Гальваника это что: Гальваника и гальваническое покрытие: что это такое, оборудование

Содержание

Гальваника | Гальваническое покрытие электролитическим методом

Гальваника в металлообработке – это электрохимический процесс, в ходе которого на деталь, погруженную в электролит, под воздействием электрического тока наносится слой других металлов. Для чего это нужно? Дело в том, что в различных вариациях обработки изделие может приобретать те или иные полезные свойства. На поверхности продукта формируется защитный, антикоррозийный слой, возрастает сопротивляемость окружающей среде. Помимо этого, что немаловажно, зачастую достигается положительный декоративный эффект.

Но есть и исключение, иногда обработка нужна не для усиления противостояния коррозии, а для улучшения токопроводящих свойств контактов. Декор, в таком случае, также не играет значительной роли.

Виды гальваники

Мы работаем со следующими видами гальваники:

  • Цинкование – толщина слоя составляет от 2 до 25 мкм, не оставляет разводов и следов на материале, проникает внутрь продукта.
  • Никелирование – наиболее широко используется с защитно-декоративной целью, устойчив к отслаиванию.
  • Хромирование – характерной чертой является высокая износостойкость, низкий коэффициент трения и презентабельный внешний вид.
  • ХимОкс — образует консервационное покрытие, обеспечивает влагоотталкивающую коррозионную защиту.
  • ХимФос — улучшает адгезию лакокрасочных материалов, служит в качестве электроизоляционного покрытия.
  • Меднение – есть два основных применения. Функциональное, или же как подслой для нанесения других гальванических покрытий.
  • Олово-Висмут — сохранение способности к пайке после длительного хранения. Высокая коррозионная стойкость.
  • АнОкс — характерны хорошие защитные свойства, поддается окрашиванию органическими красителями. Используется в качестве грунта для лакокрасочных покрытий.
  • Пассивирование – образует более равномерный слой, чем при использовании химического метода, состоящий из малорастворимых соединений.
Тут перечислены основные разновидности обработки, которые осуществляет наше производство. Для получения более подробной информации пройдите по ссылке на страницу с интересующей Вас услугой, или свяжитесь с нами любым, удобным для Вас способом, для получения консультации.

Гальваника СПб

ООО «СЗЦМ» — металлообрабатывающее предприятие полного цикла. Мы предоставляем услуги гальванической обработки с должным профессионализмом и ответственностью.

Наше производство находится в городе Санкт-Петербурге, работаем по всей России и со странами СНГ. Гальваника – одно из наших приоритетных направлений. Все работы проводятся квалифицированными специалистами в строгом соответствии с техническими требованиями. Гальваническая обработка — непростой процесс наполненный множеством важных нюансов.

Гальваника металла

Мы занимаемся нанесением покрытий исключительно электролитическим методом. Разберем вопрос несколько подробней. После согласования всех аспектов заказа начинается сам процесс. Первым делом необходимо подготовить изделия к обработке. Деталь должна пройти обезжиривание, промывку, сушку, после чего продукция погружается в ванну с электролитическим раствором. Перед этим, при необходимости, осуществляется мойка и операции по удалению ржавчины. Затем следует верно расположить катод (обрабатываемое изделие), и аноды (специальные элементы с помощью которых происходит нанесение).

Гальваническая обработка металла

Гальваническая обработка металла, как уже говорилось, сложная процедура, с множеством тонких моментов. В зависимости от множества условий нужно правильно подготовить изделия, выбрать и приготовить подходящий раствор, верно расположить катод и аноды. Это может быть особенно непросто, если геометрия деталей имеет сложную форму. Зачастую требуется изготовление специальной оснастки для корректного позиционирования рабочих элементов. А данная работа требует дополнительного времени на изготовление. Но, таким образом удается достичь равномерного, полного нанесения. Получить высокое качество. И не стоит забывать про расчеты плотности тока, от которой зависит толщина покрытия.

Гальваническое покрытие стали

Гальваническое покрытие стали – один из самых распространенных видов обработки в силу множества причин. Со сталью сравнительно легко работать. Это распространенный, недорогой материал, применяющийся чуть ли не повсеместно. Естественно появляется нужда в защитном слое, способном уберечь материал от преждевременной порчи. Особенно остро стоит вопрос, когда дело касается каких-либо корпусов или крепежа, расположенных в местах, куда легко попадает влага. Гальваника – обеспечивает оптимальное решение этих задач. Наша компания с легкостью способна решить проблемы такого характера.

Гальваническое покрытие

Гальваническое покрытие разных типов, помимо придания защитных свойств, часто применяется с декоративными целями. Некоторые типы обработки позволяют отполировать деталь, что дает дополнительный эффект положительно сказывающийся на внешнем виде.

Обращаем ваше внимание, что наша компания в первую очередь ориентирована на техническое покрытие в больших объемах.

Крайне редко в работу принимаются заказы на декоративную полировку, восстановление изделий, штучные автомобильные детали.

Нанесение гальванических покрытий

Нанесение гальванических покрытий осуществляется посредством применения специализированного оборудования — ванн различных размеров. Ванны оборудованы:

  • нагревательным элементом, призванным поддерживать необходимую для работы температуру;
  • источником постоянного тока с регулятором выходного напряжения;
  • имеются ванны с механизмом покачивания, для удаления пузырьков воздуха;
  • многие работы проводятся с применением барабанных установок.
В зависимости от целесообразности задачи используются ручные линии или же автоматизированные, с применением модуля ЧПУ.

Гальваническая обработка

Гальваническая обработка может осуществляться с помощью подвесов или с использованием барабанных установок. На крупных заказах желательно применение барабанов, так как это ускоряет и удешевляет процесс. Впрочем, некоторые детали просто невозможно обработать таким способом, из-за сложной формы изделий. Требуется ручная корректировка. В отдельных случаях приходится изготавливать специализированную оснастку, дабы добиться высокого качества нанесения.

Гальваническое покрытие деталей

Гальваническое покрытие изделий – весьма востребованная услуга. Обрабатывается огромное количество разнообразнейшей продукции: крепеж всех видов, различные корпуса, фланцы, штуцера, втулки, пружины, словом, практически все изделия металлообработки.

Само собой, потребность улучшения свойств металла появилась со времен, как только человек начал изготавливать металлические изделия. На всем протяжении истории спрос и требования растут из года в год. Научно-технический прогресс не стоит на месте, появляются новые способы улучшения, медленно, но верно меняются технологии обработки.

Услуги гальванического покрытия

Предприятие Северо-Западный Центр Металлообработки оказывает комплексные услуги нанесения гальванических покрытий. В нашем штате работает опытный, высококвалифицированный персонал.

Заявки рассматриваются в индивидуальном порядке, пожалуйста, уточняйте всю необходимую информацию, через форму отправки. Или же обращайтесь по электронной почте, контактному телефону. Гарантируем оперативность ответа.

Гальваника ювелирных изделий в нашей мастерской

Гальваника – это нанесение покрытия способом электролитического осаждения стойкого металла на поверхность менее стойких металлов. Гальванические покрытия в ювелирной практике используются в двух целях – как декоративное и как защитное.

Раскрасить драгоценное украшение другим металлом, как по мановению волшебной палочки? Нет ничего проще и сложнее… Заставить изделие излучать платиновый блеск, сверкать золотом или покрыться благородным чернением могут специалисты участка гальваники.

Самые востребованные виды гальванических покрытий — это родирование, золочение и оксидирование, о которых мы говорили ранее. А служат они в первую очередь для того, чтобы защитить украшение от механических воздействий и подчеркнуть красоту драгоценного металла.

Виды гальваники в нашей ювелирной мастерской

В нашей ювелирной мастерской возможно: родирование, золочение и никелирование.
Покрытие можно нанести на изделие впервые или восстановить утраченное (из-за пайки, полировки, ушедшее со временем при носке изделия).

  • Родирование – процесс осаждения родия на поверхность изделия. Родий – драгоценный металл платиновой подгруппы. Химически стойкий, гипоаллергенный. Твердость в 2,5 раза выше, чем у золота и серебра.
    Покрытие родием придает повышенную прочность изделию, защиту от атмосферного воздействия (потемнение серебряных изделий). Декоративные свойства – выделение элементов «под белое золото», а также усиление яркости цвета белого золота (т.к. сам сплав белого золота имеет слегка желтоватый оттенок).
  • Золочение – нанесение на изделие тонкого слоя золота. Мы используем цвет традиционного красного золота 585 пробы. Нанести позолоту можно как на изделия из серебра, так и на золотые изделия (декоративные элементы, изменение цвета изделия).
  • Никелирование – твердое покрытие серебристо-белого цвета. Часто используется в бижутерии. Защищает сплавы от коррозии.

С помощью объёмной гальваники мастера осаждают покрытие в гальванических ваннах на всё изделие целиком. А вот локальная гальваника используется для того, чтобы подчеркнуть ювелирные камни, сделать сочетание разных цветов металла или выделить какие-либо элементы украшения. В локальной гальванике, как правило, используют белый, чёрный и экзотический синий родий, а также

золото высшей пробы.

Вся гальваника на ювелирном производстве делится на объёмную и локальную.

С помощью объёмной гальваники мастера осаждают покрытие в гальванических ваннах на всё изделие целиком. А вот локальная гальваника используется для того, чтобы подчеркнуть ювелирные камни, сделать сочетание разных цветов металла или выделить какие-либо элементы украшения. В локальной гальванике, как правило, используют белый, чёрный и экзотический синий родий, а также золото высшей пробы.

Для постоянных заказчиков существует гибкая система скидок на гальванику, а также возможность значительного сокращения времени выполнения заказов.

Гальваника. Что это такое и как работает? Heatle

Идея гальваники состоит в том, чтобы использовать электричество для покрытия относительно обычного металла, такого как медь, тонким слоем другого, более драгоценного металла, такого как золото или серебро. Гальваника имеет много других применений, помимо того, что дешевые металлы выглядят дорогими. Мы можем использовать его, чтобы делать вещи устойчивыми к ржавчине, например, для производства различных полезных сплавов, таких как латунь и бронза, и даже для придания пластику вида металла. Как работает этот удивительный процесс? Рассмотрим подробнее!


Что такое гальваника?

Гальваника включает пропускание электрического тока через раствор, называемый электролитом. Это делается путем погружения двух выводов, называемых электродами, в электролит и соединения их в цепь с аккумулятором или другим источником питания. Электроды и электролит сделаны из тщательно подобранных элементов или соединений. Когда электричество протекает через цепь, которую они образуют, электролит распадается, и некоторые из атомов металла, которые он содержит, осаждаются тонким слоем поверх одного из электродов - он покрывается гальваническим покрытием. Таким способом можно покрывать все виды металлов, включая золото, серебро, олово, цинк,  медь, кадмий, хром, никель, платину и свинец.

Гальваника очень похожа на электролиз (с использованием электричества для разделения химического раствора), который является обратным процессу, при котором батареи производят электрические токи. Все это примеры электрохимии: химические реакции, вызываемые электричеством или производящие электричество, которые дают полезные в научном или промышленном отношении конечные продукты.

Как работает гальваника?

Во-первых, вы должны выбрать правильные электроды и электролит, выяснив химическую реакцию или реакции, которые должны произойти при включении электрического тока. Атомы металла, покрывающие ваш объект, происходят из электролита, поэтому, если вы хотите что-то покрыть медью, вам понадобится электролит, сделанный из раствора соли меди, а для золотого покрытия вам понадобится электролит на основе золота и т. д.

Затем вы должны убедиться, что электрод, который вы хотите покрыть, полностью чист. В противном случае, когда на него осаждаются атомы металла из электролита, они не образуют хорошей связи и могут просто снова стираться. Как правило, очистка выполняется погружением электрода в раствор сильной кислоты или щелочи или (на короткое время) подключением гальванической цепи в обратном направлении. Если электрод действительно чистый, атомы металлического покрытия эффективно связываются с ним, очень прочно присоединяясь к внешним краям его кристаллической структуры.


Теперь мы готовы к основной части гальваники. Нам нужны два электрода из разных проводящих материалов, электролит и источник электричества. Обычно один из электродов сделан из металла, который мы пытаемся покрыть, а электролит - это раствор соли того же металла. Так, например, если мы покрываем медью латунь, нам понадобится медный электрод, латунный электрод и раствор соединения на основе меди, такого как раствор сульфата меди. Металлы, такие как золото и серебро, растворяются с трудом, поэтому их нужно превращать в растворы с использованием сильных и опасно неприятных химикатов на основе цианидов. Электрод, на который будет наноситься покрытие, обычно изготавливают из более дешевого металла или неметалла, покрытого проводящим материалом, например графитом.

Мы окунаем два электрода в раствор и соединяем их в цепь, так что медь становится положительным электродом (или анодом), а латунь - отрицательным электродом (или катодом). Когда мы включаем питание, раствор сульфата меди расщепляется на ионы (атомы со слишком малым или слишком большим количеством электронов). Ионы меди (которые заряжены положительно) притягиваются к отрицательно заряженному латунному электроду и медленно осаждаются на нем, образуя позже тонкую медную пластину. Тем временем сульфат-ионы (которые заряжены отрицательно) достигают положительно заряженного медного анода, высвобождая электроны, которые движутся через батарею к отрицательному латунному электроду.

Гальваническим атомам требуется время, чтобы накапливаться на поверхности отрицательного электрода. Сколько именно времени зависит от силы используемого электрического тока и концентрации электролита. Увеличение любого из них увеличивает скорость, с которой ионы и электроны движутся по цепи, и скорость процесса нанесения покрытия. Пока ионы и электроны продолжают двигаться, ток продолжает течь, и процесс покрытия продолжается.

Можно ли гальванизировать пластик?

Недорогой, легко поддающийся формованию, легкий и одноразовый, пластик быстро стал самым распространенным и гибким материалом в 20 веке. Но для многих это не только преимущество, но и недостаток: пластик дешевый и именно так он и выглядит. Одно из решений - покрыть дешевый пластик тонким слоем металла, чтобы придать ему все преимущества пластика с привлекательной блестящей поверхностью металла. Таким способом можно покрыть множество различных пластиков, включая АБС-пластик, фенольные пластики, карбамидоформальдегид, нейлон, и поликарбонат. Вы часто найдете детали на автомобилях, сантехнике, бытовом и электрическом оборудовании, которые выглядят металлическими, но на самом деле сделаны из пластика. Они легче, дешевле, устойчивы к ржавчине и не требуют полировки после нанесения покрытия.


Как гальванизируют пластмассы?

Если вы что-нибудь знаете о пластике, вы сразу заметите очевидную проблему: пластик обычно не проводит электричество. Теоретически это должно полностью исключить гальваническое покрытие. На практике это просто означает, что мы должны дополнительно обработать наш пластик, чтобы он стал электропроводящим, прежде чем мы начнем. Есть несколько этапов. Во-первых, пластик необходимо тщательно очистить, чтобы удалить пыль, грязь, жир и следы с поверхности. Затем его протравливают кислотой и обрабатывают катализатором (ускорителем химической реакции), чтобы обеспечить прилипание покрытия к его поверхности. Затем его окунают в ванну с медью или никелем (медь более распространена), чтобы получить очень тонкое покрытие из электропроводящего металла (толщиной менее микрона, 1 мкм или одной тысячной миллиметра). Как только это будет сделано, его можно гальванизировать, как на металл. В зависимости от того, сколько износа должна выдержать металлическая деталь, толщина покрытия может быть от 10 до 30 микрон.

Гальванические ванны

Гальванические ванны представляют собой большие емкости прямоугольной формы из стойких к коррозии материалов, в которые помещается раствор для гальваники. Иногда раствор бывает необходимо нагреть до высоких температур. Для нагрева раствора до необходимой в технологическом процессе температуры могут быть использованы различные типы нагревательных элементов, наиболее популярными из которых являются электронагреватели.

Нагреватели могут как помещаться непосредственно в емкость с жидкостью – электрические металлические ТЭНы, так и оставаться снаружи ванны, передавая тепло через специальную защитную колбу (или стакан), которая уже контактирует с жидкостью. Во втором способе используются керамические сухие ТЭНы, которые оказываются более эффективными благодаря более длительному сроку службы и возможности замены нагревательного элемента без слива жидкости.

Зачем нужна гальваника?

Гальваника обычно выполняется по двум совершенно разным причинам: украшение и защита. Металлы, такие как золото и серебро, покрывают для украшения: дешевле иметь позолоченные или посеребренные украшения, чем цельные изделия из этих тяжелых, дорогих и драгоценных материалов. Поскольку разные металлы имеют разные цвета, гальваника может использоваться для придания таким вещам, как кольца, цепочки, значки, медали и тому подобные предметы, широкого спектра привлекательных декоративных покрытий, включая блестящие, матовые и старинные вариации золота, серебра, меди. Металлы, такие как олово и цинк (которые не особенно привлекательны на вид), покрываются гальваническим покрытием, чтобы впоследствии обеспечить им защитный внешний вид. Например, пищевые контейнеры часто покрывают оловом, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии по той же причине.

Некоторые формы гальваники являются одновременно защитными и декоративными. Крылья и «отделка» автомобилей, например, когда-то широко изготавливались из прочной стали, покрытой хромом, чтобы сделать их привлекательно блестящими и устойчивыми к ржавчине (вместо этого на автомобилях с большей вероятностью будут использоваться недорогие и естественно устойчивые к коррозии пластмассы). На сплавы, такие как латунь и бронза, также можно наносить гальваническое покрытие, если электролит будет содержать соли всех металлов, которые должны присутствовать в сплаве. Гальваника также используется для изготовления дубликатов печатных форм в процессе, называемом электротипированием, и для гальванопластики.

Насколько толсто гальваническое покрытие?

Независимо от того, покрываются ли предметы для украшения или защиты, еще одним важным фактором является толщина слоя покрытия. Очевидно, что чем толще покрытие, тем дольше оно прослужит и тем больше будет защиты, но даже самое толстое покрытие намного тоньше, чем можно было ожидать. Типичная толщина металлического покрытия варьируется от примерно 0,5 микрон (0,5 миллионных долей метра или 0,0005 миллиметра) до примерно 20 микрон (20 миллионных долей метра или 0,02 миллиметра) - это очень тонкий. (Чтобы дать вам некоторое представление, алюминиевая кухонная фольга находится примерно в середине этого диапазона, а самая толстая и самая прочная фольга составляет около 10–20 микрон.) Что-то вроде позолоченного корпуса часов будет иметь покрытие 20 микрон, которое может легко продержаться в повседневной суете несколько десятилетий.


Гальваника

Гальваника (гальваническое покрытие) – способ обработки металлических изделий путем покрытия поверхности пленочным слоем другого металла. В зависимости от способа толщина поверхностного слоя может варьировать от долей микрометра (нанопокрытия) до десятых долей миллиметра. В зависимости от предназначения гальваника применяется для улучшения износостойкости, увеличения антифрикционных свойств, повышения стойкости к коррозии, придания большей прочности, либо для создания декоративного покрытия. Кроме того этот способ обработки металлов может усилить морозоустойчивость деталей, защитить их от воздействия агрессивных сред. Поэтому интерес к гальванизации весьма велик во всех отраслях промышленности: автомобилестроение, радиоэлектроника, авиационная промышленность, судостроение и строительство, дизайн помещений и интерьера, медицина - это далеко не полный перечень тех областей, в которых можно найти изделия с гальваническими покрытиями.

Принцип образования гальванических покрытий

Гальваника основывается на процессе электрокристаллизации, при котором изделие, выступающее в роли катода или анода, покрывается ионами из раствора солей, несущими противоположный заряд. Обычно изделие заряжается отрицательно, но в случае с оксидированием к обрабатываемой детали подключают электрод, несущий положительный заряд. Количественный контроль гальваники осуществляется согласно законам Фарадея (с поправкой на побочные процессы), а качественный – путем регулирования состава электролита, режимом протекания электролитических процессов и скоростью перемешивания.

Если рассматривать катодную гальванизацию, то важнейшую функцию восполнения ионов в ней выполняют аноды, поэтому их качество должно быть высочайшим. Малейшее наличие примесей ухудшает течение процесса, и покрытие уже будет иметь совершенно иные характеристики, чем предполагалось изначально. Обычно аноды делаются из металла, который будет покрывать поверхность изделия. Золочение, хромирование и другие процессы протекают с применением нерстворимых анодов из металлов, устойчивых к воздействию электролита (токопроводящей среды, в которой образуются ионы).

Использование электролитов на основе простых соединений обходится значительно дешевле за счет простоты и, соответственно, невысокой их стоимости. Однако при необходимости получения добротных гальванопокрытий с равномерным слоем на всех участках заготовок сложной геометрической формы и мелкокристаллической структурой поверхностного слоя, гораздо предпочтительнее применение электролитов на основе комплексных соединений или с использованием простых солей и поверхностно-активных веществ. Чтобы сохранить постоянство состава электролитического раствора введение в него солей металла, который будет осаждаться на поверхности изделия, осуществляется регулярно, по мере расхода.

Особенности гальваники

Электролитические ванны, в которых проводится процесс гальванизации, покрываются для защиты от агрессивных электролитов и в зависимости от размеров емкости свинцовым или полимерным слоем. Процесс создания гальванического покрытия может осуществляться вручную, полуавтоматически и автоматически. Выбор способа гальваники зависит от следующих факторов:

  • металла, из которого изготовлена деталь;
  • необходимых химических, физически и механических свойств покрытия;
  • экономической рациональности применения данного метода.

Для большей качественности гальванопокрытия, поверхность обрабатываемого изделия очищают от разделяющих веществ (жиромасляных загрязнений), окислов. Очистка может происходить как механическим способом (пескоструйной обработкой, шлифованием), так и химическим путем (травлением).

Гальваника и Гальваническое покрытие — ВС МТК — Назарово

 

Гальваника и гальваническое покрытие

 Гальваника — это сложный электрохимический процесс, в котором принимают участие электролит, основа и ток. Электролит — это всегда металл. Через него пропускается напряжение, частицы электролита проникают в верхний слой основы, образуя защитную пленку, которую и принято называть гальваническим покрытием. Специалистов в области гальванизации так и называют — гальваны.

 

Технология процесса гальванизации

 В специальную емкость помешаются два электрода, один из которых заряжен положительно (анод), второй отрицательно (катод). Метал, который выступает в качестве электролита, присоединятся к аноду. А основа заряжается отрицательно, в результате положительные частицы электролита стремятся к отрицательно заряженной основе, тем самым образуя гальваническое покрытие.

 

Для чего нужно гальваническое покрытие?

 Подобная обработка деталей и прочих предметов позволяет улучшить их качественные характеристики. Гальваническое цинкование широко известно как средство защиты черных металлов от коррозии. Например, деталь выполнена из материала, который подвержен влиянию влаги или атмосферы. На эту деталь наносится гальваническое покрытие из материала, которые более устойчив к атмосферным явлениям, воздействию влаги, пр. За счет чего предмет приобретает новые свойства. Также гальваника нашла широкое применение в искусстве. Например, в ювелирном деле (золочение и серебрение ювелирный изделий).

 

Метод приобрел популярность благодаря простоте применения и дешевизне расходных материалов. Дешевизна обусловлена тем, что стоимость электроэнергии является фиксированной и умеренной, а за час процесса гальванизации расходуется порядка 30-ти киловатт электроэнергии. При этом важно понимать, что организовать на дому полноценную процедуру гальванизации практически невозможно (речь идет об изделиях больших габаритов).

В домашних условиях подобным образом можно обрабатывать небольшие предметы декора или украшения. И это при условии наличия у человека специальных знаний и навыков. Сами электролиты (растворы солей и кислот) также имеют умеренную стоимость. Единственный нюанс — такие соединения чаще всего токсичные и требуют особых условий хранения в изолированных помещениях.

 

Техника безопасности при работе с реагентами

При работе с реагентами следует соблюдать осторожность: одевать специальные костюмы, надежно защищать руки перчатками, закрывать лицо маской для предотвращения попадании вредных паров в дыхательные пути и слизистые оболочки.

Помимо этого, работы должны проводиться в специально оборудованном помещении, оснащенным мощными вытяжками. В процессе работы в организм проникают пары свинца, кадмия и никеля, которые накапливаясь могут принести существенный ущерб здоровью. Свинец проникает в легкие, провоцирует появление налета на зубах, кадмий вызывает аллергические и себорейные проявления на коже.

В случае возникновения подобных реакций организма единственный вариант спасения - прекратить работу. В противном случае вредные вещества будут накапливаться в организме и могут привести к необратимым последствиям.

 

 История возникновения

Академик Борис Якоби является первым ученым, который применил гальванику на практике. Именно он в 1838 году впервые в мире открыл метод гальванопластики. Настоящее имя ученого - Мориц Герцманн. Он немец, переехавший на постоянное место жительства в Россию. Ученый рекомендовал использовать гальванизацию при создании оборудования для типографий, монет и т.д.

Несмотря на все вышеперечисленные заслуги, название метод получил в честь итальянского ученого, врача, физика Луиджи Гальвани. Он работал над методом одновременно с Морицем Германном, правда пошел немного дальше своего коллеги.

 Технология гальванического покрытия предметов имеет массу плюсов, одним из которых является равномерное покрытие деталей любых форм, включая самые сложные, а толщина покрытия равномерно распределяется по всей площади детали. Единственный нюанс — если назначение предмета декоративное, пленку потребуется отшлифовать.

 

Гальваника в косметологии

 Принцип работы гальванизации активно используется не только в промышленных отраслях, ювелирном производстве. Косметология также взяла на вооружение этот метод. Например, гальваническая чистка лица основана на методе воздействия током на кожные покровы. За счет чего кожные жир в порах разжижается и выходит из пор. Таким образом, кожа очищается, приобретает здоровое сияние. Хотя, косметологи имеют довольно призрачные связи с понятием гальванизации в чистом виде.

 

ООО "ВС МТК оказывает услуги по гальваническому покрытию (гальваническое цинкование) метизделий.

  • Мы работаем на самом современном оборудовании.
  • Учитываем все пожелания и требования заказчика.
  • Выполняем работы быстро и качественно.
  • Гальваническое покрытие соответствует стандартам ГОСТ.
  • Выполняем любые объёмы работ.
  • Гибкая ценовая политика.
  • Доставляем готовую продукцию в любой регион Российской Федерации.

По всем вопросам гальванического цинкования, обращайтесь по телефону: 

+7 (39155) 7-37-16 или +7 (39155) 7-38-17

Что такое родирование, золочение и серебрение

Декоративная отделка художественных металлов существовала уже в древние времена. В современном производстве для придания изделиям дополнительных декоративных свойств применяют технологию гальванообработки. Гальванообработка — это электрохимический метод нанесения металлических и химических покрытий на электропроводящий и неэлектропроводящий материал для придания ему определенных свойств: защитных, декоративных и др. Защитные покрытия из благородных металлов получают посредством осаждения металлов из растворов солей под действием электрического тока.

Компания «Aurum» использует для декорирования металлов самые разнообразные способы. Применяются старинные и  современные техники: золочение, серебрение, родирование.

Защитные покрытия позволяют сохранить блеск и цвет ювелирных изделий длительное время (от нескольких месяцев до 2-3 лет). Защитные покрытия (ингибиторы) не только защищают изделия от потемнения, но и обладают прекрасным полирующим эффектом. Например, защитные покрытия серебра от потемнения (пассивация) позволяют сохранить блеск и цвет ювелирных изделий длительное время.

Родирование

Родий — благородный металл, по химической стойкости в большинстве коррозионных сред превосходит платину. Это самый яркий и твердый металл платиновой группы. Родий относят к благородным металлам не только за эффектную внешность, но и за высокую химическую стойкость. По своим характеристикам родий - твёрдый металл, серебристо-белого цвета. Поверхность родия обладает очень высокой отражательной способностью (превышающей 80% для видимой части спектра). В отличие от серебра, которое достаточно быстро тускнеет под воздействием внешней среды, родий сохраняет блеск довольно долго. Благодаря высокой твердости родий изнашивается медленнее, чем платина и золото, поэтому родиевое покрытие надолго сохраняет красоту ювелирных изделий: украшения приобретают дополнительные блеск и прочность. Холодный белый блеск родия подчеркивает красоту бриллиантов, фианитов и других вставок.

Родирование — это нанесение на поверхность металлических изделий тонкого слоя родия (толщиной 0,1-1 микрометр) для повышения их коррозионной стойкости, отражательной способности, а также для придания защитно-декоративных свойств изделий. В наших мастерских мы используем наиболее надёжный способ родирования - гальваника. Гальваника - это электролитическое осаждение одного металла (покрытие) на другой металл (изделие).

Золочение

Золочение — это нанесение тонкого слоя золота на поверхность изделий в защитных или декоративных целях.  Золочение всегда являлось наиболее распространенным способом отделки, потому что золото — один из первых металлов, ставших известными человеку. Кроме того, золото по интенсивности цвета, мягкости блеска, глубине тона и устойчивости декоративных качеств превосходит все другие металлы.
В наших мастерских мы используем наиболее надёжный способ золочения - гальваника. Гальваника - это электролитическое осаждение одного металла (покрытие) на другой металл (изделие).

По цвету получаемого в результате гальванообработки изделия различают два вида золочения:

  • Золочение золотом 999°  – изделия приобретают цвет чистого золота (насыщенный жёлтый),
  • Золочение золотом 585° – изделия приобретают цвет наиболее популярного золота 585°, обладают большей износостойкостью по отношению к покрытию золотом 999°.

Толщина покрытия для золота как правило составляет:

  • 1 - 3 микрометра для золота 585°
  • 2 - 6 микрометров для золота 999°.
  • 18 - 24 микрометра для глубокого золочения золотом 999°. Применяется для восстановления золотого покрытия на часах

 

Серебрение

Серебрение — это нанесение тонкого слоя серебра на поверхность изделия в защитных или декоративных целях.

В наших мастерских мы используем наиболее надёжный способ серебрения - гальваника. Гальваника - это электролитическое осаждение одного металла (покрытие) на другой металл (изделие).
Процесс электролитического осаждения используется при нанесении серебряного покрытия на изделия из благородных металлов, а также из латуни, бронзы.

Толщина слоя покрытия для серебра как правило составляет 10-20 микрометров, за счет этого можно несколко раз отполировать изделие, придав ему первоночальный блеск. Покрытие имеет ультра-яркий серебряный цвет.


Гальваническое золото, как его получают?

Гальваническое золото — это особое покрытие, которое наносят на поверхность других металлов с целью придания им некоторых качеств благородного металла. Таким образом, покрытие помогает удешевить производство и сделать вещь привлекательной для покупателей. Золото не окисляется, не реагирует на реагенты, не вступает в контакт с водой. Помимо этого, нанесение покрытия помогает улучшить припой и используется в производстве техники, в частности, микросхем.

Что такое гальванизация?

Гальваническое покрытие золотом — это нанесение на поверхность детали, изготовленной из металла или другого материала, тонкого слоя позолоты. Толщина слоя определяется свойствами изделия, которое в нем нуждается. Слой может быть в несколько миллиметров, а может составлять всего несколько микрон.

Изделие до и после нанесения позолоты гальваническим методом

В чем плюсы:

  1. Помогает придать изделию благородный вид.
  2. Улучшает свойства и характеристики.
  3. Помогает защитить от разрушительных факторов.

Золото гальваническим способом наносят на поверхность, используя тонкие листы металла. Сусальное золото очень тонкое, а технология его нанесения на поверхность изделий спустя годы практически не изменилась.

В процессе могут быть использованы масло и клей. На основе масла готовят специальную смесь, которая помогает закрепить сусальное золото на поверхности изделия из металла или другого материала. В процессе используют масляный лак, в результате чего покрытие имеет матовый оттенок; для того чтобы придать блеск изделию, на него дополнительно наносят еще одно покрытие.

Если в процессе гальванизации использовался полимер (клеевая основа), то изделие может иметь характерный блеск, но процедуру проводят в особых условиях, поскольку влажность может нарушить процесс и повлиять на результат.

Покрытие гальваник активно используется в изготовлении бижутерии, которая неизменно пользуется спросом среди покупателей. За основу берут более дешевый металл, а сверху наносят слой золота. Такие украшения стоят дешевле, а выглядят как драгоценности.

В большинстве случаев такое покрытие называют позолотой, его могут наносить как на кольца, серьги и колье, так на часы и очки.

Примечательно, что в России наибольшим спросом пользуются те изделия, которые имеют желто-красный оттенок, а вот в Европе предпочтение отдают лимонному цвету.

На какие металлы наносят покрытие:

  • мельхиор;
  • никель;
  • латунь;
  • медь.

Позолоту наносят не только на неблагородные металлы, но и на серебро. Помимо золота, могут использоваться и другие благородные металлы платиновой группы.

Украшения, сделанные таким образом, помогают избежать аллергии, их сложно отнести к дешевой бижутерии, подчас такие драгоценности стоят наравне с изделиями, сделанными из серебра.

Покрытие может наноситься выборочно, в основном это делается для того, чтобы отдельная часть того или иного изделия приобрела некоторые свойства золота.

Гальванику используют повсеместно, поскольку покрытие можно нанести на любой материал, тем самым украсив его или придав определенные свойства. Например, сусальным золотом украшают купола церквей, используют его в качестве элемента декора или наносят на поверхность фарфора.

Каким образом проходит процедура?

Наносить позолоту на материал можно только двумя способами:

  1. Механическим.
  2. Электрохимическим, с использованием тока и реагентов.

Механический способ — это нанесение на поверхность материала сусального золота при помощи клея и масла.

На поверхность изделия драгметалл наносят гальваническим способом, при этом мастер в процессе работы покрывает поверхность изделия золотом, используя электрический ток.

Покрытие, которое наносят при помощи тока, имеет ряд преимуществ:

  • повышает износостойкость материала;
  • повышает отражательную способность;
  • защищает от коррозии;
  • проводит ток.

При нанесении слоя мастер сам контролирует толщину драгметалла. На протяжении долгого времени специалисты сходились во мнении, что у гальваники есть только один минус, — это ограниченность. Наносить драгметалл можно было только на металл, поскольку он хорошо проводит ток. Сегодня удалось решить проблему, были созданы специальные лаки и вещества, которые проводят ток. Их нанесение на поверхность изделий помогает покрыть позолотой и те материалы, которые не имеют отношения к металлу.

Схема гальванической установки

Нанесение позолоты на поверхность изделий проводится в три этапа:

  1. Подготовка.
  2. Нанесение металла.
  3. Окончательная обработка.

Первым этапом можно назвать шлифовку. Ее проводят, используя пасту, наждачную бумагу; если поверхность хорошо обработана, прошла подготовку, то можно считать, что половина работы закончена. А также удаляют окислы, признаки ржавчины и загрязнения. Поверхность обезжиривают, в качестве подходящего средства можно использовать бензин и ацетон.

Потом деталь погружают в золото, используя для этого гальванические ванны. Для проведения процедуры необходимы специальные приспособления, которые называют барабанами, они обеспечивают проводимость тока. Сама ванна имеет особое покрытие, которое позволяет ей не разрушаться под действием электрического тока.

Весь процесс проходит под действием высоких температур и поддержания уровня тока, поэтому для проведения гальванизации потребуется специальное оснащение. Выполнить подобную процедуру дома не получится. А также в процессе используются химические реагенты.

Обработка заканчивается тогда, когда поверхность детали покрывают тонким слоем металла. Иногда нанесение золота на деталь используется для того, чтобы увеличить ее в объеме, а не только улучшить характеристики. Наносить на деталь можно не только золото и неблагородные металлы, но также хром, никель, медь.

Чаще всего на детали наносят лигатуру, а не чистое золото. Металл разбавляют при помощи других элементов, тем самым придавая изделиям другие качества и оттенок, который способен привлечь покупателей.

Виды покрытий, которые существуют:

  • Никелирование — нанесение на детали никеля в качестве покрытия. Чаще всего такой вид гальваники используют в отношении меди, цинка, алюминия. Никель защищает изделия от коррозии, при этом элемент наносят не только на металл, но и на дерево, фарфор и другие материалы.
  • Меднение — на сталь наносят тонким слоем медь для того, чтобы придать изделию определенные характеристики. Медь наносят на стальную проволоку или провода.
  • Серебрение — процесс нанесения на изделия серебра тонким слоем. Это помогает защитить детали от действий внешней среды, повысить электропроводность. Помимо этого, серебро может быть нанесено на детали интерьера с целью придать им декоративный цвет и блеск.
  • Родирование — нанесение на украшения или детали родия, одного из самых дорогих элементов. Родий обладает уникальными свойствами и защищает драгоценности или детали от реагентов, воды, воздуха и грязи.
Гальваническое золочение

Серебро, медь, никель, родий и другие элементы могут придать детали необходимые свойства, а также защитить материал от окисления, коррозии.

Минусом гальванизации можно считать только то, что со временем покрытие истончается. Слой стирается под воздействием неблагоприятных факторов. При этом обнажается поверхность, качество материала снижается, его вид ухудшается. Если речь идет об украшениях или небольшой детали, то можно отдать предмет на реставрацию. Старый слой счистят и нанесут на предметы новый. Но за работу придется заплатить приличную сумму; процедуру сложно отнести к дешевой, стоимость будет зависеть от типа покрытия и толщины слоя.

Как работает гальваника - Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 июля 2020 г.

Не существует такой вещи, как алхимия - волшебным образом превращающая обычные химические элементы в редкие и ценные - но гальваника, возможно, является следующим лучшим занятием. Идея состоит в том, чтобы использовать электричество для покрытия относительно приземленных металл, например медь, с тонким слоем другого, более ценного металл, например золото или серебро. Гальваника имеет много других применений, помимо того, что дешевые металлы выглядят дорогими.Мы можем использовать это, чтобы сделать устойчивые к ржавчине вещи, например, для производства различных полезных сплавы, такие как латунь и бронза, и даже чтобы пластик был похож на металл. Как работает этот удивительный процесс? Давайте посмотрим поближе!

Фото: Гальваника в действии - выставка в Think Tank (музей науки в Бирмингеме, Англия). Эти две вилки являются электродами, и синий раствор (сульфат меди) используется для медного покрытия одной из них.

Что такое гальваника?

Фото: Позолоченное: Когда астронавт Эд Уайт совершил первый выход в открытый космос в 1965 году, на его шлеме был позолоченный козырек, защищавший глаза от солнечного излучения.Фото любезно предоставлено НАСА в палате общин.

Гальваника включает пропускание электрического тока через раствор, называемый электролит. Это делается путем погружения двух клемм, называемых электроды в электролит и подключив их к цепь с аккумулятором или другим источником питания. Электроды и электролит состоит из тщательно подобранных элементов или соединений. Когда электричество течет по цепи, которую они образуют, электролит расщепляется, и некоторые из атомов металла, которые он содержит, осаждается тонким слоем поверх одного из электродов - он становится гальваническим.Все виды металлов могут быть покрытым таким образом, в том числе золотом, серебром, олово, цинк, медь, кадмий, хром, никель, платина и свинец.

Гальваника очень похожа на электролиз. (используя электричество для расщепления химического раствора), что является обратным процессу, при котором батареи производят электрические токи. Все это примеры электрохимия: химические реакции, вызванные или производящие электричество, которое дает полезные в научном или промышленном отношении конечные продукты.

Фото: Серебряные столовые приборы дороги и тускнеют; нержавеющая сталь с хромовым покрытием - хороший заменитель для многих людей. Несмотря на то, что он устойчив к ржавчине и долговечен, покрытие со временем изнашивается, как вы можете видеть в коричневатой области ручки этого пирогового сервера. Маркировка «EPNS» на столовых приборах является окончательным признаком гальваники: это гальваническое никелевое покрытие.

Как работает гальваника?

Во-первых, вы должны выбрать правильные электроды и электролит, определив химическая реакция или реакции, которые должны произойти, когда электрический ток включен.Атомы металла, покрывающие ваш объект, исходят из электролит, поэтому, если вы хотите что-то медить, вам понадобится электролит изготовлен из раствора медной соли, а для золочения понадобится электролит на основе золота и так далее.

Затем вы должны убедиться, что электрод, который вы хотите наклеить, полностью чистый. В противном случае, когда атомы металла из электролита осаждаются на это, они не сформируют хорошую связь, и они могут просто стереться снова. Как правило, чистка выполняется путем погружения электрода в прочный кислотным или щелочным раствором или (кратковременно) подключив гальваника в обратном направлении.Если электрод действительно чистый, атомы металла покрытия эффективно связываются с ним, соединяясь очень сильно на внешние края его кристаллической структуры.

Изображение: Медное покрытие латуни: Вам понадобится медный электрод (серый, слева), латунный электрод (желтый, справа) и немного раствора сульфата меди (синий). Латунный электрод становится отрицательно заряженным и притягивает из раствора положительно заряженные ионы меди, которые прилипают к нему и образуют внешнее покрытие медной пластины.

Теперь мы готовы к основной части гальваники. Нам нужны два электрода из различные проводящие материалы, электролит и электричество поставлять. Обычно один из электродов делается из металла, который мы пытаясь пластину и электролит представляет собой раствор соли тот же металл. Так, например, если мы покрываем медью латунь, мы нужен медный электрод, латунный электрод и раствор соединение на основе меди, такое как раствор сульфата меди. Металлы, такие как золото и серебро не растворяются легко, поэтому их нужно превращать в растворы с использованием сильнодействующих и опасно неприятных химикатов на основе цианидов.Электрод, на который будет наноситься покрытие, обычно изготавливается из более дешевой металл или неметалл, покрытый проводящим материалом, таким как графит. В любом случае он должен проводить электричество или не проводить электричество. ток будет течь, и никакого покрытия не произойдет.

Мы окунаем два электрода в раствор и соединяем их в цепь так, чтобы медь становится положительным электродом (или анодом), а латунь становится отрицательным электродом (или катодом). Когда мы включаем мощности раствор сульфата меди расщепляется на ионы (атомы с мало или слишком много электронов).Ионы меди (которые положительно заряжены) притягиваются к отрицательно заряженному латунному электроду и медленно нанесите на него, производя тонкий позже из медной пластины. Между тем, сульфат-ионы (которые отрицательно заряжены) приходят к положительно заряженному медному аноду, высвобождая электроны которые движутся через батарею к отрицательному латунному электроду.

Гальваническим атомам требуется время, чтобы накапливаться на поверхности отрицательного электрода. Сколько именно времени зависит от силы электрического тока у вас использование и концентрация электролита.Увеличение любого из это увеличивает скорость, с которой ионы и электроны движутся через схема и скорость процесса нанесения покрытия. Пока по мере того как ионы и электроны продолжают двигаться, ток продолжает течь, и процесс нанесения покрытия продолжается.

Можно ли гальванизировать пластмассы?

Фотография: Пластик с покрытием часто используется для деталей, которым требуется блестящая отделка металла без его прочности и тяжести, и вот три примера из моего собственного дома. Вверху: переключатель, стрелки и безель (рамка циферблата) этого будильника выглядят блестящими и металлическими, но на самом деле они пластиковые.В центре: детали сантехники, которые не должны быть прочными, часто изготавливаются из плакированного пластика, поэтому они остаются прохладными на ощупь и гармонируют с металлическими трубами. Регулятор температуры на этом душе (справа, с красной кнопкой) сделан из пластика, но похож на основные металлические детали слева. Внизу: компьютерный USB-микрофон имеет глянцевую поверхность, чтобы он выглядел дорогим и высококачественным.

Недорогой, легко поддающийся формованию, легкий и одноразовый, пластмассы быстро стали наиболее распространенными и гибкими материалами в 20 веке.Но для многих это не только преимущество, но и недостаток: пластик дешевый и дешевый - и именно так они выглядят. Одно из решений - покрыть дешевый пластик тонким слоем металла, чтобы придать ему все преимущества пластика с привлекательной блестящей отделкой. металл. Таким способом можно покрыть множество различных пластиков, в том числе АБС-пластик, фенольные пластики, карбамидоформальдегид, нейлон и т. Д. и поликарбонат. Вы часто найдете детали на автомобилях, сантехнике, бытовой и электрической арматуре, которые выглядят металлическими, но на самом деле являются пластиковыми покрытиями.Они легче, дешевле, устойчивы к ржавчине и не требуют полировки после нанесения покрытия.

Как гальванизируют пластмассы?

" ... мой приятель ... сказал мне, что у него есть процесс металлизации пластмасс. Я сказал, что это невозможно, потому что нет проводимости; нельзя прикрепить провод. Но он сказал, что может наклеить металлическими пластинами все, что угодно ... "

Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! Ричард Фейнман

Если вы знаете что-нибудь о пластике, вы сразу заметите очевидную проблему: пластик обычно не проводит электричество.Теоретически это должно полностью исключить гальваническое покрытие; На практике это просто означает, что мы должны дополнительно обработать наш пластик, чтобы он стал электропроводящим, прежде чем мы начнем. Есть несколько этапов. Во-первых, пластик необходимо тщательно очистить от таких вещей, как пыль, грязь, жир и следы с поверхности. Затем его протравливают кислотой и обрабатывают катализатором (ускорителем химической реакции), чтобы обеспечить прилипание покрытия к его поверхности. Затем его окунают в ванну из меди или никеля (медь более распространена), чтобы получить очень тонкое покрытие из электропроводящего металла (толщиной менее микрона, 1 мкм или одной тысячной миллиметра).Как только это будет сделано, на него можно будет нанести гальваническое покрытие, как на металл. В зависимости от того, сколько износа должна выдержать металлическая деталь, толщина покрытия может быть от 10 до 30 микрон.

Зачем нужна гальваника?

Фото: Это автомобильное колесо изготовлено из металлического алюминия, покрытого никель в более экологически чистом процессе, разработанном Metal Arts Company, Inc. В процессе Microsmooth ™ используется примерно на 30 процентов меньше электроэнергии, почти на 60 процентов меньше природного газа и вдвое меньше воды, чем требуется для традиционных процессов нанесения покрытий.Фото: Metal Arts Company, Inc. любезно предоставлено Министерством энергетики США (DOE).

Гальваника обычно выполняется по двум совершенно разным причинам: украшение и защита. Металлы, такие как золото и серебро, покрываются для украшения: дешевле иметь золото или посеребренные украшения, чем цельные изделия из этих тяжелых, дорогие, ценные вещества. Потому что разные металлы разных цветов, гальваника может использоваться для изготовления таких вещей, как кольца, цепочки, значки, медали и т. д. широкий выбор привлекательной декоративной отделки, включая блестящие, матовые и старинные варианты золота, серебра, меди, никеля и бронзы.Металлы, такие как олово и цинк (которые не особенно привлекательны на вид), покрываются гальваническим покрытием, чтобы придать им вид. защитный внешний позже. Например, пищевые контейнеры часто покрывают оловом, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии, в то время как многие предметы быта из железа покрыты цинк (в процессе, называемом гальванизацией) по той же причине. Некоторые формы гальваники являются как защитными, так и декоративными. Крылья автомобилей и "отделка салона", например, когда-то широко изготовлен из прочной стали с покрытием с хромом, чтобы сделать их привлекательно блестящими и устойчивы к ржавчине (теперь более вероятны недорогие и естественно устойчивые к ржавчине пластмассы для использования на автомобилях).Сплавы, такие как латунь и бронза, также могут быть покрыты обеспечение содержания в электролите солей всех металлов, которые должен присутствовать в сплаве. Гальваника также используется для изготовление дубликатов печатных форм в процессе, называемом электротипирование и гальванопластика (альтернатива литье изделий из расплавленных металлов).

Насколько толсто гальваническое покрытие?

Независимо от того, покрыты ли предметы для украшения или защиты, толщина слоя покрытия является еще одним важным фактором. рассмотрение.Очевидно, что чем толще покрытие, тем дольше оно прослужит и тем большую защиту будет давать, но даже самая толстая обшивка намного тоньше, чем можно было ожидать. Типичная толщина плакированного металла варьируется от примерно От 0,5 микрон (0,5 миллионных долей метра или 0,0005 миллиметра) до примерно 20 микрон (20 миллионных долей метра или 0,02 миллиметра) - так это очень тонкий. (Чтобы дать вам некоторое представление, алюминиевая кухонная фольга находится примерно в середине этого диапазона, с самая толстая и прочная фольга - около 10–20 микрон.) Что-то вроде позолоченного корпуса часов будет иметь покрытие в 20 микрон, которое может легко выдержать повседневные грубые дела. и кувыркается несколько десятилетий.

Если вам понравилась эта статья ...

... вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Деятельность

Гальваника - это то, с чем можно легко поэкспериментировать в школе или (с помощью взрослого) дома.Вот несколько сайтов, которые вы можете безопасно исследовать:

Видео

  • Гальваника - как это делается: четкое введение в теорию и практику гальваники и огромное количество повседневных вещей, для которых она используется. Также описывается, как на пластмассы можно наносить гальваническое покрытие и почему гальванику часто необходимо наносить несколькими отдельными слоями или «слоями».
  • Гальваника четверти: ясно и просто объяснено в этом коротком видео от учителя химии г-на Кента.

Книги

Для читателей постарше
  • Гальваника: Инженерное руководство Лоуренса Дж. Дерни (ред.). Springer, 2014. Еще один подробный справочник, в основном предназначенный для людей, работающих в индустрии обработки металлов.
  • Гальваника: основные принципы, процессы и практика Нассера Канани. Elsevier, 2004. Подробное введение для студентов-химиков, а также производителей.
  • Современное гальваническое покрытие Мордехая Шлезингера, Милана Пауновича (ред.).Wiley, 2011. Огромное и подробное руководство с главами по гальванике всех распространенных металлов, включая медь, никель, золото и олово; плюс освещение электроосаждения, полупроводников, органических пленок и многих других тем.
  • Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! Ричард П. Фейнман. Винтаж, 1992. Глава под названием «Главный химик-исследователь корпорации MetaPlast Corporation» (стр. 41 моего издания) представляет собой короткий, но забавный анекдот о гальванических пластиках, первым из которых, как оказалось, был Фейнман.
Для младших читателей

Они лучше всего подходят для детей 9–12 лет, но эксперименты можно адаптировать для детей старшего и младшего возраста.

  • Химия для каждого ребенка: 101 простой эксперимент, который действительно работает, Дженис ВанКлив. Jossey-Bass, 2010. Очень хорошее практическое введение в химию (с добавлением немного физики и биологии, если это необходимо). Первоначально опубликовано в 1989 году, но не менее актуально сегодня. Мероприятие 43 (Зеленые пенни) - это пример металлизации.
  • Пошаговые научные эксперименты в химии Дженис ВанКлив. Розен, 2013. Более новая и короткая подборка того же автора.
  • Роберт Уинстон «Это элементарно». ДК, 2007/2016. Общее введение в химию для детей в возрасте 8–10 лет, посвященное элементам.

Статьи

Современная обшивка
Исторические статьи из архивов

Патенты

Для получения более подробной технической информации их стоит просмотреть:

  • Патент США 6,527,920: устройство для гальваники меди Стивена Т.Майер и др., Novellus Systems, Inc., 4 марта 2003 г. Подробное описание видов гальванических процессов, используемых при создании интегральных схем.
  • Патент США 4 039 714: процесс гальваники меди, Ютака Окинака, AT&T Bell Laboratories. 4 сентября 1984 г. Описывается типичная современная ванна для меднения.
  • Патент США 4 039 714: Предварительная обработка пластических материалов для металлизации, автор - Иржи Рубаль и Иоахим Корпиун. 2 августа 1977 года. Здесь подробно рассказывается о том, как поверхность пластика может быть подготовлена ​​к гальванике.

Что такое гальваника и как она работает?

Электрохимия - это процесс, при котором очень тонкие слои выбранного металла прикрепляются к поверхности другого металла на молекулярном уровне. Сам процесс включает создание электролитической ячейки: устройства, которое использует электричество для доставки молекул в определенное место.

Как работает гальваника

Гальваника - это применение электролитических ячеек, в которых тонкий слой металла наносится на электропроводящую поверхность.Ячейка состоит из двух электродов (проводников), обычно сделанных из металла, которые удерживаются друг от друга. Электроды погружены в электролит (раствор).

Когда включается электрический ток, положительные ионы в электролите перемещаются к отрицательно заряженному электроду, называемому катодом. Положительные ионы - это атомы, у которых на один электрон слишком мало. Когда они достигают катода, они соединяются с электронами и теряют свой положительный заряд.

В то же время отрицательно заряженные ионы перемещаются к положительному электроду, называемому анодом.Отрицательно заряженные ионы - это атомы, у которых на один электрон слишком много. Когда они достигают положительного анода, они переносят на него свои электроны и теряют свой отрицательный заряд.

Анод и катод

В одной из форм гальваники металл, который нужно покрыть, расположен на аноде схемы, а элемент, который нужно покрыть, расположен на катоде. И анод, и катод погружены в раствор, содержащий растворенную соль металла, такую ​​как ион металла, на который наносится покрытие, и другие ионы, которые обеспечивают прохождение электрического тока через цепь.

На анод подается постоянный ток, который окисляет его атомы металла и растворяет их в растворе электролита. Растворенные ионы металла восстанавливаются на катоде, нанося металл на изделие. Ток в цепи таков, что скорость растворения анода равна скорости нанесения покрытия на катод.

Назначение гальваники

Есть несколько причин, по которым вы можете покрыть проводящую поверхность металлом.Серебряное и золотое покрытие ювелирных изделий или изделий из серебра обычно выполняется для улучшения внешнего вида и ценности изделий. Хромирование улучшает внешний вид предметов, а также улучшает их износ. Для придания коррозионной стойкости могут применяться цинковые или оловянные покрытия. Иногда гальваника выполняется просто для увеличения толщины изделия.

Пример гальваники

Простым примером процесса гальваники является гальваника меди, при которой металл, который нужно покрыть (медь), используется в качестве анода, а раствор электролита содержит ион металла, который нужно покрыть (Cu 2+ в этом примере ).Медь переходит в раствор на аноде, так как она покрывается на катоде. Постоянная концентрация Cu 2+ поддерживается в растворе электролита, окружающем электроды:

  • Анод: Cu (s) → Cu 2+ (водн.) + 2 e -
  • Катод: Cu 2+ (водн.) + 2 e - → Cu (s)

Общие процессы нанесения гальванических покрытий

Металл Анод Электролит Заявка
Cu Cu 20% CuSO 4 , 3% H 2 SO 4 гальванический
Ag Ag 4% AgCN, 4% KCN, 4% K 2 CO 3 украшения, посуда
Au Au, C, Ni-Cr 3% AuCN, 19% KCN, 4% Na 3 PO 4 буфер ювелирные изделия
Cr Пб 25% CrO 3 , 0.25% H 2 SO 4 автозапчасти
Ni Ni 30% NiSO 4 , 2% NiCl 2 , 1% H 3 BO 3 Опорная плита Cr
Zn Zn 6% Zn (CN) 2 , 5% NaCN, 4% NaOH, 1% Na 2 CO 3 , 0,5% Al 2 (SO 4 ) 3 сталь оцинкованная
Sn Sn 8% H 2 SO 4 , 3% Sn, 10% крезол-серная кислота жестяных банок

Electroplating 101: How Metal Plating Works

Гальваника позволяет сочетать прочность, электрическую проводимость, абразивную и коррозионную стойкость и внешний вид определенных металлов с различными материалами, которые обладают собственными преимуществами, такими как доступные и / или легкие металлы или пластмассы.

Из этого руководства вы узнаете, почему многие инженеры используют гальваническое покрытие на всех этапах производства - от прототипирования до массового производства.

Гальваника - это процесс использования электроосаждения для покрытия объекта слоем металла (ов). Инженеры используют управляемый электролиз для переноса желаемого металлического покрытия с анода (часть, содержащая металл, который будет использоваться в качестве покрытия) на катод (часть, которую необходимо покрыть).

Схема гальванического покрытия меди с использованием ванны электролита из сульфата меди, серной кислоты и хлорид-ионов.(источник изображения)

Анод и катод помещаются в химическую ванну с электролитом и подвергаются непрерывному электрическому заряду. Электричество заставляет отрицательно заряженные ионы (анионы) перемещаться к аноду, а положительно заряженные ионы (катионы) - к катоду, покрывая или покрывая желаемую часть ровным металлическим покрытием. Гальваника использует материал подложки (часто более легкий и / или более дешевый материал) и инкапсулирует подложку в тонкую металлическую оболочку, такую ​​как никель или медь.

Вебинар

В этом веб-семинаре вы узнаете, как гальваника расширяет палитру материалов для 3D-печати SLA для получения высокопрочных и износостойких деталей конечного использования. В то время как SLA-печать позволяет создавать сложные нестандартные детали, гальваника трансформирует SLA-детали для получения металлических свойств, включая высокий модуль упругости, электропроводность или эстетическую отделку.

Посмотреть вебинар сейчас

Гальваника и гальванопластика выполняются с использованием электроосаждения. Разница в том, что при гальванопластике используется форма, которая удаляется после того, как деталь сформирована.Гальванопластика используется для создания твердых металлических деталей, тогда как гальваника используется для покрытия металлом существующей детали (которая сделана из другого материала).

Можно гальванизировать один металл на предмет или их комбинацию. Многие производители предпочитают наносить слои на металлы, такие как медь и никель, для увеличения прочности и проводимости. Материалы, обычно используемые в гальванике, включают:

  • Латунь

  • Кадмий

  • Хром

  • Медь

  • Золото

  • Утюг

  • Никель

  • Серебро

  • Титан

  • Цинк

Подложки могут быть изготовлены практически из любого материала, от нержавеющей стали и других металлов до пластика.Ремесленники гальванизируют органические материалы, такие как цветы, а также ленты из мягкой ткани.

Важно отметить, что непроводящие подложки, такие как пластик, дерево или стекло, необходимо сначала сделать проводящими, прежде чем на них можно будет наносить гальваническое покрытие. Это может быть сделано путем покрытия непроводящей основы слоем проводящей краски или спрея.

Благодаря научным достижениям в производстве материалов и пластмасс, легкие и недорогие пластиковые детали заменили более дорогие металлические детали в самых разных сферах применения в различных отраслях промышленности, от автомобилей до водопроводных труб.

Хотя пластик имеет ряд преимуществ по сравнению с металлом, во многих сферах применения металл по-прежнему доминирует. Как бы вы ни старались, у вас никогда не получится, чтобы пластик имел такую ​​же роскошную отделку, как медь. И хотя пластик может быть более гибким, чем большинство металлов, он далеко не такой прочный. Здесь на помощь приходит гальваника.

3D-печать дает уникальные преимущества в сочетании с гальваникой. Инженеры часто выбирают материалы для 3D-печати из-за свободы дизайна в аддитивном производстве.Гальванизировать детали, напечатанные на 3D-принтере, зачастую дешевле, чем отливать, обрабатывать или использовать другие методы производства, особенно когда речь идет о прототипировании.

Стереолитография (SLA) 3D-печать идеально подходит для гальваники, поскольку она позволяет создавать 3D-печатные детали с очень гладкими или мелко текстурированными поверхностями, которые делают переход между двумя материалами - пластиком и металлом - бесшовным. Он также создает водонепроницаемые детали, которые не будут повреждены при погружении в химическую ванну, необходимую во время процесса гальваники.

С инженерной точки зрения сочетание 3D-печати и гальваники предлагает уникальные варианты прочности на разрыв для готовых конструкций. Как вы можете видеть на диаграмме выше, сочетание этих двух производственных процессов устраняет разрыв в прочности на разрыв между двумя группами материалов.

Гальваника дает множество преимуществ, включая повышенную прочность, срок службы и проводимость деталей. Инженеры, производители и художники извлекают выгоду из этих преимуществ различными способами.

Инженеры часто используют гальваническое покрытие для увеличения прочности и долговечности различных конструкций. Вы можете увеличить прочность на разрыв деталей, напечатанных на 3D-принтере, например, на 400% или более, покрывая их металлами, такими как медь и никель. Поместите металлическую пленку на полимерные детали, и вы сможете улучшить их устойчивость к таким факторам окружающей среды, как химическое воздействие и ультрафиолетовое излучение.

Сравнение стандартной печатной детали SLA и той же геометрии детали с никелевым и медным покрытием.

Художники часто используют гальваническое покрытие, чтобы сохранить природные элементы, склонные к гниению, например листья, и превратить их в более прочные произведения искусства. В медицинском сообществе гальваника используется для изготовления медицинских имплантатов, которые устойчивы к коррозии и могут быть должным образом стерилизованы.

Гальваника - это эффективный способ добавления косметической металлической отделки к товарам клиентов, скульптурам, статуэткам и произведениям искусства. Многие производители также выбирают гальваническое покрытие подложки, чтобы создавать более легкие детали, которые легче и дешевле перемещать и отправлять.

Гальваника также обладает преимуществом проводимости. Поскольку металлы по своей природе являются проводящими, гальваника - отличный способ увеличить проводимость детали. Антенны, электрические компоненты и другие детали могут быть покрыты гальваническим покрытием для повышения производительности.

Хотя гальваника имеет множество преимуществ, ее ограничения заключаются в сложности и опасном характере самого процесса. Рабочие, выполняющие гальванику, могут пострадать от воздействия шестивалентного хрома, если не примут надлежащих мер предосторожности.Рабочим очень важно иметь хорошо вентилируемое рабочее место. Управление по безопасности и гигиене труда Министерства труда США опубликовало множество документов, в которых описываются риски, связанные с нанесением гальванических покрытий.

Из-за необходимого опыта и связанных с этим опасностей многие инженеры и дизайнеры выбирают стороннего производителя гальванических покрытий, специализирующегося на этом процессе. Хотя гальванику можно выполнить на дому, зачастую самым простым решением является аутсорсинг.К счастью, несколько компаний, такие как RePliForm и Sharretts Plating, специализируются на проектах по нанесению гальванических покрытий на заказ.

На видео выше показано, как гальванизировать с помощью простых в использовании инструментов, таких как зарядное устройство для сотового телефона и запасная медная трубка. Мы рекомендуем вам надевать маску, перчатки и защитные очки во время гальваники и работать только в хорошо вентилируемом помещении.

Во многих отраслях промышленности гальваника используется для изготовления всего, от обручальных колец до электрических антенн.Вот несколько распространенных примеров:

Многие компоненты самолетов имеют гальваническое покрытие, чтобы добавить «временное покрытие», которое увеличивает срок службы деталей за счет замедления коррозии. Поскольку компоненты самолета подвержены резким перепадам температуры и факторам окружающей среды, к металлической подложке добавляется дополнительный металлический слой, чтобы функциональность детали не ухудшалась из-за нормального износа.

Многие стальные болты и крепежные детали, разработанные для аэрокосмической промышленности, имеют гальваническое покрытие хромом (или, в последнее время, цинк-никелем, в связи с изменением ограничений).

Введите слово «гальваническое покрытие» в Etsy, и вам будет представлен огромный выбор предметов домашнего декора с гальваническим покрытием и уникальных сувениров. Ремесленники часто превращают биоразлагаемые предметы, в том числе цветы, ветки и даже насекомых, в прочные и долговечные произведения искусства с помощью этого процесса. Вы можете использовать гальваническое покрытие, чтобы показать и сохранить мелкие детали предметов, которые в противном случае быстро разложились бы.

Гальваника часто используется для создания произведений искусства, таких как медный жук и соты.(источник изображения)

Цифровые дизайнеры иногда используют гальванику для создания скульптур. Дизайнеры могут распечатать подложку на 3D-принтере с помощью настольного 3D-принтера, а затем покрыть дизайн гальваническим покрытием из меди, серебра, золота или любого другого металла по выбору для достижения желаемой отделки. Сочетание 3D-печати с гальваническим покрытием таким образом дает изделия, которые проще (и дешевле) в изготовлении, но при этом они имеют такой же внешний вид и отделку, как скульптуры из цельного литого металла.

Гальваника очень распространена в автомобильной промышленности.Многие крупные автомобильные компании используют гальваническое покрытие для создания хромированных бамперов и других металлических деталей.

Гальваника также может использоваться для создания нестандартных деталей для концептуальных автомобилей. Например, VW объединился с Autodesk, чтобы создать колпаки для своего концептуального автомобиля Type 20. Прототипы колпаков были напечатаны на 3D-принтере и затем покрыты гальваническим покрытием.

Реставрационные компании и предприятия по настройке автомобилей также используют гальваническое покрытие для нанесения никеля, хрома и других покрытий на различные детали автомобилей и мотоциклов.

Гальваника, пожалуй, чаще всего связана с ювелирной промышленностью и драгоценными металлами. Дизайнеры и производители ювелирных изделий полагаются на этот процесс для улучшения цвета, долговечности и эстетической привлекательности колец, браслетов, кулонов и многих других предметов.

Когда вы видите украшение, которое описывается как «позолоченное» или «посеребренное», велика вероятность, что на изделие, на которое вы смотрите, было нанесено гальваническое покрытие. Комбинации различных металлов используются для достижения уникальных оттенков отделки.Например, золото часто сочетают с медью и серебром для создания розового золота.

Гальваника используется для придания эластичности внешнему виду всех видов медицинских и стоматологических элементов. Позолота часто используется для создания зубных вкладок и помощи при различных стоматологических процедурах. На имплантированные детали, такие как сменные соединения, винты и пластины, часто наносят гальваническое покрытие, чтобы сделать детали более устойчивыми к коррозии и совместимыми с стерилизацией перед вставкой. Медицинские и хирургические инструменты, включая щипцы и радиологические детали, также обычно покрываются гальваническим покрытием.

На многие электрические и солнечные компоненты нанесено гальваническое покрытие для увеличения проводимости. Контакты солнечных элементов и различные типы антенн обычно производятся с использованием гальванических покрытий. На провода можно наносить гальваническое покрытие из серебра, никеля и многих других металлов. Позолота часто используется (в сочетании с другими металлами) для увеличения прочности. Золото также часто используется для увеличения срока службы деталей, поскольку оно проводящее, очень пластичное и не взаимодействует с кислородом.

Изготовление металлических деталей на заказ или небольших объемов для прототипирования может быть очень дорогостоящим и трудоемким при традиционных производственных процессах.В результате инженеры часто комбинируют гальванику с 3D-печатью для получения недорогого и экономящего время решения.

Например, Андреас Остервальдер из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL) смог ускорить процесс создания прототипов и снизить затраты на продвинутые экспериментальные установки за счет 3D-печати новых дизайнов на своем 3D-принтере Formlabs SLA и сотрудничества с Galvotec. чтобы эти части были покрыты гальваническим покрытием.

Андреас Остервальдер использовал 3D-печать и гальванику для изготовления этого светоделителя.

Благодаря своей универсальности гальваника открывает бесчисленные возможности для инженеров из разных отраслей. Хотите узнать больше о гальванике деталей, напечатанных на 3D-принтере? Посмотрите наш веб-семинар «3D-печать ближайшего к металлу с помощью принтера за 3500 долларов», чтобы узнать, как гальваника преобразует 3D-печатные детали SLA для получения металлических свойств, включая высокий модуль упругости, электропроводность или эстетическую отделку.

Вы получите идеи и советы от доктора Шона Уайза, президента и генерального директора RePliForm, который также продемонстрирует, как пользователи используют эту технологию для различных приложений.

Что такое гальваника?

Гальваника - это процесс добавления поверхностного слоя металла к другому типу металла. Обычно он используется для предотвращения коррозии и ржавчины, а также для продления срока службы металла под гальваническим покрытием. Конечно, его также используют для изготовления позолоченных и посеребренных украшений и безделушек, а также для улучшения отделки менее дорогих материалов, чтобы улучшить внешний вид продукта.

Понимание того, как работает процесс гальваники

Когда мы говорим о гальванике двух металлов, один из этих металлов заряжен положительно.Другой заряжен отрицательно. Как только электрический ток начинает течь, молекулы положительно заряженного металла перемещаются к отрицательно заряженному металлу. Это означает, что покрываемый объект должен проводить электрический заряд. Это может оказаться проблематичным, если вам нужно покрыть пластиной предмет, не проводящий электричество, например пластик или дерево. Однако этого можно добиться, если основной материал тщательно очистить и покрыть тонким слоем недорогого металла, который действительно проводит электричество.После нанесения слоя проводящего материала процесс гальваники может продолжаться нормально.

Процесс нанесения гальванических покрытий

Гальваника включает использование электрического тока для создания тонкого слоя металла поверх другого металла, обычно менее дорогого. Гальваника обычно применяется для придания более дешевым металлам более роскошной отделки и для добавления определенных свойств, таких как защита от коррозии и ржавчины. Чтобы гальванизировать металл, вам понадобятся два разных металла, раствор электролита, два электрода и батарея или другой источник питания, который будет создавать электрический ток.

При включении питания один металл становится отрицательно заряженным, а другой - положительно заряженным. В течение определенного периода времени положительно заряженные молекулы металла будут медленно мигрировать к поверхности отрицательно заряженного металла, что создает очень тонкий слой.

Типичный пример этого - гальваническое покрытие латуни медью. В этом случае латунь и медь будут помещены в соответствующий раствор электролита. Для этого сценария вам, вероятно, понадобится раствор, содержащий сульфид меди.Затем электроды будут прикреплены к каждому куску металла, а также к батарее. После включения питания молекулы меди будут медленно прикрепляться к латуни, создавая тонкое медное покрытие на поверхности латуни.

Металлы, подходящие для гальваники

Существует много различных типов металлов, которые отлично подходят для процесса гальваники, и хорошая новость заключается в том, что мы продаем гальванические металлы в различных формах, включая проволоку, порошок, слитки, прутки и дробь.Обычные металлы, используемые в процессе гальваники, включают черный и серебряный никель, хром, латунь, кадмий, медь, золото, палладий, платину, рутений, серебро, олово и цинк.

Обычно мы рекомендуем использовать никель марки S или N, гранулы кадмия, медь CDA 101 OFHC, латунные сплавы, оловянные аноды и цинк. Если вы ищете гальванический металл с исключительной твердостью и прочностью, Zadmak 5 может быть правильным выбором. Этот сплав содержит 95 процентов цинка, 4 процента алюминия и 1 процент меди.Если у вас есть особые потребности в гальванике, мы можем порекомендовать подходящие металлы для вашего проекта.

Чтобы узнать больше о типах металлов, которые отлично подходят для процесса гальваники, позвоните нам по телефону 718-342-4900 или посетите наш интернет-магазин, чтобы быстро и без проблем сделать процесс заказа.

Энциклопедия электрохимии - Гальваника

Вернуться к: Домашняя страница энциклопедии - Содержание - Именной указатель - Предметный указатель - Поиск - Словарь - Домашняя страница ESTIR - Домашняя страница ECS

ЭЛЕКТРОПОКРЫТИЕ

Мордехай Шлезингер
Физический факультет
Виндзорский университет
Виндзор, ON N9B 3P4, Канада

(сентябрь 2002 г.)

Гальваника за последние десятилетия превратилась из искусства в точную науку.Эта разработка считается ответственной за постоянно растущее число и расширение типов приложений этой отрасли практической науки и техники. Некоторые из технологических областей, в которых средства и методы гальваники являются важным компонентом, - это все аспекты электроники: макро и микро, оптика, оптоэлектроника и датчики большинства типов, и это лишь некоторые из них. Кроме того, ряд ключевых отраслей, таких как автомобильная промышленность (которая использует, например, хромирование для повышения устойчивости металлических деталей к коррозии ), применяют эти методы даже там, где другие методы, такие как испарение, распыление, химическое осаждение из паровой фазы (CVD). и тому подобное - вариант.Это сделано из соображений экономии и удобства. В качестве иллюстрации следует отметить, что современная гальваника дает практикующему специалисту возможность предварительно рассчитать свойства поверхностей, а в случае гальванопластики - свойства всей детали. Кроме того, возможность нанесения очень тонких многослойных материалов (менее одной миллионной см) с помощью гальваники представляет собой новое направление в производстве новых материалов.

Рис.1. Схема электролизера для покрытия металла «М» из раствора соли металла «МА».
Гальваническое покрытие часто также называют «электроосаждением», и эти два термина используются как взаимозаменяемые. Фактически, можно считать, что «гальваника» происходит в процессе электроосаждения. Электроосаждение - это процесс нанесения покрытия, обычно металлического, на поверхность под действием электрического тока. Нанесение металлического покрытия на объект достигается путем нанесения отрицательного заряда на объект, на который нужно нанести покрытие, и его погружения в раствор, содержащий соль осаждаемого металла (другими словами, объект, на который нужно наносить покрытие, изготавливается катод электролитической ячейки).Ионы металлов соли несут положительный заряд и, таким образом, притягиваются к объекту. Когда они достигают отрицательно заряженного объекта (который должен быть покрыт гальваническим покрытием), он обеспечивает электроны для восстановления положительно заряженных ионов до металлической формы. Фиг.1 представляет собой схематическое изображение электролитической ячейки для гальванического осаждения металла «М» из водного (водного) раствора соли металла «МА».

Чтобы проиллюстрировать вышесказанное, давайте предположим, что у кого-то есть предмет, сделанный из одного из обычных металлов, например меди, и что он был должным образом предварительно очищен.Мы должны покрыть его, скажем, никелем. К объекту нужно будет прикрепить провод, а другой конец провода - к отрицательному полюсу батареи (или источника питания). К положительному полюсу аккумулятора (или источника питания) подключаем другой провод, другим его концом соединяемый со стержнем из никеля. Затем мы заполняем ячейку раствором соли металла, который нужно покрыть. Можно использовать расплав соли, и в некоторых не очень распространенных случаях, например, при осаждении вольфрама, именно это и делают.В большинстве случаев соль просто растворяется в воде. В нашем настоящем примере соль хлорида никеля диссоциирует в воде на положительно заряженные катионы никеля и отрицательно заряженные анионы хлорида. Поскольку покрываемый объект имеет отрицательный заряд, он притягивает положительно заряженные катионы никеля, и электроны текут от объекта к катионам, чтобы нейтрализовать их (восстановить) до металлической формы. Между тем отрицательно заряженные хлорид-анионы притягиваются к положительно заряженному никелевому стержню (известному как анод электролитической ячейки).На аноде электроны удаляются из металлического никеля, окисляя его до катионов никеля. Таким образом, мы видим, что никель растворяется в растворе в виде ионов. Таким образом, в раствор добавляется никель, который заменен гальваническим, и в ячейке остается раствор хлорида никеля.

Хлорид никеля используется здесь для иллюстрации процесса гальваники по ряду причин. Первое среди них - простота. Однако не рекомендуется использовать никель, скажем, для школьных научных демонстраций, потому что у некоторых людей на него сильная аллергия.Мы также не рекомендуем использовать хлоридные соли, потому что они способны выделять газообразный хлор. Для школьной или любительской демонстрации мы рекомендуем покрывать медные монеты цинком или никелевые монеты.

История

Прежде чем продолжить более подробное обсуждение рассматриваемого предмета, будет представлена ​​краткая история гальваники. Раннюю историю гальваники можно проследить примерно до 1800 года. Профессор университета, или, говоря современным языком: химик, Луиджи Бругнателли считается первым человеком, применившим процесс электроосаждения к гальваническому золоту.Бругнателли был другом Аллисандро Вольта (в честь которого была названа электрическая единица «вольт»), который незадолго до этого открыл химические принципы, которые сделают возможным развитие «гальванических» электрических элементов. Первая реальная демонстрация этого Вольта называлась « Voltaic Pile ». Как следствие этого развития, ранние работы Бругнателли с использованием гальванического электричества позволили ему экспериментировать с различными решениями для гальваники. К 1803 году он достаточно усовершенствовал свой процесс, чтобы нанести тонкий слой золота на большие серебряные металлические предметы.Он написал в бельгийском журнале физики и химии (позже переизданном в Великобритании) письмо, в котором говорится (доступно в WWW):

«Недавно я полностью позолочил две большие серебряные медали, связав их стальной проволокой с отрицательным полюсом гальванической батареи и держа их одну за другой погруженными в золотой аммиурет. сделано и хорошо пропитано ».

К несчастью для Бругнателли, разногласия или ссоры с Французской академией наук, ведущим научным органом Европы в то время, не позволили опубликовать работу Бругнателли в научных журналах его времени.Его работа оставалась в значительной степени неизвестной за пределами его родной Италии, за исключением небольшой группы сотрудников. К 1839 году, однако, ученые как в Великобритании, так и в России независимо разработали процессы осаждения металла, аналогичные методам Бругнателли для гальваники медных пластин печатных станков. К 1840 году это открытие было адаптировано и усовершенствовано Генри и Джорджем Элкингтонами из Бирмингема, Англия, для нанесения золотого и серебряного покрытия. Сотрудничая со своим партнером Джоном Райтом и используя формулы, разработанные последним для ванн с цианистым калием, семья Элкингтонов смогла получить первые жизнеспособные патенты на гальваническое покрытие золота и серебра, выданные на свое имя.Из Великобритании процесс гальваники золота и серебра быстро распространился по остальной Европе, а затем и в Соединенных Штатах.

С растущими знаниями и пониманием предмета электрохимии и ее важности для понимания процессов «электроосаждения» появилась способность осаждать другие металлы. К 1850-м годам методы гальваники блестящего никеля, латуни, олова и цинка получили коммерческое распространение и стали применяться в инженерных и специальных коммерческих целях.Со временем индустриальный век и финансовый капитал распространились с Великобритании на весь остальной мир. В результате объемы процессов электроосаждения расширялись и находили все более широкое применение в производстве различных товаров и услуг. Пока происходило это расширение, никаких значительных научных открытий не было сделано до появления электронной промышленности в середине сороковых годов прошлого века. Единственным исключением из этого правила были усовершенствования источников питания постоянного тока, которые использовались / используются вместо батарей.Таким образом, говорят, что годы с 1870 по 1940 год были спокойным периодом в отношении гальваники, значительным только в постепенном улучшении крупномасштабных производственных процессов, принципов анодной и катодной реакции и формул гальванических ванн. В последние годы сороковых годов произошло повторное открытие тяжелых позолоченных покрытий для электронных компонентов. По сравнению с этим, в период с середины до конца пятидесятых годов для крупномасштабного коммерческого использования были разработаны и внедрены новые и более «удобные для пользователя» гальванические ванны на основе кислотных формул (а не на основе сильно ядовитых цианидов).Завершая это краткое историческое резюме, следует отметить, что сегодня ряд нормативных законов (принятых в основном в 1970-х годах), например, касающихся выбросов сточных вод и утилизации отходов, задают тон / направление для индустрии электроосаждения / гальваники для следующие тридцать лет.

Сегодня, благодаря впечатляющему прогрессу и более глубокому пониманию основных электрохимических принципов электроосаждения, были разработаны сложные формулы гальванических ванн, которые постоянно используются.Они обеспечивают гораздо больший контроль рабочих характеристик процесса осаждения, чем раньше. Толщина слоя, характеристики гальванических покрытий - вот атрибуты, которые находятся под строгим контролем. Новые разработки обеспечивают более высокую скорость нанесения покрытия, лучшую метательную способность (способность раствора для нанесения покрытия производить относительно равномерное распределение металла на катоде неправильной формы), а также надежную металлическую отделку. Кроме того, гальваника таких материалов, как платина, осмий и рутений, в настоящее время широко используется в электронике для разъемов, печатных плат, контактов и т. Д.Писатель считает, что новая инновационная технология гальваники будет способствовать быстрому расширению телекоммуникационной отрасли. В целом, рост электронной промышленности в целом и потребность в поддержке расширения ее базовой инфраструктуры будут по-прежнему приводить к улучшениям во всем мире в индустрии электроосаждения / гальваники. Чтобы проиллюстрировать возможные направления развития, отметим необходимость дальнейшего совершенствования и контроля источников питания постоянного тока.Такой прогресс должен привести к дальнейшим достижениям в гальванической и металлообрабатывающей промышленности. И последнее, но не менее важное: более безопасные производственные методы и процессы, включая переработку сточных вод, должны снизить воздействие опасных химикатов и побочных продуктов на рабочем месте.

В последнее время наблюдается всплеск интереса к электроосаждению. Это связано с тремя основными факторами / технологиями:

  • Осаждение металлов для изготовления интегральных схем.
  • Нанесение устройств магнитной записи (головки, диски).
  • Нанесение многослойных конструкций.
В качестве иллюстрации мы упоминаем здесь, что электроосаждение меди для изготовления интегральных схем успешно используется с 1997 года для производства соединительных линий шириной менее 0,02 микрона (микрон = одна миллионная метра). Методы электроосаждения представляют собой очень привлекательную альтернативу традиционным до сих пор методам изготовления.

Подготовка поверхности

Общепринято и часто цитируется специалистами по нанесению гальванических покрытий, что можно добиться плохого качества покрытия с отличной предварительной обработкой, но нельзя добиться отличного покрытия с плохой предварительной обработкой .Предварительная обработка поверхности химическими и / или механическими средствами важна не только в случае подготовки к гальванике, но также необходима при подготовке к окраске. В любом из этих методов разработаны методы, обеспечивающие хорошее сцепление покрытия или краски с поверхностью. Большинство операций по обработке поверхности (металла) и нанесению покрытия состоит из трех основных этапов.
  • Очистка или подготовка поверхности. Обычно это включает использование растворителей, щелочных очистителей, кислотных очистителей, абразивных материалов и / или воды.
  • Модификация поверхности. Это включает в себя изменение свойств поверхности, таких как нанесение (металлических) слоев и / или упрочнение.
  • Ополаскивание или другие операции отделки деталей для производства / получения конечного продукта.
Об очистке или подготовке поверхности поговорим подробнее. Успех гальваники или преобразования поверхности зависит от удаления загрязнений и пленок с подложки. Органические и неметаллические пленки мешают склеиванию, вызывая плохую адгезию и даже предотвращая осаждение.Поверхностное загрязнение может быть внешним, включая органический мусор и минеральную пыль из окружающей среды или предшествующих процессов. Он также может быть внутренним, одним из примеров является слой естественного оксида. Методы очистки разработаны таким образом, чтобы свести к минимуму повреждение подложки при удалении пленки или мусора. Если известны химический состав (металлической) поверхности и история обработки, можно предвидеть потребности и методы очистки. На практике внешние органические и неорганические загрязнения возникают в результате обработки субстрата перед нанесением покрытия, а также из окружающей среды.Конкретные остатки включают смазочные материалы, фосфатное покрытие, закалочные масла, антикоррозийные масла, составы для волочения и смазочные материалы для штамповки. Короче говоря, смесь потенциальных загрязнителей, которым подвергается деталь, обычно сложна. Опять же, в случае металлической подложки следует помнить, что все металлы образуют оксидные и неорганические пленки в определенной степени с окружающими газами и химическими веществами. Некоторые из них являются защитными от продолжающегося воздействия, например, оксид алюминия, образованный на алюминиевых сплавах (см. Также анодирование , ).Это явление является причиной использования алюминиевого сайдинга в некоторых домах. С другой стороны, некоторые из них не являются защитными, например оксид железа на стали. Некоторые из этих пленок могут быть даже покрыты никелем непосредственно поверх оксида алюминия, например, поверх алюминия. На этапах очистки и активации необходимо учитывать тот факт, что поверхностный оксид повторно образуется с разной скоростью на разных металлах. В частности, в случае железа или никеля оксид повторно образуется достаточно медленно, чтобы деталь можно было переносить из очищающего раствора в ванну для нанесения покрытия с нормальной скоростью.В случае алюминия или магния оксид очень быстро реформируется, поэтому требуются специальные этапы обработки для сохранения поверхности металла во время его переноса на гальваническое покрытие. Процессы очистки основаны на двух подходах. При физической очистке вводится механическая энергия для удаления как внешних, так и внутренних загрязнений с (металлической) поверхности. Примерами являются ультразвуковое перемешивание и истирание щеткой. При химической очистке пленки загрязняющих веществ удаляются активными веществами, растворенными или эмульгированными в чистящем растворе.Внешние загрязнения удаляются с помощью поверхностно-активных химикатов, в то время как химическая энергия невысока. Внутренние пленки удаляются с помощью агрессивных химикатов, растворяющих загрязнения и часто вступающих в реакцию с самой поверхностью (металлом). Энергия, необходимая для подготовки поверхности, значительна.

Осаждение

К настоящему времени должно быть очевидно, что электроосаждение или гальваническое покрытие следует определять как процесс, в котором осаждение (обычно) тонкого слоя (металла) формируется «электролитически» на подложке (что часто, но не всегда, также металл).Целью такого процесса может быть улучшение или изменение внешнего вида и / или свойств подложки (таких как устойчивость к коррозии , ). Примерами являются нанесение золота или серебра на ювелирные изделия и посуду, а также нанесение хрома на детали автомобилей. Гальваника выполняется в жидком растворе, называемом электролитом, иначе называемом «гальванической ванной». Ванна представляет собой специально разработанный химический раствор, который содержит желаемый металл (например, золото, медь или никель), растворенный в форме субмикроскопических металлических частиц (положительно заряженных ионов).Кроме того, в ванну вводятся различные вещества (добавки) для получения гладких и светлых отложений. Гальванизируемый объект погружается в электролит (гальваническую ванну). Помещенный обычно в центре ванны, покрываемый объект действует как отрицательно заряженный катод. Положительно заряженный анод (аноды) замыкает электрическую цепь; они могут быть на противоположных краях гальванического резервуара, таким образом вызывая осаждение пленки на обеих сторонах катода. Источник питания в виде батареи или выпрямителя (который преобразует электричество переменного тока в регулируемый постоянный ток низкого напряжения) обеспечивает необходимый ток.Этот тип схемы расположения направляет электроны (отрицательные носители заряда) по пути от источника питания (выпрямителя) до катода (объекта, подлежащего покрытию). Теперь в ванне электрический ток переносится в основном положительно заряженными ионами от анода (ов) к отрицательно заряженному катоду. Это движение заставляет ионы металла в ванне мигрировать к дополнительным электронам, которые расположены на поверхности внешнего слоя катода или рядом с ним. Наконец, посредством электролиза ионы металлов удаляются из раствора и осаждаются на поверхности объекта в виде тонкого слоя.Именно этот процесс мы называем «электроосаждением». Более подробное техническое обсуждение некоторых аспектов процесса см. В Приложении.

Из вышесказанного может показаться, что толщина гальванического слоя на подложке определяется продолжительностью нанесения покрытия. Другими словами, чем дольше объект остается в рабочей гальванической ванне, тем толще будет полученный гальванический слой. Обычно толщина слоя может варьироваться от 0,1 до 30 микрон (микрон = одна миллионная метра), хотя ничто не препятствует нанесению более толстых или более тонких слоев по желанию.Геометрическая форма и контур покрываемого объекта влияют на толщину нанесенного слоя. Как правило, объекты с острыми углами и элементами имеют тенденцию иметь более толстые отложения на внешних углах и более тонкие в углублениях. Причина этой разницы в толщине результирующего слоя заключается в том, что постоянный ток течет более плотно к острым краям, чем к менее доступным углубленным областям, другими словами, распределение тока не является однородным. (Другое, более точное объяснение этого явления связано с геометрией линий электрического поля, которые существуют между катодом и анодом в растворе).На практике такой предмет, как, скажем, часы или аналогичный предмет с острыми гранями, трудно (практически невозможно) равномерно покрыть пластиной. Метод нанесения покрытия, известный как химическое покрытие ", который выходит за рамки данной статьи, обеспечивает однородность толщины покрытия даже на объектах очень неправильной формы. В случае нанесения гальванического покрытия, размещение анода (анодов) в судебном порядке, а также модификации плотности тока необходимы для преодоления эффектов неоднородности толщины.Процессы гальваники, как правило, не скрывают ранее существовавших дефектов поверхности, таких как царапины, вмятины или ямки. На самом деле процесс нанесения покрытия чаще всего делает большинство поверхностных дефектов еще более выраженными. Таким образом, перед нанесением покрытия важно удалить любые нежелательные следы на поверхности.

Рис. 2. Типичная вольтамперограмма для осаждения одного металла (ток и потенциал нанесены в произвольных масштабах; катодный ток отрицателен по международному соглашению, абсолютное значение нанесено для простоты).
Электрохимический процесс, который происходит при осаждении одного металла, известен и используется эмпирически уже более века. В этом случае нет особой необходимости изучать детали механизма и все различные (и многочисленные) параметры, которые могут повлиять на процесс (и выходят за рамки данной статьи).

Однако при попытке восстановить два или более различных металла из одного раствора важно учитывать процессы, происходящие на катоде.Самый эффективный инструмент для анализа процессов - вольтамперограмма, график зависимости тока от потенциала электрода (рисунок 2). Такая кривая предоставляет всю информацию, необходимую для выбора подходящего потенциала восстановления желаемого металла, индивидуально, без необходимости тщательного анализа всех вовлеченных взаимодействий. Таким образом, например, если рассматривать два металла «А» и «В», причем металл «А» является менее благородным (то есть с более отрицательным стандартным потенциалом), чем «В», вольтамперометрическая кривая для каждого из них будет напоминать показано на рисунке 2.Для целей селективного осаждения важным различием между двумя металлами является появление пиков восстановления на вольтамперограммах и их разделение. В частности, если два пика четко разделены, можно восстановить только металл «B» при некотором потенциале, в то время как оба могут быть уменьшены при более отрицательном потенциале. При более отрицательном потенциале соотношение между количеством каждого осажденного металла, присутствующего в образованном сплаве, определяется в первую очередь их относительной концентрацией в растворе.С другой стороны, если два вольтамперометрических пика значительно перекрываются, может быть нанесен только сплав.

Еще одно предостережение: не следует слишком сильно увеличивать катодный потенциал (и ток), чтобы избежать паразитных реакций, которые могут произойти помимо «реакций перенапряжения» на Рисунке 2. В случаях практического применения, будь то электролитическое рафинирование, электролитическое извлечение или нанесение гальванического покрытия Практика интересует только вес металла, нанесенного на катод. Любой ток, вызывающий другие изменения, считается «потраченным впустую».Конечно, согласно закону Фарадея общее количество химических изменений, производимых любым заданным количеством электричества, можно точно учесть. Таким образом, мы определяем КПД по току как отношение между фактическим количеством нанесенного металла и ожидаемым теоретически из закона Фарадея. Другими словами, отношение веса фактически осажденного металла к весу, которое получилось бы, если бы весь ток был использован для осаждения, называется эффективностью катода, и желательно поддерживать его как можно ближе к 100%.


Рис. 3. Схема гальванической установки для изготовления многослойных сверхрешеток.
Возможность нанесения покрытия на два металла из одного и того же раствора при разных потенциалах, как обсуждалось выше, позволяет создавать сложные структуры с относительно простыми процессами. На рисунке 3 изображена схема практической ячейки электроосаждения для производства многослойных сверхрешеток.В этом случае осаждение выполняется с помощью потенциостата, управляемого компьютером, который регулирует потенциал покрываемой детали (катода) относительно электрода сравнения. Усиливается потенциал в форме последовательности импульсов, что приводит к многослойному осаждению. Если рассматривать систему медь / никель, разность потенциалов между двумя уровнями будет примерно половиной вольта, при этом чистая медь осаждается при более положительном потенциале, а сплав - при более отрицательном потенциале.Толщина слоев регулируется шириной импульсов, очень тонкие слои (менее одной миллионной доли сантиметра) могут быть нанесены за несколько миллисекунд (тысячных доли секунды) на слой. Таким образом, многослойные покрытия из двух металлов могут быть нанесены с использованием ванны и одной ванны для создания магнитных / многослойных структур, которые будут использоваться в считывающих головках для компьютерных жестких дисков. Этот пример показывает, насколько сложными и изощренными могут быть методы электроосаждения.

Приложение

Электроосаждение или электрохимическое осаждение (металлов или сплавов) включает восстановление ионов металлов из водных, органических или плавленых солевых электролитов.В простейшей форме реакция в водной среде на катоде следует уравнению

[1] M + n + ne - ==> M

с соответствующей анодной реакцией. Материал анода может быть металлом, который необходимо осаждать (в этом случае электродная реакция - это растворение электродов, которое непрерывно поставляет ионы металла), либо анод может быть инертным материалом, а анодная реакция - выделением кислорода (в этом случае раствор для покрытия со временем обеднен ионами металлов).

Осаждение, в принципе, может осуществляться двумя разными способами:

Реакция осаждения, представленная в уравнении [1], представляет собой реакцию заряженных частиц на границе раздела между твердым (металлическим) электродом и жидким раствором. Два типа заряженных частиц, которые могут пересекать границу раздела, - это ионы металла «M + n » и электроны «e - ».

Реакция осаждения включает четыре типа проблем. Они есть:

  • Интерфейс металл-раствор как место процесса осаждения.
  • Кинетика и механизм процесса осаждения.
  • Процесс зарождения и роста металлической решетки (М-решетка).
  • Состав и свойства месторождений.

Подробное обсуждение этих вопросов выходит за рамки данной статьи и может быть найдено в книгах, перечисленных в библиографии.

Восстановление металла, которое происходит во время процесса нанесения покрытия, было обобщено в виде уравнения [1] для одного металлического иона.Очевидно, что для восстановления одного моля данного металла требуется n молей электронов. То есть, общий катодный заряд, использованный при осаждении «Q» (кулон), является произведением количества грамм-молей осажденного металла «m», количества электронов, участвующих в восстановлении «n», числа Авогадро » N a "(число атомов в моль), а электрический заряд на электрон" Q e "(кулон). Таким образом, следующее уравнение дает заряд, необходимый для восстановления m моль металла:

[2] Q = m n N a Q e

Теперь произведение двух последних членов в этом уравнении - это «постоянная Фарадея» «F».Следовательно, количество молей металла, уменьшенное за счет заряда Q, может быть получено как:

[3] т = Q / (п F)

С другой стороны, общий заряд, используемый при осаждении, может быть получен как произведение тока «I» (ампер) и времени осаждения «t» (секунда), если ток осаждения поддерживается постоянным. Или, если ток изменяется во время осаждения:

[4]

Итак, количество отложившихся родинок можно рассчитать как:

[5]

Теперь вес наплавленного металла «w» (грамм) можно получить, умножив уравнение [5] на атомный вес наплавленного металла «M w ».Наконец, чтобы рассчитать толщину отложения, мы должны использовать плотность металла «D» (грамм / см 3 ):

[6] D = w / V = ​​w / (A T)

где «V» - объем наплавленного металла в см 3 , «A» - площадь наплавленного металла в см 2 , а «T» - его толщина в см. Решая для толщины, используя уравнения [5] и [6], мы получаем полезное практическое выражение:

[7]

Как упомянуто выше, если ток поддерживался постоянным во время осаждения, интеграл в уравнении [7] можно заменить простым произведением тока и времени «I × t».

Статьи по теме

Осаждение атомных слоев с помощью электрохимии
Распределение плотности тока в электрохимических ячейках
Влияние магнитных полей на гальваническое покрытие.
Химическое осаждение
Извлечение металлов из сульфидных руд
Производство металлических порошков электролизом

Библиография

  • Modern Electroplating (4 th edition), М.Шлезингер и М. Паунович (редакторы), Wiley, Нью-Йорк, 2000.
  • Основы электрохимического осаждения , М. Паунович и М. Шлезингер, Wiley, Нью-Йорк, 1998.
  • Гальванизм (английский перевод), Л. В. Бругнателли, The Philosophical Magazine Vol. 21, p 187, 1805. Доступно в Интернете.
  • Galvanisme, L. V. Brugnatelli, Journal de chimie et de Physique, ou recueil priodique des dcouvertes dans les science chimiques et Physiques, tant en France que chez l'etranger Vol.5, pp 357-358, 1803. Доступно в Интернете.

Перечни книг по электрохимии, обзорных глав, сборников трудов и полные тексты некоторых исторических публикаций также доступны в Информационном ресурсе по науке и технологиям по электрохимии (ESTIR). (http://knowledge.electrochem.org/estir/)


Вернуться к: Верх - Домашняя страница энциклопедии - Содержание - Именной указатель - Предметный указатель - Поиск - Словарь - Домашняя страница ESTIR - Домашняя страница ECS

Гальваника - обзор | Темы ScienceDirect

34.3.5 Гальваническое заполнение переходных отверстий

Гальваническое покрытие медью - самый популярный метод заполнения переходных отверстий в TSV. Хотя основные принципы нанесения гальванических покрытий известны уже несколько десятилетий, на практике электроосаждение в микропереходах довольно сложно [38–42]. Некоторые параметры, такие как гальваническое оборудование, химический состав электролита, источник питания, поток электролита и состояние поверхности, влияют на фактическое осаждение металла внутри переходных отверстий [39].

При высоком соотношении сторон за счет заполнения (> 5) образование пустот внутри переходных отверстий - обычная проблема.Неравномерное распределение тока внутри переходных отверстий, недостаточная смачиваемость боковых стенок переходных отверстий и плохой химический состав электролита - вот некоторые из причин образования пустот внутри переходных отверстий. В типичном процессе гальваники постоянного тока распределение электрического поля более плотное вблизи отверстий TSV, чем у остальных переходных отверстий. Такое неравномерное распределение называется эффектом «слияния тока», из-за которого осаждение металла выше около сквозных отверстий [39]. Эта разница в осаждении металла приводит к образованию пустот в TSV.

Этот эффект скопления тока более серьезен при использовании высоких плотностей тока; поэтому рекомендуется применять более низкие плотности тока (<10 мА / см 2 ) для заполнения переходных отверстий с высоким соотношением сторон. Проблема образования пустот в переходных отверстиях с высоким соотношением сторон может быть уменьшена путем применения импульсной технологии гальваники с обратным импульсом. При импульсном или обратном импульсном покрытии ток подается короткими импульсами, чтобы дать химическим веществам покрытия (ионам металла) достаточно времени для обновления концентраций на поверхностях переходных отверстий.При осаждении с обратным импульсом анодные токи удаляют металл из более толстых осажденных областей (около сквозных отверстий), тем самым улучшая однородность толщины наплавленного металла по глубине переходного отверстия.

Образование пустот также можно уменьшить путем добавления в электролит химических добавок, которые влияют на скорость локального осаждения и приводят к заполнению снизу вверх [41,42]. В методе нанесения покрытия с суперполнением на основе добавок скорость осаждения металла на дне переходного отверстия выше, чем скорость осаждения около отверстий переходного отверстия, как показано на рис.34,8.

Рисунок 34.8. Схематическое изображение механизма супернаполнения на основе добавок в процессе гальваники. Большой и медленно диффундирующий подавитель адсорбируется на поверхности пластины и вдоль края переходного отверстия, в то время как быстро диффундирующий ускоритель проникает через переходное отверстие и увеличивает скорость осаждения на дне переходного отверстия.

Существуют три органические добавки, обозначаемые как подавитель (или носитель), выравниватель и ускоритель (отбеливатель) [18]. Концентрация добавок обычно находится в диапазоне частей на миллион.Ускоритель представляет собой более легкие молекулы (бис (3-сульфопропил) -дисульфид), которые транспортируются к нижней части переходных отверстий и увеличивают скорость осаждения. Глушитель действует противоположно ускорителю. Подавитель - это более тяжелые молекулы (полиэтиленгликоль), которые осаждаются возле сквозных отверстий и, таким образом, уменьшают осаждение металла возле сквозных отверстий. Правильные машины размещаются рядом с углами и помогают поддерживать равномерную скорость наплавки. Когда все органические добавки находятся в оптимизированных концентрациях, скорость роста меди на дне TSV выше, чем скорость осаждения вблизи плоской поверхности.Полученная в результате дифференциальная кинетика покрытия известна как суперзаполнение или суперконформное покрытие [41].

Хорошее взаимодействие между боковыми стенками переходных отверстий и электролитами также является важным требованием для электроосаждения без пустот. Боковые стенки переходного отверстия должны иметь гидрофильную природу, чтобы электролит мог смачивать поверхность переходного отверстия. Для этого сквозные стенки обрабатываются кислородной плазмой непосредственно перед нанесением гальванических покрытий. Смачивающие агенты обычно добавляют в ванны для гальваники, чтобы снизить поверхностное натяжение ванны и способствовать хорошему смачиванию сквозных боковых стенок.

Даже с оптимизированными параметрами электролита и гальваники, осаждением металла без пустот с очень высоким соотношением сторон (> 10) TSV были сложной задачей. TSV с таким высоким соотношением сторон обычно требуются в приложениях RF IPD / MEMS. Для нанесения металла в такие глубокие переходные отверстия можно использовать альтернативное гальваническое покрытие снизу вверх. Схема гальваники снизу вверх показана на рис. 34.3. В этом методе затравочный слой наносится на пластину ручки, которая временно прикрепляется к пластине основного устройства.В методе гальваники снизу вверх осаждение металла происходит снизу по глубине сквозного отверстия. Подход снизу-вверх через заполнение используется в тех приложениях, где глубина TSV достаточно велика (> 300 мкм в приложениях RF IPD), а нанесение конформного затравочного слоя непросто. Этот метод не требует какой-либо дорогостоящей химии электролита (т.е. химии суперполнения).

На рис. 34.9 показаны СЭМ-изображения TSV с очень высоким соотношением сторон (> 15), которые были заполнены медным гальваническим покрытием снизу вверх.Диаметр и глубина этих TSV составляют 20 и 300 мкм соответственно [40]. Средняя плотность тока, используемая для заполнения переходного отверстия, составляла около 10 мА / см 2 . Общее время полного заполнения составило около 15 часов. Как показано на рис. 34.9A, все переходные отверстия полностью лишены пустот. Чтобы показать морфологию поверхности гальванизированной меди, кремний удаляли мокрым травлением КОН. Массив гальванических медных столбов после удаления кремния показан на рис. 34.9B.

Рисунок 34.9. (A) Поперечное сечение медных TSV, заполненных методом гальваники снизу вверх, TSV диаметром 20 мкм, глубиной 300 мкм и шагом 35 мкм [17].(B) Гальванические медные TSV после удаления кремния травлением KOH, TSV диаметром 40 мкм, высотой 325 мкм, аспектным отношением ~ 8 [40]. TSV , переходник через кремний.

Перепечатано с разрешения J. Electrochem. Soc., 155 (2008) H90. © 2008, Электрохимическое общество.

Очевидно, что процесс гальваники снизу вверх вполне подходит для осаждения металла без пустот в TSV с высоким соотношением сторон. Однако эту технологию нельзя использовать для слепых TSV. Время полного заполнения переходного отверстия довольно велико (> 15 часов), что нежелательно во многих промышленных применениях.

Гальваника - обзор | Темы ScienceDirect

4.11.1 Введение

Гальваника - это метод нанесения покрытия, при котором компонент, подлежащий нанесению покрытия, устанавливается в качестве катода в раствор электролита, содержащий соли металлов. Материал, используемый для покрытия, устанавливается в качестве анода или, альтернативно, может использоваться инертный анод, если исходный металл добавляется в виде соли металла в электролит. Металлическое покрытие, обычно толщиной от 1 до 1000 мкм, будет формироваться при электролизе.Обязательным условием является то, чтобы поверхность компонента была либо электрически проводящей по своей природе, либо была обработана так, чтобы быть проводящей перед нанесением гальванического покрытия. Обычно растворы электролитов являются водными, но в редких случаях можно использовать расплав солей или твердые электролиты.

Основное различие между гальваникой и химическим нанесением покрытия состоит в том, что при гальванике требуется внешний источник тока, а сам процесс - электролиз. При химическом нанесении покрытия окислительно-восстановительные реакции происходят без внешнего источника тока на металлической поверхности, который катализирует реакции химических веществ, которые способны восстанавливать металл покрытия из его солей.Поэтому его часто называют автокаталитическим или химическим покрытием. Диапазон толщины покрытия методом химического нанесения составляет 1–120 мкм. Применение химического нанесения покрытия требует большего контроля и более затратно, чем нанесение гальванического покрытия. Применяется только тогда, когда требуются уникальные свойства химического нанесения покрытия, например, равномерное распределение толщины поверхности по компонентам сложной формы.

Гальваника - это всегда многоступенчатая операция, которая включает в себя очистку поверхности, которую нужно покрыть, активацию поверхности и другие предварительные обработки, этапы нанесения покрытия, последующие обработки и этапы промывки после каждого раствора.

Типичные области применения гальванических покрытий: декоративные покрытия (см. Рисунки 1 и 2), антикоррозионные покрытия, повышение твердости и износостойкости поверхности, улучшение проводимости или отражательной способности, ремонт изношенных размеров (рисунки 3) и т. .

Рисунок 1. Применение гальваники: посеребрение ювелирных изделий. Фотографии являются собственностью Lapponia Jewelry Oy.

Рисунок 2.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *