, светильники — хромируют или никелируют, чтобы они дольше сохраняли эстетичный вид и были устойчивыми к мелким повреждениям.
В бытовых изделиях
Здесь обработка методом гальванизации также сочетает защитную и декоративную функции.
Фурнитуру, петли, ручки, ножи и инструмент цинкуют, чтобы металл не ржавел и выдерживал регулярные механические нагрузки. Осветительные приборы, мебельную фурнитуру и элементы декора никелируют или хромируют для защиты от потертостей и сохранения блеска на долгие годы. Для посуды и кухонной утвари применяют лужение, которое препятствует окислению металла и делает его безопасным для контакта с пищей.
Частые вопросы
Сколько служит гальванопокрытие?
Срок службы зависит от вида металла, толщины слоя и условий эксплуатации. Например, качественное цинковое покрытие на строительных конструкциях может прослужить 10–15 лет даже на открытом воздухе, а в сухих помещениях — и дольше. Хромовые и никелевые декоративные покрытия сохраняют блеск и цвет годами, если деталь не подвергается постоянному трению, царапинам и воздействию агрессивной химии.
Можно ли провести гальванизацию в домашних условиях?
Технически — да. На маркетплейсах и в специализированных интернет-магазинах продаются небольшие наборы для гальванизации: пластиковая или стеклянная ванночка для электролита, раствор электролита с солями нужного металла, портативный источник тока и держатели для изделий.
С помощью таких устройств можно обработать мелкие предметы, например болты, гайки, велосипедные и мотоциклетные детали, фурнитуру, ножи, элементы инструментов. Но без опыта легко нарушить технологию: неправильно выставить параметры тока, время или температуру, из-за чего слой получится тонким, неравномерным или будет отслаиваться. Если нужен прочный и долговечный результат, надежнее обратиться в мастерскую.
Как отличить качественное гальваническое покрытие?
Хорошее покрытие выглядит ровным и однородным, без подтеков, пузырей, пятен и оголенных участков. При легком изгибе или ударе изделия оно не отслаивается и не трескается. Если покрытие декоративное, у него должен быть равномерный блеск, без разводов и помутнений.
Насколько толщина слоя соответствует стандарту, визуально оценить сложно. Для точных замеров используют толщиномеры — специальные приборы, которые показывают, сколько микрон покрытия нанесено на поверхность детали. Также можно проверить толщину слоя в лаборатории металлографическим или химическим методом. Эти способы дают высокую точность, но требуют среза или частичного разрушения детали, поэтому их используют только для выборочного контроля.
Благодаря гальваническому покрытию металлические изделия дольше сохраняют рабочие свойства и внешний вид даже при интенсивной эксплуатации. Такой результат возможен только при строгом соблюдении технологии и правильном подборе металла для нанесения: от этого напрямую зависит надежность защиты и срок службы детали.
