Схема электролизной установки

ДОМАШНЯЯ ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА

Гальванопластика – 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, в том числе статуи и барельефы для Исаакиевского собора, Эрмитажа, Зимнего дворца, Петропавловского собора, 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. Пластина, соединенная с положительным полюсом источника тока, называется анодом. Другая пластина, соединенная с отрицательным полюсом источника тока, – катод.

Катодами в гальванопластике служат предметы (матрицы), на которые осаждается металл, а анодами – пластины или прутки металла, которым этот предмет (матрицу) покрывают. 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. Используя описанную технологию, можно освоить изготовление различных элементов, необходимых для моделизма. Их габариты ограничиваются только объемом электролитных ванн.

Матрицы бывают разрушаемые и постоянные. Первые изготавливают из легкоплавких металлов и из сплавов пластмасс. Материалом для вторых служат сталь, медь, никель или алюминий и его сплавы.

Схема электролиза
Схема электролиза

На поверхность матрицы из изоляционного материала предварительно наносят электропроводный слой. 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 заготовки должна быть вдвое больше длины готового изделия.

Если нужны трубки с внутренним диаметром меньше 1 мм, то в качестве матрицы используют стальную проволоку. При изготовлении трубочек с внутренним диаметром 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, после чего доводят «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 палочкой. Чтобы медный осадок был плотным и мелкозернистым, в электролит рекомендуется добавить немного этилового спирта (5-10 г на 1 л электролита).

Матрицы подключаются к «минусу», а медная пластинка или проволока к «плюсу» источника питания. Площадь анода должна быть в 5-10 раз больше площади катода.

Процесс электролиза и качество покрытия зависят в основном от состава электролита, его температуры и плотности тока. Температура электролита 18-25° С.

Схема электролизной установки

Схема электролизной установкиПлотность 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 А/дм2.

Пример 1. Определим величину рабочего тока электролиза для изготовления трубки с наружным диаметром 5 мм и длиной 100 мм. Возьмем плотность тока равной 1 А/дм2, тогда

I=j*S=1*3,14*0,05*1=0,16A

Расчет времени выдержки деталей под током в гальванической ванночке для получения слоя толщиной β мм определяется по формуле:

t= β*d*100/j*C*η,

где 1 – время выдержки, ч; β -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, j = 1 А/мм2; = 1,186 г/А*ч; η = 95.

Пример 2. Определим время выдержки матрицы под током в гальванической ванночке для получения медной трубки с толщиной стенок 0,5 мм.

t= β*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.

Виктор БУШУЕВ, Александр НОВИКОВ (г. Воронеж)

Рекомендуем почитать

  • ВИДИТ ОКО, ДА ЗУБ НЕЙМЕТ!ВИДИТ ОКО, ДА ЗУБ НЕЙМЕТ!
    Так мы обычно говорим, завидев на одной из верхних ветвей особенно аппетитное яблоко Поверьте, вы скоро забудете эту поговорку, если сделаете несложный захват, изображенный на нашем...
  • НА ЛЮБОЙ ВКУС И ВОЗРАСТ!НА ЛЮБОЙ ВКУС И ВОЗРАСТ!
    Велосипедиста со стажем или велотуриста трудно переубедить в том, что есть педальные машины лучше, чем его «Турист», «Спорт», «Спутник». Многие годы и я отдавал предпочтение...
Тут можете оценить работу автора: