 |
Нанесение проводящих и разделительных слоёв
|
|
|
|
ЭФХМО ТХОМ Лекция 8
Гальванопластика
Общие сведения о гальванопластике
Гальванопластика – электрохимический способ изготовления разнообразных изделий, в процессе которого выделяющийся при электролизе металл достигает значительных толщин при воспроизведении формы поверхности, на которую осаждается.
Применяется для получения точных копий поверхностей сложного и точного рельефа, скульптуры, моделей, ювелирных изделий, а также для изготовления полых и сплошных изделий любой конфигурации и для металлизации различных токонепроводящих материалов.
Гальванопластика почти не отличается от гальваностегии, в которой получают тонкие, прочно сцеплённые с основой металлические слои для декоративных и защитных целей. Различия в методах подготовки поверхности перед осаждением металла.
Во-первых, в гальваностегии подготовка поверхности должна обеспечивать прочное сцепление с покрытием. В гальванопластике, наоборот, наращенное покрытие должно легко отделяться. Поэтому уделяется большое внимание технологии нанесения токопроводящих слоёв на непроводниках и разделительных слоёв на металлах.
Во-вторых, в гальваностегии покрытия формируются большим количеством металлов и сплавов, в гальванопластике обычно наносят Cu, Ni, Fe, Ag, Au и значительно реже другие металлы.
В третьих, в связи с тем, что гальванопластические отложения отличаются значительно бóльшей толщиной, то и составы электролитов и режимы электролиза несколько отличаются.
Наращивание металла в гальванопластике производится на тонкий токопроводящий слой, нанесённый на поверхность непроводника, или на разделительный плохо проводящий слой, нанесённый на металл. Поэтому в технологический процесс вводят дополнительную по сравнению с гальваностегией операцию «затяжки» металлом – первичное наращивание металла на токопроводящий или разделительный слой до полного его закрытия. Составы электролитов для ванн затяжки и режимы электролиза несколько отличаются от обычных.
|
|
|
Технологический процесс гальванопластического изготовления изделий состоит из следующих основных этапов:
1) изготовление модели изделия;
2) подготовка поверхности модели (очистка, обезжиривание);
3) нанесение на поверхность модели проводящего (разделительного) слоя;
4) наращивание металла;
5) удаление модели;
6) отделка изделия.
Оборудование в обоих случаях схоже. Отличается только оснасткой для изготовления моделей, нанесения разделительных и токопроводящих слоёв.
Изготовление моделей
Основным элементом гальванопластического процесса является модель (форма, матрица). Она представляет собой основание для электролитического осаждения металла и обычно является негативным изображением изготавливаемого изделия и катодом в электролизной ванне. Если изготавливается гальванопластическая скульптура, то модель повторяет по форме будущую скульптуру. От характера модели, её материала, точности изготовления и чистоты поверхности существенно зависит качество изделия.
По принципу использования модели разделяются на однократного применения (разрушаемые) и многократного (не разрушаемые).
Методы изготовления моделей разнообразны и меняются в зависимости от материала, назначения детали, её конфигурации и т.д. Модели делаются длиннее и шире оригинала. Поля до 30–35 мм необходимы для последующей механической обработки копии (обреза, шлифовка, полировка и др.).
Очистка и обезжиривание поверхности моделей
Поверхность неметаллических моделей перед нанесением проводящего или разделительного слоя должна быть тщательно очищена и обезжирена и полностью смачиваться.
|
|
|
Восковые сплавы и материалы, пропитанные воском, очищают мягкими волосяными щётками. Обезжиривание поверхности неметаллических моделей производится в органических растворителях или растворах щелочей, не разрушающих материал, обработкой суспензиями глин, щётками с венской известью (смесь CaO и MgO), электрохимическим обезжириванием и другими обычными способами.
Лакированная поверхность перед серебрением обезжиривается обычным способом и обрабатывается хлористым оловом. Очищается она сжатым воздухом или пылесосом.
Хорошее сцепление металлического покрытия с подложкой из стекла и фарфора достигается после обработки открытым пламенем горелки.
Для улучшения качества поверхности металлических моделей их рекомендуется подвергать химическому или электрохимическому полированию.
Нанесение проводящих и разделительных слоёв
Графитирование – самый старый метод нанесения проводящего слоя. Применяют очищенный, измельчённый и просеянный через шёлковое сито графит, содержащий не менее 92% углерода. Графитирование проводят сухим или мокрым способом. В первом случае сухой графит наносится на поверхность волосяной кисточкой или ватой и тщательно растирается до металлического блеска. Избыток графита сдувается струёй воздуха. При мокром способе графит наносится в виде суспензии 200-300 г/л графита в органической жидкости.
При графитировании пластмасс графит суспендируют в жидкости, являющейся растворителем данной пластмассы, или используют графит в смеси с клеем и наносят пульверизатором.
Графит обладает значительным удельным сопротивлением 2,8×10–3 Ом/см3. Поэтому его электропроводность повышают примесью медных, бронзовых или серебряных порошков. Также смачивают графитированную поверхность 20%-ным раствором сернокислой меди и обсыпают мелкими железными опилками, на которых контактно высаживается слой меди.
Бронзирование. Лучшие результаты по сравнению с графитированием дают порошки измельчённой меди или её сплавов. Как и графит, бронзовый порошок наносится кистью на воск или другую липкую поверхность, либо же в смеси с разбавленным лаком кистью или пульверизатором. Проводимость бронзового порошка выше, чем у графита, но тоже не достаточна. Для её улучшения поверхность обрабатывается раствором нитрата серебра.
|
|
|
Недостатки бронзирования и графитирования:
- недостаточная электропроводность;
- плохое прилипание к поверхности;
- длительность операции;
- пыльность;
- возможность внесения искажений в форму и размеры модели.
Преимущество: простота процесса и оборудования.
Формирование токопроводящих слоёв возможно при помощи специальных токопроводящих спреев иностранного производства.
Химическое восстановление металлов из растворов. Наиболее широко применяется серебрение, меднение и никелирование. Процессы и технология химического нанесения рассматриваются отдельно в разделе химического нанесения металлических покрытий.
Образование электропроводных сернистых плёнок используется, когда нежелательно применение кислых растворов.
Для получения плёнок сернистого серебра деталь обливается раствором солей серебра, после чего обрабатывается сероводородом.
Плёнки сернистого свинца образуются в результате смешивания водного раствора солей свинца с раствором тиомочевины в присутствии щёлочи.
Обжиговые пасты применяются в основном для керамических материалов, когда необходимо исключительно прочное сцепление покрытия с основой и хорошая электропроводность.
Механическое нанесение разделительного слоя производится смачиванием поверхности диэлектриков растворителями. Масляные, восковые и графитовые слои наносятся протиранием металлов щёткой, или погружением их в раствор и облегчают отделение наращенных деталей от моделей.
Химическое нанесение слоя. Для нанесения разделительных слоёв применяют соли металлов, не растворяющихся в электролите. В зависимости от материала на его поверхности формируются сульфидные, хроматные, йодистые и селенистые плёнки, играющие роль разделительных слоёв.
Хроматные плёнки создаются на свинце, меди, серебре, железе, никеле и других металлах обработкой в 1%-ном растворе бихромата калия.
|
|
|
Селенистые плёнки создаются на меди обработкой 5%-ным раствором селенистой кислоты.
Йодисто-серебряные плёнки получают на серебряных оригиналах погружением в разбавленный йодный раствор.
После нанесения разделительного слоя модель быстро промывают и сразу завешивают в ванну, обязательно под током, во избежание растворения разделительного слоя.
Электролитическое нанесение слоя возможно на любые металлы и сплавы. Хорошие разделительные слои создают хромовые и оловянные плёнки.
Постоянные плёнки. Постоянные модели изготавливаются из металлов, на поверхности которых образуются постоянные окисные слои – алюминия, хромовых и хромоникелевых сталей, кремнистого чугуна, титана и др.
|
|
|
