Гальваническая ванна своими руками

Гальваника представляет собой раздел электрохимической науки, которая изучает осаждение некоторых элементов на любую поверхность. С помощью гальваники в домашних условиях или в промышленности можно нанести на изделие тонкий слой металла, который будет выступать в роли защитного слоя или выполнять декоративные функции. В последнее время декоративное покрытие набирает популярность у тех, кто хочет сделать оригинальный подарок своим друзьям и родным.

Общие сведения

Покрытие гальваникой бывает технологическим или декоративно-защитным. Это тонкий металлический тонкий слой, который в зависимости от гальванических элементов может выполнять эстетические функции. Гальванопластика не увеличивает прочность изделия, поскольку в этом случае требуются большие производственные мощности, но для красоты и придания «свежести» вполне подойдет.

Гальванические реакции происходят с помощью постоянного электрического тока. В специальную емкость-диэлектрик наливают раствор — электролит, в который погружают два анода. Аноды должны быть изготовлены из металла, который будет осаждаться на покрываемом изделии.

Обрабатываемая деталь присоединяется к минусовому выводу и помещается между анодами. Она выполняет роль катода. Аноды, в свою очередь, присоединяются к плюсовому контакту источника питания. Они становятся частью цепи, проводя ток в электролит и отдавая ему свои металлические элементы. Электролит передает необходимые частицы обрабатываемой детали, они постепенно обволакивают её тонким слоем. Аноды по площади должны превышать в несколько раз размер заготовки.

Другими словами, гальванизация представляет собой перенос молекул металла раствора на изделие в момент протекания через них электротока.

Любой гальванический процесс можно разбить на общие этапы:

• Сборка гальванической установки.
• Подготовка электролитного раствора.
• Обработка и подготовка образца.
• Запуск гальванического процесса.

Необходимое оборудование

Оборудование можно подготовить самостоятельно. Сначала подбирается подходящий источник питания. Это может быть батарейка (для обработки изделий небольшого размера) или аккумулятор. Подойдет понижающий блок питания, который выдает на выходе постоянный ток до 12 вольт. Иногда используют инвертор от сварочного аппарата. Подбирается реостат для регулирования силы тока.

Из нейтрального, устойчивого к химически агрессивным веществам материала подбирается широкая и глубокая ванночка. Надо учитывать, что электролитический раствор при гальваническом процессе может нагреваться до девяноста градусов по Цельсию.

Подготавливаются две пластины, которые будут токопроводящими анодами.

Для нагрева ёмкости с электролитом нужен электрический прибор с возможностью плавной регулировки температурного режима. Чаще всего используют подошву утюга или небольшую электроплитку. С их помощью происходит нагрев раствора до необходимой температуры и ускорение реакции.

Химические реактивы необходимо хранить в плотно закупоренной стеклянной посуде. Желательно каждый предмет подписывать.

Потребуются весы для точного измерения массы веществ, поскольку необходимая точность веса компонентов составляет один грамм. Такие весы можно приобрести, а можно сделать самостоятельно, используя вместо гирек старые советские монеты. Вес «желтых» монет точно соответствует их номиналу.

Подготовка материала

После того как собраны необходимые вещества, найдены ёмкости, собрана электрическая схема с питанием и подготовлена система подогрева, можно заняться чисткой заготовки.

Если недостаточно хорошо почистить деталь, гальваническое покрытие непрочно осядет или будет неравномерным. Иногда хватает простого обезжиривания предмета. Раствор ацетона или спирта может хорошо обезжирить поверхность, можно использовать бензин.

Некоторые мастера держат изделия из стали в разогретом до 90 градусов по Цельсию растворе фосфорнокислого натрия. Цветные металлы можно очищать в том же растворе, не нагревая его.

​

Если на изделии есть коррозия или другие изъяны, то поверхность заготовки шлифуется наждачной бумагой.

Техника безопасности

Иногда про технику безопасности при различных работах в домашних условиях рассказывают вскользь. Но при выполнении любых гальванических работ нужно строго соблюдать безопасность.

Опасность заключается в использовании токсичных химических веществ, высокой температуре нагрева раствора и повышенными рисками, которые сопровождают электрохимические реакции.

Лучше всего гальванические работы проводить в гараже или мастерской при обязательном проветривании или вентилировании помещения. Особое внимание следует уделить заземлению оборудования. Нужно соблюдать меры личной безопасности, а именно:

• Дыхательные пути следует защитить респиратором.
• Руки и запястья должны быть спрятаны в высокие и прочные резиновые перчатки.
• Обувь должна защищать от ожогов, а одежда прикрыта клеенчатым фартуком.
• Обязательно ношение специальных защитных очков.

Во время работы не рекомендуется ни пить, ни есть, чтобы в пищевод не попали вредные и опасные вещества.

Меднение изделия

Перед началом работ по меднению в домашних условиях нужно подготовить необходимые материалы и оборудование. Надо позаботится об источнике напряжения и постоянного тока. Существует много рекомендаций касательно силы тока, разброс которого может быть большим. Поэтому желательно иметь реостат с возможностью плавной регулировки напряжения и для постепенного завершения процесса. Источником может служить автомобильный аккумулятор или выпрямитель с напряжением на выходе не больше 12 вольт. Для первых опытов будет достаточно обычной батарейки от 4.5 до 9 вольт.

Затем выбирается ёмкость для электролитического раствора, лучше всего из жаропрочного стекла. В любом случае все ёмкости для электролиза должны быть диэлектриками и выдерживать температуру не менее, чем 80 градусов по Цельсию.

В качестве анодов подойдут два больших медных листа. Они должны перекрывать по размеру заготовку. Из химических реактивов потребуются:

• Купорос медный.
• Кислота соляная либо серная.
• Вода дистиллированная.

Меднение в домашних условиях пользуется заслуженной популярностью, поскольку очень хорошо и надежно держится на стальных изделиях. Главное условие — правильно соблюдать технологию процесса.

Имеется два способа нанесения меди на поверхность:

1. Помещение заготовки в раствор электролита.
2. Неконтактный способ. В этом случае изделие не погружается в раствор.

Метод погружения

Подготавливается и обрабатывается поверхность изделия при помощи тонкого наждака и щеточки. После этого деталь моется в проточной воде, обезжиривается и еще раз промывается.

Этапы процесса омеднения следующие:

• Два медных анода подключают в сеть к положительным контактам и размещают их в стеклянную банку.
• К обработанному изделию подводят контакт с отрицательным значением напряжения и свободно подвешивают между анодами.
• Подключают реостат согласно электрической схеме для возможности регулирования силы тока.
• Подготавливается раствор в правильных пропорциях. На 100 г дистиллированной воды надо 20 г медного купороса и 2−3 г соляной кислоты. Вместо соляной кислоты можно использовать другую.
• Раствор выливается в посуду с медными пластинами и деталью таким образом, чтобы они полностью скрылись под поверхностью раствора.
• Подключается источник напряжения. Реостатом добиваются необходимой силы тока из примерного расчета 10−15 миллиампер на каждый квадратный сантиметр площади детали.

Весь процесс занимает примерно 15−20 минут. После обязательного выключения источника питания и остывания раствора готовое изделие с медным слоем на поверхности вынимается из банки.

Покрытие медью без погружения

Этот метод интересен тем, что его можно использовать для обработки не только стальных предметов, но и сделанных из других материалов. Например, алюминия и цинка. Порядок процесса следующий:

• Из многожильного медного провода изготавливается «кисточка». Конец провода оголяется. Из медных проводков создается подобие кисточки, чтобы затем прикрепить ее к деревянной ручке-держателю.
• Второй конец провода подключается к плюсовому контакту электрической цепи.
• В широкую ёмкость заливается стандартный электролитный раствор из медного купороса и соляной кислоты.
• Предварительно очищенная и промытая металлическая заготовка присоединяется к отрицательному контакту и размещается в пустой ёмкости.
• Импровизированная кисточка окунается в раствор электролита и проводится по поверхности заготовки без контакта. Это действие повторяется до получения результата.

Когда деталь полностью покроется слоем меди, выключается блок питания и процесс завершается. Деталь ополаскивается в воде и просушивается.

Обработка алюминия

Часто с помощью медного электролиза обновляют столовые приборы, сделанные из алюминия. Если нет опыта проведения этого процесса, то можно потренироваться нанести медь на алюминиевые пластинки. Порядок проведения процесса:

• Алюминиевую пластинку зачищают и обезжиривают.
• Наносят на неё небольшое количество раствора медного купороса.
• Подсоединяют отрицательную клемму от источника питания к алюминиевой пластинке. Удачным способом соединения является металлический зажим-крокодил.
• Положительный полюс питания подается на медную «щеточку». Это конструкция из медного провода, один конец которого освобожден от оплетки, а медные щетинки образовали кисточку. Зажим от питания присоединяется ко второму концу провода. Сечение провода должно быть от одного до полутора миллиметров.
• Медную щетину обмакивают в раствор сернокислой меди и водят на близком расстоянии от поверхности алюминиевой пластинки. При этом нужно стараться не прикасаться щеточкой к заготовке, чтобы не замкнуть цепь.
• Омеднение происходит буквально на глазах.
• После окончания работы с пластины удаляют остатки не закрепившейся меди и протирают спиртом.

Особенности гальванопластики

Гальванопластика — это электрохимический способ придания предмету определенной формы с помощью осаждения на него металла. Чаще всего этот метод используют при обработке металлом неметаллических предметов или при изготовлении копий ювелирных изделий.

Если при гальванопластике изделие не обладает электропроводящими свойствами, то его предварительно покрывают графитом, иногда бронзой. Затем мастер делает с копии слепок и начинает гальванический процесс. В качестве материала слепка используют гипс, графит или легко плавящийся металл.

Гальваника — это очень интересный и познавательный процесс, но он связан с активными веществами, которые могут навредить здоровью и нанести вред имуществу или окружающей среде. Поэтому перед тем как начинать гальванику своими руками, нужно принять все меры безопасности, изучить немного теории процесса и особенности поведения химических реактивов.

Знакомые всем слова «позолоченный», «посеребренный», «хромированный» или «никелированный» уже прочно вошли в лексикон современного человека и воспринимаются им почти автоматически. Никто даже не задумывается, что за всеми этими словами скрывается технология, позволившая человеку достичь современного уровня цивилизации, – гальванотехника.

Гальванотехника – что это за процесс?

Виды гальванотехники

Существует два вида данной технологии, получивших широкое распространение не только во многих отраслях современной промышленности, но и в домашних условиях. Первый – гальванопластика – имеет своей целью создание точных копий поверхностей предмета из осаждаемого на них металла. Второй, наиболее распространенный и в быту, и на производстве, состоит в создании тонкого – не толще человеческого волоса – покрытия всей поверхности предмета и называется гальваностегией.

Что такое гальваническая ванна?

Так как гальванические процессы происходят вследствие электролиза, естественно, что используются электролитические растворы и специальное механическое и электротехническое оборудование. Гальванические ванны – это совокупность всех вышеперечисленных составных частей процесса, но основными составляющими, к которым предъявляются повышенные требования, являются раствор (электролит) и емкость для него. Особенно это важно, если идет речь об использовании гальваностегии или гальванопластики в домашних условиях.

Методы анализа гальванических ванн

Благодаря современным наработкам появились новые возможности для анализа электролита, используемого в процессе гальваники. Это нужно для качественного результата процесса, получения более равномерного и прочного покрытия. Анализ гальванических ванн в современных условиях возможно проводить с использованием химического и физико-химического методов. Во втором случае применяются фотометрические исследования, полярографические, амперо- и потенциометрические способы, которые дают более высокие результаты при определении состава электролита.

Защита гальванических емкостей

Одна из проблем гальванических процессов – это защита емкостей для электролита от разрушительного воздействия раствора (кислотного или щелочного), в котором протекает электролиз. Если ванна изготовлена из нейтрального материала, например, пластика, то здесь проблем нет. Но это возможно только в случаях с небольшими объемами. Если же брать промышленные установки, то на гальванических производствах емкости для раствора изготавливают из металла. В этом случае возникает необходимость их защиты от:

– контакта с раствором, что обеспечивает более долгий срок эксплуатации;

– коррозии металла, создающей ненужные примеси в растворе;

– искажения и изменения электрического поля.

Такую защиту может обеспечить футеровка гальванических ванн, проводимая листовыми полимерными материалами при помощи воздушной горячей сварки.

Изготовление гальванических ванн в домашних условиях

Желающих иметь гальванику в своем доме или гараже достаточно много. Но следует отметить, что этот процесс небезопасен. Вредные и взрывоопасные пары, едкие и даже ядовитые растворы, использование электричества делают его сложным с позиции обеспечения безопасности. Но для простых работ, таких, как меднение, хромирование, никелирование небольших предметов гальваническая ванна может быть собрана из подручных средств. И даже в этом случае необходимо соблюдать несколько важных требований:

– емкость для раствора должна быть жесткой, химически нейтральной и диэлектрической;

– обязательна вытяжная вентиляция;

– наличие достаточного количества чистой воды – простейший процесс требует использования около пяти промывок;

– наличие емкости и средств для нейтрализации отработанных растворов и сточных вод.

Теперь остается проделать в верхней части емкости по линии среза три отверстия для контактных штанг. Штанги желательно делать из медной трубки диаметром 10–20 мм, лучше толстостенной. Концы трубок плющатся и в них сверлятся отверстия для подключения полюсов от источника питания. На штанги, размещенные по краям, навешивают анодные пластины и подключают к плюсу источника. На центральную штангу подвешивается деталь, являющаяся катодом, подключенная к минусовому проводу. Ток

Схемы самодельных гальванических ванн

Простейшая схема гальванической ванны включает в себя всего три операции: подготовительную, собственно процесс гальванизации и финишную обработку. Первая заключается в очистке, обезжиривании, травлении и полировке предмета или детали – подготовке. Третья операция позволяет довести уже покрытую слоем металла деталь до «товарного» вида путем пассивации, полировки и т. д. Каждая операция должна заканчиваться промывкой в чистой и холодной воде. А если детали обрабатывались щелочными растворами, то обязательно нужно делать промывку сначала горячей, а затем холодной водой.

Деталь, на которую требуется нанести покрытие, подсоединяется к отрицательному проводу устройства (катоду) и опускается в электролит. Положительный провод подключается к электроду из покрывающего металла (аноду), который также опускается в раствор. Электролиз заставит растворяться анод (+) и осаждаться металл на детали-катоде (–).

Значение гальванотехники для современного производства

Гальваническая ванна, в которой происходит процесс гальванопластики или гальваностегии, в промышленном масштабе является как детищем прогресса, так и его движителем. Потому что благодаря гальваническим покрытиям улучшаются характеристики деталей и механизмов, удешевляется их производство, достигается высочайшая точность сопряжения, увеличивается износоустойчивость и повышаются антикоррозийные свойства.

Гальваникой часто занимаются мастера хендмейда, делающие сувениры для души или на продажу. Распространено омеднение неметаллических предметов: керамических поделок, ракушек, птичьих перышек, листиков, веточек с деревьев, цветов, желудей и т.п.

Советы

Для того, чтобы загальванизировать неметаллический предмет, его следует покрыть токопроводящим слоем. Для бытовых условий лучше всего подходит графитовый лак в форме спрея. Для создания графитового слоя достаточно обрызгать предмет со всех сторон, высушить в течение 15-30 минут и несколько раз повторить процедуру.

Для создания двустороннего равномерного покрытия нужно использовать два анода, разместив предмет для гальванизации между анодами. Толщина покрытия зависит от времени, в течение которого предмет будет находиться в электролите. Чем дольше длится гальванирование, тем толще получится слой металла на поверхности.

Перед гальванированием металлической детали ее нужно тщательно очистить от пыли, мелких заусенцев, тщательно обезжирить и высушить.

После того, как предмет загальванизирован, его нужно промыть в чистой воде, после чего можно брать в руки.

Желатин пищевой 180 блюм 8	Тиомочевина “ч”	Медь сернокислая 5-водная “ч”

Рецепты электролитов

Для омеднения чаще всего применяют серный электролит, состоящий из медного купороса и серной кислоты. Серная кислота улучшает электропроводимость раствора. Дополнительно вводятся различные добавки, которые стабилизируют электролит, делают покрытие более блестящим (если нужно). Ввод блескообразователей позволяет получить зеркальную глянцевую поверхность без последующей механической обработки готового покрытия. Но одновременно, делает покрытие хрупким, не эластичным.

Все используемые реактивы должны быть максимальной химической чистоты, т. к. примеси могут ухудшить процесс гальванирования и качество получаемого покрытия.

1. Для матового эластичного покрытия на 1 л раствора потребуется:

• 200 г сухого порошка медного купороса (желательно очищенного, категории ч или хч)
• 160 г серной кислоты
• 1,5 мл этанола (можно отмерить шприцом) или фенола
• 2-4 крупинки гранулированного желатина

Для приготовления электролита сначала нагревается пол литра дистиллированной воды до температуры около +80 °С, в воде растворяется медный купорос, раствор процеживается. В него добавляется серная кислота, потом объем раствора доводится до 1 л. Добавляются все остальные ингредиенты, затем раствор на несколько часов ставится остывать и отстаиваться.

Омеднение по данному рецепту будет матовым, но зато перышко или листик с дерева можно гнуть или придать ему нужную форму, нагрев изделие. Если хочется, то изделию можно придать глянцевый блеск тщательной шлифовкой, но иногда это сделать сложно, нужны специальные приспособления, например, гравер.

1. Рецепт для получения блестящего медного покрытия. На 1 л раствора надо:

• 200 г медного купороса
• 130 г серной кислоты
• 1 капля унитиола (продается в аптеках)
• примерно 0,07 г тиомочевины
• 0,05 г поваренной соли

Покрытие получится блестящим, но не подходит для гнущихся предметов. Этот вид электролита можно использовать для получения полированного финишного покрытия не только для сувениров, но и для технических деталей.

Гальваническое травление. Безопасный способ

С помощью гальванического процесса можно не только покрывать поверхность детали тонкой металлической пленкой, но и вытравливать рисунки на металлической поверхности (лезвие ножа, столовый прибор, что-либо другое). Гальваническое травление позволяет получить рисунки с четкими очертаниями, гладкими краями и глубиной одинаковой величины. Для этого потребуется тоже самое оборудование, что и для гальванирования, но в данном процессе анодом будет выступать протравливаемая деталь. Обычно таким способом вытравливают поверхности из нержавеющей, устойчивой к кислотам стали, которую сложно или даже невозможно травить химическим способом.

Процесс травления:

• деталь тщательно отполировать, промыть, обезжирить (например, спиртом), слегка нагреть, нанести на нее слой воска; по воску выполнить желаемый рисунок, процарапывая воск до металла;
• предмет и медную пластину укрепить на штангах в гальванической ванне так, чтобы рисунок был обращен к медной пластине; расстояние между деталью и пластиной — около двух сантиметров;
• залить в емкость насыщенный раствор поваренной соли (4 столовые ложки на 1 л дистиллированной воды), подключить источник тока (например, зарядное устройство от мобильного телефона), плюсовый контакт на деталь, минусовый — на медную пластину;
• подождать примерно 40 минут;
• вынуть деталь, промыть в воде, нагреть и удалить воск.

Вместо воска можно использовать лак для ногтей, битумный лак или специальную грунтовку. Вместо соли — химически чистый медный купорос. Вместо медной пластины можно взять предмет из стали или железа, например, саморез, гвоздь.

Эта технология подходит не только для стальных поверхностей, но и для предметов из цинка, никеля, меди, латуни. Но для них требуются другие химикаты, гораздо более вредные, поэтому в домашних условиях их не используют.

“>