Материал: Основы гальванотехники П. М. Вячеславов. 1960- 9 Мб

Свинцовые формы применяются для снятия копий с металлических оригиналов, имеющих небольшой рельеф и способных противостоять значительным да­ влениям. Формы из свинца получили применение в по­ лиграфии для производства гальваностереотипов.

Формы из алюминия и его сплавов относятся к числу растворимых форм, т. е. разрушаемых по окончании гальванопластического наращивания металла. Они при­ меняются в тех случаях, где требуются очень высокая точность размеров и чистота поверхности в сочетании со сложностью конфигурации.

Чаще всего формы из алюминиевых сплавов при­ меняют для изготовления точных полых изделий, на­ пример волноводов, сложных бесшовных труб и т. д.

В качестве материала форм можно использовать и легкоплавкие сплавы (например, сплавы Вуда, Липовица, Розе), однако к ним прибегают реже по технико­ экономическим соображениям.

Из неметаллических материалов одним из лучших является гипс, который широко применяется в худо­ жественной гальванопластике. Формы из гипса можно снимать с любых оригиналов — металлических и неме­ таллических, что выгодно отличает гипс от многих других формовочных материалов. Весьма широко при­ меняются также фенольные и акриловые смолы.

Нанесение проводящего слоя. Перед нанесением проводящего слоя на неметаллические формы надо выполнить ряд подготовительных операций. Поверх­ ность форм должна быть тщательно очищена от за­ грязнений или обезжирена. Если формы приготовлены из гигроскопических материалов, их необходимо сде­ лать водонепроницаемыми. Так, например, гипсовая форма обычно пропитывается предварительно расплав­ ленным восковым составом. В тех случаях, когда про­ водящий слой наносится путем химического восста­ новления серебра или меди из водных растворов, применяется обработка поверхности в растворе хло­ ристого олова, обеспечивающая благодаря восстано­ вительным ее свойствам качественную структуру ме­ таллической пленки. Для нанесения проводящего слоя, который обеспечивает необходимую электропровод­ ность поверхности, применяют графит и некоторые металлы: медь, серебро, золото. Применяются различ­

196

ные способы нанесения проводящего слоя. Основными из них являются:

1)механическое нанесение проводящего слоя (гра­ фитирование и применение металлических порошков);

2)химическое осаждение проводящего слоя, на­ пример восстановление меди или серебра из водных растворов их солей;

3)термическое восстановление металлов из их со­ единений, например нанесение паст с последующим вжиганием.

Первый способ механического нанесения проводя­ щего слоя путем графитирования является наиболее простым и дешевым. Графит втирается в поверхность формы мягкой волосяной кистью. Для этих целей используется высокосортный чешуйчатый графит. Элек­ тропроводность графитовой пленки и скорость покры­ тия ее металлом зависят от степени чистоты графита, размера и формы частиц. Графит должен содержать не менее 92% углерода. От примесей силикатов и окис- -лов железа в графите освобождаются путем последо­ вательной обработки в серной и соляной кислотах и едком натре. Для получения качественного покрытия частицы графита не должны быть чрезмерно малыми, так как в противном случае трудно получить сплош­ ную проводящую пленку.

Вместо графитирования можно получить проводя­ щий слой методом химического восстановления метал­ лов из водных растворов. В настоящее время разра­ ботаны способы получения пленок серебра, меди, зо­ лота, никеля, кобальта и некоторых других металлов.

Наиболее широко применяются пленки серебра, реже меди. Обычно для реакции серебрения берут азотнокислое серебро, а в качестве восстановителя формальдегид, пирогаллол, глюкозу, сегнетову соль. Способ нанесения проводящих паст с последующим вжиганием применяется в тех случаях, когда необхо­ димо получить исключительно прочное сцепление ме­ таллического покрытия с непроводником — керамикой, стеклом или пластмассой.

Для получения проводящего слоя используются специальные составы — пасты, которые наносятся на поверхность и затем нагреваются до сплавления с

197

диэлектриком. Наибольшее распространение получили пасты на основе серебра.

Для вжигания серебра в керамику или стекло при­ меняют специальные флюсы (смесь борнокислого свинца и окиси висмута). На полученную пленку можно осаж­ дать гальванически другие металлы.

Нанесение разделительного слоя. Для легкого отде­ ления нарощенной копии от металлической формы наносят так называемый разделительный слой. Разде­ лительными слоями могут служить пленки из окислов и солей некоторых металлов, а также из графита и органических веществ (жиры и масла). К раздели­ тельным слоям предъявляются следующие требования:

1) разделительный слой должен покрывать изде­ лие равномерно на одинаковую толщину, так как в противном случае уменьшится точность воспроиз­ ведения рельефа поверхности формы;

2)омическое сопротивление разделительного слоя не должно быть чрезмерно большим;

3)разделительный слой должен быть достаточно устойчив при погружении в электролит.

В настоящее время чаще всего прибегают к нане­ сению разделительных слоев химическим путем.

В зависимости от металла, из которого изготов­

лена форма, наносят сульфидные, оксидные, хромат­ ные и другие пленки. Сульфидные пленки могут быть образованы на свинце, меди, серебре, никеле при обработке их 1%-ным раствором сернистого натрия.

Хроматные пленки на серебре и свинце получаются погружением в раствор, содержащий 1 г/л двухромо­ вокислого калия. Оксидные пленки образуются при обработке их различными окислителями.

Электрохимическое осаждение металла на прово­ дящий и разделительный слои. Как уже отмечалось,

металл осаждается либо на металлические формы, по­ крытые разделительным слоем, либо на неметалличе­ ские формы, покрытые проводящим слоем. Во втором случае при подготовке к осаждению металла необхо­ димо особое внимание уделять контактным приспособ­ лениям. Обычно перед нанесением проводящего слоя к форме по ее периферии присоединяется медная про­ волока. Монтировать проволоку следует за пределами рабочей поверхности формы, так как в противном слу-

198

чае могут возникнуть затруднения при электроосажде­ нии металла. Кроме того, для ускорения процесса за­ тяжки формы металлом (в частности, при графитиро­ вании) к отдельным точкам поверхности подводят ток с помощью тонких медных проволочек.

Перед завешиванием форм в ванну поверхность проводящего слоя для лучшего смачивания обрабаты­ вают специальными растворами. Так, например, если проводящий слой нанесен на восковую или гипсовую форму путем графитирования, то форму перед затяж­ кой медью обрабатывают 50%-ным раствором этило­ вого спирта или смесью электролита со спиртом в от­ ношении 1:1.

Завешивание изделий в ванны рекомендуется про­ водить под током во избежание растравливания ме­ таллических проводящих пленок.

Первичное покрытие металлом по проводящему слою необходимо проводить в условиях, обеспечиваю­ щих осаждение металла с малыми внутренними напря­ жениями, так как в противном случае осадок может отстать от формы.

Для затяжки по проводящему слою применяют обычно слабокислые медные и никелевые электролиты. Так, при затяжке медью по серебряному проводящему слою, полученному химическим способом, рекомен­ дуется следующий состав электролита (в г/л):

Медный купорос . . . 150—200 Серная кислота .... 7—15 Этиловый спирт .... 30—50 мл

Режим работы: катодная плотность тока 1—2 а/дм2, температура 18—25°.

Для уменьшения внутренних напряжений в медном осадке рекомендуется вводить в электролит сегнетову соль.

В ваннах для первичного покрытия обычно отсут­ ствует перемешивание, и процесс ведут при малых плотностях тока. Поэтому нецелесообразно проводить последующее наращивание металла в этих условиях, так как оно было бы слишком длительным. Вот по­ чему после затягивания формы металлом в первой ванне ее переносят во вторую, более концентрирован­ ную, работающую с перемешиванием, а в некоторых

199

Глава XIX

ОКСИДИРОВАНИЕ И ФОСФАТИРОВАНИЕ

МЕТАЛЛОВ

1. Оксидирование черных металлов

Оксидирование представляет собой процесс полу­ чения окисных пленок на поверхности металлов хими­ ческим или электрохимическим методом.

Оксидирование стальных изделий применяют для защиты от коррозии при использовании их в легких условиях эксплуатации.

Химические способы оксидирования получили наи­ большее распространение. К ним относятся щелочное и кислое оксидирование. В первом случае обработка стали производится в горячем концентрированном рас­ творе едкой щелочи, содержащем окислители.

Рекомендуется следующий состав раствора (в г):

Режим работы: температура раствора при загрузке 138—140° С, при выгрузке 142—146° С, продолжитель­ ность оксидирования 20—60 мин.

Азотистокислые соли способствуют получению бле­ стящих пленок с синеватым оттенком. Толщина пленки составляет 0,8 —1,5 мк.

Увеличение концентрации щелочи приводит к по­ вышению толщины оксидной пленки на металле, но

201

при этом на поверхности пленки появляется краснобурый рыхлый налет гидрата окиси железа, ухудшаю­ щий ее свойства.

Для предотвращения образования красного налета гидрата окиси железа в раствор добавляют неболь­ шое количество желтой кровяной соли или циани­ стого калия. Продолжительность обработки зависит от требований, предъявляемых к пленкам. Декоратив­ ное оксидирование продолжается 30—40 мин. Для по­ лучения пленок, более стойких против коррозии, время увеличивается до 1,5—2 час. Поступающие на окси­ дирование изделия должны быть очищены от жиро­ вых загрязнений и следов коррозии.

После оксидирования необходима тщательная про­ мывка в воде: сначала в непроточной, а затем в про­ точной, иначе оставшиеся на металле соли могут способствовать его коррозии и ухудшить декоратив­ ный вид (белый налет).

Чтобы проверить качество промывки, на поверх­ ность изделия наносят 2—3 капли спиртового раствора фенолфталеина. В присутствии остатков щелочного раствора он окрашивается в розовый цвет. Для пол­ ного устранения щелочи целесообразно промывать детали в слабом растворе хромового ангидрида. По­ вышение стойкости оксидированных изделий против коррозии достигается обработкой их смазочными мас­ лами. С этой целью промытые изделия погружают на

в нагретое до 110—115° минеральное масло (машин­ ное, веретенное, трансформаторное или вазелиновое) и затем протирают ветошью.

Кислое оксидирование применяется при антикор­ розийной и декоративной обработке изделий из угле­ родистой и нержавеющей стали.

Образующаяся пленка не является чисто оксидной, так как помимо окислов железа она содержит фос­ фаты, в том числе фосфорнокислые соли кальция или бария. Толщина ее достигает 3 мк.

Бесщелочное, или кислое, оксидирование по срав­ нению со щелочным имеет некоторые преимущества;

202

продолжительность обработки изделий сокращается в 2—3 раза; сопротивление истиранию и коррозийная стойкость таких покрытий значительно выше оксид­ ных. Оксидно-фосфатные покрытия являются хорошим грунтом для лакокрасочных покрытий.

Состав раствора для бесщелочного оксидирования следующий (в г/л):

Ортофосфорная кислота................ 4—10 Азотнокислый кальций.................... 70—100 Перекись марганца........................ 10—20

Режим: обработка изделий производится при тем­ пературе кипения раствора около 100°С в течение 35—45 мин.

Процесс оксидирования сопровождается бурным выделением пузырьков газа. Прекращение выделения газа указывает на то, что формирование на металле оксидно-фосфатной пленки закончено и изделие можно выгружать из ванны.

При оксидировании легированной стали концентра­ цию ортофосфорной кислоты во всех растворах повы­ шают до 10—13 г/л. При содержании ортофосфорной кислоты менее 2 г/л защитные свойства пленки ухуд­ шаются.

Контроль раствора состоит в определении кислот­ ности и периодическом анализе на содержание нитра­ тов. Кислотность принято выражать в „точках", кото­ рые указывают на количество миллилитров 0,1 н. рас­ твора щелочи, пошедшего на титрование 10 мл рабочего раствора. Наименьшее количество свободной ортофос­ форной кислоты, при котором можно вести оксидиро­ вание, соответствует 3,5—4 „точкам". Для повышения кислотности на одну „точку" добавляют 1 г кислоты (считая на 1ОО°/о-ную ортофосфорную кислоту) на каж­ дый литр раствора.

Если на изделиях при оксидировании появляется белый налет, то для его удаления изделия периоди­ чески вынимают из ванны и промывают в воде, а за­ тем продолжают оксидирование.

Обработка изделий после бесщелочного оксидиро­ вания ничем не отличается от обработки после окси­ дирования в щелочных растворах.

Из неполадок необходимо отметить: неравномер­

203

ную окраску, которая обычно свидетельствует о пло­ хом обезжиривании; появление черного мажущего на­ лета — следствие повышенной концентрации свободной ортофосфорной кислоты; образование тонкой просве­ чивающей пленки с отдельными светлыми участками — результат уменьшения концентрации ортофосфорной кислоты ниже нормы.

2. Оксидирование цветных металлов

Из всех цветных металлов особенно широко рас­ пространено оксидирование алюминия и его сплавов, которые благодаря малому удельному весу, низкому электрическому сопротивлению и хорошим механи­ ческим свойствам находят широкое применение в раз­ личных отраслях промышленности.

Поверхность алюминия покрыта естественной окис­ ной пленкой толщиной в сотые доли микрона. Вполне понятно, что такая пленка не может служить надеж­ ной защитой против коррозии. С помощью химиче­ ского или электрохимического оксидирования можно значительно увеличить толщину пленки и улучшить ее физико-химические и механические свойства.

Метод химического оксидирования в промышлен­ ности не имеет широкого применения и используется главным образом для защиты труб и литых алюми­ ниевых деталей очень сложной формы, не содержа­ щих медь. Химическое оксидирование производится в слабо щелочных растворах, содержащих хроматы. Пленки, полученные таким путем, имеют толщину 2— 4 мк и значительно уступают по своим защитным свойствам пленкам, полученным анодным оксидиро­

Электрохимический способ оксидирования приме­ няют не только для защиты изделий от коррозии, но и для декоративной отделки поверхности металла, получения на ней фотоизображений, повышения изно­ состойкости, создания поверхностного электроизоля­ ционного слоя и слоя, обладающего высокой твердо­ стью.

204