Устройство и применение гальванических ванн

Антикоррозийная обработка металлов и изделий из них актуальна для многих производств. Одним из видов технологического оборудования, которое решает соответствующие задачи, являются гальванические ванны. Из чего они сделаны, как устроены и как работают, читайте в статье.

Защитить металла от коррозии можно разными методами. Одним из них является гальваника. Она предусматривает использование специального оборудования, в частности, гальванических ванн. В ваннах содержатся растворы, в которые погружают металл. В результате электрохимической реакции на поверхности металла образуется тонкое, но прочное и надежное защитное покрытие.

Что такое гальваника?

Среди методов обработки металла гальваника занимает особое место. Это обусловлено ее эффективностью. Гальваника позволяет изменять свойства поверхности изделия или заготовки, не затрагивая структуру материала.

Метод применяется для:

• Повышения устойчивости металла к коррозии
• Улучшения декоративных свойств поверхности
• Увеличения износостойкости изделий

По сути, гальваника – это способ создания твердого металлического покрытия на подложке из другого металла. В процессе гальванизации под действием электрического тока растворенные катионы из электролита переносятся на твердую поверхность, буквально сливаясь с ней. Готовое покрытие препятствует окислению металла и предотвращает появление ржавчины под воздействием влаги, других агрессивных факторов.

Важно: гальванизация не скрывает недостатки на поверхности изделия. Наоборот, она может подчеркнуть царапины и вмятины. Именно поэтому тщательная подготовка металла к обработке обязательна. Физической она будет, химической или смешанной, зависит от специфики производства.

Применяют гальванизацию в разных сферах, от ювелирного дела до изготовления медицинского оборудования. Также металлы с защитным покрытием используются в декоративно-металлургической отрасли. Хромированные, никелированные, оцинкованные изделия – все это продукты гальванизации. Кроме хрома и никеля для антикоррозийного покрытия используют родий, рутений, латунь, серебро, золото, палладий.

Применение гальванических ванн

Основной способ применения оборудования – защита металлов от коррозии методом гальванизации. На качество результата влияет размер ванны и свойства материала, из которого она изготовлена. Емкость должна быть такой, чтобы можно было погрузить в нее изделие полностью. Это позволяет получить надежное антикоррозийное покрытие.

Гальваническая ванна может использоваться и для окрашивания металла. Раствор, находящийся в емкости, реагируя с металлом, придает последнему тот или иной оттенок.

Виды гальванических ванн

Оборудование принято классифицировать по размеру и материалу. Крупногабаритные ванны подходят для обработки больших изделий или большого объема средних, мелких деталей. Компактные емкости – отличный выбор для производства, которое предусматривает гальванизацию мелких металлических предметов.

Изготавливаются ванны из разных материалов. Наиболее востребованы полимеры и некоторые металлы.

Типовой каталог гальванических ванн включает емкости из:

• Полиэтилена
• Полипропилена
• ПВХ
• Фторопласта (поливинилиденфторида)
• Титана
• Нержавеющей стали

Специфика применения оборудования во многом обусловлена свойствами материала, из которого оно изготовлено. Как и для чего используются ванны, рассмотрим ниже.

Из полиэтилена

Ударопрочный, эластичный и износостойкий полимер используется для производства гальванических ванн достаточно часто. Он не влияет на электропроводность растворов, отличается небольшим весом и устойчивостью к большинству агрессивных сред. Эксплуатироваться полиэтилен может в широком температурном диапазоне -20…+60 °C.

Материал не боится коррозии, бактериального загрязнения. На внутренней поверхности ванны из РЕ не скапливаются известковые отложения и грязь.

Из полипропилена

У полипропилена (РР) выше верхняя граница температурного диапазона +130°C. Как и полиэтилен, он износостоек, устойчив к химическому воздействию, ударопрочен. Паропроницаемость и водопоглощение у материала находятся на предельно низком уровне. Рабочий раствор не проникает в структуру оборудования, не вызывает разрушение емкости. Также РР отличается диэлектрическими свойствами.

Полипропиленовые ванны подходят для работы с растворами солей, щелочей, кислот (кроме высококонцентрированной азотной, хлорсульфоновой и серной). В гальванике оборудование используется для анодирования, меднения, никелирования, цинкования. Из РР также изготавливаются ванны промывки.

Материал постепенно теряет прочность и плотность под воздействием ультрафиолета. Это рекомендуется учитывать при выборе места установки гальванической ванны или ванны промывки.

Из поливинилхлорида

ПВХ является стойким полимером высокой жесткости. Он прочен, устойчив к ультрафиолету, трудно воспламеняем и не поддерживает горение. ПВХ не меняет своих свойств в солевых и окислительных средах. Ванны из этого материала подходят для растворов разбавленных неорганических кислот и щелочей средней концентрации.

Оборудование из ПВХ дороже полипропиленового и полиэтиленового. Это обусловлено физико-химическими характеристиками материала.

Из поливинилиденфторида

У гальванических ванн из PVDF или фторопласта несколько преимуществ. Они устойчивы к спиртам, неорганическим, органическим кислотам. Температурный диапазон применения материала -30…+140°C. Не подходят ванны из поливинилиденфторида для растворов дымящей серной кислоты.

Фторопласт дороже других полимеров. Это обуславливает специфику его применения. Полностью из PVDF делают гальванические ванны малого объема. Среднее, крупногабаритное оборудование только футеруют этим материалом.

Физико-химические свойства фторопласта позволяют использовать ванны из него для травления, анодирования, хромирования, никелирования.

Из титана

Титановые ванны считаются универсальными. Химическая стойкость материала обуславливает его популярность. Также титан отличается долговечностью. Гальванические ванны из него служат в 5-7 раз дольше полимерных.

Оборудование изготавливается их титановых сплавов нескольких марок. Материалы отличаются коррозионной стойкостью. Но, если речь идет об электролитических ваннах, футеровка стенок и дна обязательна.

Не используется титановое оборудование для технологических процессов, которые предусматривают работу с плавиковой, борфтористоводородной и концентрированной серной кислотой.

Из нержавеющей стали

Ванны из нержавейки без футеровки стенок и дна используются только для промывки, обезжиривания, фосфатирования. Хромоникелевая сталь с титаном в составе устойчива к межкристаллитной коррозии, большинству агрессивных химических сред. Не подходит емкость только для концентрированных растворов соляной и плавиковой кислоты.

Для электрохимических процессов необходимо использовать ванны с футеровкой из любого электроизоляционного материала (РЕ, PVDF, ПВХ).

По долговечности емкости не уступают титановым, если эксплуатируются в соответствии с техническим регламентом.

Устройство гальванических ванн

Оборудование имеет базовую и дополнительную комплектацию. Опционально ванны комплектуются фильтрами, держателями шлангов, датчиками температуры, трубами подачи воды, крышками и т.п.

В базовую комплектацию входит:

• Корпус (конструкционная емкость или емкость с футеровкой). Может быть с ребрами жесткости и без.
• Токопровод (штанги и шины из железа, латуни, меди)
• Система перемешивания раствора (механическая, пневматическая или гидравлическая)
• Система нагрева (электрическая, паровая, водяная)
• Система охлаждения (змеевик или чиллер)

При выборе оборудования рекомендуется особое внимание обратить на систему охлаждения. Многие химические реакции проходят с выделением тепла. Для сохранения рабочей температуры электролита такое тепло необходимо отводить.

Змеевики и чиллеры решают задачу одним способом: хладагент забирает излишки тепла, снижая температуру раствора. Охлаждающую функцию в змеевиках выполняет вода, в чиллерах – фреон.

Принцип работы гальванической ванны

Технологический процесс зависит от специфики производства. Но в работе гальванической ванны можно выделить общие, стандартные этапы:

1. Подготовка. Ванна нагревается до заданной температуры.
2. Расчет электролита и заполнение ванны раствором. Электролит рассчитывается с учетом площади покрываемого изделия, длительности процесса, токовой нагрузки, нормативной толщины антикоррозийного покрытия.
3. Подготовка металла. Могут использоваться физические, электрохимические методы. На подготовленной поверхности покрытие держится лучше и служит дольше.
4. Гальванизация. Изделие погружается в электролит, на ванну подается ток. В процессе гальванизации контролируется водородный показатель электролита, его уровень в емкости, температура раствора и напряжение. В завершении цикла изделие вынимается из гальванической ванны и помещается в ванну промывки.

Некоторые нюансы гальванизации не зависят от типа и вида ванны, состава электролита и силы подаваемого тока. Например, на толщину покрытия влияет контур объекта и форма. На углах обычно получается более толстый защитный слой, в углублениях – тонкий. Для выравнивания толщины покрытия по всей площади поверхности применяются разные уровни тока и углы воздействия.