Galwanizacja: procesy, zastosowania i perspektywy na przyszłość

Galwanizacja to proces, w którym cienka warstwa innych metali lub stopów jest nakładana na określone powierzchnie metalowe zgodnie z zasadą elektrolizy. Zasada jest taka, że ​​jako katodę stosuje się pozłacany przedmiot, jako anodę stosuje się metal powlekany galwanicznie (czasami jako anodę stosuje się metal nierozpuszczalny w roztworze galwanicznym), a cieczą galwaniczną jest związek metalu powlekanego galwanicznie i sole przewodzące, dodatki itp. Po podłączeniu biegunów do źródła zasilania (prądu stałego) jony metali w roztworze galwanicznym przemieszczają się na katodę, gdzie pozyskiwane są elektrony, które ulegają redukcji i osadzają się na powierzchni katody, tworząc powłokę.

Metalizacja ma długą historię rozwoju. Najwcześniejszą opublikowaną literaturą dotyczącą galwanizacji jest proces srebrzenia zaproponowany przez profesora Brugnatelli we Włoszech w 1805 roku, a później zaproponował on proces złocenia. W 1840 roku w Elkington w Anglii złożono wniosek o pierwszy patent na srebro platerowane cyjankiem i wykorzystano je w produkcji przemysłowej, co zapoczątkowało przemysł galwaniczny. W tym samym roku Jaeobi otrzymał pierwszy patent na galwanizację miedzi z roztworu kwaśnego.

W latach czterdziestych XIX wieku zaczęły pojawiać się stopy galwaniczne, takie jak stop miedzi i cynku (mosiądz) i platerowanie stopami metali szlachetnych. W latach pięćdziesiątych XIX wieku jedna po drugiej opracowano techniki takie jak galwanizacja niklu, miedzi, cyny i cynku. Na początku XX wieku zaczęto stosować cynkowanie kwasowe i siarczanowe na powierzchni taśm stalowych, Proctor zaproponował cynkowanie elektrolityczne cyjankiem, Fink (C.G. atrament) i Eldridge (CHEldridge) zaproponowali przemysłową metodę chromowania, a galwanizacja stopniowo rozwinęła się w kompletny system inżynierii elektrochemicznej.

Kolejne dwie wojny światowe i rozwijający się przemysł lotniczy sprzyjały dalszemu rozwojowi i doskonaleniu elektroosadzania, rozwojowi technologii komercyjnych, takich jak galwanizacja twardego chromu i galwanizacja stopów miedzi, a sprzęt galwaniczny został opracowany od obsługi ręcznej do nowoczesnej, w pełni zautomatyzowanej obsługi linii montażowej.

Ponieważ powłoka stopowa ma lepszą wydajność niż pojedyncza powłoka metaliczna, została opracowana od pierwotnego celu, jakim było uzyskanie dekoracyjnej powłoki stopowej, do badania dekoracyjnych, ochronnych i funkcjonalnych powłok stopowych. Galwanizacja Po ponad 200 latach zastosowań i rozwoju, wciąż pojawiają się nowe materiały galwaniczne i metody technologii procesów galwanicznych, a zakres zastosowań stale się poszerza. Materiałem powłokowym może być metal, stop, półprzewodnik itp., a materiał matrycy jest również rozszerzany z metalu na materiały ceramiczne i polimerowe.

Etap wstępnego leczenia

Czyszczenie powierzchni jest ważnym etapem wstępnej obróbki galwanicznej. Typowe metody obejmują czyszczenie chemiczne, czyszczenie mechaniczne i czyszczenie ultradźwiękowe. Czyszczenie chemiczne usuwa olej i zanieczyszczenia z powierzchni za pomocą specjalnych środków chemicznych; Oczyszczanie mechaniczne za pomocą szlifowania, piaskowania i innymi sposobami usuwania powierzchniowej warstwy tlenku i brudu; Czyszczenie ultradźwiękowe wykorzystuje wibracje akustyczne o wysokiej częstotliwości w celu zwiększenia efektu czyszczenia. Celem tych metod czyszczenia jest zapewnienie czystej powierzchni dla kolejnych procesów galwanicznych, zapewniając przyczepność i jednolitość powłoki.

Trawienie stosuje się głównie w celu usunięcia tlenków i rdzy z powierzchni metalowych. Typowy roztwór do trawienia obejmuje kwas siarkowy, kwas solny itp. Proces wytrawiania może aktywować powierzchnię metalu i poprawić siłę wiązania pomiędzy powłoką a podłożem.

Obróbka przed powlekaniem obejmuje również aktywację, pasywację i inne etapy. Obróbka aktywacyjna może zwiększyć aktywność powierzchni metalu i sprawić, że proces galwanizacji będzie płynniejszy. Obróbka pasywacyjna tworzy warstwę ochronną na powierzchni metalu, aby poprawić odporność powłoki na korozję.

Etap galwanizacji

W procesie galwanizacji bardzo ważne jest dostosowanie parametrów takich jak prąd i temperatura. Gęstość prądu wpływa bezpośrednio na szybkość osadzania i jakość powłoki. Niska gęstość prądu prowadzi do powolnego osadzania i grubej krystalizacji powłoki. Jednak zbyt duża gęstość prądu może spowodować przypalenie powłoki i szorstkość powierzchni. Dlatego należy dobrać odpowiednią gęstość prądu w zależności od składu kąpieli i wymagań powłoki.

Temperatura ma również znaczący wpływ na efekt galwanizacji. Zwiększenie temperatury może przyspieszyć szybkość dyfuzji jonów oraz poprawić jednorodność i gęstość powłoki. Wysoka temperatura może jednak doprowadzić do rozkładu składu kąpieli i wpłynąć na jakość powłoki.

Przygotowanie roztworu do galwanizacji jest kluczem do zapewnienia jakości galwanizacji. Różne materiały powłokowe wymagają różnych receptur kąpieli, a podczas przygotowywania należy ściśle kontrolować proporcje i stężenie różnych składników. Jednocześnie należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak pH i przewodność kąpieli, aby zapewnić stabilność kąpieli i uzyskać dobre wyniki galwanizacji.

Etap przetwarzania końcowego

Czyszczenie to pierwszy etap obróbki końcowej, który może usunąć resztki roztworu galwanicznego i zanieczyszczenia z powierzchni powłoki oraz zapobiec odbarwieniu i korozji powłoki.

Polerowanie może poprawić płaskość powierzchni i połysk powłoki oraz sprawić, że jej wygląd będzie piękniejszy.

Wysuszenie pomaga usunąć wilgoć z powierzchni powłoki, zapobiegając powstawaniu śladów wody i rdzy.

Zabieg uszczelniający tworzy gęsty film ochronny na powierzchni powłoki, dodatkowo poprawia odporność powłoki na korozję i zużycie oraz przedłuża żywotność powłoki. Te metody obróbki końcowej współpracują ze sobą, aby zapewnić jakość i wydajność powłoki.

Zalety

Metalizacja ma wiele znaczących zalet. Przede wszystkim, galwanizacja może znacznie zwiększyć odporność metali na korozję. Tworząc powłokę ochronną na powierzchni metalu, skutecznie blokuje kontakt metalu z tlenem, wodą i innymi substancjami korozyjnymi znajdującymi się w środowisku zewnętrznym, znacznie wydłużając żywotność metalu. Na przykład znacznie poprawiła się odporność na korozję wyrobów ze stali ocynkowanej w trudnych warunkach.

Po drugie, galwanizacja może znacznie zwiększyć twardość metalu. Niektóre metale powlekane, takie jak chrom i nikiel, mają wysoką twardość, co może poprawić odporność metalu na zużycie po pokryciu powierzchni metalu, czyniąc go bardziej trwałym w środowisku tarcia i zużycia.

Ponadto, galwanizacja może również poprawić przewodność elektryczną metalu. Na przykład złocenie, srebrzenie i inne procesy mogą utworzyć dobrą warstwę przewodzącą na powierzchni metalu, zmniejszyć opór i poprawić wydajność przewodzenia prądu, co ma ogromne znaczenie w produkcji sprzętu elektronicznego i obwodów.

Ponadto, galwanizacja może również poprawić wygląd metalu, dzięki czemu jest bardziej gładki, jasny, z lepszą dekoracją, aby spełnić różne potrzeby estetyczne.

Niedogodności

Metalizacja ma jednak również pewne wady, których nie można zignorować. Przede wszystkim, proces galwanizacji spowoduje poważne zanieczyszczenie środowiska. Ścieki galwaniczne zawierają zwykle dużą liczbę jonów metali ciężkich, takich jak chrom, nikiel, kadm itp., A także różne substancje kwasowo-zasadowe i zanieczyszczenia organiczne. Bezpośrednie odprowadzanie ścieków bez odpowiedniego oczyszczenia spowoduje poważne zanieczyszczenie gleby i źródeł wody, zagrażając środowisku ekologicznemu i zdrowiu ludzkiemu.

Po drugie, niewłaściwe postępowanie podczas galwanizacji może przynieść efekt przeciwny do zamierzonego. Na przykład problemy z kruchością wodorową mogą powodować kruchość powłoki i metalu nieszlachetnego, zmniejszając ich właściwości mechaniczne. Jeżeli etapy obróbki końcowej w procesie galwanizacji nie są doskonałe, może to prowadzić do defektów powłoki, wpływających na jej wydajność i żywotność.

Ponadto, galwanizacja wymaga dużego zużycia energii i zasobów, a proces jest stosunkowo złożony, a koszt wysoki. Jednocześnie w przypadku niektórych małych przedsiębiorstw może brakować skutecznego sprzętu i technologii kontroli zanieczyszczeń, a spełnienie wymogów ochrony środowiska może być trudne.

Pole dekoracji ochronnej

W dziedzinie dekoracji ochronnych metalizacja ma szeroki zakres zastosowań. Baterie sanitarne są zwykle pokrywane miedzią/niklem/chromowaniem, co nie tylko nadaje im jasny wygląd, ale także zapewnia pewne właściwości ochronne, zapobiegając rdzewieniu i zużyciu powierzchni baterii. Sztuczna biżuteria jest również częstym przypadkiem zastosowania, takim jak galwanizacja imitująca złoto, złoto, srebro i inne powłoki metalowe lub zastosowanie procesu anodowania aluminium, dzięki czemu ma podobny kolor i fakturę metali szlachetnych, aby zaspokoić potrzeby ludzi w zakresie piękna i dekoracja. Ponadto elementy konstrukcyjne z częstym codziennym kontaktem, takie jak klamki, są często powlekane galwanicznie, aby zwiększyć piękno i trwałość.

Dziedzina ochrony antykorozyjnej

W dziedzinie ochrony przed korozją ważną rolę odgrywa powłoka metaliczna. Blacha ocynkowana jest powszechnym materiałem antykorozyjnym, powlekanie warstwą cynku na płycie żelaznej może znacznie poprawić odporność blachy żelaznej na korozję i jest szeroko stosowana w budownictwie, przemyśle samochodowym i innych gałęziach przemysłu. Chromowanie jest również powszechną powłoką antykorozyjną i w przeszłości proces ten był często stosowany w felgach starych rowerów. Ponadto procesy takie jak niklowanie bezprądowe i anodowanie mogą również skutecznie zwiększać odporność metali na korozję, zapewniać niezawodną ochronę produktów metalowych w trudnych warunkach, takich jak przemysł i na zewnątrz, oraz wydłużać ich żywotność.

Ulepszone obszary wydajności

Jeśli chodzi o poprawę wydajności, platerowanie metalem sprawdza się dobrze. Wiemy, że tworzywa sztuczne są pierwotnie nieprzewodzące, ale zgodnie z pewnymi specjalnymi wymaganiami warstwa przewodzącego metalu jest nakładana na powierzchnię tworzyw sztucznych w specjalnym procesie, takim jak powlekanie srebrem lub miedzią, dzięki czemu tworzywa sztuczne mają właściwości przewodzące, tak jak do stosowania w sprzęcie elektronicznym, układach scalonych i innych dziedzinach. Ta metoda galwanizacji nadaje materiałowi nowe właściwości i poszerza zakres jego zastosowań.

Obszary o specjalnych wymaganiach eksploatacyjnych

W przypadku specjalnych wymagań eksploatacyjnych możliwe jest również wykonanie powłoki metalicznej. W przypadku zastosowań odpornych na zużycie, takich jak powierzchnia niektórych części mechanicznych, można położyć warstwę materiałów odpornych na zużycie, takich jak warstwa węglika wolframu lub powłoka z węgla diamentopodobnego (DLC), znacznie poprawiająca zużycie odporność części, zmniejszają zużycie i uszkodzenia oraz wydłużają żywotność. W przypadku samosmarowania na powierzchnię materiału można nałożyć warstwę grafitowej powłoki nanokompozytowej, aby zmniejszyć współczynnik tarcia, uzyskać efekt samosmarowania oraz poprawić wydajność pracy i stabilność sprzętu.

Perspektywa rynkowa

Wraz z ciągłym rozwojem przemysłu motoryzacyjnego, zapotrzebowanie na galwanizację będzie stale rosło. Automobilowy elementy zewnętrzne i wewnętrzne, takie jak zderzaki, koła, deski rozdzielcze itp., aby uzyskać wyższą estetykę i odporność na korozję, rośnie zapotrzebowanie na wysokiej jakości procesy galwaniczne. Jednocześnie wzrost liczby nowych pojazdów zasilanych energią elektryczną w przypadku elementów akumulatorów, podzespołów elektronicznych i innych wymagań w zakresie powłok ochronnych jest również bardziej rygorystyczny. W branży AGD , wysokiej klasy i inteligentne produkty stały się głównym nurtem, a wymagania konsumentów dotyczące wyglądu i trwałości produktów skłoniły producentów sprzętu AGD do przyjęcia bardziej zaawansowanych technologii galwanizacji, takich jak nanopowłoka, w celu zwiększenia konkurencyjności produktów. W dziedzinie lotniczy wraz z postępem eksploracji kosmosu i ciągłym doskonaleniem osiągów samolotów stawiane są wyższe wymagania dotyczące odporności części na wysokie temperatury, odporności na zużycie i korozję, co będzie sprzyjać rozwojowi technologii powlekania metali w kierunku bardziej wyrafinowanego i kierunek wysokiej wydajności. Oczekuje się, że popyt na galwanizację w tych gałęziach przemysłu będzie w przyszłości nadal utrzymywał silną tendencję wzrostową.

Innowacja technologiczna

Jeśli chodzi o nowe materiały galwaniczne, oczekuje się, że głównym przedmiotem badań i rozwoju stanie się zastosowanie nanomateriałów i materiałów kompozytowych . Technologia nanopowłoki jeszcze bardziej poprawi właściwości powłoki, takie jak twardość, odporność na zużycie i odporność na korozję. Jednocześnie opracowywane będą nowe materiały stopowe, takie jak stopy miedzi o specjalnych właściwościach, stopy niklu itp., aby sprostać różnym potrzebom przemysłowym. Pod względem innowacji procesowych trendem rozwojowym staną się inteligentne i zautomatyzowane linie produkcyjne do galwanizacji, które mogą poprawić wydajność produkcji, zapewnić stałą jakość produktu i obniżyć koszty pracy. Ponadto rozwój i zastosowanie procesów galwanizacji bezcyjankowej i procesów galwanizacji z niską zawartością chromu w oparciu o koncepcje ekologicznej ochrony środowiska będzie szerzej zakrojony, aby zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska.

Ochrona środowiska i zrównoważony rozwój

W procesie rozwoju powlekania metali, ochrona środowiska oraz oszczędność energii i redukcja emisji mają kluczowe znaczenie. Wymagania rządu i społeczeństwa dotyczące ochrony środowiska są coraz bardziej rygorystyczne, a przedsiębiorstwa muszą zwiększyć inwestycje w sprzęt i technologie ochrony środowiska, aby zapewnić odprowadzanie ścieków, gazów odlotowych i pozostałości odpadów na poziomie zgodnym z normami. Badania i rozwój oraz zastosowanie bardziej przyjaznych dla środowiska procesów galwanicznych, takich jak technologia galwanizacji bez emisji roztworu galwanicznego, staną się przyszłym kierunkiem rozwoju. Jednocześnie optymalizując proces produkcyjny, poprawiasz efektywność wykorzystania energii, zmniejszasz zużycie zasobów i osiągasz zrównoważony rozwój. Wzmocnienie recyklingu i ponownego wykorzystania odpadów galwanicznych może nie tylko zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska, ale także stworzyć pewną wartość ekonomiczną. Krótko mówiąc, tylko skupiając się na ochronie środowiska i zrównoważonym rozwoju, branża galwaniczna może mieć szeroką przyszłość.