19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гальваника – история и современное развитие

Гальваника — история и современное развитие

Некоторые достижения науки, соответствующие им технологии и продукты производства настолько прочно заняли место в нашей повседневной жизни, что считаются сами собой разумеющимися и извечно сопутствующими человеку. К числу таких технологий относится и гальваника.

Что такое гальваника

За примерами далеко ходить не надо, достаточно оглянуться вокруг — дверные ручки и петли, никелированные или хромированные вставки и накладки бытовой техники, домашней и офисной мебели, оправа очков, дешевая бижутерия и недешевые ювелирные изделия, оцинкованное ведро на даче и оцинкованный кузов любимого автомобиля, полки и витрины со всевозможными сувенирами.

Ответ на вопрос «что такое гальваника» многие начнут искать в уцелевших фрагментах познаний из школьного курса химии, вспомнят аноды, катоды, электролит и будут правы.

Гальваника является одним из разделов электрохимии, изучающей взаимосвязанные явления переноса тока в процессе химических реакций или влияние действия электричества на процессы химических реакций.

Она считается прикладным разделом электрохимии, ее область приложения — изучение и практическое внедрение процессов осаждения металлов на различных поверхностях и деталях.

Своим названием технология обязана итальянскому ученому — врачу, физиологу, физику и химику в одном лице — Луиджи Гальвани. Именно его опыты над лягушками дали толчок к исследованию связей между электричеством и химическими реакциями, а публикация в 1779 году «Трактата о силах электричества при мышечном движении» считается «днём рождения» электрохимии.

Изначально в употребление был введен термин гальванизм как явление действия электричества на мышцы и живые ткани, но постепенно он превратился в исторический. В науке и технике устоялось понятие гальваники или гальванотехники, изучением гальванических процессов в биологии занимается электрофизиология.

Теоретической основой обоих методов является теория электролитической диссоциации и законы Фарадея для процесса электролиза. При прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита на электродах осаждаются составные части растворённых веществ. Отрицательный электрод называется катодом, положительный электрод — анодом. Катионы — положительные ионы металлов и водородные ионы движутся к катоду, анионы — отрицательные ионы кислотных остатков и ионы гидроксильной группы движутся к аноду.

Технология выполнения

Если вернуться к окружающим нас образцам применения гальваники, то практически все из них выполнены по технологии гальваностегии — основного метода гальванотехники. Сущность метода определяется второй составляющей слова «стегия» — покрытие, в переводе с греческого, то есть гальваническое покрытие.

Еще один метод гальванотехники — гальванопластика — применяется гораздо реже. С его помощью создают идеальные копии каких-либо форм с последующим удалением макета или копии формы. Основная область использования этой технологии — изготовление небольших по размерам копий ювелирных изделий и скульптур.

Преимуществом гальваники являются возможность получения покрытия любой требуемой толщины для практически любых форм и поверхностей в сочетании с высокой степенью адгезии и механической прочностью покрытия.

Гальванопокрытие — сложный технологический процесс, на результат которого влияет множество факторов, в том числе:

  • качество и чистота оборудования, в том числе гальванической ванны;
  • качество электролита, его состав и концентрация;
  • качество подготовки катода, в роли которого выступает подлежащая покрытию деталь;
  • технологический режим процесса, обеспечивающий равномерность плотности тока по поверхности детали;
  • форма самого изделия.

Основные методы нанесения

Промышленная технология нанесения гальванических покрытий позволяет получить покрытие практически из любого существующего металлов, причем нанести покрытие можно не только на металл, но и на многие виды пластиков и полимеров. Самыми распространенными и востребованными видами покрытий являются следующие:

  • хромирование — позволяет получить твердое и коррозионностойкое, одновременно декоративное покрытие;
  • никелирование — выполняет декоративную и защитную роль;
  • цинкование — предназначено исключительно для защиты деталей от коррозии;
  • меднение — выполняют или для создания поверхностного слоя с высокой электропроводностью или в качестве промежуточного при многослойном покрытии изделий;
  • золочение или позолота — одно из основных декоративных покрытий в ювелирном деле и защитное покрытие для многих промышленных, в том числе специальных, изделий.

За многие десятилетия существования гальванотехника достаточно отработана и в промышленном масштабе, и в условиях ювелирных мастерских. Доступность оборудования и материалов позволяют осваивать технологию гальваники и домашним умельцам, в основном с целью декоративного украшения. Основным условием для этого сектора производства является обеспечение безопасности, связанное с применением электричества и химических веществ.

История гальванотехники

Основоположником гальванотехники является Б. С. Якоби — член Российской академий наук, который впервые в 1837 г. получил медную копию с металлического оригинала гальванопластическим способом. Широкого промышленного применения гальванотехника в то время еще не имела. Известий были лишь немногие из электролитических процессов металлопокрытий, которые использовались, главным образом для декоративной отделки поверхности изделий из меди и её сплавов, например, серебрение, золочение, покрытие оловом, а также электроосаждение меди для получения металлических копий.

Читать еще:  Подшипник качения: устройство и классификация, какие бывают виды

Однако эти процессы в то время не имели промышленного значения, масштабы производства покрытий были очень небольшими, особенно в России. Рецептура и режим электролиза подбирались, как правило, эмпирически без учета неизвестных в то время особенностей процесса, что приводило к плохим результатам. Удовлетворительные по качеству осадки получали только при очень малых скоростях процесса (при плотностях тока на катоде 5-30 А/м2) и толщине слоя, не превышающего 5 мкм.

С начала 20-х годов нашего столетия по мере развития работ в области теоретической и прикладкой электрохимии стали появляться более совершенные, теоретически обоснованные процессы электролитического покрытия металлами. Эти работы способствовали широкому использованию гальванотехники в различных отраслях промышленности.

В настоящее время перед гальванотехниками стоят новые задачи. Наряду с покрытиями, имеющими улучшенные антикоррозионные и механические свойства, требуются покрытия с высокими оптическими (блеск) и особыми магнитными свойствами, сверхпроводимостью, жаростойкостью, способностью сохранять паяемость после длительного хранения на воздухе и др. Необходимы также интенсификация и автоматическое регулирование процесса, автоматизация управления и контроля электролитических процессов и т. д.

В настоящее время часто используют электрохимический метод обработки изделий вместо других более трудоемких и дорогостоящих методов.

Решение этих задач требует глубокого изучения процессов электролиза с использованием современных методов исследования. Большие успехи достигнуты в области изучения механизма электродных процессов, особенно в работах российских ученых. Исследования в этом направлении дали возможность не только установить основные закономерности электроосаждения металлов, но и более правильно и обоснованно подойти к разработке технологических процессов покрытия изделий, что особенно актуально в настоящее время.

История гальванопластики (статья)

Гальванопластика. Следы ведут во времена фараонов

Знания и умения народов, живших до нашей эры, поражают воображение современных людей. Невозможно не удивляться изготовленной металлургами Древней Индии колонне из химически чистого железа или расчетам вавилонских астрономов, точность которых немногим уступает данным, полученным с помощью современной техники. Не менее изумляют сообщения о том, что наши далекие предки не только умели получать электричество, но и успешно использовали его в таких сложных процессах, как гальванопластика.

Секреты античных умельцев

Сравнительно недавно специалисты по античному судостроению обратили внимание на медные гвозди, которыми была хаотически обита подводная часть древнеримского судна. Ту же картину обнаружили и на другом судне той эпохи. Сначала ученые решили, что таким образом римские корабелы защищали обшивку от обрастания ракушками и древоточцев. Но из достоверных источников известно, что для этой цели подводную часть кораблей покрывали тонкими листами меди. Зачем в таком случае гвозди?

Решили эту загадку физики. Они пришли к неожиданному выводу: судостроители вбивали в корпус медные гвозди для того, чтобы уберечь суда от разрушения вследствие природного электролиза. И это в то время, когда ученые Древнего Рима только-только пробовали наблюдать явления, связанные с электричеством. Впрочем, справедливости ради следует заметить, что корабелы Рима не имеют права претендовать на приоритет Гальвани и Вольта — они, оказывается, попросту воспользовались знаниями и опытом других.

Часть открытия гальванопластики принадлежит русскому ученому, академику Борису Семеновичу Якоби

В трудах античных историков не раз упоминались удивительные мастера, подданные Клеопатры, которые умели делать благородные металлы. Скорее всего, речь шла о некой технологии, позволявшей покрывать различные изделия, главным образом культовые предметы, тончайшим слоем золота и серебра. Однако этот процесс, в наши дни названный гальванопластикой, невозможен без источника электроэнергии. Поэтому информации греческих и римских историков их нынешние коллеги, мягко говоря, не доверяли…

В чем соль?

Гальванотехникой, или гальваникой, называют процесс получения на поверхности изделия слоев металлов из растворов их солей под действием постоянного электрического тока. Сущность метода заключается в погружении покрываемых изделий в водный раствор электролита, главным компонентом которого являются соли или другие растворимые соединения металлопокрытия. Покрываемые изделия контактируют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, то есть являются катодами. Анодами обычно служат пластины или прутки из того металла, которыми покрывают изделия. Они контактируют с положительным полюсом источника постоянного тока и при прохождении электрического тока растворяются, компенсируя убыль ионов, разряжающихся на покрываемых изделиях.

Наряду с электрохимическим методом катодного осаждения металлов широкое применение находят и анодные методы электрохимической обработки поверхности металлов. К ним относятся электрохимическое оксидирование, травление, полирование и так далее.

Гальванопластика используется для нанесения на поверхность изделий очень тонких металлических покрытий для повышения коррозионной стойкости и износостойкости изделий, улучшения отражательной способности их поверхностей, повышения электрической проводимости и магнитных характеристик, облегчения пайки, а также для декоративной отделки. Используется этот метод также для получения точных копий рельефных оригиналов. Такие копии выставляются в музеях, где невозможно создать цельный репрезентативный экспозиционный ряд без включения копийных материалов. В некоторых небольших музеях с ограниченными фондами копии занимают иногда большую часть экспозиционного пространства.

Официальная история

Техника гальванических покрытий, возникновение которой относится к началу XIX века, была тесно связана с усовершенствованием гальванических источников тока. Открытию гальванопластики предшествовали замечательные работы академика В.В. Петрова, построившего в 1802 году самую мощную в мире гальваническую батарею и выполнившего ряд работ по электролизу воды, оксидов ртути, свинца, олова и органических соединений. В 1807-1808 годах английский ученый Г. Деви получил электрохимическим способом неизвестные прежде металлы — натрий, калий, кальций, стронций, барий.

Читать еще:  Преимущества установки сварной сетки для забора с точки зрения практичности

Честь открытия гальванопластики принадлежит крупному русскому ученому академику Борису Семеновичу Якоби. Это был один из важнейших этапов в развитии электрохимии, оказавший влияние на становление ее не только в России, но и во всем мире.

В ставшем классическим труде по гальванопластике Якоби писал: «Гальванопластика основывается на известном и весьма замечательном свойстве электрических токов разлагать почти все сложные вещества на их составные части, в особенности же осаждать или восстанавливать металлы из растворов или каких-либо соединений».

Якоби предугадал неограниченные возможности применения гальванического тока и практически доказал возможность металлических отложений из водных растворов не только в лабораторных условиях, но и в промышленных масштабах. На основе теоретических и лабораторных изысканий Якоби в Петербурге был организован первый гальванопластический завод.

Поразительное открытие

В 1936 году археологи, работавшие на раскопках в Багдаде, обнаружили странный предмет. Он представлял собой 15-сантиметровый глиняный сосуд, внутри которого находился медный цилиндр. Тот, в свою очередь, за асфальтовой прокладкой скрывал окислившийся железный брусок. Предположив, что в цилиндр можно было залить раствор, обладающий щелочными свойствами, ученые пришли к выводу, что багдадскую находку нужно считать самым настоящим гальваническим элементом.

Это подтвердила серия опытов, проведенных с реконструированным устройством такого рода. Заполняя цилиндр наиболее доступными жителям Двуречья жидкостями — винным уксусом или морской водой, экспериментаторы получили электрический ток силой 0,5-5 мА и напряжением до 0,5 В.

Австрийский археолог Вильгельм Кёниг датировал найденный глиняный сосуд, который журналисты начали называть багдадской батарейкой. III-II веками до н. э. Причем находка эта не была единственной. По словам профессора Дж. Перчински из университета в штате Северная Каролина (США), сделанный по аналогу античного образца прибор мог работать в качестве батарейки в течение 18 дней.

Багдадская находка — настоящий гальванический элемент

Разумеется, утверждение, что парфяне — извечные соперники римлян на Востоке, чью культуру мы знаем сравнительно плохо — могли вырабатывать электрический ток, звучит смело. Однако немецкий египтолог Арне Эггербрехт пошел еще дальше. Он уверен, что гальванопластику открыли и использовали в своих целях древние египтяне — в его коллекции имеется небольшая статуэтка египетского бога Осириса, покрытая тончайшим слоем золота. Минимальный возраст фигурки 2400 лет.

Сделав копию статуэтки, Эггебрехт погрузил ее в ванну с солевым раствором золота. Затем соединил десять глиняных кувшинов, аналогичных багдадской батарейке, и подключил этот источник питания к ванне. Через несколько часов на статуэтке осел ровный слой золота. По мнению ученых, на такой трюк способны были, вероятно, и древние мастера — для нанесения гальванического покрытия нужен ток небольшой силы и низкого напряжения.

Таким образом, была доказана правдивость легенды о ювелирах знаменитой царицы Древнего Египта. Однако решение одной загадки, как водится, порождает новые вопросы. Каким образом египтяне открыли электрический ток? Ведь напряжение, равное 0,5 Вольт, нельзя обнаружить без приборов. И как они догадались, что с помощью электричества можно осаждать золото, содержащееся в растворе.

Источник: Тайны ХХ века, №3, январь 2010, Николай БЕЛ03ЕР0В

Гальванопластика была известна в древние времена

Знания и умения народов, живших до нашей эры, поражают воображение современных людей. Невозможно не удивляться изготовленной металлургами Древней Индии колонне из химически чистого железа или расчетам вавилонских астрономов, точность которых немногим уступает данным, полученным с помощью современной техники. Не менее изумляют сообщения о том, что наши далекие предки не только умели получать электричество, но и успешно использовали его в таких сложных процессах, как гальванопластика.

Секреты античных умельцев

Сравнительно недавно специалисты по античному судостроению обратили внимание на медные гвозди, которыми была хаотически обита подводная часть древнеримского судна. Ту же картину обнаружили и на другом судне той эпохи. Сначала ученые решили, что таким образом римские корабелы защищали обшивку от обрастания ракушками и древоточцев. Но из достоверных источников известно, что для этой цели подводную часть кораблей покрывали тонкими листами меди. Зачем в таком случае гвозди?

Решили эту загадку физики. Они пришли к неожиданному выводу: судостроители вбивали в корпус медные гвозди для того, чтобы уберечь суда от разрушения вследствие природного электролиза. И это в то время, когда ученые Древнего Рима только-только пробовали наблюдать явления, связанные с электричеством. Впрочем, справедливости ради следует заметить, что корабелы Рима не имеют права претендовать на приоритет Гальвани и Вольта — они, оказывается, попросту воспользовались знаниями и опытом других.

В трудах античных историков не раз упоминались удивительные мастера, подданные Клеопатры, которые умели делать благородные металлы. Скорее всего, речь шла о некой технологии, позволявшей покрывать различные изделия, главным образом культовые предметы, тончайшим слоем золота и серебра. Однако этот процесс, в наши дни названный гальванопластикой, невозможен без источника электроэнергии. Поэтому информации греческих и римских историков их нынешние коллеги, мягко говоря, не доверяли…

Читать еще:  Классификация токарно-фрезерных станков по металлу с чпу

Гальванотехникой, или гальваникой, называют процесс получения на поверхности изделия слоев металлов из растворов их солей под действием постоянного электрического тока. Сущность метода заключается в погружении покрываемых изделий в водный раствор электролита, главным компонентом которого являются соли или другие растворимые соединения — металлопокрытия. Покрываемые изделия контактируют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, то есть являются катодами. Анодами обычно служат пластины или прутки из того металла, которыми покрывают изделия. Они контактируют с положительным полюсом источника постоянного тока и при прохождении электрического тока растворяются, компенсируя убыль ионов, разряжающихся на покрываемых изделиях.

Наряду с электрохимическим методом катодного осаждения металлов широкое применение находят и анодные методы электрохимической обработки поверхности металлов. К ним относятся электрохимическое оксидирование, травление, полирование и так далее.

Гальванопластика используется для нанесения на поверхность изделий очень тонких металлических покрытий для повышения коррозионной стойкости и износостойкости изделий, улучшения отражательной способности их поверхностей, повышения электрической проводимости и магнитных характеристик, облегчения пайки, а также для декоративной отделки. Используется этот метод также для получения точных копий рельефных оригиналов. Такие копии выставляются в музеях, где невозможно создать цельный, репрезентативный экспозиционный ряд без включения копийных материалов. В некоторых небольших музеях с ограниченными фондами копии занимают иногда большую часть экспозиционного пространства.

Техника гальванических покрытий, возникновение которой относится к началу XIX века, была тесно связана с усовершенствованием гальванических источников тока. Открытию гальванопластики предшествовали замечательные работы академика В. В. Петрова, построившего в 1802 году самую мощную в мире гальваническую батарею и выполнившего ряд работ по электролизу воды, оксидов ртути, свинца, олова и органических соединений. В 1807–1808 годах английский ученый Г. Деви получил электрохимическим способом неизвестные прежде металлы — натрий, калий, кальций, стронций, барий.

Честь открытия гальванопластики принадлежит крупному русскому ученому академику Борису Семеновичу Якоби. Это было одним из важнейших этапов в развитии электрохимии, оказавшим влияние на развитие ее не только в России, но и во всем мире.

В ставшем классическим труде по гальванопластике Якоби писал: «Гальванопластика основывается на известном и весьма замечательном свойстве электрических токов разлагать почти все сложные вещества на их составные части, в особенности же осаждать или восстанавливать металлы из растворов или каких-либо соединений».

Якоби предугадал неограниченные возможности применения гальванического тока и практически доказал возможность металлических отложений из водных растворов не только в лабораторных условиях, но и в промышленных масштабах. На основе теоретических и лабораторных изысканий Якоби в Петербурге был организован первый гальванопластический завод.

В 1936 году археологи, работавшие на раскопках в Багдаде, обнаружили странный предмет. Он представлял собой 15-сантиметровый глиняный сосуд, внутри которого находился медный цилиндр. Тот, в свою очередь, за асфальтовой прокладкой скрывал окислившийся железный брусок. Предположив, что в цилиндр можно было залить раствор, обладающий щелочными свойствами, ученые пришли к выводу, что багдадскую находку нужно считать самым настоящим гальваническим элементом.

Это подтвердила серия опытов, проведенных с реконструированным устройством такого рода. Заполняя цилиндр наиболее доступными жителям Двуречья жидкостями — винным уксусом или морской водой, — экспериментаторы получили электрический ток силой 0,5–5 мА и напряжением до 0,5 В.

Австрийский археолог Вильгельм Кёниг датировал найденный им глиняный сосуд, который журналисты начали называть «багдадской батарейкой», III–II веками до н. э. Причем находка эта не была единственной. По словам профессора Дж. Перчински из университета в штате Северная Каролина (США), сделанный по аналогу античного образца прибор мог работать в качестве батарейки в течение 18 дней.

Разумеется, утверждение, что парфяне — извечные соперники римлян на Востоке, чью культуру мы знаем сравнительно плохо — могли вырабатывать электрический ток, звучит смело. Однако немецкий египтолог Арне Эггебрехт пошел еще дальше. Он уверен, что гальванопластику открыли и использовали в своих целях древние египтяне — в его коллекции имеется небольшая статуэтка египетского бога Осириса, покрытая тончайшим слоем золота. Минимальный возраст фигурки 2400 лет.

Сделав копию статуэтки, Эггебрехт погрузил ее в ванну с солевым раствором золота. Затем соединил десять глиняных кувшинов, аналогичных «багдадской батарейке», и подключил этот источник питания к ванне. Через несколько часов на статуэтке осел ровный слой золота. По мнению ученых, на такой трюк способны были, вероятно, и древние мастера — для нанесения гальванического покрытия нужен ток небольшой силы и низкого напряжения.

Таким образом была доказана правдивость легенды о ювелирах знаменитой царицы Древнего Египта. Однако решение одной загадки, как водится, порождает новые вопросы. Каким образом египтяне открыли электрический ток? Ведь напряжение, равное 0,5 вольт, нельзя обнаружить без приборов. И как они догадались, что с помощью электричества можно осаждать золото, содержащееся в растворе.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector