Опубліковано Залишити коментар

Гальванопластика

гальванопластика

Гальванопластика – це створення або відтворення предмета шляхом електроосадження.

Різниця між гальванопластикою та гальваностегію в тому що в гальваностегії виріб слугує катодом, а пластина металу яким покривають виріб анодом, під час проходження електричного струму метал осідає на виробі (катоді), а анодна пластина розчиняється. В гальванопластиці розчин електроліту слугує катодом, а анодом пластина металу.

Між технологіями гальваностегії і гальванопластики є різниця в методах підготовки поверхні. В гальваностегії з ціллю найбільш міцного зчеплення металу покриття з металом основи осадження проводиться на спеціально оброблену поверхню очищену від окисів та забруднень.

В гальванопластиці навпаки для кращого відділення металевої копії  від металевої форми для осадження, наноситься спеціальна плівка яка називається розподільчим слоєм.

Гальванопластика дає можливість виготовляти тонкі, легкі, порожнисті вироби складної форми та високої точності.

Форми які використовуються в гаванопластиці

Формою в гальванопластиці називають спеціально виготовлений зразок, з якого знімають готовий виріб.

Форми можуть виготовлятись за двома різними методами:

  • Форма готується як проміжна копія з оригіналу, щоб електроосаджений шар відділений від форми повністю відповідав оригіналу.
  • Форма готується шляхом обробки матеріалу по кресленню. В окремих випадках формою слугує готова деталь.

Вибір матеріалу форми, її виготовлення найбільш відповідальна стадія в технології гальванопластики.

В залежності від конфігурації деталей що виготовляються форми бувають: постійні і ті що руйнуються. Постійні використовуються для виробів простої конфігурації. Для отримання складних деталей використовують форми що руйнуються. Втім частіше для виготовлення складних деталей використовують форми що деформуються.

При розробці форми необхідно уникати гострих граней та кутів або глубоких впадин. Тому що під час електроосадження метал осідає не рівномірно, внаслідок цього виникають “нарости” на гранях та кутах, а у впадинах навпаки метал шар осаду занадто тонкий. При силовому навантаженні на деталь під час відділенні їх від форм вони легко відламуються. Для запобіганню цього потрібно заокруглити контур.

гальванопластика

Шерховатість поверхні копії залежить від шерховатості поверхні форми. Чим менша шерховатість поверхні форми тим легше відділити отриману деталь.

Матеріал форми повинен витримувати агресивну дію розчину і не взаємодіяв з матеріалом копії.

Постійні форми

Для виготовлення постійних форм використовують такі матеріали як сталі що стійкі до корозії, сплави на основі міді, нікелю, титану, скло, пластик. Ці матеріали мають високу механічну та корозостійкість. Форми з цих матеріалів виготовляються механічною обробкою, що значно підвищує вартість.  Тому гальванопластика цей метод зазвичай використовує при масовому випуску деталей.

Для виготовлення постійних форм зазвичай використовують корозостійкі сталі типу 12Х18Н10Т або 12Х18Н9Т вони не потребують нанесення розподільчого шару. Головним недоліком цих сталей є їх висока вартість. Форми з цих сталей необхідно використовувати тільки в кислих електролітах.

 Хромисті та інструментальні сталі обирають в випадку якщо використовується лужний електроліт. Недоліком цих сталей є низька корозостійкість, що потребує створення на поверхні захисних шарів, що захищають метал від корозії.

Звичайні марки  сталей потребують нанесення на поверхні розподільчого шару щоб забезпечити відділення осаду від форми. Зазвичай в якості такого шару використовується хромове покриття товщиною 2-5 мкм.

Титанові сплави так як і сталі що стійкі до корозії мають пасивну плівку яка слугує розподільчим шором. Головна перевага це висока міцність, недоліком є його висока вартість і складність в обробці.

Для виготовлення форм високої точності використовують мідь та сплави міді (латунь, бронза). Для захисту від корозії та підвищення міцності їх потрібно покривати шаром хрому. Недоліком є невисока міцність та висока вартість.

В останній час почали використовувати форми з алюмінію або його сплавів, наприклад дюралюміній. Основним плюсом в виготовленні є те що вони легко піддаються обробки та можуть бути виготовлені литтям. Мають малу вагу. Недоліком є їх мала міцність.

Для виготовлення постійних форм також використовуються скло та різні полімені матеріали. Скляні  дозволяють отримати деталь з мінімальною шерховатістю.  Недоліком є хрупкість і висока вартість.

Форми з пластику мають хорошу хімічну стійкість, можливість виготовити її литтям або пресуванням. Недоліком є низька механічна стійкість.

Форми які руйнуються

Форми які руйнуються слугують для виготовлення одиничних деталей тому для виготовлення  використовують не дорогі матеріали.

Форми що руйнуються можна розділити на чотири групи: ті що витравлюються, виплавляються,  розчиняються, що руйнуються механічно.  

Для форм що витравляються часто використовують алюміній і його сплави, які добре розчиняються в розчинах гідроксида натрія і соляній кислоті.  Недоліком форм що витравляються є тривалість їх розчинення і більш висока вартість. Можна використовувати сплави Д16, Д17, Д6, Д7. Також використовують сплави на основі цинка.

Форми що виплавляються виготовляються з матеріалів які можуть бути видалені при невисоких температурах без деформації самої деталі.

Для виготовлення форм що розчиняються використовують пластичні маси: акрилати, полістироль та інші. Пластмасові форми розчиняють в органічних розчинниках, наприклад трихлоретилен. Форми з полістиролу розчиняються в стиролі.

Форми що руйнуються механічно, наприклад ударом молотка, висвердлюванням.

Форми що деформуються

 Основною частиною таких форм є еластична оболонка, що дозволяє дістати її з виготовленої деталі. Для виготовлення  використовують полівінілхлорид з якого методом лиття отримують оболонку потрібної форми. Цю оболонку заливають воском щоб зробити її більш твердою. Для видалення форми воск розплавляють і дістають оболонку яку можна використовувати знову.

Підготовка поверхні форми

Підготовка поверхні металевих форм

Металеві форми зазвичай полірують. Але після полірування  залишаються сліди полірувальних паст, тому проводиться очистка яка включає в себе знежирювання в органічних та  лугових розчинниках. Наприклад  органічні розчинники:  бензол, толуол, етиловий спирт та інші. Лугові розчинники дихлоретан, тетрахлоретилен та інші.

Підготовка поверхні форми з не металевих матеріалів

Підготовка поверхні складається з наступних операцій: знежирювання, створення струмопровідного шару, затяжка. Для постійних форм необхідно нанесення розподільчого шару.

Вибір розчину для знежирювання залежить від матеріалу форми. Знежирювання полімерних матеріалів здійснюються органічним розчинником або лугових розчинах. Для знежирювання підбирають розчини які не будуть вступати взаємодію з матеріалом форми.

Найбільш простим способом створення струмопровідного шару на певерхні не металевих форм є металізація. Втім найбільш доступним способом є нанесення шару графіту.

Після нанесення струмопровідного шару, форму промивають водою і переносять в ванну первинного покриття. Необхідність первинного шару пояснюєься тим що форми вкриті струмопровідним шаром, можуть зруйнуватись при сильному перемішуванні і підігріві в дуже кислих розчинах.

Тому операція затяжки проводиться в слабких електролітах, при низькій густині струму, без перемішування.  Для повного нарощування товстих шарів потрібно  перейти на інший більш сильніший електроліт і з більшою густиною струму.

Електороліти що використовуються в гальванопластиці

Основні вимоги до електролітів це задані фізико-хімічні та механічні властивості осаду, висока швидкість осадження металу, рівномірне розподілення металу по катоду, стабільність електроліта. Навіть невелика зміна в електроліті в режимі електролізу призводить до зміни фізико-хімічних характеристик.

Велике значення має стабільність складу електроліта. Стабільні результати можна отримати тільки при сталості всіх параметрів процесу електролізу. Стабільність перш за все визначається стабільністью катодного і анодного процесів. Оскільки процес осадження може протікати декількома годинами так і декількома днями то можуть статися зміни в складі електроліту. Гальванопластика не використовує електроліти що потребують частого корегування складу.

Електроліти міднення

Сульфатний електроліт, найбільш широко використовується, завдяки своїй стабільності. Він простий по складу та має невисоку вартість. До мінусів можна віднести його корозійну дію на велику кількість матеріалів в тому числі й хромовані сталі.

Найбільш широко використовують електроліт що має склад (г/л):

Сульфат міді………………………. 22.5 – 24

Сірчиста кислота …………………45 – 75

При використанні цього електроліту на високій густині струму необхідно більша концентрація міді. Катодна густина струму в залежності від перемішування електроліта рівна 3-15 А/дм2.

Для нарощування мідного шару більше 1 мм на складних формах з матеріалу не стійких до кислих електролітів використовують пірофосфатні електроліти що має склад (г/л):

Пірофосфат міді……………….. 90 – 100

Пірофосфат калія……………… 335 – 405

Лимонна кислота…………………8 – 10

Гідроксид амонія (25%)……….2.5 – 3

Режим електролізу: рН 8,00 – 9,00, температура електроліта 55- 60℃, катодна густина струму до 2.5 А/дм2. Чутливий до органічного забруднення потребує періодичної очистки активованим вугіллям.

Електроліти нікелювання

Для нікельвання найчастіше використовують сульфатно-хлоридний електроліт наступного складу (г/л):

Сульфат нікелю ……………330

Хлорид нікелю……………… 45

Борна кислота ………………40

Режим електролізу: рН 1,5 – 4,5, температура електроліта 45-60 ℃, катодна густина струму 3 – 11 А/дм2. Потребує перемішення стисненим повітрям або рухом самої форми.

Електроліти залізнення

Для осадження заліза використовують сульфатні, хлоридні, фторборатні електроліти. Пи використанні сульфатного електроліту необхідно контролювати кислотність розчину.

Склад (г/л):

Залізоамонійний сульфат ……..330

Сульфат заліза ………………………200

Сульфат амонія…………………….. 100

Режим електролізу:  рН 3.2 – 5,0, робоча температура 30-45℃, катодна густина струму  2-4 А/дм2. В якості анодів використовується чисте залізо.

Фторборатний електроліт

Склад (г/л):

Фторборат заліза………………………….. 300

Борна кислота ……………………………….18

Борфтористоводнева кислота ……..1 – 4

Режим електролізу рН 3 – 3.5, температура 60 ℃.

Використання гальванопластики в промисловості

Гальванопластика є найбільш ефективним методом для виготовлення сіток так як дозволяє робити отвори будь-якої форми без використання спеціального обладнання. Розміри отворів можуть бути від декількох міліметрів до 5 мкм.

гальванопластика

Сітка-ніж від електробритви

 Сітки часто використовуються в масляних чи повітряних фільтрах. Виготовлення антенно-фідерних пристроїв, що використовуються в системах супутниковому зв’язку, космічних та радіолокаційних станціях. В машинобудуванні гальванопластика використовується для виготовлення зубчастих колес, кілець і т.д. Гальванопластика використовується в виробництві грамплтівок при створенні нікелевих матриць. Методом гальванопластики виготовляють труби різного діаметра, коробки для акумулятора, фольгу, сопла та інше.

За допомогою гальванопластики можливо виготовляти дуже точні та складні деталі при невиликих затратах.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.