Наша мастерская

ДОМАШНЯЯ ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА

23.01.2015

ДОМАШНЯЯ ГАЛЬВАНОПЛАСТИКАГальванопластика — техника электролитического осаждения металлов на поверхности различных предметов (матриц) с целью получения точных металлических копий — впервые была разработана и применена на практике в 1838 году русским ученым, академиком Б. С. Якоби. При его непосредственном участии было изготовлено много замечательных произведений искусства, статуи и барельефы для Исаакиевского собора, Эрмитажа, Зимнего дворца, Петропавловского собора, в том числе знаменитая квадрига для фронтона Большого театра в Москве.

 
Гальванопластика основана на кристаллизации металлов из водных растворов их солей при пропускании через них постоянного электрического тока. Этот процесс называется электролизом.
 
Ток подводится с помощью двух металлических пластин — электродов, помещенных в электролит. Пластина, соединенная с положительным полюсом источника тока, называется анодом. Другая пластина, соединенная с отрицательным полюсом источника тока, — катод.
 
В гальванопластике катодами служат предметы (матрицы), на которые осаждается металл, а анодами — пластины или прутки металла, которым этот предмет (матрицу) покрывают.
 
Схематически процесс электролиза представлен на рисунке 1. При прохождении тока через электролит анод притягивает к себе отрицательно заряженные ионы, а катод — положительно заряженные ионы. Когда ионы достигают электродов, они теряют заряд, выделяясь в виде нейтральных атомов или групп атомов.
 
Гальванопластика широко применяется в промышленности для изготовления прессформ, полых тонкостенных трубок, сложных деталей с толщиной стенок от нескольких микрон до десятков миллиметров. Габариты деталей ограничиваются только объемом электролитных ванн.
 
Матрицы изготавливают из пластмасс, стекла, нержавеющей стали, алюминия, различных легкоплавких сплавов, свинца. На поверхность матрицы из изоляционного материала предварительно наносят электропроводный слой.
 
Матрицы бывают разрушаемые и постоянные. Первые изготавливают из легкоплавких металлов и из сплавов пластмасс. Материалом для изготовления вторых служат сталь, медь, никель или алюминий и его сплавы.
 
Для изготовления металлических трубок в домашних условиях необходимы ванночка из стекла, керамики или винипласта, медный купорос, серная кислота, реостат на 20 Ом (максимальный ток 1 А), амперметр с током максимального отклонения стрелки 1 А, источник питания, проволока (медная, стальная или из легкоплавких материалов и их сплавов, например, оловянисто-свинцовых) в качестве матрицы.
 
Диаметр проволоки соответствует внутреннему диаметру изготавливаемой трубки, а длина первой должна быть вдвое больше длины второй.
 
Рис. 1. Схема электролиза.
 
Рис. 1. Схема электролиза.
 
Если нужны трубки с внутренним диаметром меньше 1 мм, в качестве матрицы используют стальную проволоку. При изготовлении трубочек с внутренним Ø 5 мм и более матрицу делают из легкоплавких металлов и их сплавов (например, прутковый припой).
 
Проволока должна быть гладкой и ровной. Для этого ее шлифуют мелкой наждачной бумагой, а затем доводят микрошкуркой («нулевкой»). Затем проволоку облуживают, излишки припоя снимают, протягивая нагретую проволоку через зажатую в кулаке тряпочку. Нерабочие участки матрицы покрывают пластилином.
 
В теплой воде (50—60° С) растворяют медный купорос (200—250 г соли на 1 л воды), воспользовавшись стеклянной посудой. Отстоявшийся электролит фильтруют и затем в него вливают серную кислоту из расчета 50—60 г на 1 л раствора.
 
Следует помнить, что вливать раствор в концентрированную серную кислоту нельзя. Соприкасаясь с водой, она вызывает бурную реакцию с большим выделением тепла и парообразованием. В результате может произойти выброс кислоты из сосуда. Поэтому лить надо кислоту в раствор медного купороса тонкой струйкой, непрерывно помешивая деревянной палочкой.
 
Чтобы медный осадок был плотным и мелкозернистым, в электролит рекомендуется добавить немного этилового спирта (5—10 г на 1 л электролита).
 
Готовый электролит переливают в рабочую ванночку, куда уложены матрицы и медная пластинка или проволока.
 
Рис. 2. Схема электролизной  установки.
 
Рис. 2. Схема электролизной установки.
 
Матрицы подключаются к «минусу», а медная пластинка или проволока к «плюсу» источника питания. Площадь анода должна быть в 5—10 раз больше площади катода.
 
Схема установки для домашней гальванопластики представлена на рисунке 2. Трансформатор блока питания имеет следующие данные: сердечник Ш20Х20, обмотка I содержит 2200 витков провода ПЭВ-1 0,12 (на 220 В) или 1300 витков ПЭВ-1 0,15 (на 127 В), обмотка II—35 витков ПЭВ-1 0,8.
 
Процесс электролиза и качество покрытия зависят в основном от состава электролита, его температуры и плотности тока.
 
Температура электролита 18—25° С.
 
Плотность тока — величина тока, приходящаяся на единицу поверхности, — рассчитывают по формуле:
 
j=i/S,
 
где i - ток в цепи, А,
S - поверхность изделия, дм2.
 
На практике j=1-1,5 A/дм2.
 
Пример 1. Определить величину рабочего тока электролиза для изготовления трубки с наружным Ø 5 мм и длиной 100 мм. Возьмем плотность тока равной 1 А/дм2, тогда
 
I=jS=1*3,14*0,05*1 =0,16А.
 
Расчет времени выдержки деталей под током в гальванической ванночке для получения слоя толщиной σ мм определяется по формуле:
 
t=σ*d*1000/j*C*η,
 
где t — время выдержки, ч.;
 
σ — толщина трубки, мм;
 
d — удельный вес меди, г/мм3;
 
j — плотность тока, А/мм2;
 
С — электрохимический эквивалент меди, г/А-ч; η — расчетный выход по току.
 
Конкретно для нашего случая имеем
 
d = 8,95 г/мм2, i = 1 А/мм2; С = 1,186 г/А-ч; η = 95.
 
Пример 2. Определить время выдержки матрицы под током в гальванической ванночке для получения медной трубки с толщиной стенок 0,5 мм.
 
t=σ*d*1000/j*C*η=0,5*8,95*1000/1*1,2*95= 40 час.
 
По истечении расчетного времени матрицу извлекают из гальванической ванночки и промывают водой. Конец проволоки на расстоянии 1,5—2 мм от трубочки обкусывают и после прогревания до температуры 200—250° С наращенная трубочка легко снимается с матрицы.
 
Таким же способом изготавливают трубки из никеля, хрома, железа.
 
В. БУШУЕВ, А. НОВИКОВ, г. Воронеж




Рекомендуем почитать
  • ВЗРЫВ-НОЖНИЦЫ
    ВЗРЫВ-НОЖНИЦЫНасколько мягки и послушны огненные «змеи» проката в руках вальцовщиков, настолько неподатливы они и трудны в обработке в остывшем виде, при раскрое их на мерные заготовки. Способы резки — распиливание алмазными дисками, газовая или плазменная резка — или не дают ровного, не требующего дополнительной обработки края заготовки, или влекут за собой значительные отходы металла.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.