Metalização: Processos, aplicações e perspectivas futuras

A galvanoplastia é um processo no qual uma fina camada de outros metais ou ligas é revestida em certas superfícies metálicas usando o princípio da eletrólise. O princípio é que a peça banhada a ouro é usada como cátodo, o metal galvanizado é usado como ânodo (às vezes o metal que é insolúvel na solução de galvanoplastia é usado como ânodo) e o líquido de galvanoplastia é o composto de metal galvanizado e sais condutores, aditivos, etc. Quando os pólos são conectados à fonte de alimentação (corrente contínua), os íons metálicos da solução de galvanização se deslocam para o cátodo, onde são obtidos os elétrons, que são reduzidos e depositados na superfície do cátodo para se tornarem o revestimento.

O revestimento metálico tem uma longa história de desenvolvimento. A literatura mais antiga publicada sobre galvanoplastia é o processo de revestimento de prata proposto pelo Professor Brugnatelli na Itália em 1805, e mais tarde ele propôs o processo de revestimento de ouro. Em 1840, Elkington, na Inglaterra, solicitou a primeira patente para prata banhada com cianeto e a utilizou na produção industrial, o que marcou o início da indústria de galvanização. No mesmo ano, Jaeobi recebeu a primeira patente para galvanoplastia de cobre a partir de uma solução ácida.

Na década de 1840, começaram a aparecer ligas de galvanoplastia, como liga de cobre-zinco (latão) e ligas de metais preciosos. Na década de 1850, técnicas como galvanoplastia de níquel, cobre, estanho e zinco foram desenvolvidas uma após a outra. No início do século 20, as pessoas perceberam o uso de galvanização com sulfato ácido na superfície de tiras de aço, Proctor propôs a eletrogalvanização com cianeto, Fink (C.G. tinta) e Eldridge (C.H.Eldridge) propuseram o método industrial de cromagem, e a galvanoplastia gradualmente se desenvolveu em um sistema completo de engenharia eletroquímica.

As duas guerras mundiais subsequentes e a crescente indústria da aviação promoveram o desenvolvimento e a melhoria da eletrodeposição, o desenvolvimento de tecnologias comerciais, como galvanoplastia de cromo duro e galvanoplastia de liga de cobre, e equipamentos de galvanoplastia foram desenvolvidos desde a operação manual até a moderna operação de linha de montagem totalmente automatizada.

Como o revestimento de liga tem melhor desempenho que o revestimento de metal único, ele foi desenvolvido desde o objetivo inicial de obter revestimento de liga decorativo até o estudo do revestimento de liga decorativo, protetor e funcional. Galvanoplastia Após mais de 200 anos de aplicação e desenvolvimento, novos materiais de galvanoplastia e métodos de tecnologia de processo de galvanoplastia continuam a surgir, e o campo de aplicação continua a se expandir. O material de revestimento pode ser metal, liga, semicondutor, etc., e o material da matriz também é expandido de metal para materiais cerâmicos e poliméricos.

Estágio de pré-tratamento

A limpeza de superfície é uma etapa importante no pré-tratamento do revestimento metálico. Os métodos comuns incluem limpeza química, limpeza mecânica e limpeza ultrassônica. A limpeza química remove óleo e impurezas das superfícies através do uso de agentes químicos específicos; Limpeza mecânica com lixamento, jato de areia e outros métodos para remover a camada de óxido e sujeira da superfície; A limpeza ultrassônica usa vibração acústica de alta frequência para aumentar o efeito de limpeza. O objetivo destes métodos de limpeza é fornecer uma superfície limpa para processos subsequentes de galvanização, garantindo a aderência e uniformidade do revestimento.

A decapagem é usada principalmente para remover óxidos e ferrugem de superfícies metálicas. A solução de decapagem comum inclui ácido sulfúrico, ácido clorídrico, etc. O processo de decapagem pode ativar a superfície metálica e melhorar a força de ligação entre o revestimento e o substrato.

O tratamento de pré-revestimento também inclui ativação, passivação e outras etapas. O tratamento de ativação pode aumentar a atividade da superfície metálica e tornar o processo de galvanoplastia mais suave. O tratamento de passivação forma uma película protetora na superfície do metal para melhorar a resistência à corrosão do revestimento.

Estágio de galvanoplastia

No processo de galvanoplastia, o ajuste de parâmetros como corrente e temperatura é muito importante. A densidade de corrente afeta diretamente a velocidade de deposição e a qualidade do revestimento. A baixa densidade de corrente leva a uma taxa de deposição lenta e à cristalização grosseira do revestimento. No entanto, uma densidade de corrente muito alta pode causar queimaduras no revestimento e tornar a superfície áspera. Portanto, é necessário selecionar a densidade de corrente adequada de acordo com a composição do banho e as exigências do revestimento.

A temperatura também tem um efeito significativo no efeito de galvanoplastia. Aumentar a temperatura pode acelerar a taxa de difusão de íons e melhorar a uniformidade e densidade do revestimento. Porém, a alta temperatura pode levar à decomposição da composição do banho e afetar a qualidade do revestimento.

A preparação da solução de galvanização é a chave para garantir a qualidade do galvanização. Diferentes materiais de revestimento requerem diferentes formulações de banho, e a proporção e concentração de vários componentes devem ser rigorosamente controladas durante a preparação. Ao mesmo tempo, fatores como pH e condutividade do banho devem ser considerados para garantir a estabilidade do banho e obter bons resultados de galvanoplastia.

Estágio de pós-processamento

Limpeza é a primeira etapa do pós-tratamento, que pode remover a solução residual do revestimento e as impurezas da superfície do revestimento e evitar a descoloração e corrosão do revestimento.

Polimento pode melhorar o nivelamento da superfície e o brilho do revestimento e tornar sua aparência mais bonita.

Secagem ajuda a remover a umidade da superfície do revestimento, evitando marcas de água e ferrugem.

O tratamento de vedação forma uma película protetora densa na superfície do revestimento, melhora ainda mais a resistência à corrosão e ao desgaste do revestimento e prolonga a vida útil do revestimento. Esses métodos de pós-tratamento cooperam entre si para garantir a qualidade e o desempenho do revestimento.

Vantagens

O revestimento metálico tem muitas vantagens significativas. Em primeiro lugar, a galvanoplastia pode aumentar muito a resistência à corrosão dos metais. Ao formar uma camada protetora na superfície do metal, bloqueia efetivamente o contato entre o metal e o oxigênio, a água e outras substâncias corrosivas do ambiente externo, prolongando significativamente a vida útil do metal. Por exemplo, a resistência à corrosão de produtos de aço galvanizado em ambientes agressivos foi bastante melhorada.

Em segundo lugar, a galvanoplastia pode aumentar significativamente a dureza do metal. Alguns metais revestidos, como cromo e níquel, possuem alta dureza, o que pode melhorar a resistência ao desgaste do metal após o revestimento na superfície metálica, tornando-o mais durável no ambiente de fricção e desgaste.

Além disso, a galvanoplastia também pode melhorar a condutividade elétrica do metal. Por exemplo, revestimento de ouro, revestimento de prata e outros processos podem formar uma boa camada condutora na superfície do metal, reduzir a resistência e melhorar a eficiência de condução de corrente, o que é de grande importância na fabricação de equipamentos eletrônicos e circuitos.

Além disso, galvanoplastia também pode melhorar a aparência do metal, tornando-o mais liso, brilhante, com melhor decoração, para atender às diferentes necessidades estéticas.

Desvantagens

No entanto, o revestimento metálico também apresenta algumas deficiências que não podem ser ignoradas. Em primeiro lugar, o processo de galvanoplastia produzirá grave poluição ambiental. As águas residuais de galvanoplastia geralmente contêm um grande número de íons de metais pesados, como cromo, níquel, cádmio, etc., bem como várias substâncias ácido-base e poluentes orgânicos. Se as águas residuais forem descarregadas diretamente sem tratamento adequado, causarão grave poluição ao solo e às fontes de água, colocando em perigo o ambiente ecológico e a saúde humana.

Em segundo lugar, o tratamento inadequado durante a galvanoplastia pode ter um efeito contraproducente. Por exemplo, problemas de fragilização por hidrogênio podem fazer com que o revestimento e o metal base se tornem quebradiços, reduzindo suas propriedades mecânicas. Se as etapas de pós-tratamento do processo de galvanização não forem perfeitas, poderão ocorrer defeitos no revestimento, afetando seu desempenho e vida útil.

Além disso, galvanoplastia precisa consumir muita energia e recursos, e o processo é relativamente complexo e o custo é alto. Ao mesmo tempo, para algumas pequenas empresas, pode haver falta de equipamentos e tecnologias eficazes de controlo da poluição e é difícil cumprir os requisitos de protecção ambiental.

Campo de decoração protetora

No campo da decoração de proteção, o revestimento metálico tem uma ampla gama de aplicações. As torneiras sanitárias são geralmente tratadas com revestimento de cobre/níquel/cromo, o que não só lhes confere uma aparência brilhante, mas também fornece certas propriedades de proteção para evitar ferrugem e desgaste na superfície da torneira. As joias artificiais também são um caso de aplicação comum, como galvanoplastia imitação de ouro, ouro, prata e outros revestimentos de metal, ou o uso do processo de anodização de alumínio, para que tenha cor e textura semelhantes aos metais preciosos, para atender às necessidades de beleza das pessoas e decoração. Além disso, ferragens com contato diário frequente, como maçanetas, costumam ser galvanizadas para realçar a beleza e a durabilidade.

Campo de proteção contra corrosão

No campo da proteção contra corrosão, o revestimento metálico desempenha um papel importante. A chapa galvanizada é um material anticorrosivo comum, o revestimento de uma camada de zinco na chapa de ferro pode melhorar significativamente a resistência à corrosão da chapa de ferro e é amplamente utilizado na construção, automobilística e outras indústrias. O cromagem também é um revestimento anticorrosivo comum e esse processo foi frequentemente usado em aros de rodas de bicicletas antigas no passado. Além disso, processos como niquelagem eletrolítica e anodização também podem aumentar efetivamente a resistência à corrosão dos metais, fornecer proteção confiável para produtos metálicos em ambientes agressivos, como indústria e exterior, e prolongar sua vida útil.

Áreas de desempenho melhoradas

Em termos de melhoria de desempenho, o revestimento metálico tem um bom desempenho. Sabemos que os plásticos são originalmente não condutores, mas sob alguns requisitos especiais, uma camada de metal condutor é revestida na superfície dos plásticos através de um processo especial, como revestimento de prata ou cobre, que pode fazer com que os plásticos tenham propriedades condutoras, assim como para ser usado em equipamentos eletrônicos, circuitos integrados e outros campos. Este método de galvanização confere novas propriedades ao material e amplia sua gama de aplicações.

Áreas de requisitos especiais de desempenho

Para requisitos especiais de desempenho, o revestimento metálico também pode ser atendido. Na necessidade de ocasiões resistentes ao desgaste, como a superfície de algumas peças mecânicas, uma camada de materiais resistentes ao desgaste pode ser revestida, como uma camada de carboneto de tungstênio ou revestimento de carbono semelhante ao diamante (DLC), melhorando significativamente o desgaste resistência das peças, reduz o desgaste e danos e prolonga a vida útil. No caso de autolubrificação, uma camada de revestimento de nanocompósito de grafite pode ser revestida na superfície do material para reduzir o coeficiente de atrito, obter efeito de autolubrificação e melhorar a eficiência operacional e estabilidade do equipamento.

Perspectiva de mercado

Com o desenvolvimento contínuo da indústria automotiva, a demanda por revestimentos metálicos continuará a aumentar. Automotivo componentes externos e internos, como pára-choques, rodas, painéis, etc., a fim de buscar maior estética e resistência à corrosão, há uma demanda crescente por processos de galvanoplastia de alta qualidade. Ao mesmo tempo, o surgimento de novos veículos energéticos, para componentes de baterias, componentes eletrônicos e outros requisitos de placas de proteção também são mais rigorosos. No indústria de eletrodomésticos , produtos inteligentes e sofisticados tornaram-se populares, e os requisitos dos consumidores quanto à aparência e durabilidade dos produtos levaram os fabricantes de eletrodomésticos a adotar tecnologias de galvanoplastia mais avançadas, como a nano-revestimento, para aumentar a competitividade dos produtos. No campo de aeroespacial , com o avanço da exploração espacial e a melhoria contínua do desempenho das aeronaves, são apresentados requisitos mais elevados para as características de resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e resistência à corrosão das peças, o que promoverá o desenvolvimento da tecnologia de revestimento metálico para uma forma mais refinada e direção de alto desempenho. Espera-se que a procura por revestimentos metálicos nestas indústrias continue a manter uma forte tendência de crescimento no futuro.

Inovação tecnológica

Em termos de novos materiais de galvanoplastia, espera-se que a aplicação de nanomateriais e materiais compósitos se torne o foco da pesquisa e desenvolvimento . A tecnologia de nano-revestimento melhorará ainda mais as propriedades do revestimento, como dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão. Ao mesmo tempo, novos materiais de liga, como ligas de cobre com propriedades especiais, ligas de níquel, etc., também serão desenvolvidos para atender às diferentes necessidades industriais. Em termos de inovação de processos, linhas de produção de galvanoplastia inteligentes e automatizadas se tornarão a tendência de desenvolvimento, o que pode melhorar a eficiência da produção, garantir a consistência da qualidade do produto e reduzir os custos trabalhistas. Além disso, o desenvolvimento e a aplicação de processos de galvanoplastia sem cianeto e de galvanoplastia com baixo teor de cromo baseados em conceitos de proteção ambiental verde serão mais extensos para reduzir a poluição ambiental.

Proteção ambiental e sustentabilidade

No processo de desenvolvimento de chapeamento de metal, a protecção ambiental, a poupança de energia e a redução das emissões são cruciais. Os requisitos do governo e da sociedade para a protecção ambiental são cada vez mais rigorosos, e as empresas precisam de aumentar o investimento em equipamento e tecnologia de protecção ambiental para garantir que as águas residuais, os gases residuais e os resíduos residuais são descarregados de acordo com os padrões. A pesquisa, o desenvolvimento e o uso de processos de galvanização mais ecológicos, como a tecnologia de galvanização sem emissões de soluções de galvanização, se tornarão a direção do desenvolvimento futuro. Ao mesmo tempo, ao otimizar o processo de produção, melhorar a eficiência da utilização de energia, reduzir o consumo de recursos e alcançar o desenvolvimento sustentável. Reforçar a reciclagem e reutilização de resíduos de galvanoplastia pode não só reduzir a poluição ambiental, mas também criar certo valor económico. Em suma, apenas concentrando-se na protecção ambiental e no desenvolvimento sustentável, a indústria de galvanização de metais poderá ter um futuro amplo.