Cynkowanie i jego zastosowanie
Cynkowanie — metoda osadzania metali na powierzchni wyrobów metalowych i niemetalowych przy użyciu elektroliza… Po takim osadzeniu powierzchnia produktu nabiera duża odporność na korozję, piękniejszy wygląd (powłoka dekoracyjna), czasem — większa twardość, odporność na zużycie.
Jeżeli w tym przypadku produkt pokryty jest bardzo cienką (5 — 30 μm) warstwą metalu, tylko w rzadkich przypadkach (utwardzanie powierzchni) sięgającą dziesiątych części milimetra, wówczas ten rodzaj procesu nazywamy powlekaniem galwanicznym.
Obecnie galwanizacja jest szeroko stosowana (miedziowanie, niklowanie, chromowanie, srebrzenie, złocenie, kadmowanie, cynkowanie, cynowanie, ołów).
Złocenie, srebrzenie, niklowanie i chromowanie stosuje się głównie do celów dekoracyjnych, jednocześnie zwiększając odporność na korozję.
Miedź jest stosowana głównie jako warstwa pośrednia w produktach ze stali niklowej lub chromowej.Dobra przyczepność metalu ochronnego do materiału wyrobu jest bardzo ważna dla trwałości powłok. Cykiel i chrom mocno przylegają do stali, dlatego ta ostatnia jest najpierw zmiękczana, a następnie nakładana jest warstwa niklu lub chromu do miedzi.
Ponieważ warstwa chromu w niektórych przypadkach nie chroni przed korozją, stosuje się również powłokę trójwarstwową (miedź-nikiel-chrom). Pokrycie produktów warstwą niklu lub chromu chroni powierzchnię przed utlenianiem po podgrzaniu do 480 — 500 ° C. Powłoka cynkowa jest szeroko stosowana do ochrony przed korozją; w niektórych przypadkach uciekają się do kadmu.
Chromowanie i niklowanie stosuje się również w celu poprawy odporności powierzchni na zużycie, na przykład w przemyśle poligraficznym. Pokrycie stereotypu warstwą niklu, chromu lub żelaza może wydłużyć jego żywotność nawet 10-krotnie. W takich przypadkach grubość nałożonej folii powinna być większa (30-50 mikronów lub więcej).
Niezastąpionym warunkiem przyczepności nałożonej warstwy do podłoża jest czystość jego powierzchni. Dlatego przed elektrolizą z produktów starannie usuwane są najmniejsze ślady brudu, tlenków, tłuszczów. Aby to zrobić, są one zwykle odtłuszczane w gorących roztworach zasad lub w rozpuszczalnikach organicznych - nafcie, benzynie.
W celu usunięcia tlenków i zanieczyszczeń produkty poddaje się trawieniu w kwasie siarkowym lub solnym, aw celu uzyskania gładkich powierzchni - poprzez szlifowanie i polerowanie. Ostatnią operację powtarzamy po aplikacji, jeśli ze względów dekoracyjnych konieczne jest uzyskanie błyszczącej powierzchni, ponieważ produkty łazienkowe są zazwyczaj matowe.
Główną częścią elektrolitu są sole zastosowanego metalu.Ponadto, aby poprawić przewodność elektrolitu, często wprowadza się do niego kwasy lub zasady, które powodują, że elektrolit ma odczyn kwaśny lub zasadowy. Podczas złocenia i srebrzenia, a niekiedy miedziowania, do elektrolitu wprowadza się związki cyjanku, co zapewnia lepszą przyczepność powłoki do metalu nieszlachetnego.
Z reguły rozpuszczalne anody są stosowane w procesach galwanicznych w postaci pasków lub prętów metalu nakładanego na katodę. W tym przypadku metal jest przenoszony z anody na katodę. Jednak stosowane są również anody wykonane z metalu lub stopu nierozpuszczalnego w danym elektrolicie, np. w chromowaniu, wykonane z ołowiu lub stopu ołowiu z antymonem.W takim przypadku metal oddziela się na wyrobach ze względu na elektrolit i sól stosowanego metalu należy systematycznie dodawać do elektrolitu.
Cynkowanie odbywa się w wannach wykonanych z materiału odpornego chemicznie na zastosowany elektrolit. Duże wanny są stalowe, spawane, a dla roztworów kwaśnych izolowane od wewnątrz gumą, ebonitem, tworzywem winylowym lub pokryte lakierami kwasoodpornymi i żaroodpornymi.
Przedmioty obrabiane są zwykle montowane na wieszakach w wannie. Dla procesów zachodzących przy małej gęstości prądu (0,01 — 0,1 A/cm2) stosuje się kąpiele stacjonarne ze stałymi katodami.
Przy dużych gęstościach prądu (np. przy chromowaniu) stosuje się kąpiele ciągłe, w których produkty podczas procesu powlekania przemieszczają się z jednej krawędzi kąpieli na drugą. Wanny takie są zwykle wyposażone w urządzenia do mieszania elektrolitu ze sprężonym powietrzem i jego filtrowania.
Przy dużej wydajności stosowane są automaty wyposażone w szereg kąpieli, w których przeprowadzane jest nie tylko powlekanie samych produktów, ale również przygotowanie ich powierzchni (odtłuszczanie, trawienie i płukanie). W takich maszynach produkty, poruszając się po stopniach w poziomie iw pionie, kolejno przechodzą przez wszystkie wanny.
Galwanizacja, podobnie jak wszystkie procesy elektrolityczne, wykorzystuje prąd stały, zwykle o niskim napięciu (6 - 24 V). Proces jest regulowany poprzez zmianę gęstości prądu, wartość tej ostatniej zmienia się w zależności od procesu od setnych i dziesiątych części A/dm2 w złoceniu i srebrze do dziesiątych części A/cm2 w chromowaniu.
Wraz ze wzrostem gęstości prądu wzrasta ilość osadzanego metalu w jednostce czasu, ale gdy przekracza ona pewną wartość (własną dla każdego procesu), jakość powłoki gwałtownie się pogarsza. Wanny ocynkowane zasilane są z generatorów prądu stałego lub przetwornic półprzewodnikowych.
W przypadku większości procesów galwanicznych wydajność prądowa jest stosunkowo wysoka (od 100 do 90%), dla wielu procesów, na przykład złocenia i niektórych rodzajów miedziowania, wydajność prądowa spada do 70 - 60%. Tylko w przypadku chromowania jest bardzo niski (12%), ponieważ w tym procesie większość zużywanej energii elektrycznej jest wydawana na reakcje uboczne.
W ostatnich latach przeprowadzono eksperymenty nad wykorzystaniem prądu przemiennego w procesach galwanicznych. Zwykle składowa prądu przemiennego nakłada się na prąd stały, przy czym amplituda składowej prądu przemiennego jest około 2 razy większa od wartości prądu stałego.Wykorzystanie prądu przemiennego w produkcji powłok niklowych, miedzianych i cynkowych może poprawić ich jakość, w szczególności ograniczyć zanieczyszczenie nakładanej warstwy zanieczyszczeniami.
W niektórych przypadkach powłoka miedziana jest możliwa przy zasilaniu wanny prądem o częstotliwości 50 Hz. Wyjaśnia to częściowe prostowanie prądu przemiennego przez ogniwo elektrochemiczne, dzięki czemu w prądzie kąpieli pojawia się stały składnik.