Металлические детали редко остаются в первозданном виде. Их покрывают тончайшими слоями других металлов: никелем, хромом, цинком, золотом. Это делается не только для красоты, но и для защиты от коррозии, повышения износостойкости, улучшения электропроводности или даже для дезинфекции. Процесс называется гальваникой. Он сложный, вредный и требует специального оборудования, но без него современная промышленность просто не может существовать. Гальваническая обработка металла — одна из востребованных услуг на рынке, и, например, на странице, посвящённой гальванической обработке металла, можно найти примеры предлагаемых покрытий и технологий.
Что такое гальваника и как она работает
Гальваника — это электрохимический процесс нанесения покрытия из одного металла на поверхность другого. Деталь, которую нужно покрыть (катод), погружают в раствор соли металла-покрытия (электролит). Напротив в раствор помещают анод — пластину из того же металла, что и покрытие. Через электролит пропускают постоянный электрический ток. Ионы металла из раствора под действием тока осаждаются на деталь, образуя тонкий, плотный и ровный слой.
Толщина покрытия обычно составляет от 1 до 50 микрон (0,001–0,05 мм). Процесс идёт медленно — от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от желаемой толщины и типа металла. Вся магия происходит в ваннах с агрессивными жидкостями (кислоты, щёлочи, цианиды), поэтому гальванические цеха — это зоны повышенной опасности с мощной вентиляцией и очисткой стоков.
Основные этапы гальванической обработки
Перед тем как нанести покрытие, деталь нужно тщательно подготовить. Сначала обезжиривание в щелочных растворах или ультразвуком — удаляются масла, жиры, грязь. Затем травление в кислоте (соляной или серной) — убирается окалина и ржавчина, поверхность становится активной. Промывка в дистиллированной воде (чтобы не осталось кислоты). Электрохимическая очистка (иногда) — снятие тонкого поверхностного слоя для лучшей адгезии. Само осаждение металла в гальванической ванне. Промывка и сушка. Иногда — пассивация (обработка в растворе хромовой кислоты для защиты свежего покрытия) и нанесение лакокрасочного слоя поверх.
Качество покрытия сильно зависит от подготовки. Пропустили обезжиривание — покрытие будет шелушиться. Недостаточно протравили — останутся пузыри и непрокрытые участки.
Виды гальванических покрытий и их назначение
Каждый металл покрытия даёт свой набор свойств. Выбирают их в зависимости от задачи.
Цинкование (самое массовое)
Цинк защищает железо электрохимически: даже если покрытие поцарапано до стали, цинк вокруг царапины корродирует первым, защищая основной металл. Поэтому цинкование — идеально для крепежа, деталей кузовов, пружин, кронштейнов. Различают цинкование с последующей пассивацией: голубое (бесцветное), жёлтое (радужное), чёрное и оливковое. Жёлтое — самое коррозионностойкое. Цинкование — недорогое (около 20–50 рублей за кг деталей).
Никелирование
Никель даёт красивый тёплый серебристый блеск и устойчивость к щелочам. Часто никель используют как подслой под хромирование (хром плохо ложится на сталь напрямую). Также никелируют детали пищевого оборудования (не ржавеет и не взаимодействует с кислой едой), инструмент, оптические приборы. Стойкость к коррозии у никеля хорошая, но в агрессивной среде (солевой туман) он уступает кадмию или цинку.
Хромирование
Хром — это твёрдый, износостойкий и очень блестящий слой. Декоративное хромирование (блестящий слой 1–3 микрона) используют на автомобильных деталях, смесителях, мебельной фурнитуре — для внешнего вида. Функциональное хромирование (толстый слой 10–50 микрон) наносят на гидравлические штоки, поршни, цилиндры — чтобы снизить трение и увеличить износостойкость. Хром твёрдый, но хрупкий. Если по нему ударить, может отскочить кусочек.
Меднение
Медь используют как подслой перед никелированием или пайкой (медь улучшает адгезию). Также меднение применяют для повышения электропроводности (токопроводящие шины) и для создания защитно-декоративных слоёв на ювелирных изделиях. Медь краснеет на воздухе, поэтому её почти всегда перекрывают другим металлом.
Серебрение и золочение
Используют в электронике (благодаря высокой электропроводности), в контактах и реле (не окисляются). Также для декора (часы, бижутерия, столовые приборы). Золочение даёт химическую инертность — используется в лабораторной посуде и для контактов, работающих в агрессивной среде. Стоит дорого, часто наносят только на часть детали.
Плюсы и минусы гальванической обработки
Плюсы очевидны: защита от ржавчины (цинк, кадмий), износостойкость (хром), улучшение внешнего вида (хром, никель), электропроводность (серебро, медь), снижение трения (хром). Гальванику можно наносить на детали сложной формы — в ванне раствор проникает в глухие отверстия и пазы. Покрытие равномерно повторяет рельеф (если настроен режим).
Минусы: технология экологически грязная (соли тяжёлых металлов, кислоты, цианиды). Мелкие мастерские часто сливают стоки в канализацию — это незаконно и вредно. Покрытие может быть хрупким при неправильном режиме. Кроме того, для водородного охрупчивания (особенно у высокопрочных сталей) после цинкования требуется прокалка при 200°C, иначе деталь треснет под нагрузкой. Не все заказчики это знают и требуют.
Также гальваника не подходит для очень пористых материалов (например, спечённого металлокерамического порошка) — электролит затечёт в поры и может потом вытекать, вызывая коррозию изнутри.
Как выбрать подрядчика для гальванической обработки
Гальваника — это специфическая услуга. Если токарку или фрезеровку может сделать гаражный умелец, то гальванический цех лицензируется и проверяется экологами. Поэтому выбирайте компанию, которая существует не один год и может показать разрешительные документы. Попросите образцы: возьмите с собой несколько своих деталей (или купите у них пробную партию). Оцените внешний вид: покрытие должно быть ровным, без пузырей, отслаиваний, потёков, белых пятен (высолов).
Важно знать толщину покрытия. Хороший исполнитель предоставит отчёт с замерами (измеряют специальным толщиномером). Для цинкования норма — 8–12 микрон, для хромирования — 1–3 микрона (декоративное) или 10–50 микрон (функциональное).
Уточните, как готовятся детали: обезжиривание в ультразвуке даёт лучшее качество, чем просто в мойке. Также спросите о наличии прокалки после цинкования для ответственных деталей (например, пружин, высокопрочных болтов).
Цены на гальванику обычно считают за килограмм деталей или за одну ванну (партию). Пример: цинкование — 50–150 руб/кг, никелирование — 100–300 руб/кг, хромирование декоративное — 300–600 руб/кг, хромирование функциональное — 500–1000 руб/кг. Серебрение и золочение — поштучно или по стоимости металла (очень дорого). Минимальный заказ часто от 2000–5000 рублей, даже если ваш болт весит 50 грамм.
Альтернативы гальванике и когда они лучше
Гальваника не единственный способ защитить металл. Горячее цинкование — окунание детали в расплавленный цинк. Слой толще (40–100 микрон), очень стойкий к коррозии, но не годится для резьбовых соединений (зальёт витки) и для точных деталей (размеры изменяются). Дешевле для крупных партий.
Порошковая краска — наносится сухим полимером с последующим расплавлением в печи. Защищает от коррозии, можно получить любой цвет. Но не проводит ток, не стойка к царапинам (краска царапается легче, чем хром) и не защищает места сколов (нет протекторного действия, как у цинка).
Химическое оксидирование (воронение) — создаёт чёрную оксидную плёнку (Fe3O4) на стали. Декоративно, но слабо защищает от коррозии. Используют для оружия, инструментов.
Финишная шлифовка и полировка без покрытия — для нержавеющих сталей, латуни, титана — они сами не ржавеют, им достаточно зеркальной отделки.
Заключение
Гальваническая обработка металла — незаменимый способ придать детали коррозионную стойкость, твёрдость, блеск или электропроводность. Но это сложная и дорогая услуга, требующая высокой квалификации исполнителя. При заказе обязательно проверяйте внешний вид, толщину покрытия и наличие прокалки для ответственных деталей. Не гонитесь за самой низкой ценой — плохая гальваника облезет через месяц, и вы потеряете больше на переделке. Если ваша деталь не ответственная (крепит какой-то кожух), подумайте, может, достаточно порошковой краски или вообще сырой стали.
Помните, что гальванический цех должен иметь очистные сооружения и лицензию. Если вам предлагают гальванику в подвале жилого дома — сомнительно, что они соблюдают экологию. Но для разовой партии болтов это может быть приемлемо, если цена низкая и качество устраивает.
