Objašnjenje galvanizacije – kako funkcionira, vrste, prednosti i više

Galvanizacija je uobičajeni proces završne obrade površine u proizvodnoj industriji za premazivanje materijala (podloge) drugim metalom. Posljednjih godina proces je doživio mnogo napretka, što ga čini mnogo točnijim i sposobnijim za rad sa širim rasponom materijala.

U ovom ćemo članku istražiti moderni proces galvanizacije kako bismo razumjeli što je to, kako funkcionira, njegove prednosti i ograničenja.

Što je galvanizacija?

Galvanizacija je proizvodni proces u kojem se tanki sloj metalnih atoma elektrolizom taloži na drugi materijal. Dodani metal poznat je kao metal za taloženje, a temeljni materijal ili obradak poznat je kao materijal supstrata.

Dodavanjem sloja željenog metala možemo poboljšati nekoliko fizikalnih, mehaničkih i kemijskih svojstava podloge, poput čvrstoće, toplinske vodljivosti, električne vodljivosti, otpornosti na habanje i koroziju.

Poboljšanje ovih svojstava može nam omogućiti kombiniranje različitih metala kako bismo postigli svojstva koja savršeno odgovaraju različitim primjenama.

Kako funkcionira proces galvanizacije?

Proces galvanizacije radi na principu elektrolitičke ćelije.

U ovom procesu dvije metalne šipke stavljaju se u elektrolit. Šipke djeluju kao elektrode kada su spojene na suprotne priključke baterije ili napajanja kako bi stvorile razliku potencijala. Električna struja uzrokuje raspadanje kupke elektrolita na otopljene metalne ione, a pozitivno nabijeni metalni ioni talože se na negativnoj elektrodi (katodi).

Ovi pozitivno nabijeni ioni dio su elektrolita. Kako se talože na katodi, njihova koncentracija u elektrolitu se smanjuje. Odabirom odgovarajućeg elementa za anodu možemo nadoknaditi koncentraciju pozitivnih iona.

Na primjer, ako trebamo presvući mjed bakrom, mjed postaje podloga. Spajanje na negativni terminal čini ga katodom. Koristimo elektrolit, kao što je otopina bakrenog sulfata, koja daje pozitivne ione bakra nakon raspadanja. S druge strane, koristimo bakrenu anodu za obnavljanje pozitivnih iona elektrolita.

Možemo kontrolirati debljinu ploče, brzinu taloženja metala, završnu obradu površine, boju i mnoge druge čimbenike manipulirajući procesnim parametrima. Na primjer, korištenje ploča od čistog bakra dat će bolji izgled od običnih bakrenih šipki dostupnih na tržištu.

Koristeći ovaj proces, materijal se može obložiti s jednim ili više metala.

Vrste metoda galvanizacije

Tijekom godina, postavke procesa galvanizacije razvile su se kako bi odgovarale različitim primjenama. Odabirom metode u skladu s primjenom, učinkovitost rada može se značajno povećati.

Da bismo odabrali pravi, prvo moramo razumjeti različite vrste. Općenito, metode galvanizacije mogu se podijeliti u četiri glavne vrste. Ovi su:

Masovno oplatanje
Oplata stalka
Kontinuirano plating
In-line plating

Masovno oplatanje

Oplata cijevi

Kao što naziv sugerira, masovno oplata se koristi za aplikacije u masovnoj proizvodnji. Metoda može obraditi veliku količinu proizvoda koji zahtijevaju tanke slojeve metala.

Uobičajena vrsta metode masovne oplate poznata je kao bačvasta oplodnja. U ovoj metodi, materijal koji se oblaže (supstrat) uranja se u bačvu koja sadrži metalnu sol (elektrolit) i anodu metala za oblaganje.

Postavljanje oplate bačve vrlo je ekonomično za male dijelove koji trebaju jednoličan premaz. Kako se bačva okreće, svi se dijelovi čiste, odstranjuju kamenac i ravnomjerno premazuju u većoj mjeri u usporedbi s oplatom na nosaču.

Ova metoda se ne preporučuje za dijelove koji zahtijevaju detaljnu završnu obradu bez ogrebotina i zapetljanja.

Masovno oplata se općenito koristi za male, ali robusne dijelove kao što su matice, vijci i vijci.

Oplata stalka

Kada su dijelovi veći od onih koji su prikladni za masovno oplatanje, koristi se metoda rack platinga. U rack platingu, dijelovi se postavljaju na stalak i uranjaju u kupku za kemijsku galvanizaciju.

Za razliku od masovnog presvlačenja, proces oplate smanjuje oštećenje osjetljivih ili lomljivih dijelova i prekriva unutarnje konture i duboke pukotine dijelova.

Ovaj proces je, međutim, skuplji od masovnog platinga. Ali to nadoknađuje pružanjem sloja presvlake mnogo više kvalitete od masovno obloženog proizvoda.

Oplata stalka obično je najbolja za velike, lomljive i složene dijelove koji zahtijevaju oplatu od zlata, srebra, kositra, bakra ili nikla.

Kontinuirano plating

Kontinuirani proces galvanizacije izvodi se na iznimno dugim dijelovima, kao što su metalne cijevi, žice i trake.

U slučaju tankih traka, ovaj postupak je također poznat kao postupak presvlačenja s koluta na kolut. U ovom procesu, dugi proizvod prolazi kroz kemijsku kupelj određenom brzinom. Kvaliteta krajnjeg proizvoda kontrolira se manipulacijom parametara procesa i vremena provedenog u kupki.

Kolut proizvoda koji se premaže odmotava se na početnoj stanici, a nakon što prođe elektrolit/anodu i bude obložen, namotava se radi lakšeg skladištenja i transporta. Zatim se mogu izvršiti daljnji postupci za utiskivanje u potrebne oblike.

In-line plating

Metoda in-line metaliziranja koristi pokretnu traku za operaciju metaliziranja. Metal prolazi kroz različite stanice, a automatizirani strojevi olakšavaju kemijsku reakciju.

Line plating se općenito koristi za premazivanje bakra, cinka, kroma i kadmija. Različiti supstrati mogu biti obloženi ovim metalima kroz linijsku oplatu. Ova metoda je relativno jeftinija od drugih metoda jer je potrebna manja količina kemikalija po komadu.

Prikladni materijali

Galvanizacija je svestran proces zahvaljujući činjenici da zahtijeva samo jedno svojstvo u podlozi: električnu vodljivost.

Budući da je ovo svojstvo dostupno isključivo za metale (osim nekoliko iznimaka), u početku smo mogli koristiti galvanizaciju samo za metale. Ali s pojavom vodljivih sprejeva i premaza, sada je moguće premazivati i nevodljive materijale kao što su plastika i drvo.

Kao rezultat toga, danas postoji mnogo više materijala koji se mogu galvanizirati. Materijal podloge može uvelike varirati ovisno o primjeni.

Posrebrivanje ili pozlaćivanje često se koristi za poboljšanje izgleda. Za poboljšanje svojstava kao što su otpornost na bakterije i vodljivost, omiljeno je bakrenje. Galvanizacija bakra također nudi povećanu savitljivost, podmazivanje i otpornost na koroziju.

Slično tome, kada trebamo poboljšati otpornost na koroziju i habanje istovremeno, idemo na poniklavanje. Nikal također poboljšava izgled proizvoda.

Neki drugi metali koji se obično koriste za premazivanje u galvanizaciji su krom, kadmij, cink, željezo i titan.

Ali podloga i premaz moraju se pažljivo odabrati. Ne kombiniraju se svi materijali jedni s drugima. Na primjer, čelik se ne može odmah posrebriti. Prvo se mora presvući bakrom ili niklom prije posrebrenja.

Prednosti

Prvo moderno postrojenje za galvanizaciju postavljeno je u Hamburgu krajem 19. stoljeća. Namjera je bila poboljšati izgled. Ali kako je znanost shvatila mehanizam i prednosti galvanizacije, njezina primjena u neukrasne svrhe postala je uobičajena.

Danas razumijemo pravu širinu prednosti galvanizacije. Nabrojimo ih radi boljeg općeg razumijevanja.

Poboljšana fizička svojstva (boja, sjaj, vodljivost, mala težina)

Galvanizacija poboljšava fizikalna svojstva kao što su boja, sjaj i vodljivost.

Boja i sjaj pružaju kozmetičke nadogradnje koje su neophodne za mnoge svakodnevne proizvode, kao i za umjetničke primjene.

Svakodnevni uređaji i kuhinjski proizvodi poput posuđa, tava, pribora za jelo, slavina, kuhala za vodu i drugih naprava postaju puno privlačniji kada su obloženi sjajnijim metalima poput bakra, zlata ili srebra. Također poboljšava njihovu funkcionalnost, jer se galvanizirani proizvodi često lakše čiste.

Izgled umjetničkih instalacija kao što su skulpture i figurice također se može poboljšati upotrebom galvanizacije. Kao rezultat toga, galvanizacija se također koristi u projektima restauracije i očuvanja umjetnina osim stvaranja nove umjetnosti.

Funkcionalnost također može dobiti poticaj u tehničkim primjenama koje uključuju električne komponente kao što su antene i integrirani krugovi. Iako su metali već vodljivi, njihovo oblaganje boljim vodičem poboljšava ukupnu vodljivost dijela, a istovremeno održava niske troškove.

Troškovi su također smanjeni činjenicom da se nemetali mogu koristiti za električne primjene nakon galvanizacije. Osim nižih troškova, nemetali imaju i manju težinu, što smanjuje troškove i poteškoće vezane uz transport i skladištenje proizvoda.

Poboljšana mehanička svojstva (vlačna čvrstoća, čvrstoća na savijanje, otpornost na abraziju, završna obrada površine)

Galvanizacija također poboljšava mehanička svojstva kao što su vlačna čvrstoća, otpornost na trošenje i trajnost, ovisno o primjeni.

Mali porast vlačne čvrstoće dovoljan je da se premosti jaz između SLA smola 3D printanja (plastika) i metalnih legura. Izrazite karakteristike čvrstoće omogućuju upotrebu galvaniziranih materijala u primjenama gdje bi se prije morali koristiti metali.

Metalna obloga na plastičnom proizvodu, osim što čini proizvod lakšim, također daje izvrsne karakteristike čvrstoće na savijanje.

Također možemo poboljšati površinsku obradu pomoću galvanizacije. To olakšava rukovanje proizvodima i smanjuje trenje.

Sva ova poboljšanja povećavaju kratkoročnu izvedbu, a istodobno produljuju životni vijek proizvoda.

Poboljšana kemijska svojstva (otpornost na koroziju, kemikalije, UV i zračenje)

Kemijska svojstva materijala također se mogu poboljšati galvanizacijom. Svojstva kao što su otpornost na koroziju, otpornost na kemikalije i UV svjetlo presudna su u određenim primjenama kao što su medicinski implantati.

Medicinski implantati obično ovise o presvlakama od plemenitih metala zlata, srebra, bakra i platine za njihovu zaštitu od korozije, električnu vodljivost, raspršivanje topline, netoksičnost i antibakterijsku prirodu.

Proizvodi otporni na kemikalije i koroziju također su potrebni za teška radna okruženja gdje je proizvod izložen kemikalijama, vlazi i morskoj vodi.

Ograničenja

Galvanizacija ima određene nedostatke koji sprječavaju njezinu upotrebu u nekim slučajevima. Procijenimo ih kako bismo dobili potpunu sliku.

Složen proces

Proces je daleko od jednostavnog i može ga biti teško pouzdano provesti. Proces bi trebao biti postavljen s unaprijed određenim parametrima kako bi se dobili dijelovi dosljedne kvalitete. Pogreške u pripremi i prethodnoj obradi mogu dovesti do nedostataka, loše kvalitete i sposobnosti gotovih dijelova.

Galvanizacija se ne može koristiti za sve kombinacije materijala jer se možda neće dobro kombinirati s otopinom za galvanizaciju.

Dugo vrijeme nanošenja

Vrijeme nanošenja može biti predugo u nekim slučajevima. Brzina taloženja metala može se povećati ili povećanjem napajanja ili koncentracije elektrolita ili oboje. Ali to će uzrokovati neravnomjerno taloženje, što u nekim slučajevima može biti problem.

Prednosti su ograničene na površinu

Po svojoj prirodi, galvanizacija je ograničena samo na površinu. Nakon što se površinski sloj izgrebe, proizvod može izgubiti neke ili sve prednosti koje pruža proces.

Opasna priroda

Proces oslobađa plinove zbog redukcije na katodi. Ako su ti plinovi opasne prirode, predstavljaju značajnu opasnost za osoblje u blizini.

Izlaganje heksavalentnom kromu od kromiranja prikladan je primjer koliko opasan može biti proces galvanizacije.

Zamotavanje

Galvanizacija nije ništa drugo nego inženjersko čudo. U prošlosti smo ga mogli koristiti samo na metalima, ali to više nije slučaj. Danas možemo galvanizirati plastiku, keramiku, pa čak i organske materijale poput lišća i cvijeća.

Međutim, i dalje je vrlo težak proces za dosljedno izvršavanje. Zbog toga bi se inženjeri i dizajneri trebali obratiti pružateljima usluga galvanizacije za njihovu stručnost. Fractoryjevi prodajni inženjeri imaju puno iskustva u planiranju i izvođenju prilagođenih projekata, stoga nemojte oklijevati stupiti u kontakt.

Pitanja

Kako mogu prepoznati pozitivne i negativne terminale napajanja u otopini za galvanizaciju?

Vrlo je važno održavati pravi polaritet tijekom galvanizacije. Ako iz nekog razloga ne možete razlikovati anodu (pozitivnu elektrodu) od katode (negativnu elektrodu), zapamtite da se mjehurići stvaraju na katodi tijekom reakcije.

To nam govori da je elektroda s formiranjem mjehurića spojena na negativni priključak napajanja.

Što je bezelektrično oplata?

Bezelektrično oplata radi na principu elektrokemijske ćelije. Kemijska reakcija uzrokuje taloženje jednog materijala na drugi bez potrebe za električnom strujom. Metalni premaz obično je metal ili metalna legura, a supstrat može biti metal ili nemetal, poput plastike, keramike, stakla itd.

Što je elektroformiranje?

Proces elektroformiranja odnosi se na korištenje električne struje kroz kemijsku kupku za oblikovanje čvrstih modela sa zamršenim šupljinama. Proces je sličan galvanizaciji osim što umjesto površine gradimo čvrsti predmet sa složenom šupljinom.

Koristi predložak poznat kao trn. Trn je umočen u elektrolit i elektrolitička reakcija stvara sloj taloženog metala na trnu u negativnom obliku trna.