Метод гальванопластики: аппарат для гальваники

Процесс покрытия медью поверхности изделия относится к области гальванопластики. Если в качестве объекта используется негативная матрица, то предоставляется возможность получить этим методом не одну точную копию интересующей вещи.

Вследствие простоты исполнения меднение медным купоросом получило широкое распространение. Самостоятельно создаются не только защитные декоративные покрытия, но изготовляются и уникальные изделия, матрицей для которых служат, например, листья деревьев.

Для придания хрупким вещам определенной прочности проводится наращивание слоя меди толщиной до 200 мкм, что невозможно без применения электрического тока. Такой метод гальванопластики подразумевает непременное наличие аппарата для гальваники.

Домашняя гальваника

Технология процесса домашней гальваники довольно проста и не представляет существенных затруднений.  В гальванопластике различают два метода нанесения медных покрытий посредством электрического тока:

 с погружением детали в раствор электролита и

без погружения, то есть метод выборочного (селективного) осаждения меди.

Техническая сторона вопроса опирается на электрохимический процесс.  В нем принимают участие анод, а катодом служит изделие, подлежащее покрытию. Асе это погружается в электролит, который служит источником металла. 

Пропускание постоянного электрического тока через электролит вызывает явление электролиза, то есть разложение раствора. В случае использования медного купороса положительные ионы меди стремятся к катоду, роль которого играет обрабатываемая деталь, и осаждаются на ней, образуя медное покрытие. 

Всякой процедуре домашней гальваники присущи общие стадии:

1. Сборка аппарата для гальваники.

2. Приготовление раствора электролита.

3. Предварительная подготовка изделия к обработке.

4. Запуск самого гальванического процесса.

В качестве вспомогательных материалов используется:

Клей быстрого схватывания

Пищевая сода;

Тонкая медная проволока;

Пластилин. 

Основным элементом в процессе меднения деталей с применением постоянного тока является аппарат для гальваники, содержащий источник постоянного тока и гальваническую ванну. Изготовление, сборку и особенности этого оборудования в домашних условиях есть смысл рассмотреть более детально. 

  Аппарат для гальваники 

Меднение медным купоросом при домашней гальванике начинается с подготовки оборудования, инструментов и средств личной защиты. Аппарат для гальваники можно подготовить своими руками, который в первую очередь включает источник постоянного тока. 

Мощность источника питания определяется размерами изделия. Для первых экспериментов достаточно рабочего напряжения 4,5 В, например, три последовательно включенных пальчиковых батарей или свежая батарейки «Крона» напряжением 9 В.  

Если обрабатываемая поверхность большого размера, то можно использовать автомобильный аккумулятор на 12 В, автомобильное зарядное устройство или сетевой блок питания на такое же напряжение, который можно приобрести в торговой точке. 

Неплохой вариант источника тока получается при самостоятельном изготовлении его из компьютерного блока питания, с которого снимается постоянное напряжение 5 В и 12 В. Для контроля напряжения и силы тока желательно использовать вольтметр и амперметр или, в крайнем случае, тестер. 

Плавный запуск процесса и выхода из него, а также регулировка пропускаемого тока осуществляется обязательным наличием в аппарате для гальваники реостата.  Его можно изготовить самостоятельно из мощного переменного сопротивления. 

К положительному полюсу источника тока подключаются два анода, которые по площади должны быть в несколько раз больше площади обрабатываемой поверхности. Аноды изготавливаются из медных пластин или, в крайнем случает, из толстой медной проволоки, сложенной гармошкой. 

Аноды размещаются по краям гальванической ванны и дополнительно пополняют убыток металла, расходуемого на покрытие заготовки. Посредине ванны на специально изготовленной рамке из медной проволоки помещается обрабатываемое изделие, служащее катодом установки. 

Чтобы соединения проводов не участвовали в реакции и не окислялись, их следует обязательно изолировать. В такой ситуации лучшей изоляцией служит пластилин, так как он химически нейтрален и легко удаляется, когда анодные пластины становятся непригодными для дальнейшего использования.

 Гальваническая ванна широкая и глубокая, в которую заливается электролит, должна быть диэлектрической и лучше из жаропрочного стекла, выдерживающего температуру до 90 градусов, или из керамики. Неплохой результат получается, в крайнем случае, при использовании аквариума. 

Процесс гальванизации ускоряется, когда она проводится в подогретом электролите. Поэтому необходимо предусмотреть наличие нагревательного прибора, позволяющего регулировать температурный режим, контроль которого осуществляется ртутным термометром. 

Для покрытия медью неметаллических поверхностей потребуется графитовый спрей. Он позволяет создавать прекрасное ровное покрытие.  Его заменой, но не эквивалентной, является клей БФ с медной пудрой или графическим порошком. Графитовая смазка не годится, так как она не электропроводящая и не высыхает. 

Поскольку необходимо соблюдать точность до 1 г массы используемых химических компонентов, то потребуются весы. Их также можно изготовить самостоятельно, а взамен гирек использовать монеты бывшего СССР. Вес всех монет из желтого металла соответствует их номинальному значению. 

Приготовление электролита 

Рабочие растворы сернокислого электролита для обработки деталей подразделяются на: кислотные, медные (щелочные) и пирофосфорные. В щелочных растворах медный купорос преобладает, и его соотношение с кислотой выбирается в зависимости от исходного материала и блеска. Универсального электролита не существует, и всякий электролит пригоден не для вех работ. 

В простейшем случае приготовление электролита осуществляется из расчета на 100 мл дистиллированной воды:

медный купорос – 20 г;

кислота любая - до 4 мл. 

При использовании вместо кислоты аккумуляторного электролита классический рецепт раствора следующий:

сернокислая медь – 20 г;

электролит -15 мл;

дистиллированная вода – 100 мл;

этиловый спирт – до 1,5 мл. 

Если нужно приготовить электролит в бОльшем объеме, то соответственно увеличиваются пропорции составляющих компонентов.  Так, в 0, 5 л горячей дистиллированной воды растворяется медный купорос и охлаждается. Затем в смесь вливается аккумуляторный электролит (кислота) при помешивании стеклянной или деревянной палочкой при соблюдении мер предосторожности. 

После этого смесь обязательно фильтруется от посторонних частиц, не растворившейся сернокислой меди, доливается спирт и объем доводится до 1 л. Спирт нужен для улучшения смачивания, придания меди плотности, мелко кристалличности и упругости, но при его большом количестве увеличивается хрупкость металла. 

Если количество медного купороса превышено, то наблюдается его кристаллизация на анодах и стенках гальванической ванны. Тогда следует добавить кислоты или воды, но излишки кислоты приводят к осадку пористого и рыхлого слоя меди, и покрытие поверхности становится хрупким и не прочным.  

Качество электролита снижается при наличии в нем органических примесей, удаление которых осуществляется добавлением в подогретую смесь 2-3 г/л измельченного активированного угля или перманганата калия. После этой операции раствор охлаждается до 20 градусов и фильтруется. 

При неоднократном использовании электролита на дне ванны накапливается осадок в виде шлама из пыли, графита и порошкообразной меди. Количество шлама зависит от качества меди анодов и повышенной плотности пропускаемого тока. Удаление шлама осуществляется фильтрацией раствора.

Меднение медным купоросом 

 Предварительная подготовка изделий к покрытию слоем меди осуществляется, как и без применения электролиза. Затем деталь на рамке из меди, подключаемую к минусу источника постоянного тока, помещается в стеклянную емкость посредине между двумя анодами (медными пластинами), подсоединяемые к положительному полюсу источника. 

При сборке аппарата для гальваники важно контролировать, чтобы катод и аноды не соприкасались друг с другом. Аноды в гальванической ванне должны быть полностью скрыты электролитом. Процесс проходит при его температуре до 25 градусов. 

Электрическая цепь включает последовательно соединенные реостат и амперметр для регулировки и контроля силы тока. Она выбирается из расчета не выше 2 А (обычно 1,5 А) на квадратный дециметр поверхности изделия. 

Меднение медным купоросом начинается с помещением изделия в электролит на 5 минут без подачи тока. Когда поверхность покроется тонким слоем металла, то реостатом величина тока плавно доводится до требуемого значения. 

Если величина тока слишком большая, то в электролите появляются пузыри, а медное покрытие оседает рыхлыми хлопьями. Такое покрытие следует аккуратно убрать салфеткой и уменьшить значение тока. 

Покрытие металла медью, как правило, осуществляется в несколько этапов. Вначале первый слой меди, образованный в течение нескольких минут, следует удалить и промыть изделие в содовом растворе. Такие действия способствуют более крепкому сцеплению меди с основным металлом. 

В течение процесса осуществляется периодическое «потряхивание» детали, которая выдерживается в растворе полчаса. При этом медь осаждается слоем до 300 мкм. За счет большего времени пребывания изделия в электролите толщина покрытия увеличивается. В конце процесса деталь изымается из раствора электролита и промывается в щелочном растворе, а потом в чистой воде. 

Таким образом, метод гальванопластики позволяет получать в домашних условиях прочные медные покрытия на поверхности других металлах. Аппарат для гальваники имеет несложную конструкцию и доступен для самостоятельной сборки. Меднение медным купоросом, которое широко распространено в гальванике, является наиболее простым способом обработки изделий.