Изделия из гальванопластики предлагают самые различные производители почти все имеющие значительный вес – “Uno A Erre” и “Gianni Carita’”, “Ivo Spina” и “Flavio Mancini”

Доклад

ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА


май 1995 г


ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА – НАЧАЛО ПРИКЛЮЧЕНИЙ

большие объемы, незначительный вес – в Италии получает распространение технология,которая может помочь увеличит объем продаж

Одно из решений, однако, еще не разрешение проблем

Джанни Роджини

Вспоминаете синьора Бонавентура? Перефразируя со здоровой самонадеянностью знаменитое выражение Серджо Тофано, можно было бы сказать, что “здесь начинаются приключения (гальванопластики)”.

Только недавно итальянские ювелиры решили, что это дело стоит серьезного подхода. Именно “l’orafo italiano” пригласил в Виченцу француза Емануеля Стейнера (Emmanuel Steiner) президента “Safor” и генерального директора “Coindre-Steiner”, чтобы они продемонстрировали настоящее и будущее гальванопластики, однако отчет представленный в одном из номеров журнала прошел почти незамеченным. Тот сезон был превосходным, все продавалось без труда – технология, исследования, инновации были заброшены и сопровождались непристойными комментариями, направленными на первопроходцев, на чудаков, на тех бедняг, которые не находили себе места на рынке и, поэтому были вынуждены действовать самостоятельно, находя экстравагантные “плюсы”. Это являлось (может лучше использовать настоящее время – является) одним из проявлений хронического недоразвития большей части наших соотечественников – ювелиров.

Когда ветер изменил направление, кое–кому пришли воспоминания об этой технологии, которая позволяет получать большие объемы и непривычные формы при минимальном весе и, следовательно, которые имеют умеренную стоимость. Международный успех Шарля Гарнье (Charles Garnier) способствовал тщательным размышлениям – может быть идея совсем не из тех, которыми можно разбрасываться. Сегодня неизбежная участь гальванопластики состоит в постоянном расширении ее применения. Изделия из гальванопластики предлагают самые различные производители почти все имеющие значительный вес – “Uno A Erre” и “Gianni Carita’”, “Ivo Spina” и “Flavio Mancini”, здесь упомянуты совсем немногие. Другие – от “Pomellato” до “Monile” заняты тщательным экспериментированием. Третьи осознали несовместимость процесса с собственным производством, однако, в любом случае уже примерили на себя технологию.

“Феномен” проявил все симптомы. Для того чтобы отдать себе в этом отчет достаточно прочитать статьи следующие ниже или уделить минимум внимания многочисленным заявлениям, которые можно собрать в отношении гальванопластики. Например, Дзанелла (Zanella) из “Le Piume” утверждает, что “большим инновационным преимуществом гальванопластики в ювелирной промышленности является возможность репродукции мельчайших деталей рисунка драгоценного изделия имеющего сложные формы и отсутствие веса. Таким образом уничтожается барьер, который блокировал фантазию стилистов”. Ему вторит Барбара Удерцо (Barbara Uderzo), которая составляет проекты для “Effedue”: “Технология гальванопластики позволяет по другому рассматривать ювелирное изделие – не существует больше ни ограничений рельефа штамповки, ни проблем вызванных весом в точном литье. Сережка, в частности, является частью производственной типологии, которая получает наибольшие преимущества при использовании такого метода изготовления, так как является изделием, которое не должно быть слишком тяжелым”.

Вы можете посмотреть изделия, нажав кнопку слева.
Ознакомиться с оборудованием можно в разделе "Иллюстрированная технология" и на экспозиции компании IECO SRL, Италия.

"Орафо Итальяно"

май 1995 г

ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА – НАЧАЛО ПРИКЛЮЧЕНИЙ

большие объемы, незначительный вес – в Италии получает распространение технология,которая может помочь увеличит объем продаж

Одно из решений, однако, еще не разрешение проблем

Джанни Роджини

Вспоминаете синьора Бонавентура? Перефразируя со здоровой самонадеянностью знаменитое выражение Серджо Тофано, можно было бы сказать, что “здесь начинаются приключения (гальванопластики)”.



Только недавно итальянские ювелиры решили, что это дело стоит серьезного подхода. Именно “l’orafo italiano” пригласил в Виченцу француза Емануеля Стейнера (Emmanuel Steiner) президента “Safor” и генерального директора “Coindre-Steiner”, чтобы они продемонстрировали настоящее и будущее гальванопластики, однако отчет представленный в одном из номеров журнала прошел почти незамеченным. Тот сезон был превосходным, все продавалось без труда – технология, исследования, инновации были заброшены и сопровождались непристойными комментариями, направленными на первопроходцев, на чудаков, на тех бедняг, которые не находили себе места на рынке и, поэтому были вынуждены действовать самостоятельно, находя экстравагантные “плюсы”. Это являлось (может лучше использовать настоящее время – является) одним из проявлений хронического недоразвития большей части наших соотечественников – ювелиров.

Когда ветер изменил направление, кое–кому пришли воспоминания об этой технологии, которая позволяет получать большие объемы и непривычные формы при минимальном весе и, следовательно, которые имеют умеренную стоимость. Международный успех Шарля Гарнье (Charles Garnier) способствовал тщательным размышлениям – может быть идея совсем не из тех, которыми можно разбрасываться. Сегодня неизбежная участь гальванопластики состоит в постоянном расширении ее применения. Изделия из гальванопластики предлагают самые различные производители почти все имеющие значительный вес – “Uno A Erre” и “Gianni Carita’”, “Ivo Spina” и “Flavio Mancini”, здесь упомянуты совсем немногие. Другие – от “Pomellato” до “Monile” заняты тщательным экспериментированием. Третьи осознали несовместимость процесса с собственным производством, однако, в любом случае уже примерили на себя технологию.

“Феномен” проявил все симптомы. Для того чтобы отдать себе в этом отчет достаточно прочитать статьи следующие ниже или уделить минимум внимания многочисленным заявлениям, которые можно собрать в отношении гальванопластики. Например, Дзанелла (Zanella) из “Le Piume” утверждает, что “большим инновационным преимуществом гальванопластики в ювелирной промышленности является возможность репродукции мельчайших деталей рисунка драгоценного изделия имеющего сложные формы и отсутствие веса. Таким образом уничтожается барьер, который блокировал фантазию стилистов”. Ему вторит Барбара Удерцо (Barbara Uderzo), которая составляет проекты для “Effedue”: “Технология гальванопластики позволяет по другому рассматривать ювелирное изделие – не существует больше ни ограничений рельефа штамповки, ни проблем вызванных весом в точном литье. Сережка, в частности, является частью производственной типологии, которая получает наибольшие преимущества при использовании такого метода изготовления, так как является изделием, которое не должно быть слишком тяжелым”.



Манчини добавляет, что “получаемый вес позволяет думать о совершенно нереальных при другом производстве формах”. Не менее в этом убеждены “Vezzaro” и “E.O.I.”, “La Fenice” и “Orobrokers”. Уже проводятся выставки расставляющие приоритеты: “F.P. Inernational” заявляет, что была “первым итальянским предприятием, использующим гальванопластику”, в “Sici” стараются убедить, что они “первыми начали продавать кольца изготовленные методом гальванопластики”.

Среди тех кто предлагает за несколько сотен миллионов итальянских лир оборудование для гальванопластики в первую очередь необходимо отметить немецкую фирму “Degussa” и швейцарскую “OMI”, их метод предусматривает использование так сильно нашумевшего кадмия. С оправданным оптимизмом можно посмотреть на итальянский рынок, где “Uvo Spina” с гордостью заявляет о том, что “все произведено самостоятельно”, на котором присутствует так же и местные производители - фирма “IECO”.



Производство изделий при помощи гальванопластики наверняка будет все время увеличиваться. Риском является непродуманный подход к гальванопластике проведенный без соответствующей подготовки – процесс не является простым и не должен быть недооценен. Настолько же будет ошибочен подход к гальванопластике, как к панацее, которая разрешит все проблемы, а не одну единственную.. Этот производственный метод может идти рядом с традиционными и, конечно, не может заменить их. И наконец, стоит пожелать, чтобы это прекрасное приключение не кончилось, как это лучше сказать – в итальянском духе: я делаю гальванопластику лучше, чем ты; думаете, что ваша гальванопластика хороша, потому что не видели моей и так далее со всей конкурентной бесцеремонностью. К сожалению, есть этому примеры. А было бы жаль, в уже который раз не воспользоваться удачными обстоятельствами.





Результаты одного эксперимента

Валерио Фачченда

С целью знакомства с наиболее интересными технологическими новинками в области производства ювелирных изделий, мы решили провести ограниченный эксперимент в области гальванопластики, и попытались напрямую определить возможности и ограничения метода, используя для этого одного из итальянских производителей оборудования.



Чем наиболее известна гальванопластика? Речь идет об использовании электролитического метода для нанесения драгоценного сплава с определенной пробой на модель изготовленную из проводящего материала или непроводящего, получившего определенные свойства при помощи соответствующего лака. В конце процесса модель или подложка удаляются при помощи плавления если речь идет о воске, или растворения в химических реактивах в случае, например, меди. В результате остается “скорлупа” составляющая изделие из драгоценного сплава.

Метод уже давно вышел из стадии экспериментов, что доказывают многочисленные линии работающие в области гальванопластики. Основные первоначальные ограничения – неоднородность толщины и пробы представляются преодоленными – благодаря использованию современной технологии этими проблемами можно пренебречь.

Одним из наиболее интересных аспектов метода несомненно является возможность изготовления изделий сложной формы, значительного объема и низкого веса, аспект, который нужно учитывать в особенности при производстве сережек. Типичная толщина изделия изготовленного методом гальванопластики – 0,10–0,15 мм. Можно ли изготовить любое ювелирное изделие? Другой вопрос: может ли метод рассматриваться альтернативным литью в выплавляемые восковые модели, как многие думали в начале?



Благодаря нашему ограниченному опыту, считаем необходимым ответить “нет” на оба вопроса. Метод не дает возможности репродукции изделий с тонкими деталями – речь идет о процессе нанесения гальванического покрытия, имеет место “размягчение” деталей и тем большее, чем большая толщина задается. Актуальная технология дает возможность получать так же и значительные толщины, порядка 0,3–0,5 мм, но рекомендацией успешно работающих в области гальванопластики – не превышать толщины порядка 0,15 мм – кроме уже упоминавшегося “размягчения” деталей, появляются внутренние напряжения гальванического слоя, тем большие, чем больше толщина слоя, это может привести к образованию трещин.

Сплав, которым можно воспользоваться – бинарный серебро–золото. В некоторых случаях добавляется один процент кадмия. Этот тип сплава требует пристального внимания в случае необходимости проведения пайки (например, для крепления штырьков сережек). Значительная твердость, вызванная спецификой гальванического процесса, значительно падает если материал перегревается и не восстанавливается специфической термической обработкой: из–за отсутствия меди отсутствует феномены старения и упрочнения, вызываемые соединением золото–медь. Результатом в таком случае может быть изделие, которое с легкостью расплющивается сжатием пальцев.

Цвет изделия полученного методом гальванопластики некрасив, в любом случае необходимо проводить поверхностное золочение типа флеш. Инвестиции в оборудование не безразличны – речь идет о нескольких сотнях миллионах итальянских лир, так как производителями оборудования в настоящий момент являются немцы и швейцарцы. Само производство, кроме инвестиций требует значительных иных затрат. Таким образом метод более пригоден предприятиям, которые имеют значительные производственные объемы и единичные модели в большом количестве. Для постоянства качества, действительно, лучшим является использование одного и того же электролитического раствора для изделий, которые не слишком различаются по общей площади и форме.



Необходимо постоянно учитывать и помнить, то что мы поняли из наших коротких экспериментов – метод имеет возможности и ограничения. Изделие “продумывается” и проектируется именно для этого метода. Нельзя при помощи гальванопластики изготавливать изделия “продуманные” для точного литья имея только цель сделать их легче. Очень возможно, что результат будет плачевным.

Тот кто производит изделия хорошего качества, отвечающие рынку, подошел к этой современной технологии не традиционным для ювелирной промышленности способом. Рассмотрим случай с парижской фирмой “Charles Garnier”. Выбрав определенную производственную политику, фирма привлекла высокоспециализированный персонал, например, инженеров–электронщиков, которые в состоянии доминировать над технологией. После внесения в оборудование необходимых модификаций процесс стал более надежным и экономичным. В 1994 г фирма произвела около двухсот килограммов готовых изделий высшего качества.

В противовес тому, что могут утверждать поставщики оборудования, для получения наилучшее качество собственного производства необходимо овладеть технологией – нельзя думать, что даже самая передовая технология управляемая компьютером даст возможность ювелиру создавать изделия путем простого нажатия кнопки.



В завершение, ограничиваясь нашим опытом можно сказать, что гальванопластика представляет из себя современную технологию наверняка интересную и с большим потенциалом, отличающуюся от традиционным методов, с которыми соседствует, не претендуя на их замену.






НОВИНКИ СТИМУЛИРУЮЩИЕ РЫНОК

Дуччо Роджини

В начале года, пользуясь случаем проведения выставки в Виченце, Уво Спина представил свои первые ювелирные изделия изготовленные способом гальванопластики, встретив при этом большой интерес. Мы взяли интервью у ювелира из Ареццо.

Корр.: – Господин Спина, почему гальванопластика?

Спина: – По многим причинам, но прежде всего потому, что эта технология позволяет создавать новые изделия с особенным отношением вес–объем, которые в состоянии стимулировать интерес рынка. Одно небо знает, нужны ли такие стимулы рынку.

Корр.: – Гальванопластика требует значительных инвестиций в оборудование и в специализированный персонал. Вы думаете, что результат сможет компенсировать затраты? Уточним – какое оборудование Вы выбрали для Вашего предприятия?

Спина: – Оборудование мы сделали сами, разработали его непосредственно на нашем предприятии, уже это было положительным фактом.
Что касается остального, намного дешевле хранить металлические матрицы – при этом затраты почти отсутствуют – чем заполнять сейфы золотом в моменты стагнации рынка. При производстве требуется гораздо меньшее количество металла чем обычно потому, что желая получить определенное количество изделий и зная единичный вес, в оборудование помещается количество золотых солей эквивалентное требуемому общему весу. Преимущество возможности использования общего веса эквивалентного весу изготавливаемой продукции, очевидно.

Корр.: – Можете ли Вы вкратце описать производственный процесс.

Спина: – После изготовления модели, для ее репродукции во многих экземплярах необходимо изготовить резиновый отпечаток подобный тем, которые используются в методе точного литья по выплавляемым восковым моделям, пригодный для изготовления матрицы из металла с низкой температурой плавления. После получения матрицы в работу вступает ювелир – снятие заусенец, шлифовка, полировка. Необходимо приложить все традиционное мастерство. Конечно, металл стоит не дорого, это так, однако с ним необходимо обращаться так же как и с золотом, за исключением полировки. Ювелир же будет необходим для изготовления модели по всем правилам искусства. Затем, изготовив количество матриц равное количеству изделий, достаточно установить их на специальной раме и запустить цикл гальванопластики, который состоит из нескольких операций.

Корр.: – Может быть Вы уточните какой сплав лучше использовать – двойной или тройной?

Спина: – Наш сплав тройной – золото, медь и небольшое количество кадмия. Что касается фаз изготовления, то оно начинается с меднения матриц, которые имеют совершенно гладкую поверхность. На матрицы в течении нескольких часов наносится золото в зависимости от требуемой толщины, блеск при этом не теряется. Цикл полностью управляется компьютером и выполняется в полностью автоматическом режиме, делая излишним любое ручное вмешательство. Кроме прочих функций компьютер запоминает собственные действия для последующего контроля. После завершения цикла – нанесения золота, производится дополнительное меднение защищающее поверхность. Затем изделия снимаются с рамы, и из соответствующих отверстий выплавляется металл с низкой температурой плавления. Меднение изолирует и предохраняет внутреннюю и внешнюю поверхность золота, и в дальнейшем удаляется при помощи раствора азотной кислоты. Последующее помещение в печь при соответствующей температуре придает металлу как повышенную твердость, так и пластичность, делая его более прочным, чем полосы изготовленные при помощи традиционного литья и вальцевания. Затем изделие монтируется, для повышения блеска выполняется легкая ручная полировка, и, при необходимости придается определенный цвет, то есть производится золочение – ювелирное изделие готово и может быть одето.

Корр.: – Вы говорите об этом с определенными эмоциями – это энтузиазм неофита?

Спина: – Может быть. Действительно, когда я держу в руках красивое изделие, произведенное при помощи гальванопластики, которое три или четыре дня назад я видел только в собственной фантазии, я начинаю спрашивать себя – не сон ли это, волшебство или алхимия? Но в руках у меня конкретный предмет, продукция, которая может пойти на рынке, плод совершенно конкретной технологии. В этом процессе есть химия, есть оборудование, есть ноу–хау, есть реальность производства. То есть добро пожаловать дизайнеры, моделисты и предприниматели, полные фантазии и пыла, в состоянии предложить что–то не связанное традиционными ограничениями веса и формы.

Корр.: – Вы считаете, что гальванопластика заменит традиционные производственные процессы?

Спина: – Думаю, совершенно нет. Гальванопластика не претендует на уход на пенсию традиционных методов и только хочет находиться рядом с тем, что существует, чтобы предложить новые и важные возможности.





ПРОЦЕСС ГАЛЬВАНОПЛАСТИКИ

Являясь усовершенствованием системы Антонион (Antonion) Швейцария/США, предлагаемый процесс совершенно отличен от системы Дегусса (Degussa), которая предполагает металлизацию восковых моделей, затем обмеднение и, наконец, погружение в раствор с большим содержанием серебра, имеющий температуру 40° С, который, к сожалению, вызывает появление очень заметных пятен (разная проба нанесенного металла в различных местах обрабатываемого изделия) и трудность калибровки раствора из-за присутствия нескольких металлов. Процесс Дегусса дает мало удовлетворительные результаты из-за низкой жесткости и твердости получаемых изделий и сильного эффекта снижения прочности при нагреве даже до относительно низких температур (невозможность пайки пламенем).

Раствор, используемый в установке Ieco, имеет температуру от 60 до 70° С в зависимости от пробы изготавливаемого изделия (от 10 до максимум 22 карат). Отличие установки от остальных заключается в высокой скорости процесса - 400 г за 8-ми часовой рабочий цикл, высоких характеристиках раствора (более стабильный химический состав, который легче восстанавливается до базовых компонентов) и программе управления установкой, которая позволяет использовать надежную систему автоматической калибровки пробы, что, например, отсутствует в установках Aliprandini. Установка предлагается вместе с передачей технологии, обучением персонала приемам работы, со всем процессом, необходимым до и после использования установки, химическому поддержанию раствора и контролю пробы золотого изделия.

ОПИСАНИЕ ЦИКЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПОМОЩИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ФОРМИРОВАНИЯ

ЦИКЛ ЛИТЬЯ И ОБРАБОТКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СПЛАВОВ

· Выбор образцов продукции, к которым предъявляются типичные требования, существующие для штампованных изделий, которые, однако, из-за объемности или геометрии не могут быть изготовлены при помощи вырубки и штамповки.

· Изготовление резиновых штампов на вулканизаторе.

· Низкотемпературное плавление и литье на центрифуге или на двух отдельных установках.

· Отделение изделий от литьевой елочки.

· Голдовка в прямоугольном или циркулярном вибраторе с пластиковыми наполнителями.

· Отделка щетками.

· Конечная галтовка.

ЦИКЛ ОБРАБОТКИ В РАСТВОРАХ

· Ультразвуковая промывка.

· Кислотный отбел.

· Электролитическое обезжиривание.

· Щелочное меднение.

· Нейтрализация.

· Кислое меднение.

· Кислое золочение флеш (помогает избежать возможных окислений и предназначена для нанесения цвета на следующем этапе).

ЦИКЛ ГАЛЬВАНОПЛАСТИКИ И КОНЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ

· Расчет площади поверхности на автоматической установке или при помощи экспертной системы.

· Электролитическое формирование на установке IECO.

· Установка для подготовки цианида золота.

· Набор инструментов для контроля цианидного раствора.

· Атомная адсорбция для контроля наличия металлов в растворе.

· Оборудование для купелирования для проведения контроля пробы.

· Галтовка еще заполненного готового изделия деревянными брусочками перед полировкой.

· Меднение для предотвращения контакта олово/золото при выплавке легкоплавкого металла.

· Сверление отверстий для выхода легкоплавкого металла с противоположных сторон изделия.

· Выплавка в соответствующей печи легкоплавкого металла с его 90% рекуперацией.

· Кислотное травление для полного удаления легкоплавкого металла и меди.

· Промывка.

· Упрочняющий отжиг при 500° С в течении 0,5 часа.

· Закрытие отверстия для выплавки легкоплавкого металла заранее подготовленной конструктивной пробкой.

· Гальваническое цветное золочение.

Вы можете посмотреть изделия, нажав кнопку слева.
Гальванопластика - это процесс получения точных металлических копий путем электроосаждения металла. Однако в последние годы наряду с изготовлением точных металлических копий широкое применение получил способ изготовления объемных деталей, не преследующий цели снятия копии. Следовательно, более точное определение: "Гальванопластика - это получение или воспроизведение предмета электроосаждением".
Различие между гальваностегией и гальванопластикой заключается в том, что в гальваностегии добиваются наилучшего сращивания осаждаемого металла с катодной основой, а в гальванопластике - полного отделения осаждаемого металла от металла основы. Между технологиями гальваностегии и гальванопластики существуют определенные различия, прежде всего в методах подготовки поверхности к осаждению. В гальваностегии с целью наиболее прочного сцепления металла покрытия с металлом основы осаждение производится на специально подготовленную поверхность, очищенную от окислов и жировых загрязнении. В гальванопластике, наоборот, для легкого отделения металлической копии от металлической формы осаждение производится на поверхность металла, покрытую специальной пленкой, называемой разделительным слоем.
Значительная толщина наращиваемого металла в гальванопластике приводит к необходимости использования электролитов и режимов процессов для скоростного наращивания металла, отличных от тех, которые применяются в гальваностегии. Кроме того, в гальванопластике предъявляются более жесткие требования к структуре осажденного металла и его механическим свойствам, например к внутренним напряжениям, которые должны быть минимальны, в особенности если речь идет о нанесении металла на форму из диэлектрика с тонким проводящим слоем.
В технологической схеме гальванопластики перед основным электролизом предусматривается еще одна электрохимическая операция, которая называется "затяжкой". Под затяжкой понимают первичное наращивание металла на проводящий или разделительный слои до полного их закрытия. Составы электролитов и режимы электролиза для процесса затяжки значительно отличаются от основных электролитов.
Как это было отмечено, технология гальванопластики применяется не только в современном производстве для получения точных копий с поверхности предметов, но является также методом изготовления деталей определенных форм и размеров, обладающих специальными физико-химическими свойствами. Поэтому особое внимание приобретают вопросы конструирования форм, а также выбор металлов и сплавов, обеспечивающих получение осадков с требуемыми свойствами.
Таким образом, в гальванопластике уделяется большое внимание следующим видам работ, отсутствующим в гальваностегии: изготовлению форм; нанесению проводящего слоя (или разделительного); первичному элсктроосаждению металла (затяжке); скоростному наращиванию металла в основном электролите: механической обработке для удаления технологических припусков, наростов и излишков металлического осадка на отдельных участках покрытой формы; отделению форм от осадка.
В машино и приборостроении применяют гальванопластические формы для прессования из пластмасс зубчатых колес, колец, рефлекторов и т. д. Весьма широкое применение нашла гальванопластика в производстве грампластинок при изготовлении никелевых матриц.
В радиотехнической и электронной промышленности широкое применение получили гальванопластическое изготовление волноводных узлов, получение фольги. Методом гальванопластики изготавливают трубы различного диаметра, коробки для аккумуляторов, сопла и другие детали. Широкие возможности гальванопластики позволяют изготавливать тонкостенные легкие полые изделия сложной формы и высокой точности для авиации и космонавтики. В качестве примеров можно назвать изготовление наконечников и протекторов элементов антиобледенительной защиты контуров винтов самолетов и вертолетов, трубок Пито и Вентури, деталей ракетных двигателей, аэродинамических труб, диафрагм для ракет, криогенных сосудов давления, рефлекторов, сильфонов.
Различные отрасли промышленности нуждаются в большом количестве разнообразных сетчатых изделий (сита, решетки. бесшовные сетчатые трубы, сетки для электробритв, перфорированные гильзы). Метод гальванопластики дает возможность получать точные размеры отверстий в сочетании с большой прочностью всего изделия и может обеспечить полную автоматизацию их изготовления. Гальванопластику широко используют для изготовления товаров широкого потребления: кувшинов, абажуров для настольных ламп, мемориальных досок и табличек с надписями, фильтров для выжимания плодово-ягодных соков, колпачков авторучек, фурнитуры, брошек, пуговиц, барельефов и медалей.

Электролиты, применяемые в гальванопластике
Требования, предъявляемые к электролитам

Основными требованиями к электролитам в гальванопластике являются заданные физико-химические и механические свойства осадков, высокая скорость осаждения металла, равномерное распределение металла по поверхности катода, стабильность электролита.
Известно, что при электроосажденни металла даже сравнительно небольшие изменения в составе электролита и режиме электролиза приводят к изменению физико-химических характеристик. Так, изменение рН сульфатного электролита никелирования с 4 до 6 позволяет повысить твердость, предел прочности и внутренние напряжения никелевого осадка. В еще большей степени на свойства осадков влияет замена одного электролита другим. Так, осадки меди, полученные из сульфатного электролита, имеют твердость 850-1000 МПа и предел прочности 120- 290 МПа, тогда как осадки из цианистого электролита - соответственно 1500-2300 МПа и 260-390 МПа.
Для интенсификации процесса наращивания толстых слоев металла в гальванопластике используются электролиты, позволяющие вести процесс электроосаждения при высоких плотностях тока, с использованием высококонцентрированных по металлу электролитов, с перемешиванием, а также с движением формы в процессе осаждения. В последнее время с этой же целью применяются различные виды токов: реверсирование тока, наложение переменного тока на постоянный и др.
Большое значение в гальванопластике имеют вопросы, связанные со стабильностью, состава электролита. Стабильные результаты можно получать только при постоянстве всех определяющих параметров процесса электролиза.
Стабильность процесса электролиза прежде всего определяется сбалансированностью катодного и анодного процессов. Поскольку процесс осаждения металла измеряется многими часами, а иногда и сутками, то могут произойти заметные изменения в coставе электролита за счет разницы в катодном и анодном выходах но току. Таким образом, электролит необходимо систематически корректировать. Электролиты, которые требуют частой корректировки состава, малопригодны для гальванопластических целей.
При изготовлении сложнопрофилированных деталей необходимо учитывать равномерность распределения металла по поверхности формы, а это, в свою очередь, зависит от рассеивающей способности электролита, взаиморасположения формы и анодов, способа подвода тока к катоду. Практически трудно найти электролит, который отвечал бы всем указанным требованиям, поэтому выбор электролита осуществляют с учетом лишь основных особенностей процесса.
В гальванопластике в настоящее время используют довольно ограниченное число металлов и сплавов. Наиболее широко применяют медь, никель и железо, а из сплавов - никель-кобальт и никель-железо.
Электроосаждение сплавов является весьма перспективным процессом, так как позволяет расширить диапазон материалов, пригодных для гальванопластических целей. В ближайшее время получат широкое использование композиционные материалы, совмещающие положительные свойства металлов и неметаллов, а также оксидов, карбидов, нитридов и др.
В последнее десятилетие в гальванопластике нашло применение электроосаждение вольфрама, молибдена, ниобия, циркония, тантала и других редких металлов из расплавов, а также осаждение алюминия из органических растворов.

Структура и свойства никеля

Электролитические осадки никеля обладают хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью, а также повышенной механической прочностью при температурах ниже нуля. Эти свойства обеспечивают широкое применение никеля для электролитического формования различных деталей.
Свойства осадков никеля в значительной степени зависят от состава используемых электролитов, а также от режимов осаждения. Этим широко пользуются на практике при получении деталей с определенными механическими характеристиками. Анализ данных, приведенных в литературе, показывает, что свойства электроосажденного никеля изменяются в широких пределах. Например, осадки могут иметь твердость от 1,37 до 5,8 ГПа, прочность от 0,34 до 1,37 ГПа и относительное удлинение от 1,5 до 30%.
Осадки никеля, полученные из сульфатного электролита Уоттса, характеризуются волокнистой структурой, которая укрупняетcя с толщиной. Структура осадков, полученных из сульфаматного электролита, изменяется от крупнозернистой столбчатой при рН 2,5 до мелкозернистой столбчатой при рН 5.
При более высоких рН наблюдается слоистая структура с внутренними трещинами.
Одной из основных характеристик никелевых осадков являются внутренние напряжения. Большие внутренние наиряжения часто являются причиной растрескивания осадка в процессе осаждения на форму. Для осадков никеля характерны как растягивающие, так и сжимающие напряжения. Знак напряжений в значительной степени зависит от специальных добавок, используемых при осаждении. Величина внутренних напряжений зависит от природы электролита. Так, осадки, получаемые из сульфатного электролита, имеют высокие внутренние напряжения. Осадки же из сульфаматного электролита характеризуются небольшими внутренними напряжениями, что обеспечивает наиболее широкое применение его в гальванопластике.
Величина внутренних напряжений в никелевых осадках уменьшается с увеличением толщины осадка. Для осадков никеля из сульфатного электролита наблюдается изменение внутренних напряжений до толщины осадка 10-13 мкм. При дальнейшем увеличении толщины они практически остаются постоянными. В сульфаматном электролите с увеличением толщины осадка внутренние напряжения также уменьшаются и становятся постоянными примерно при толщине осадка 20-25 мкм.
На величину внутренних напряжений оказывают влияние состав электролита и режимы осаждения. В связи с этим большое внимание необходимо обращать на степень химической чистоты используемых растворов, поскольку наличие посторонних примесей (например, анионов NO-2, СrО4-2 и катионов таких металлов, как хром, магний, кобальт, свинец, олово, железо, цинк) приводит к значительному росту внутренних напряжений. Исследована зависимость внутренних напряжений в осадках никеля от плотности тока в электролитах с различной степенью очистки. Из зависимостей, установлено, что из неочищенных сульфатных электролитов получаются осадки с очень большими внутренними напряжениями, увеличивающимися с повышением катодной плотности тока. Наименьшими внутренними напряжениями обладали осадки из сульфаматного электролита, обработанного пергидролем.
Органические добавки, вводимые в электролиты никелирования для увеличения твердости и блеска осадков, также значительно изменяют внутренние напряжения. Например, добавка в сульфаматный электролит производных сульфоароматических альдегидов позволяет повысить твердость осадков никеля до 6,8 ГПа и изменить внутренние напряжения растяжения от 0,17 ГПа до напряжений сжатия, имеющих величину 0,39 ГПа. Целый ряд других органических добавок также способен изменять не только величину внутренних напряжений, но и их характер. Для уменьшения внутренних напряжений в электролиты никелирования часто добавляют сахарин. Однако следует учитывать, что уже незначительные добавки сахарина (0,12-0,25 г/л) значительно снижают величину напряжений, переводя их из растягивающих в сжимающие даже при высоких плотностях тока.
Внутренние напряжения в осадках никеля зависит от концентрации основных компонентов в электролите. Установлено, что в сульфаматном электролите с изменением концентрации соли никеля от 100 до 800 г/л наблюдается тенденция к уменьшению внутренних напряжений растяжения до нулевых значений с последующим переходом их в напряжения сжатия; причем наиболее значительное изменение наблюдается в интервале концентраций 350- 650 г/л.
Повышение концентрации ионов хлора, вводимых в электролиты никелирования в виде хлоридов никеля или натрия для ускорения процесса растворения анодов, обычно увеличивает величину внутренних напряжений. Следует учитывать, что присутствие и других галогенов в никелевых электролитах также увеличивает внутренние напряжения и повышает их хрупкость. Наибольшее влияние оказывают фториды и иодиды, поэтому загрязнение ими электролитов недопустимо.
Хрупкость никелевых осадков, получаемых из сульфаматных электролитов, может возникнуть вследствие включения в них серы. Предполагается, что накопление серы является результатом окисления ионов сульфаминовой кислоты. В зависимости от количества накопившейся серы в никелевых осадках возникают напряжения растяжения или сжатия.
Борная кислота, добавляемая в никелевые электролиты как буферная добавка, почти не оказывает влияния на свойства никелевых отложений. В то же время изменение рН растворов оказывает большое влияние на величину внутренних напряжений. С изменением рН растворов значения внутренних напряжений проходят через минимум, причем с понижением концентрации сульфамата никеля минимум напряжений перемещается в область более высоких значений рН.
С повышением температуры электролитов внутренние напряжения осадков уменьшаются. После осаждения в сульфаматном электролите при температуре 60°С отмечаются незначительные внутренние напряжения осадков, что объясняется укрупнением кристаллов осадков при повышенных температурах.
Твердость осадков никеля мало зависит от концентраций сульфамата никеля и хлоридов в электролите, но заметно изменяется с увеличением плотности тока и рН электролита. Это объясняется структурными изменениями, происходящими в осадках. Например, при небольших значениях рН получаются осадки с крупнозернистой структурой, имеющие твердость 1,27-1,76 ГПа. При увеличении рН наблюдается измельчение структуры, сопровождающееся повышением твердости. При рН выше 5 твердость осадков достигает 3,9 ГПа.
Резкое изменение (уменьшение) твердости в зависимости от катодной плотности тока наблюдается при ее высоких значениях. При плотности тока 1-5 А/дм2, применяемой в гальванопластических процессах, твердость изменяется мало, незначительно повышаясь.
С повышением температуры сульфаматного электролита от 20 до 60°С твердость никелевых осадков снижается примерно на 15-20%, вследствие укрупнения их структуры. Твердость осадков никеля увеличивается также с введением в электролиты органических добавок, способствующих измельчению структуры; К таким добавкам относятся сахарин, бензосульфид, пропаргиловый спирт.
Повысить твердость осадков можно путем соосаждения никеля с тонкодисперсными частицами окислов. Например, осаждение никеля в сульфаматном электролите в присутствии окиси кремния при катодной плотности тока 3-4 А/дм2, температуре электролита 30-45°С и рН 5,3-5,8 позволило получить осадки с твердостью 60-65 HRC.
Воздействие повышенных температур снижает твердость никелевых осадков. При температуре 800-1000°С микротвердость осадков почти в 1,7 раза меньше микротвердости тех же осадков при 20°С.
В процессах конструкционной гальванопластики (электрохимического формования) большое значение приобретает знание прочностных характеристик осадков никеля. Это связано с тем, что изготавливаемые детали используют в различных приборах и машинах, где они подвергаются воздействию различных сил, создающих в них напряжения и приводящих в конце концов к деформации. В связи с этим на протяжении ряда лет ведутся исследования прочности, пластичности, упругости, вязкости и некоторых других свойств электролитического никеля.
Прочностные характеристики никеля, так же как и свойства других осадков, зависят от их толщины, условии осаждения и состава применяемых электролитов. Прочность осадков незначительно снижается с увеличением их толщины, тогда как ударная вязкость резко уменьшается. Повышение температуры испытаний приводит к снижению прочностных свойств. Термическая обработка осадков никеля с последующим охлаждением также снижает прочностные характеристики и твердость. Относительное удлинение при этом повышается.
Понижение температуры до минусовой, наоборот, повышает прочностные характеристики осадков никеля. В связи с этим электроосажденный никель рекомендуется для изготовления баллонов в криогенной технике.
Механические свойства осадков никеля,так же как твердость и внутренние напряжения, зависят от режимов осаждения и состава электролитов. Предел текучести осадков при повышении катодной плотности тока уменьшается . Относительное удлинение осадков никеля с повышением плотности тока увеличивается.
Повышение температуры никелевых электролитов в пределах 30-60°С несколько снижает прочность осадков и повышает их пластичность. При изменении рН от 1,75 до 5,5 предел прочности повышается с 0,45 до 1,07 ГПа, а относительное удлинение падает с 17 до 6%. Твердость увеличивается от 1,37 до 1,76 ГПа.
Содержание основных компонентов, за исключением хлорида никеля, оказывает незначительное влияние на прочностные характеристики. Увеличение концентрации хлорида никеля от 5 до 8 г/л увеличивает предел прочности осадков на 13-15%. Одновременно уменьшается пластичность осадков, так как в них увеличиваются внутренние напряжения. Введение в электролит органических добавок способствует повышению прочностных характеристик осадков никеля. Так, добавка 1,3,6-трисульфонафталиновой кислоты позволяет получить осадки с пределом прочности до 1,04 ГПа.
Высокие прочностные свойства (0,78-0,83 ГПа) при достаточно высоком относительном удлинении (15-18%) имеют осадки никеля с добавкой карбида вольфрама до 24%.
Пористость никелевых осадков сохраняется до толщины 20-30 мкм. При толщине 50 мкм осадки практически беспористые, поэтому тонкостенные детали, изготовленные электролитическим формованием, способны работать под давлением, не допуская утечки газов или жидкостей.
Никель, вследствие сильно выраженной склонности к пассивированию, достаточно стоек против атмосферной коррозии. Коррозионная стойкость никелевых осадков в солевом тумане и в промышленной атмосфере сравнима с коррозионной стойкостью металлургических сплавов на основе никеля, а также коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т.
Никелевые осадки устойчивы к воздействию щелочей и некоторых кислот, что обеспечивает применение никелевой гальванопластики в химической промышленности. Скорость окисления электролитических никелевых осадков при повышенных температуpax (до 1000°С) достаточно высокая и почти одинаковая со скоростью окисления металлургического никеля, а при более высоких температурах скорость окисления возрастает. При 1200°С на поверхности никеля наблюдается образование темно-коричневой окисной пленки.
Никелевые осадки хорошо свариваются с другими металлами, например с коррозионно-стойкой сталью, со сталью 20.


Приложенные файлы

  • doc 7552528
    Размер файла: 114 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий