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 (SnО₃)^4-, 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.