Гальванические цинкование и серебрение: электрохимическая гальванопластика своими руками

Содержание

• 1 Особенности процесса
• 2 Необходимое оборудование
• 3 Что потребуется для приготовления электролита
• 4 Как правильно подготовить изделие к процедуре
• 5 Требования техники безопасности
• 6 Материалы, которые чистящие химикаты не могут удалить
• 7 Гальваника в домашних условиях с муриевой кислотой
• 8 Работа с раствором металлического ионного электролита
• 9 Гальваника для различных металлов
  • 9.1 Никелирование
  • 9.2 Хромирование
  • 9.3 Омеднение
  • 9.4 Обработка алюминия
  • 9.5 Золочение и серебрение
• 10 Особенности гальванопластики
• 11 Видео

Открытие метода гальванизации, совершённое русским физиком Борисом (Морисом) Якоби в 1838 году, обособилось в две самостоятельные ветви гальванотехники: гальванопластику и гальваностегию. Гальванотехника в промышленных масштабах позволяет применять этот электрохимический процесс осаждения катионов металла на любых поверхностях. Получить такое покрытие на выбранной подложке поможет гальваника в домашних условиях.

Гальваническое покрытие изделий

Особенности процесса

При помощи гальванопластики выполняются точные копии любого предмета. Этот приём находит применение в исполнении бронзовых фигур, пластин для печати, восстановлении поверхностей повреждённых деталей.

Суть процесса заключается в погружении в электролит объекта. В качестве электролита используется водный раствор соли металла, которым нужно выполнить покрытие. Когда соли растворяют в воде, в них молекулы распадаются на заряженные частицы противоположных зарядов:

• катионы металла или водорода – положительные ионы;
• анионы кислотных остатков, гидроксильных групп или кислорода – отрицательные ионы.

Как известно, электролиты проводят электрический ток. Если в них погружать металлические электроды, подключенные к источнику постоянного тока, то через электролит станет протекать ток. При этом положительные ионы начнут движение к катоду, отрицательные – двинутся к аноду.

Схема гальванического процесса

Внимание! При восстановлении деталей с помощью гальванического осаждения в качестве катода может выступать сама деталь, анода – металлическая пластина. Аноды могут быть как растворимые, так и нерастворимые. Первые выполнены из осаждаемого на деталь металла, вторые – из свинца.

В результате протекания тока через раствор металл оседает на поверхности детали (катода) из-за того, что катионы металла и водорода на ней теряют заряд. Покрытие наносится на уровне молекул. Анионы, в свою очередь, разряжаются на аноде с выделением кислорода. Концентрация электролита всё время неизменна, потому что металл на аноде при разряде растворяется и пополняет раствор своими положительными ионами.

Гальваностегия, как вид гальванотехники, допускает выполнять защитные и декоративные покрытия металлических изделия либо придание их поверхности особых свойств. Её технологическая схема подразумевает нанесение на металлическую поверхность покрытия из другого металла, который более устойчив к механическим и химическим нагрузкам.

Необходимое оборудование

Гальваника

Гальваническая обработка мелких изделий в домашних условиях требует наличия определённой оснастки и химических реактивов. Основной перечень оборудования включает в себя:

• блок питания постоянного тока;
• ёмкость;
• электролит;
• весы;
• электроды «анод» и «катод»;
• провод;
• электроплиту.

Источник применяется с регулировкой по току. Выпрямитель, рассчитанный на выходные токи до 5 А, подойдёт для работы с объектами размером с апельсин. Для небольших элементов достаточно тока до 0,5 А. Зарядные устройства на 12 В тоже годятся для процесса гальваники. Стартерный аккумулятор может служить таким источником тока. Для снижения тока допустимо применять шунтирование, включение резистора параллельно сосуду.

Гальваническая ванна своими руками при изготовлении должна быть вместительна, прочна и термически устойчива. Хорошо подходят для этих целей готовые стеклянные изделия с толщиной стекла не менее 4-5 мм, старый аквариум или банка с широкой горловиной.

Электролит – водный раствор солей, приготавливается из химических компонентов в зависимости от желаемого покрытия.

Для точного подбора ингредиентов и соблюдения должной концентрации раствора необходимо взвешивающее устройство, желательно электронное.

В качестве электродов используются пластины из металла-донора, достаточной толщины и площади. Электроды подводят ток к электролиту, а также служат для замещения убывающего в нём металла. Провода берутся многожильные, медные в изоляции, с сечением не менее 2,5 мм2.

Требуется электроплита для подогрева электролита. Повышение температуры рабочего раствора ускоряет время реакции гальванизации. Возможность регулировки нагрева – обязательное условие выбора.

Гальваника в домашних условиях

Что потребуется для приготовления электролита

Инвертор для сварки

Одного рецепта электролита не бывает, для каждого покрытия нужен свой состав. В нём присутствуют вода, кислота и включения солей металлов. Для быстрого протекания реакций температура раствора бывает разной у отдельных процессов. Нагрев допустимо выполнять в микроволновках, духовках и электроплитах.

Как правильно подготовить изделие к процедуре

Восстановление аккумулятора

Предметы, которые подлежат гальванизации, должны иметь очищенную от коррозии и грязи поверхность. Ручной механической очисткой или шлифовальными приборами поверхность зачищается до блеска. Paковины и глубокие необработанные царапины не должны остаться на детали. В противном случае атомы во время гальванизации не смогут образовать хорошей связи и выпадут в осадок. После механической обработки нужно погрузить деталь в сильный щелочной или кислотный раствор. Можно воспользоваться кратковременным изменением полярности на установке. Стальные детали опускают на несколько минут в разогретый до 90 градусов фосфорнокислый натрий. Медь или её сплавы очищают содой или любым моющим средством. Можно также применить фосфорнокислый натрий, но не подогретый.

Требования техники безопасности

Работая с электролитом при гальванопластике в домашних условиях, необходимо придерживаться ряда требований. Опасны следующие факторы:

• выделение вредных паров при нагреве электролита и его химических реакциях;
• опасность поражения электротоком при незаземлённой схеме оборудования;
• разрушение ванн из пластика при воздействии температур.

Для защиты работы необходимо производить в отдельном проветриваемом помещении. Обязательно использовать защитные очки, фартук, резиновые перчатки и респиратор. Приём пищи и воды во время проводимых действий запрещён.

Материалы, которые чистящие химикаты не могут удалить

Частицы различных материалов или дефекты, присутствующие на подготавливаемом катоде, могут не удаляться с помощью химикатов. К ним относятся следующие позиции:

• остатки сварочного припоя и шлак;
• капли различных смол или их остаточные покрытия;
• глубокие повреждения в виде заусенцев или неровных краёв;
• слои пригоревшего жира или остатки эмалей и красок.

Недопустимо приступать к работе с изделием до полного удаления инородных вкраплений или покрытий.

Гальваника в домашних условиях с муриевой кислотой

Мурий – от латинского muria «рассол, раствор соли». Такого элемента нет в таблице Менделеева. Так прозвали химики газообразный хлор Cl2. Муриевая кислота – это соляная кислота HCl. Она схожа с серной кислотой и в просторечии называется паяльной.

Процесс гальваники в соляной кислоте с использованием медного анода выглядит так:

• к питающим зажимам подключаются стальная заготовка и кусок меди, соблюдая полярность (заготовка подключается к минусу, медь – к плюсу);
• ванна заполняется электролитом: вода и соляная кислота – 5:1;
• оба элемента погружаются в раствор, зажим на детали присоединяется к месту, где не нужна гальванизация, или всё время сдвигается в процессе покрытия;
• раствор периодически перемешивается в ходе работы для равномерности слоя.

Внимание! При смешивании электролита кислоту льют тонкой струйкой в воду, а не наоборот. Перемешивают стеклянной палочкой и в защитных очках.

Между противоположными электродами соблюдают некоторое расстояние, чтобы не возникло участков быстрого оседания меди. Изделие покроется тонким напылением, толстого слоя добиться сложно. Время, необходимое для покрытия, может достигать нескольких часов.

Работа с раствором металлического ионного электролита

При гальванизации дома мастеру нужно заранее предопределить, какой химической реакции необходимо добиться. От этого зависят материал, используемый для анода, и состав электролитного раствора. Атомы, которые будут присоединяться к заготовке, должны входить в состав электролита. Следовательно, для получения золотого или серебряного покрытия электролит должен иметь золотую или серебряную основу. В случае покрытий благородными металлами в качестве анода может выступать свинец, но электролит должен периодически обновляться.

Гальваника для различных металлов

Цинкование, латунирование, серебрение, никелирование и хромирование – всё это способы покрытия одного металла другим в результате электрохимической реакции. В зависимости от желаемого результата, можно на одной и той же гальванической установке в домашних условиях получать требуемые покрытия.

Никелирование

Это осаждение атомов никеля в виде покрытия на заготовке. В качестве анода берутся две пластинки никеля, погружаются в ванну с электролитом на одинаковом расстоянии. Между ними на подвесе располагают объект никелирования. Сернокислый состав электролита включает в себя:

• 140-200 г/л сернокислого никеля (NiSO4);
• 50-70 г/л сернокислого натрия (Na2SO4);
• 30-50 г/л сернокислого магния (Mg SO4);
• 5-10 г/л хлористого натрия (NaCl);
• 25-30 г/л борной кислоты (H3B03).

Все составляющие разводятся тёплой дистиллированной водой (20-25С0) в нужной пропорции. После растворения доливают воду до необходимого объёма. Кислотность раствора – 5,0-5,5 pH, при плотности протекающего тока 0,5-0,9 А/дм2. Минимальное время никелирования – 15-20 мин. Толщина слоя находится в прямой зависимости от силы тока, площади детали и времени выдержки.

Обязательно. По окончании работ в домашних условиях остатки электролита смываются проточной водой, детали насухо протираются.

Детали с никелированным покрытием

Хромирование

Ещё одно блестящее покрытие металлического оттенка – хромированное. Для приготовления электролита на 1 л дистиллированной воды нужно взять:

• хромового ангидрида (CrO3) – 250 г.;
• серной кислоты (H2SO4) плотностью 1, 83 г/см3 – 2,5 г.;
• дистиллированная вода, разогретая до 60 0С.

Через водный раствор, с размешанными в нём кислотой и ангидридом, пропускается ток номинального значения в течение 4 ч,. пока электролит не приобретёт тёмный коричневый цвет. После этого он отстаивается 24 часа и готов к употрeблению.

Омеднение

Медь имеет красивый красный оттенок. Такой цвет приобретает и деталь после гальваники. Существует два варианта меднения: с погружением заготовки и без него.

Метод погружения

Это уже рассмотренный вариант гальванизации с размещением детали в растворе электролита. Омеднение выполняется в следующей последовательности:

• в электролит для автомобильного аккумулятора добавляется 20 г. порошка медного купороса и тщательно перемешивается;
• в ванну с электролитом опускаются два медных листа на расстоянии друг от друга, между ними помещается омедняемая деталь;
• источник постоянного тока напряжением 4-6 В подключается своим «минусом» к заготовке, «плюсом» – к медным электродам;
• регулятором источника питания выставляется ток из расчёта 15 мА/см2.

Обpaбатывают деталь 15-20 мин. до достижения желаемого покрытия.

К сведению. Омеднение применяется, как отдельная декоративная отделка, так и в качестве подготовки поверхности к дальнейшему хромированию или серебрению детали. Способ применим и для изготовления биметаллических конструкций.

Покрытие медью без погружения

В случае поверхностной обработки предметов, которые не помещаются в ёмкость, можно применить этот метод. Суть его заключается в том, что деталь, на которую будет наноситься слой меди, подключают к «минусу» блока питания на 6 В (не более). К «плюсу» присоединяется многожильный медный провод, распушённый на конце, как кисточка.

«Кисточка» периодически смачивается в приготовленном растворе электролита и ею покрывают омедняемую поверхность, при этом соблюдая минимальный зазор между поверхностью и «кистью». Ионы меди будут притягиваться отрицательно заряженной заготовкой и оседать на ней. Как вариант можно использовать кисть для акварельных красок с металлическим зажимом щетины.

Покрытие медью без погружения в гальваническую ванну

Обработка алюминия

Гальваностегия при работе с алюминиевыми предметами в домашних условиях нецелесообразна. Алюминий и его сплавы имеют постоянную окисную плёнку, которая препятствует сцеплению атомов донора с основой. Даже если её удалить, то повышенный электроотрицательный потенциал этого элемента способствует вытеснению ионов алюминия с поверхности ещё до начала возникновения электротока через раствор, что тоже мешает нормальной связи основы с покрытием, не поможет и предварительная оцинковка.

Золочение и серебрение

Зеркало – наглядный пример нанесения на стекло серебряного покрытия. Хорошо подвержены серебрению изделия из меди, латуни и их сплавов. В домашних условиях заготовку сначала покрывают никелем, потом уже серебрят. Раствор электролита для серебрения включает в свой состав:

• железно-цианистый калий – 40 г.;
• кальцинированная сода – 40 г.;
• раствор гидроксида аммония – 70 мл;
• хлорид серебра – 10 г.;
• хлорид натрия (соль) – 15 г.;
• дистиллированная вода – 1 л.

В качестве анода применяют стержень графитового строительного карандаша.

Превратить медь в золото при помощи нанесения позолоты также поможет гальваника своими руками. Выполняется это в следующем порядке:

• 60 г. фосфорнокислого натрия (Na₂HPO₄) растворяется в 700 мл дистиллированной воды;
• 2,5 г. хлорного золота (Au₂Cl₆) перемешивается в 150 мл воды высокой очистки;
• в 150 мл воды разводятся 1 г. цианистого калия (KCN) и 10 г. сернокислого натрия (Na₂SO₄).

Полученные растворы смешиваются и нагреваются до 60 °C. При этой температуре проходит дальнейший процесс золочения. Для предотвращения истощения электролита применяется анод из свинца.

Внимание! Реагенты опасны для здоровья. При работах соблюдать повышенные меры безопасности и применять средства индивидуальной защиты. Стол для гальванизации должен иметь принудительную местную вентиляцию.

Особенности гальванопластики

При помощи этого метода копируются предметы до мельчайших деталей. Гальванопластика позволяет изготавливать изделия сложных конфигураций, которые невозможно воспроизвести другим способом. Хрупкие заготовки получают прочность и другой облик при покрытии металлом. Материал заготовки не имеет значения, так как она остаётся внутри. Копия максимально приближена к оригиналу.

Кулон жёлудь, выполненный методом гальванопластики

Применение в домашних условиях обоих направлений гальваники допускает изготовление декоративных украшений, защитных покрытий и просто красивых вещей. Правильно подобранный электролит и грамотно организованный электрохимический процесс – вот всё, что для этого нужно.

Видео