NANOSZENIE WARSTW METALICZNYCH
Galwanotechnika - dział techniki zajmujący się teoretycznymi aspektami oraz praktycznymi metodami elektrolitycznego wytwarzania powłok na rozmaitych podłożach. Galwanotechnika zajmuje się wytwarzaniem powłok zarówno metodą osadzania na podłożu substancji pochodzących z elektrolitu, jak i metodą przetwarzania materiału podłoża.
Ze względu na zastosowania, galwanotechnikę dzieli się na dwa działy:
galwanoplastyka - wytwarzanie grubych powłok metalicznych niezwiązanych trwale z podłożem, w celu utrwalenia kształtu podłoża i wykorzystania tych powłok jako form do matryc wtryskarskich lub odlewniczych, lub też wytwarzania tą metodą przedmiotów o skomplikowanych kształtach - podłoża w tej metodzie są zazwyczaj niemetaliczne, i na czas wytwarzania powłoki są pokrywane warstwą usuwalnej substancji przewodzącej prąd elektryczny;
galwanostegia - wytwarzanie powłok trwale przylegających do metalicznego podłoża, cienkich - w celach ozdobnych, ochronnych, lub innych technologicznych (np. tworzenie zwierciadeł), lub powłok grubych w celach konstrukcyjnych (np. nanoszenie warstw twardego metalu na pracujących częściach maszyn).
Galwanoplastyka - jeden z dwóch podstawowych działów galwanotechniki (drugim jest galwanostegia). Galwanoplastyka zajmuje się wytwarzaniem przedmiotów z metalu, cienkościennych, o skomplikowanych kształtach, zachowujących wiernie kształt podłoża, na którym są wytwarzane metodą osadzania elektrolitycznego.
Odbitki uzyskane metodą galwanoplastyki powstają na modelach wykonywanych dowolną techniką (np. jako rzeźba gipsowa, odlew silikonowy itd.), spełniających rolę formy negatywowej, która jest pokrywana łatwo usuwalną warstwą przewodzącą prąd elektryczny (np. grafitem). Po wykonaniu odbitki, forma jest od niej oddzielana (i może być wykorzystywana wielokrotnie), a w przypadku bardziej skomplikowanych kształtów forma jest niszczona w celu jej usunięcia z wnętrza odbitki.
Utworzone metalowe odbitki są wykorzystywane do tworzenia form odlewniczych lub wtryskowych, a także jako części urządzeń o skomplikowanych kształtach.
Galwanizacja - potoczna nazwa galwanostegii, czyli elektrolitycznych metod wytwarzania powłok na różnych materiałach. Najczęściej galwanizacja odnosi się do jednego z podstawowych zagadnień galwanostegii, czyli praktycznego wykonywania trwale przylegających cienkich powłok metalicznych poprzez osadzanie jednego metalu na innym (np. miedziowanie, niklowanie, chromowanie).
Galwanostegia - jeden z dwóch podstawowych działów galwanotechniki (drugim jest galwanoplastyka). Galwanostegia zajmuje się elektrolitycznymi procesami powodującymi uzyskanie na powierzchni metali szeregu trwałych powłok różnych rodzajów (metalicznych lub niemetalicznych). Galwanostegia tym się różni od galwanoplastyki, że wytworzone powierzchnie są trwale związane z podłożem, podczas gdy w galwanoplastyce wytwarzane są powłoki oddzielane od powierzchni obrabianego przedmiotu.
W szczególności procesami galwanostegicznymi są:
osadzanie powłok metalicznych na innych metalach;
osadzanie powłok związków chemicznych metali innych niż podłoża;
wytwarzanie powłok związków chemicznych metali podłoża.
Procesami towarzyszącymi galwanostegii są:
oczyszczenie powierzchni metalu podłoża;
zmiana struktury powierzchni metalu podłoża.
Powłoki wytwarzane metodą galwanostegii mogą być cienkie - o grubości wystarczającej do uzyskania zamierzonego efektu powierzchniowego, lub też wyraźnie grubsze, i wtedy spełniają zadanie całą swoją grubością, jako dodatkowa warstwa materiału nałożona na podłoże wykazująca własne własności mechaniczne. W przypadku powłok cienkich zazwyczaj nie wlicza się ich grubości do rozmiarów wyrobu, w przypadku powłok grubych stanowią one wymierną zmianę rozmiarów wyrobu (aczkolwiek nadal mogą to być wielkości niewielkie). Powłoki wytworzone metodą galwanostegii mogą również powodować nieznaczny ubytek metalu podłoża - w przypadku różnego rodzaju procesów usuwania warstw przypowierzchniowych podłoża.
Cienkie powłoki uzyskane metodą galwanostegii mogą służyć rozmaitym celom: ozdobnym, antykorozyjnym, lub przygotowaniu powierzchni podłoża do innych procesów technologicznych. Tym samym celom mogą służyć powłoki uzyskane poprzez usunięcie warstw przypowierzchniowych podłoża. Zmiany rozmiarów wyrobu są tutaj rzędu ułamków milimetrów.
Grube powłoki służą wzmacnianiu powierzchni wyrobu w celach konstrukcyjnych w celu dostosowania wyrobu do pracy pod dużymi obciążeniami powierzchni, a także wytwarzane są w celu dostosowania wyrobu do pracy w środowisku silnie agresywnym chemicznie. Zmiany rozmiarów wyrobów mogą tutaj dochodzić do kilku milimetrów.
Do procesów związanych z galwanostegią należą:
barwienie metalu podłoża - wytworzenie na powierzchni metalu bardzo cienkiej warstwy związków chemicznych w celach ozdobnych;
nakładanie warstwy innego metalu;
w celu antykorozyjnym - nakładanie warstwy metalu o wyższej odporności chemicznej;
w celu ozdobnym - zwykle jest to nałożenie metalu bardziej błyszczącego, często także o innym odcieniu lub nawet barwie;
w celu technologicznym - często stosowane jako warstwy pośrednie w celu zwiększenia przyczepności warstwy ostatniej (np. miedziowanie stali przed niklowaniem lub chromowaniem), lub nałożenie warstwy metalu dającego bardzo gładką powierzchnię, stosowane w produkcji zwierciadeł, także w celach konstrukcyjnych (np. nałożenie grubej warstwy chromu na pracujących elementach siłowników hydraulicznych);
odtłuszczanie - w specjalnej kąpieli usuwającej tłuszcze oraz wyższe węglowodory;
polerowanie - wygładzanie powierzchni metalu w kąpieli o ograniczonej agresywności, w celu usunięcia powierzchni metalu przede wszystkim z miejsc najbardziej wystających, służy do zwiększenia połysku podłoża, czasami także do przystosowania wyrobu do odpowiednio ciasnego pasowania;
trawienie - w kąpieli agresywnej, powodujące usuwanie tlenków metali oraz innych zabrudzeń, najczęściej usuwa także w pewnym stopniu podłoże;
trawienie intensywne - powoduje zmatowienie podłoża w celu zwiększenia powierzchni styku z kolejną warstwą, a przez to zwiększenia jej przyczepności;
wytwarzanie lub osadzanie związków chemicznych - w celach ozdobnych, antykorozyjnych, a w przypadku wytworzenia powłok porowatych także w celu uzyskania podłoża o zwiększonej przyczepności dla powłok malarskich, lakierniczych lub innych zabezpieczających.
Miedziowanie - metoda pokrywania przedmiotów metalowych warstwą miedzi.
Miedziowanie przeprowadzać można metodą natryskową, kąpielową lub elektrolityczną. Np. w metodzie elektrolitycznej przedmiot przeznaczony do miedziowania podłącza się jako katodę, natomiast anoda wykonana jest z miedzi. Jako elektrolit można użyć roztwór kwasu siarkowego i siarczanu miedzi (kąpiel siarczanowa). Po podłączeniu zasilania miedź z anody ulega roztworzeniu do jonów Cu2+, które migrują do katody i wydzielają się na jej powierzchni jako miedź metaliczna. Lepsze rezultaty uzyskać można stosując kąpiele cyjankowe, np. roztwór cyjanku miedzi i cyjanku sodu.
Miedziowanie stosowane jest w celu ochrony przedmiotu przed korozją, by polepszyć jego zdolność do przewodzenie ciepła i/lub prądu elektrycznego, lub w formie powłoki ozdobnej. Miedziowanie jest także podkładem pod inne metale, np. dla cynku w procesie cynkowania.
Niklowanie - pokrywanie wyrobów metalowych warstwą niklu. Niklowanie wykonuje się w celach antykorozyjnych, dekoracyjnych a także technologicznych jako podłoże dla innych powłok galwanicznych.
Niklowanie wykonuje się najczęściej na przedmiotach stalowych, a najtrwalsze powłoki osiąga się pokrywając stal najpierw grubszą warstwą miedzi, jako warstwą pośrednią o lepszej przyczepności zarówno do stali, jak i niklu, a następnie cieńszą warstwą niklu. Z kolei w powłokach najwyższej jakości taki układ warstw służy jako podłoże dla warstwy chromu.
Powłoki niklowe charakteryzują się nieco gorszym wyglądem od powłok chromowych (gorszy połysk, możliwość lekkich przebarwień), mniejszą odpornością na korozję i słabszą wytrzymałością mechaniczną, są jednak tańsze.
Chromowanie - pokrywanie przedmiotów metalowych i z tworzyw sztucznych powłoką chromową. Chromowanie stosuje się w celu zwiększenia odporności na zużycie, poprawienia własności termicznych lub dla ozdoby. Chromowanie wykonuje się najczęściej metodami elektrolitycznymi.
W przypadku chromowania przedmiotów stalowych, proces prowadzony jest w temperaturze 900-1050 °C przez 3-12 godzin w różnego rodzaju ośrodkach (kąpielowe, proszkowe, gazowe). Stosuje się na materiały do pracy na zimno i gorąco, na części maszyn dla przemysłu spożywczego)
Chromowanie elektrolityczne jest przeprowadzane w wannach wypełnionych roztworami soli chromu, podgrzanymi do kilkudziesięciu - kilkuset stopni Celsjusza, w których zanurza się przedmiot przeznaczony do pokrycia chromem.
Cynkowanie - ogół operacji mający na celu pokrycie powierzchni przedmiotów stalowych cienką powłoką cynku w celu ochrony przed korozją powodowaną działaniem powietrza i wody. Cynkowanie jest stosowane powszechnie w wielu gałęziach gospodarki, m.in. w przemyśle samochodowym, budowlanym, lotniczym.
Powłoka cynkowa wykazuje w warunkach miejskiego środowiska korozyjnego od kilku do kilkunastu razy większą odporność korozyjną od stali nie cynkowanej. Dzieje się tak dlatego, że potencjał standardowy cynku jest znacznie bardziej elektroujemny niż potencjał żelaza. W pierwszej kolejności będzie korodował cynk, a produkty jego korozji będą spowalniać dalszą korozję. W przypadku przerwania szczelności powłoki cynkowej, będzie ona w dalszym ciągu chronić materiał bazowy przed korozją. Zjawisko to nosi nazwę protektorowania.
Rodzaje cynkowania:
cynkowanie proszkowe - utrzymanie przedmiotu przez kilka godzin w temperaturze 350-400 stopni Celsjusza w sproszkowanym cynku zawierającym około 6% tlenku cynku;
cynkowanie zanurzeniowe (ogniowe) - zanurzenie przedmiotu w ciekłej kąpieli cynkowej;
cynkowanie galwaniczne;
cynkowanie natryskowe.
Cynowanie - pokrywanie powierzchni metalowych (gł. stopów żelaza lub miedzi) ochronną powłoką cyny.
Metody cynowania:
natryskowa (metalizacja);
osadzania elektrolitycznego (galwaniczna powłoka) w procesie anodowym (na miedzi i mosiądzu) lub katodowym (na stali lub żeliwie);
ogniowa (przez zanurzenie wyrobu w stopionej cynie);
kontaktowa (zanurzenie wyrobu w kąpieli związków cyny); stosowana w celu ochrony przed korozją naczyń kuchennych, blach (szczególnie do konserw).
Fosforanowanie - wytwarzanie chemicznie lub elektrochemicznie ochronnej powłoki fosforanów na powierzchni metali (gł. stali); prowadzone w gorących roztworach fosforanów i kwasu fosforowego; powłoka fosforanowa jest odporna na działanie wysokich temp., zmniejsza współczynnik tarcia, stanowi dobry podkład dla farb i lakierów.