Металлическое покрытие: процессы, применение и перспективы

Гальваника — это процесс, при котором тонкий слой других металлов или сплавов наносится на определенные металлические поверхности с использованием принципа электролиза. Принцип заключается в том, что позолоченная заготовка используется в качестве катода, гальванический металл - в качестве анода (иногда в качестве анода используется металл, нерастворимый в гальваническом растворе), а гальваническая жидкость - гальваническое соединение металла. и проводящие соли, добавки и т. д. Когда полюса подключены к источнику питания (постоянный ток), ионы металлов в растворе покрытия перемещаются к катоду, где образуются электроны, которые восстанавливаются и осаждаются на поверхности катода, образуя покрытие.

Металлическое покрытие имеет долгую историю развития. Самая ранняя опубликованная литература по гальваническому покрытию - это процесс серебрения, предложенный профессором Бруньятелли в Италии в 1805 году, а позже он предложил процесс гальванического покрытия золотом. К 1840 году Элкингтон, Англия, подал заявку на первый патент на серебро, покрытое цианидом, и использовал его в промышленном производстве, что положило начало гальванической промышленности. В том же году Джеоби получил первый патент на гальваническое покрытие меди из кислого раствора.

В 1840-х годах начали появляться гальванические сплавы, такие как медно-цинковый сплав (латунь) и покрытие из сплава драгоценных металлов. К 1850-м годам одна за другой были разработаны такие методы, как гальваника никеля, меди, олова и цинка. В начале 20 века люди осознали возможность использования сернокислого цинкования на поверхности стальных полос, Проктор предложил цианидное электроцинкование, Финк (К.Г. чернила) и Элдридж (C.H.Eldridge) предложили промышленный метод хромирования, и гальваника постепенно превратилась в полноценную электрохимическую инженерную систему.

Последующие две мировые войны и растущая авиационная промышленность способствовали дальнейшему развитию и совершенствованию электроосаждения, развитию коммерческих технологий, таких как гальваника твердого хрома и гальваника медного сплава, а гальваническое оборудование было разработано от ручного управления до современного полностью автоматизированного конвейера.

Поскольку покрытие из сплава имеет лучшие характеристики, чем покрытие из одного металла, оно было разработано с первоначальной целью получения декоративного покрытия из сплава до изучения декоративного, защитного и функционального покрытия из сплава. Гальваника После более чем 200 лет применения и развития продолжают появляться новые гальванические материалы и технологические процессы гальваники, а область применения продолжает расширяться. Материалом покрытия может быть металл, сплав, полупроводник и т. д., а материал матрицы также расширяется от металла до керамических и полимерных материалов.

Предварительная стадия лечения

Очистка поверхности является важным этапом предварительной обработки металлического покрытия. Общие методы включают химическую очистку, механическую очистку и ультразвуковую очистку. Химическая очистка удаляет масло и загрязнения с поверхностей с помощью специальных химических веществ; Механическая очистка с помощью шлифовки, пескоструйной обработки и других способов удаления с поверхности оксидного слоя и загрязнений; Ультразвуковая очистка использует высокочастотную акустическую вибрацию для усиления эффекта очистки. Целью этих методов очистки является обеспечение чистой поверхности для последующих процессов нанесения покрытия, обеспечение адгезии и однородности покрытия.

Травление в основном применяется для удаления оксидов и ржавчины с металлических поверхностей. Обычный травильный раствор включает серную кислоту, соляную кислоту и т. д. Процесс травления может активировать металлическую поверхность и улучшить силу сцепления между покрытием и подложкой.

Предварительная обработка также включает активацию, пассивацию и другие этапы. Активационная обработка может повысить активность поверхности металла и сделать процесс гальванического покрытия более плавным. Пассивационная обработка образует на поверхности металла защитную пленку, повышающую коррозионную стойкость покрытия.

Гальванический этап

В процессе гальваники очень важна регулировка таких параметров, как ток и температура. Плотность тока напрямую влияет на скорость нанесения и качество покрытия. Низкая плотность тока приводит к медленной скорости осаждения и грубой кристаллизации покрытия. Однако слишком высокая плотность тока может привести к выгоранию покрытия и шероховатости поверхности. Поэтому необходимо подобрать соответствующую плотность тока в соответствии с составом ванны и требованиями покрытия.

Температура также оказывает существенное влияние на эффект гальванического покрытия. Повышение температуры может ускорить скорость диффузии ионов и улучшить однородность и плотность покрытия. Однако высокая температура может привести к разложению состава ванны и повлиять на качество покрытия.

Приготовление раствора для покрытия является ключом к обеспечению качества покрытия. Разные материалы покрытия требуют разных рецептур ванн, при этом при приготовлении следует строго контролировать пропорции и концентрацию различных компонентов. В то же время следует учитывать такие факторы, как pH и проводимость ванны, чтобы обеспечить стабильность ванны и добиться хороших результатов гальваники.

Этап постобработки

Очистка Это первый этап последующей обработки, который позволяет удалить остатки гальванического раствора и примеси с поверхности покрытия и предотвратить обесцвечивание и коррозию покрытия.

Полировка может улучшить плоскостность поверхности и блеск покрытия, а также сделать его внешний вид более красивым.

Сушка способствует удалению влаги с поверхности покрытия, предотвращая появление водяных пятен и ржавчины.

Герметизирующая обработка образует плотную защитную пленку на поверхности покрытия, дополнительно повышает коррозионную стойкость и износостойкость покрытия, продлевает срок службы покрытия. Эти методы последующей обработки взаимодействуют друг с другом, обеспечивая качество и эксплуатационные характеристики покрытия.

Преимущества

Металлическое покрытие имеет множество существенных преимуществ. Прежде всего, Гальваника может значительно повысить коррозионную стойкость металлов. Образуя на поверхности металла защитное покрытие, он эффективно блокирует контакт металла с кислородом, водой и другими агрессивными веществами внешней среды, значительно продлевая срок службы металла. Например, значительно улучшилась коррозионная стойкость изделий из оцинкованной стали в суровых условиях.

Во-вторых, гальваника позволяет значительно повысить твердость металла. Некоторые металлы с покрытием, такие как хром и никель, обладают высокой твердостью, что может улучшить износостойкость металла после нанесения покрытия на металлическую поверхность, делая его более прочным в условиях трения и износа.

Кроме того, гальваника также может улучшить электропроводность металла. Например, позолота, посеребрение и другие процессы могут сформировать хороший проводящий слой на поверхности металла, снизить сопротивление и повысить эффективность проводимости тока, что имеет большое значение в производстве электронного оборудования и схем.

Кроме того, гальваника также может улучшить внешний вид металла, делая его более гладким, ярким, более декоративным, отвечающим различным эстетическим потребностям.

Недостатки

Однако металлическое покрытие имеет и некоторые недостатки, которые нельзя не учитывать. Прежде всего, процесс гальваники приведет к серьезному загрязнению окружающей среды. Сточные воды гальванических производств обычно содержат большое количество ионов тяжелых металлов, таких как хром, никель, кадмий и др., а также различные кислотно-щелочные вещества и органические загрязнители. Если сточные воды сбрасываются напрямую без надлежащей очистки, это приведет к серьезному загрязнению почвы и источников воды, что поставит под угрозу экологическую среду и здоровье человека.

Во-вторых, неправильное обращение во время гальваники может иметь обратный эффект. Например, проблемы водородного охрупчивания могут привести к тому, что покрытие и основной металл станут хрупкими, что ухудшит их механические свойства. Если этапы последующей обработки в процессе нанесения покрытия не идеальны, это может привести к дефектам покрытия, влияющим на его характеристики и срок службы.

Кроме того, гальваника требует много энергии и ресурсов, Этот процесс относительно сложен и имеет высокую стоимость. В то же время у некоторых малых предприятий может отсутствовать эффективное оборудование и технологии для борьбы с загрязнением, и им трудно соблюдать требования по охране окружающей среды.

Поле защитного оформления

В области защитной отделки металлическое покрытие имеет широкий спектр применения. Сантехнические смесители обычно обрабатываются медным/никелированным/хромовым покрытием, что не только придает им яркий внешний вид, но также обеспечивает определенные защитные свойства для предотвращения ржавчины и износа поверхности смесителя. Искусственные украшения также являются распространенным случаем применения, например, гальваника, имитирующая золото, золото, серебро и другие металлические покрытия, или использование процесса анодирования алюминия, чтобы они имели цвет и текстуру, аналогичные драгоценным металлам, для удовлетворения потребностей людей в красоте. и украшение. Кроме того, фурнитура, с которой ежедневно приходится часто контактировать, например дверные ручки, часто подвергается гальваническому покрытию для придания красоты и долговечности.

Область защиты от коррозии

В области защиты от коррозии металлическое покрытие играет важную роль. Оцинкованный лист является распространенным антикоррозионным материалом, покрытие слоя цинка на железной пластине может значительно улучшить коррозионную стойкость железной пластины и широко используется в строительстве, автомобильной и других отраслях промышленности. Хромирование также является распространенным антикоррозионным покрытием, и в прошлом этот процесс часто использовался при изготовлении колесных дисков старых велосипедов. Кроме того, такие процессы, как химическое никелирование и анодирование, также могут эффективно повысить коррозионную стойкость металлов, обеспечить надежную защиту металлических изделий в суровых условиях, таких как промышленность и на открытом воздухе, и продлить срок их службы.

Улучшенные области производительности

С точки зрения улучшения характеристик хорошо себя зарекомендовало металлическое покрытие. Мы знаем, что пластик изначально не проводит ток, но при соблюдении некоторых особых требований на поверхность пластика наносится слой проводящего металла с помощью специального процесса, такого как серебряное или медное покрытие, которое может придать пластику проводящие свойства, чтобы для использования в электронном оборудовании, интегральных схемах и других областях. Этот метод гальваники придает материалу новые свойства и расширяет спектр его применения.

Области особых требований к производительности

Для особых требований к производительности также может быть использовано металлическое покрытие. При необходимости обеспечения износостойкости, например, на поверхность некоторых механических деталей, можно нанести слой износостойких материалов, например, слой покрытия из карбида вольфрама или алмазоподобного углерода (DLC), что значительно улучшит износ. устойчивость деталей, уменьшить износ и повреждения, а также продлить срок службы. В случае самосмазывания на поверхность материала может быть нанесен слой графитового нанокомпозитного покрытия для уменьшения коэффициента трения, достижения эффекта самосмазывания и повышения эффективности работы и стабильности оборудования.

Рыночная перспектива

С постоянным развитием автомобильной промышленности спрос на металлическое покрытие будет продолжать расти. Автомобильный внешние и внутренние компоненты, такие как бамперы, колеса, приборные панели и т. д., чтобы добиться более высокой эстетики и устойчивости к коррозии, растет спрос на высококачественные процессы гальваники. В то же время, появление новых энергетических транспортных средств, требования к компонентам аккумуляторов, электронным компонентам и другим защитным покрытиям также становятся более строгими. В промышленность бытовой техники , высококачественные и интеллектуальные продукты стали мейнстримом, а требования потребителей к внешнему виду и долговечности продуктов побудили производителей бытовой техники применять более передовые технологии гальванического покрытия, такие как нанопокрытие, для повышения конкурентоспособности продукции. В области аэрокосмический , с развитием освоения космоса и постоянным улучшением летно-технических характеристик самолетов, к характеристикам жаростойкости, износостойкости и коррозионной стойкости деталей выдвигаются более высокие требования, что будет способствовать развитию технологии металлоплакирования до более совершенных и Высокопроизводительное направление. Ожидается, что спрос на металлическое покрытие в этих отраслях продолжит сохранять сильную тенденцию роста в будущем.

Технологическая инновация

Что касается новых гальванических материалов, Ожидается, что применение наноматериалов и композиционных материалов станет центром исследований и разработок. . Технология нанопокрытия позволит еще больше улучшить свойства покрытия, такие как твердость, износостойкость и коррозионная стойкость. В то же время для удовлетворения различных промышленных потребностей также будут разрабатываться новые сплавы, такие как медные сплавы с особыми свойствами, никелевые сплавы и т. д. С точки зрения технологических инноваций, интеллектуальные и автоматизированные производственные линии гальванического производства станут тенденцией развития, которая может повысить эффективность производства, обеспечить стабильное качество продукции и снизить затраты на рабочую силу. Кроме того, разработка и применение процессов гальваники без цианидов и гальваники с низким содержанием хрома, основанных на концепциях защиты окружающей среды, будут более обширными для снижения загрязнения окружающей среды.

Защита окружающей среды и устойчивое развитие

В процессе разработки металлического покрытия, защита окружающей среды, энергосбережение и сокращение выбросов имеют решающее значение. Требования правительства и общества к охране окружающей среды становятся все более строгими, и предприятиям необходимо увеличивать инвестиции в оборудование и технологии для защиты окружающей среды, чтобы гарантировать, что сточные воды, отходящие газы и остатки отходов сбрасываются в соответствии со стандартами. Исследования, разработки и использование более экологически чистых процессов нанесения покрытия, таких как технология нанесения покрытия без выбросов гальванического раствора, станут будущим направлением развития. В то же время, оптимизируя производственный процесс, повышайте эффективность использования энергии, сокращайте потребление ресурсов и достигайте устойчивого развития. Усиление переработки и повторного использования отходов гальваники может не только снизить загрязнение окружающей среды, но и создать определенную экономическую ценность. Короче говоря, только сосредоточив внимание на защите окружающей среды и устойчивом развитии, металлургическая промышленность может иметь широкое будущее.