Что такое гальванопластика

Медная скульптура, гальванопластика

Гальванопластика это раздел гальваники, изучающий методы получения копий предметов, выполненных с помощью гальванического осаждения металла на поверхность формы из диэлектрика (гипса, воска, пластмассы) или другого металла. Другими словами, гальванопластика — это метод получения копий предметов в металле.

Существующие способы металлообработки позволяют изготовить из металла деталь требуемой формы и дают точное воспроизведение необходимых параметров в металле, но точная обработка металла требует применения дорогостоящего оборудования и инструмента. Методы литья, ковки и штамповки зачастую не дают необходимой точности при изготовлении деталей сложной конфигурации, а изготовление крупных и рельефных изделий с помощью данных способов невозможно.

Методы гальванопластики позволяют воспроизвести фактически любую форму в металле, с любым рельефом и с высокой точностью. Родоначальником метода гальванопластики стал русский ученый Борис Семенович Якоби. Название способа «гальванопластика» возникло из-за пластически точной формы, полученной при осаждении меди на поверхность формы в процессе электролиза.

Существует два направления гальванотехники – первое направление изучает осаждение тонкого защитного слоя одного металла на поверхность другого для получения функциональных или декоративных покрытия. Такие покрытия – никелирование, меднение, цинкование, хромирование, золочение или серебрение выполняются гальваническим или химическим методом.

Второе направление – гальванопластика, описывает процессы осаждения толстых слоев металла на поверхность металла или диэлектрика (после металлизации поверхности). Причем кроме типа поверхности и толщины осаждаемого слоя, принципиальным отличием методов являются характеристика прочности сцепления осаждаемого слоя с поверхностью. В гальванике прочность сцепления должна быть максимально возможной и является одной из самых важных характеристик покрытия. В гальванопластике задача обратная - необходимо обеспечить свободное отделение осажденного слоя от поверхности формы, зачастую без ее разрушения.

Гальванопластика

Гальванопластика используется не только в промышленности, но и в искусстве для воспроизведения точных копий с художественных изделий. Для воспроизведения копий готовятся специальные слепки (формы) из диэлектриков, на поверхность которых, после их металлизации (покрытия тонким слоем токопроводящего материала), электролитическим методом осаждают слой металла. В качестве материалов для изготовления форм используют гипс, воск, пластмассу. Для формирования токопроводящего слоя используется мелкозернистый графит, или специальные лаки и покрытия.

Теоретические основы гальванопластики

Металлы, которые осаждают на поверхность формы в процессе гальванопластики выделяют из водных растворов их солей – сульфатов. Процессы электролитической диссоциации, в результате которых молекулы солей металла распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы, достаточно широко отражены в теоретических материалах по гальванике. По сути процесс гальванопластики является гальваническим процессом – изделие погружают в электролит (водный раствор сульфатов) и подключают к минусу, электроды (пластины из того же металла, что и будущее покрытие) подключают к плюсу источника постоянного тока. По мере прохождения через электролит тока будет происходить электролиз и на поверхность изделия будет осаждаться слой металла.

Для получения копий деталей и предметов искусства наиболее распространен метод осаждения меди. Для приготовления медного электролита используют медный купорос – кристаллогидрат сульфата меди и серную кислоту. Медный купорос, при прохождении электрического тока через электролит, выделяет ионы меди (катионы) которые осаждаются на детали, подключенной к катоду. Серная кислота используется для повышения электропроводности раствора.

Формы для гальванопластики

Формы для гальванопластики изготавливают из гипса, воска или парафина, возможно использование других пластичных материалов, главное, чтобы они удовлетворяли следующим требованиям:

  • форма должна легко отделятся от копируемого предмета, при этом давая его четкий отпечаток;
  • форма не должна давать усадку или деформацию в процессе сушки, затвердевания или охлаждения;
  • форма должна быть устойчива к воздействию электролита, не разрушаться в процессе электролиза, не загрязнять электролит;
  • форма должна обладать достаточной адгезией к наносимому на нее токопроводящему слою.

Изготовление гипсовых форм

Гипс обладает высокой гигроскопичностью, поэтому формы, изготовленные из этого материала, требуют дополнительной обработке – пропитки воском, парафином, озокеритом. Изготовление гипсовых форм проходит следующим образом:

  1. После отделения формы (слепка) от копируемого изделия ее необходимо высушить. Сушку проводят при медленном и равномерном повышении температуры до 600С. Слепки, состоящие из нескольких сегментов, сушат плотно прижатыми друг к другу. Интенсивный нагрев формы недопустим, т. к. может привести к деформации или появлению трещин. Влага должна свободно испаряться с поверхности.
  2. Пропитка гипсовых форм проходит в расплаве воскового состава. Эффективными составами для пропитки являются составы на церезиновой, озокеритовой или стеариновой основе с добавлением канифоли. Температура плавления состава для пропитки должна находится в пределах 50-1250С. Форму помещают в расплав и нагревают, поддерживая температуру выше точки плавления состава. Необходимо, чтобы форма пропиталась составом на глубину 2-5 мм, в зависимости от толщины. Время выдержки зависит от толщины формы и температуры расплава и составляет, примерно, 2-2,5 часа для толстых форм, 20-30 минут для тонких. При повышении температуры состава для пропитки необходимое время выдержки сокращается, но высокая температура может вызвать перегрев формы, и в результате, ее растрескивание или деформацию.
  3. Нанесение токопроводящего слоя мелкодисперсного графита на поверхность формы проводят непосредственно после окончания пропитки, пока еще форма не остыла. На теплую поверхность предварительно наносят первый, черновой слой графита, затем на остывшую форму повторно наносят графит аккуратно закрашивая проблемные участки и мелкий рельеф. Графит для металлизации форм должен быть тщательно измельчен в фарфоровой шаровой мельнице, а также очищен от оксидов железа с помощью хлорводородной кислоты. Перед нанесение на форму графит просеивают через сито, с количеством ячеек не менее 400 на см2. Достаточно сложно выбрать степень измельчения графита – мелкодисперсный графит точнее покрывает и повторяет мелкие детали композиции, а более крупные частицы графита лучше проводят ток и обладают меньшим сопротивлением, что способствует качественной металлизации. Именно поэтому многие мастера предпочитают использовать для металлизации форм для гальванопластики специальные токопроводные составы, которые обеспечивают не только формирование качественного токопроводящего слоя, но и в мельчайших подробностях повторяют тонкий рельеф поверхности.

Изготовление восковых форм

Восковые составы для изготовления форм применяют, для снятия копии с предметов путем непосредственной заливки состава на его поверхность, при изготовлении художественных композиций из растений, изготовлении металлизированных кружевных композиций.

В прошлом подобная технология применялась для изготовления пластинок, при этом использовался состав, который оптимально подходит для копирования изделий с большим числом мелких деталей и тонким рельефом. Такая восковая композиция состоит из 33% стеарата натрия, 15% стеарата свинца, 7% стеариновой кислоты, 4% стеарата алюминия (состав примерный, указаны проценты по массе). Температура плавления такой восковой композиции составляет 80-900С.

Можно изготовить восковую форму, используя и более доступные вещества. Например, 70% канифоля, 20% воска, 10% парафина, или 30% воска и 70% стеарина.

Компоненты, входящие в состав восковой композиции, смешивают, поочередно расплавляя на паровой бане. Начинают с компонентов, имеющих низкую температуру плавления и поочередно вводят более тугоплавкие компоненты. Если состав включает огнеопасные компоненты, например, скипидар, их вводят в последнюю очередь. Графит на восковые формы наносят осторожно, без давления, мягкой кистью. Графит плохо сцепляется с поверхностью восковой композиции, поэтому процесс графитирования может занять длительное время.

Если в процессе электролиза вы заметили на поверхности формы участки, на которых не осаждается металл необходимо провести дополнительное графитирование. Форму достают из электролита, промывают под струей воды, сушат, и наносят мягкой кистью на непокрытые участки графит.

Подключение форм к источнику тока

Подвешивание формы в гальванической емкости и подключение формы к источнику тока ответственный процесс, от которого зависит успешное протекание процесса гальванопластики.

Проводники, с помощью которых форму подключают к источнику тока изготавливают из мягкой медной и латунной проволоки. Перед подключением проволоку обжигают и протравливают для удаления окисных пленок. Площадь сечения проводника зависит от размеров формы – для небольших восковых форм, пропитанных воском кружевных композиций и т. д. используется проволока диаметром менее 0,15 мм. Для крупных гипсовых композиций диаметр проволоки может быть от 0,5 мм и более.

Основная задача, которую нужно решить при подключении, это снижение сопротивления тока в месте подключения. Достигается это либо увеличением диаметра проволоки, либо увеличением площади соприкосновения проволоки с формой.

Отверстия для подвешивания формы в гальванической емкости проделывают заранее, на краях формы (в нерабочих зонах). Гипс просверливают до его пропитки, отверстия на восковые формы проделывают до их полного остывания.

Если плотность материала, из которого изготовлена форма меньше плотности электролита, необходимо предусмотреть дополнительные отверстия для подвешивания грузов.

Установка формы в гальваническую емкость

Плоские формы помещают в электролит под углом относительно поверхности электролита. Делают это для того, чтобы пузырьки воздуха свободно уходили с поверхности формы, не застаивались в углублениях рельефа. Иногда для предотвращения образования пузырьков газа поверхность формы перед погружением в электролит обрабатывают спиртом. Мелкие пузырьки удаляют с формы мягкой кистью.

Для установки крупных форм, имеющих частично закрытые полости, используют следующий прием: форма устанавливается в сухую емкость, затем медленно вливают электролит. Раствор должен вытеснять воздух из полостей формы.

Читайте продолжение описания процесса гальванопластики в статье «Гальванопластика своими руками».

Возможно Вас заинтересуют статьи:

  • Гальванопластика своими руками

    Установку для гальванопластики в домашних условиях собрать несложно, оборудование и материалы для электрохимического осаждения меди находятся в...

 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить