Revestimiento de metales: Procesos, aplicaciones y perspectivas de futuro

La galvanoplastia es un proceso en el que se recubre una fina capa de otros metales o aleaciones sobre determinadas superficies metálicas utilizando el principio de electrólisis. El principio es que la pieza de trabajo chapada en oro se utiliza como cátodo, el metal galvanizado se utiliza como ánodo (a veces el metal que es insoluble en la solución de galvanoplastia se utiliza como ánodo) y el líquido de galvanoplastia es el compuesto de metal galvanizado. y sales conductoras, aditivos, etc. Cuando los polos se conectan a la fuente de alimentación (corriente continua), los iones metálicos de la solución de recubrimiento se mueven hacia el cátodo, donde se obtienen los electrones, que se reducen y se depositan en la superficie del cátodo para convertirse en el recubrimiento.

El revestimiento de metales tiene una larga historia de desarrollo. La primera literatura publicada sobre galvanoplastia es el proceso de chapado en plata propuesto por el profesor Brugnatelli en Italia en 1805, y más tarde propuso el proceso de chapado en oro. En 1840, Elkington, Inglaterra, solicitó la primera patente para la plata bañada en cianuro y la utilizó en la producción industrial, lo que marcó el comienzo de la industria del revestimiento. Ese mismo año, Jaeobi recibió la primera patente para galvanizar cobre a partir de una solución ácida.

En la década de 1840, comenzaron a aparecer aleaciones para galvanoplastia, como las aleaciones de cobre y zinc (latón) y las aleaciones de metales preciosos. En la década de 1850, se desarrollaron una tras otra técnicas como la galvanoplastia de níquel, cobre, estaño y zinc. A principios del siglo XX, la gente se dio cuenta del uso del galvanizado con sulfato ácido en la superficie de las tiras de acero, Proctor propuso el electrogalvanizado con cianuro, Fink (C.G. tinta) y Eldridge (C.H.Eldridge) propusieron el método industrial de cromado, y la galvanoplastia se desarrolló gradualmente hasta convertirse en un sistema completo de ingeniería electroquímica.

Las dos guerras mundiales posteriores y la creciente industria de la aviación promovieron un mayor desarrollo y mejora de la galvanoplastia, el desarrollo de tecnologías comerciales como la galvanoplastia de cromo duro y la galvanoplastia de aleaciones de cobre, y el equipo de galvanoplastia se desarrolló desde la operación manual hasta la moderna operación de línea de ensamblaje totalmente automatizada.

Debido a que el recubrimiento de aleación tiene un mejor rendimiento que el recubrimiento de un solo metal, se ha desarrollado desde el propósito inicial de obtener un recubrimiento de aleación decorativo hasta el estudio de recubrimientos de aleación decorativos, protectores y funcionales. Galvanoplastia Después de más de 200 años de aplicación y desarrollo, continúan surgiendo nuevos materiales de galvanoplastia y métodos de tecnología de proceso de galvanoplastia, y el campo de aplicación continúa expandiéndose. El material de recubrimiento puede ser metal, aleación, semiconductor, etc., y el material de matriz también se expande desde metal hasta materiales cerámicos y poliméricos.

Etapa de pretratamiento

La limpieza de superficies es un paso importante en el pretratamiento del revestimiento metálico. Los métodos comunes incluyen limpieza química, limpieza mecánica y limpieza ultrasónica. La limpieza química elimina aceites e impurezas de las superficies mediante el uso de agentes químicos específicos; Limpieza mecánica mediante esmerilado, chorro de arena y otros métodos para eliminar la capa de óxido y la suciedad de la superficie; La limpieza ultrasónica utiliza vibración acústica de alta frecuencia para mejorar el efecto de limpieza. El objetivo de estos métodos de limpieza es proporcionar una superficie limpia para posteriores procesos de recubrimiento, asegurando la adhesión y uniformidad del recubrimiento.

El decapado se utiliza principalmente para eliminar óxidos y herrumbre de superficies metálicas. La solución de decapado común incluye ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, etc. El proceso de decapado puede activar la superficie del metal y mejorar la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato.

El tratamiento previo al recubrimiento también incluye activación, pasivación y otros pasos. El tratamiento de activación puede mejorar la actividad de la superficie del metal y hacer que el proceso de galvanoplastia sea más suave. El tratamiento de pasivación forma una película protectora sobre la superficie del metal para mejorar la resistencia a la corrosión del recubrimiento.

etapa de galvanoplastia

En el proceso de galvanoplastia, el ajuste de parámetros como la corriente y la temperatura es muy importante. La densidad de corriente afecta directamente la velocidad de deposición y la calidad del recubrimiento. La baja densidad de corriente conduce a una velocidad de deposición lenta y a una cristalización gruesa del recubrimiento. Sin embargo, una densidad de corriente demasiado alta puede provocar que el revestimiento se queme y la superficie quede rugosa. Por tanto, es necesario seleccionar la densidad de corriente adecuada según la composición del baño y los requisitos del revestimiento.

La temperatura también tiene un efecto significativo sobre el efecto de galvanoplastia. Aumentar la temperatura puede acelerar la velocidad de difusión de iones y mejorar la uniformidad y densidad del recubrimiento. Sin embargo, la alta temperatura puede provocar la descomposición de la composición del baño y afectar la calidad del revestimiento.

La preparación de la solución de revestimiento es la clave para garantizar la calidad del revestimiento. Diferentes materiales de recubrimiento requieren diferentes formulaciones de baño, y la proporción y concentración de los distintos componentes deben controlarse estrictamente durante la preparación. Al mismo tiempo, se deben considerar factores como el pH y la conductividad del baño para garantizar la estabilidad del baño y lograr buenos resultados de galvanoplastia.

Etapa de posprocesamiento

Limpieza es el primer paso del postratamiento, que puede eliminar la solución de revestimiento residual y las impurezas en la superficie del recubrimiento y evitar que el recubrimiento se decolore y se corroa.

Pulido puede mejorar la planitud de la superficie y el brillo del revestimiento y hacer que su apariencia sea más hermosa.

Secado Ayuda a eliminar la humedad de la superficie del revestimiento, evitando marcas de agua y óxido.

El tratamiento de sellado forma una película protectora densa en la superficie del recubrimiento, mejora aún más la resistencia a la corrosión y al desgaste del recubrimiento y prolonga la vida útil del recubrimiento. Estos métodos de postratamiento cooperan entre sí para garantizar la calidad y el rendimiento del recubrimiento.

Ventajas

El revestimiento de metal tiene muchas ventajas importantes. En primer lugar, La galvanoplastia puede mejorar en gran medida la resistencia a la corrosión de los metales. Al formar una capa protectora sobre la superficie del metal, bloquea eficazmente el contacto entre el metal y el oxígeno, el agua y otras sustancias corrosivas del ambiente externo, extendiendo significativamente la vida útil del metal. Por ejemplo, se ha mejorado considerablemente la resistencia a la corrosión de los productos de acero galvanizado en entornos hostiles.

En segundo lugar, La galvanoplastia puede aumentar significativamente la dureza del metal. Algunos metales recubiertos, como el cromo y el níquel, tienen una alta dureza, lo que puede mejorar la resistencia al desgaste del metal después del revestimiento de la superficie del metal, haciéndolo más duradero en el entorno de fricción y desgaste.

Además, La galvanoplastia también puede mejorar la conductividad eléctrica del metal. Por ejemplo, el baño de oro, el baño de plata y otros procesos pueden formar una buena capa conductora en la superficie del metal, reducir la resistencia y mejorar la eficiencia de la conducción de corriente, lo cual es de gran importancia en la fabricación de circuitos y equipos electrónicos.

Además, la galvanoplastia también puede mejorar la apariencia del metal, haciéndolo más liso, brillante, con mejor decoración, para satisfacer diferentes necesidades estéticas.

Desventajas

Sin embargo, el revestimiento de metal también tiene algunas desventajas que no se pueden ignorar. En primer lugar, El proceso de galvanoplastia producirá una grave contaminación ambiental. Las aguas residuales de galvanoplastia suelen contener una gran cantidad de iones de metales pesados, como cromo, níquel, cadmio, etc., así como diversas sustancias ácido-base y contaminantes orgánicos. Si las aguas residuales se vierten directamente sin el tratamiento adecuado, provocarán una grave contaminación del suelo y de las fuentes de agua, poniendo en peligro el medio ambiente ecológico y la salud humana.

En segundo lugar, Un tratamiento inadecuado durante la galvanoplastia puede tener un efecto contraproducente. Por ejemplo, los problemas de fragilización por hidrógeno pueden hacer que el recubrimiento y el metal base se vuelvan quebradizos, reduciendo sus propiedades mecánicas. Si los pasos de postratamiento en el proceso de recubrimiento no son perfectos, se pueden producir defectos en el recubrimiento, lo que afecta su rendimiento y vida útil.

Además, la galvanoplastia necesita consumir mucha energía y recursos, y el proceso es relativamente complejo y el costo es alto. Al mismo tiempo, algunas pequeñas empresas pueden carecer de equipos y tecnologías eficaces para el control de la contaminación y les resulta difícil cumplir los requisitos de protección ambiental.

Campo de decoración protectora.

En el campo de la decoración protectora, el revestimiento de metales tiene una amplia gama de aplicaciones. Los grifos sanitarios generalmente se tratan con revestimiento de cobre/níquel/cromo, lo que no solo les da una apariencia brillante, sino que también les proporciona ciertas propiedades protectoras para evitar la oxidación y el desgaste de la superficie del grifo. La joyería artificial también es un caso de aplicación común, como la galvanoplastia de imitación de oro, oro, plata y otros revestimientos metálicos, o el uso del proceso de anodizado de aluminio, para que tenga un color y una textura similares a los de los metales preciosos, para satisfacer las necesidades de belleza de las personas. y decoración. Además, los herrajes con contacto diario frecuente, como los pomos de las puertas, suelen estar galvanizados para realzar la belleza y la durabilidad.

Campo de protección contra la corrosión

En el ámbito de la protección contra la corrosión, el revestimiento de metales desempeña un papel importante. La lámina galvanizada es un material anticorrosivo común; colocar una capa de zinc sobre la placa de hierro puede mejorar significativamente la resistencia a la corrosión de la placa de hierro y se usa ampliamente en la construcción, el automóvil y otras industrias. El cromado también es un revestimiento anticorrosivo común, y este proceso se utiliza a menudo en las llantas de bicicletas viejas en el pasado. Además, procesos como el niquelado no electrolítico y el anodizado también pueden mejorar eficazmente la resistencia a la corrosión de los metales, proporcionar una protección confiable para los productos metálicos en entornos hostiles como la industria y el exterior, y extender su vida útil.

Áreas de rendimiento mejoradas

En términos de mejora del rendimiento, el revestimiento de metal funciona bien. Sabemos que los plásticos originalmente no son conductores, pero bajo algunos requisitos especiales, se recubre una capa de metal conductor en la superficie de los plásticos mediante un proceso especial, como el revestimiento de plata o cobre, que puede hacer que los plásticos tengan propiedades conductoras, de modo que para ser utilizado en equipos electrónicos, circuitos integrados y otros campos. Este método de recubrimiento confiere al material nuevas propiedades y amplía su gama de aplicaciones.

Áreas de requisitos de desempeño especiales

Para requisitos de rendimiento especiales, también se puede cumplir con un revestimiento de metal. Cuando se necesitan ocasiones resistentes al desgaste, como la superficie de algunas piezas mecánicas, se puede revestir una capa de materiales resistentes al desgaste, como una capa de carburo de tungsteno o un recubrimiento de carbono tipo diamante (DLC), lo que mejora significativamente el desgaste. resistencia de las piezas, reduce el desgaste y los daños y prolonga la vida útil. En el caso de la autolubricación, se puede colocar una capa de recubrimiento de nanocompuesto de grafito sobre la superficie del material para reducir el coeficiente de fricción, lograr el efecto de autolubricación y mejorar la eficiencia operativa y la estabilidad del equipo.

Perspectiva de mercado

Con el continuo desarrollo de la industria automotriz, la demanda de revestimiento metálico seguirá aumentando. Automotor Componentes exteriores e interiores, como parachoques, ruedas, tableros, etc., con el fin de lograr una mayor estética y resistencia a la corrosión, existe una demanda creciente de procesos de galvanoplastia de alta calidad. Al mismo tiempo, el aumento de los vehículos de nueva energía, en cuanto a componentes de baterías, componentes electrónicos y otros requisitos de placas protectoras, también son más estrictos. En el industria de electrodomésticos , los productos inteligentes y de alta gama se han convertido en la corriente principal, y los requisitos de los consumidores en cuanto a la apariencia y durabilidad del producto han llevado a los fabricantes de electrodomésticos a adoptar tecnologías de galvanoplastia más avanzadas, como la nanorevestimiento, para mejorar la competitividad de los productos. En el campo de aeroespacial , con el avance de la exploración espacial y la mejora continua del rendimiento de las aeronaves, se plantean requisitos más altos para las características de resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión de las piezas, lo que promoverá el desarrollo de la tecnología de revestimiento de metales a una tecnología más refinada y dirección de alto rendimiento. Se espera que la demanda de revestimiento metálico en estas industrias continúe manteniendo una fuerte tendencia de crecimiento en el futuro.

Innovación tecnológica

En términos de nuevos materiales de galvanoplastia, Se espera que la aplicación de nanomateriales y materiales compuestos se convierta en el foco de la investigación y el desarrollo. . La tecnología de nanorrevestimiento mejorará aún más las propiedades del recubrimiento, como la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión. Al mismo tiempo, también se desarrollarán nuevos materiales de aleación, como aleaciones de cobre con propiedades especiales, aleaciones de níquel, etc., para satisfacer diferentes necesidades industriales. En términos de innovación de procesos, las líneas de producción de galvanoplastia inteligentes y automatizadas se convertirán en la tendencia de desarrollo, lo que puede mejorar la eficiencia de la producción, garantizar la consistencia de la calidad del producto y reducir los costos laborales. Además, el desarrollo y la aplicación de procesos de galvanoplastia sin cianuro y de galvanoplastia con bajo contenido de cromo basados ​​en conceptos ecológicos de protección ambiental serán más amplios para reducir la contaminación ambiental.

Protección del medio ambiente y sostenibilidad

En el proceso de desarrollo del revestimiento de metales, la protección del medio ambiente y el ahorro de energía y la reducción de emisiones son cruciales. Los requisitos del gobierno y la sociedad para la protección ambiental son cada vez más estrictos, y las empresas necesitan aumentar la inversión en equipos y tecnología de protección ambiental para garantizar que las aguas residuales, los gases residuales y los residuos se descarguen según los estándares. La investigación, el desarrollo y el uso de procesos de revestimiento más respetuosos con el medio ambiente, como la tecnología de revestimiento sin emisiones de solución de revestimiento, se convertirán en la dirección del desarrollo futuro. Al mismo tiempo, al optimizar el proceso de producción, mejorar la eficiencia en la utilización de la energía, reducir el consumo de recursos y lograr un desarrollo sostenible. Fortalecer el reciclaje y la reutilización de los residuos de galvanoplastia no solo puede reducir la contaminación ambiental, sino también crear cierto valor económico. En resumen, sólo si se centra en la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible, la industria del revestimiento de metales podrá tener un futuro amplio.