GALVANOTEHNIKA - postupak izlučivanja metalnih prevlaka katodnom reakcijom iona koji sadrže metal tj. elektrolizom nazivaju se galvanotehnika Galvanizacija.

Παρουσίαση με θέμα: "GALVANOTEHNIKA - postupak izlučivanja metalnih prevlaka katodnom reakcijom iona koji sadrže metal tj. elektrolizom nazivaju se galvanotehnika Galvanizacija."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 GALVANOTEHNIKA - postupak izlučivanja metalnih prevlaka katodnom reakcijom iona koji sadrže metal tj. elektrolizom nazivaju se galvanotehnika Galvanizacija ili elektroplatiranje elektrolit – kupelji – vodene otopine.Vodljivi materijali ( metal grafit) mogu se Galvanski izravno prevući među sloj koji je električki vodljiv. Galvanizacija se izvodi tako da se predmet uroni u elektrolit spoji s negativnom katodom izvore istosmjerne struje niskog napona da bi se električki krug spojio s masom mora postojati električki vodljiva anoda i Spojena (+) izvorom istog izvora

2 Slika 1. Shema uređaja za galvanizaciju

3 Masa m galvanske izbočine metalne prevlake prema Faradayevu zakonu određena je izrazom:
ηk - katodno iskorištenje struje M - molarna masa atoma prevlake I - električna struja t - vrijeme z - valencija atoma metala F- Faradayeva konstanta

4 Budući da je : n=V·ρ = Ѕ·δ·ρ V - volumen prevlake ρ - njezina gustoća S - ploština materijala na kojem je nanesena prevlaka δ – prosječna debljina prevlake - za brzinu prevlačenja vrijedi izraz

5 ju - katodna gustoća struje
U galvanotehnici vgal se obično izračunava u (μm min-1) vgal= 6,2185·102 pripadne jedinice : M, ju , ρ ≡ g∙mol-1 , Adm-2 , g cm-3 Kupelj – galvanski elektrolit – mora sadržavati ione koje sadrže metal prevlake Mogući oblici su: Ni2+ + 2e → Ni Sn(OH) e- → Sn + 6OH- Zn(CN) e → Zn + 4CN-

6 Katodno iskorištenje struje
-korisni procesi tj. procesi redukcije iona sporedni katodni procesi (izlučivanje vodika , galvanski pitting) iskorištenje 0,65 – 1 ( kod kromiranje 0,08- 0,38) Anodno iskorištenje struje kad god je moguće u galvanotehnici se primjenjuje topljive anode od onog metala koji čini prevlaku, u tom se slučaju anodni proces sastoji od otapanja anode - iskorištenje struje ovisi : - sastav kupelji, - temperaturi, - gustoći struje, - brzini relativnog gibanja kupelji.

7 Moć raspodjele galvanskih postupaka
Galvanskim je postupcima svojstveno da daju prevlaku neravnomjerne debljine po mikro profilu i po makro profilu predmeta. Posebne metode predobradbe - čistoća i glatkoća podloge - nanošenje među sloja npr. Hl- Zn - nanošenje pogodnih i jeftinih među slojeva metala

8 GALVANASKE KUPELJI Kupelji se pripremaju otapanjem odgovarajućih kemikalija u vodi. Osnovne kemikalije (otapanjem ) ili kemijskom reakcijom (proporcionalan) ione nosilac metala. Kemikalije mogu biti: jednostavne ili kompleksne soli , kiseline, oksidi i hidroksidi. Važniji galvanski postupci: Kadmiranje - cijanidima jk = 0, t = - fosfatno ηk 0,85 - 0,98 Kositrenje - fluorboratno jk = Adm-2 - sulfatno ηk = 0,8 – 1, t = Kromiranje - kiselo - neutralno ,08 - 0, t =

9 Niklanje jk Adm-2 - fluorboratno , t = - sulfatno - kloridno Pobakrivanje jk Adm-2 - cijanidno ,3 – 0,7 0,65 – 0,98 - fluorboratno Pocinčavanje - amonijak… 0,5 – 1,0 0,90- 1, - cijanidno - cinkatno

10 Poolovljivanje - prekloratno 0,25 – , 90 – 1, – 50 - fluorsilikatno - fluorboratno - fenalsulfatno Posrebrivanje - cijanidno ,5 – ,70 – 0, , 50 – Pozlaćivanje - cijanidno ,1 – , - kloridno

11 Galvanske kupelji – osim nosioca metala gotovo uvijek
sadrže i određene dodatke koji omogućavaju izlučivanje kvalitetnih prevlaka pri trajanju rada. Dodaci za : - pH – vrijednost kupelji jake i postupne disocirane kiseline - električnim provodljivosti - jaki elektrolit - olakšavanje otapanje anoda jakih kiselina - smanjivanje hrapavosti poroznost i krhkost

12 ISPITIVANJE GALVANSKIH POSTUPAKA
Na uspjeh pri provođenju galvanskih postupaka utječu mnogi faktori,a najvažniji su oni: - način predobradne podloge - sastav kupelji tj. vrsta i koncentracija redovitih sastojaka i onečišćivanje te pH- vrijednosti - prosječna katodna gustoća struje - temperatura kupelji - međusobni položaj predmeta i anode te druge geometrijske okolnosti - relativno gibanje predmeta i kupelji Hullova ćelija – mjerenje područja radnih gustoća struje, te položaj anode i katode

13 visina ćelije – 65 mm,nivo punjenja – 250 cm3
anoda – debljina do 5 mm,katoda – duljina 100 mm temperatura – konstantna

14 -kontrola sastava galvanskih kupelji – izvode se brzim
KONTROLA I ODRŽAVANJE GALVANSKE KUPELJ -kontrola sastava galvanskih kupelji – izvode se brzim analitičkim metodama( kalometrijskim metodama) - kontrola – djelotvornost dodataka za sjaj i kvašenje - filtracijom - čišćenja – strojnih

15 Pogonsko provođenje galvanizacije
- radna kada s armaturama , od izvora istosmjerne struje i duge električne opruge, ventilacijskog sustava uređaja za odmašćivanje i kemijska predobrada – obrada otpadnih voda. Naknadna obrada Naknadna obrada galvanskih prevlačenih predmeta uključuju sušenje te mehaničke, toplinske kemijske odnosno elektrolitičke operacije - sušenje - mehanička obradba.

16 POSEBNI GALVANSKI POSTUPCI
Modifikacije galvanskog postupka s obzirom na veličinu i oblik predmeta: - galvanizacija sitnih predmeta - kontinuirana galvanizacija traka i žica - galvanizacija izvan kade - galvanizacija promjenjivom strujom - galvansko izlučivanje kompozitnih prevlaka - galvansko prevlačenje u neutralnim vodenim sredinama Primjena i svojstva prevlake Metali Cu, Ni, Zn, a rijetko Sn, Pb, Cd, An, Ag, Al

17 Podloge: ugljični čelik: Cu, SL, Zn- legure, Al, Al- legure
Vrste: - jednoslojne galvanske prevlake - višeslojne monometalne - polimetalne prevlake Primjenjuje se mogućnost više tehnika za nanošenje među sloja. Primjena: Galvanska se prevlaka najčešće nanosi radi zaštite od korozije u atmosferi, vodi s drugim agresivnim sredinama. Bitna je zaštita od habanja( tvrdo kromiranje ili nanošenje različitih kompozitnih prevlaka.

18 Estetski izgled obradka:
sjajno niklovanje, kromiranje smanjenje trenje (Sn. legure) Olakšavanje lemljenja( kadmiranjem) kositrenje povećanje električne vodljivosti( posrebrivanje, pozlaćivanje povećanje dimenzija- radi popravka istrošenih dijelova (reparatura)

19 Povećanje elek. vodljivosti
Prevlaka Svrha Debljina μm Al / čelik Zaštita od korozije Oko 20 μm Cu / čelik Smanjenje trenje, Povećanje elek. vodljivosti 5 - 25 10 - Cr/ Č Reparatura 2, ,5 Ni/Cu Cu- legure Estetski dojam Zaštita od habanja 5-15 3- 12 Višeslojne monometalne prevlake najvažnije su dvoslojne prevlake Ni - dvoslojno prevlačenje Cu na čeličnu podlogu

20 ZNAČAJKE POSTUPKA - najvažniji ind. postupak nanošenje metalne prevlake Dobre strane galvanotehnike: - raznovrsnost izbora metala - čvrsto prianjanje prevlake - jednostavna regulacija njihove debljine - niska temperatura obrade - visoka čvrstoća prevlake - dekorativni učinak - moguća automatizacija

21 Loše strane galvanotehnike:
- brzina prevlačenja prilično mala približno 2 μm min-1 - potrebna predobradba kod nekih podloga (SL, visoko legirani čelici itd.) - slaba moć mikro raspodjele( ravnomjerno debljina na profilnim predmetima) - galvanski pitting - mehaničke napetosti - nepoželjnih kem. elektro vodljivih reakcija - skupa oprema - velika potencija električne energije - otpadne vode

22 KEMIJSKA METALIZACIJA U OTOPINI
Metalizacija u vodenim elektrolitima koji sadrže ione metala prevlake mogu se provesti kemijskim postupcima bez primjene električne struje i to: - ionskom izmjenom - kemijskom redukcijom Metalizacija ionskom izmjenom (zamjenom ili supstitucijom) temelji se na spontanom izlučivanju prevlake plemenitog metala iz vodene otopine njegovih iona na podlogu neplemenitijeg metala, koji se istodobno spaja ionizacijom.

23 Metalizacija kemijskom redukcijom:
sastoji se od djelovanja reducensa na ione metala prevlake pri čemu su oba rektanta u elektrolitu. Takva se obrada provodi obično ( nekatalitičkom) ili katalitičkom redukcijom. Metalizacija ionskom izmjenom : - najpoznatiji primjer metalizacije ionskom izmjenom pobakrivanje čelika u vodenim otopinama bakra u sulfatu prema jednadžbi: Fe + CuSO4 → Fe SO4 + Cu

24 Pri čemu se odvija parcijalne ionske reakcije oksidacije
i redukcije: Fe → Fe2+ + 2e- Cu → CU2+ + 2e- Koje zbrajanjem daju sumarni redoks proces Fe + Cu2+ → Fe2 + + Cu - brzo prevlačenje - slabo prianjanje - praškasti, spužvasti talog

25 Proces se usmjerava i uravnotežuje raznim dodirnim
( ligandima) - moguć je dobiti deblje prevlake Prednosti: - malo investicija - jednostavnost postupka - kratko vrijeme Nedostaci: - održavanje kupelji - poroznost prianjanje

26 Metalizacija običnom redukcijom
Metalizacija običnom ili nekatalitičkom redukcijom u otopini uglavnom se primjenjuje za pobakrivanje, čelika i nemetala te za posebrivanje i pozlačivanje bakra, i njegovih legura i nemetala. Za tu svrhu služe vodene otopine reducenusa i nosilaca metala prevlake u kojima se nalazi tvari koje reguliraju i održavaju pH- vrijednosti, ligande za vezivanje matala u komplekse Najvažniji reducens za matalizaciju redukcijom formaldehid (formalin) HCHO koji u lužnatoj otopini reducirane ione srebra, bakra ili zlata u metal prevlake.

27 Posrebrivanje HCHO + 3HO- + 2Ag+ →HCOO- + 2H2O→2Ag Otopine 2, gcm3 AgNO3 0,1 - 0,5 gdm3 PdCl2 0, gdm3 HAuCl44H2O

28 METALIZACIJA NATALIČKOM REDUKCIJOM
Metal kat. redukcijom u otopini služi, prije svega , za niklanje i pobakrivanje metala i nemetala, a rjeđe nanošenje zlata Co, NiCo- legura Tehnologija srodna metalizaciji običnom redukcijom mogu se primijetiti stabilnije kupelji manje sklone taloženju metala u masi otopine , na stjenkama kade i na površini nosača.

29 Predobradba metalnih i nemetalnih podloga za
katalitičkom metalizacijom uglavnom se obavlja na običan način (već opisan ranije), a nekada su nužne i specifične operacije, pripreme koje su u prvom redu provedene prije niklanja, pobakrivanja , Cu legure u hipofosfatnoj kupelji, odnosno prije metalizacije poliplasta. Nužno je stvoriti centar klica –nastanak početka metalizacije kataličkom redukcijom Za tu svrhu najčešće služe kaloidne otopine dobivene miješanjem dvaju ili više komponenata ( npr. SnCl2 , PbCl2 ) Pd- klice mogle djelovati katolitički Primjena kod ABS- masi a rjeđe kod duroplasta

30 ISPITIVANJE METALNIH PREVLAKA
- tehnički nadzor - ulazna kontrola materijala podloge - pregled opreme - tehnička kontrola tehnološkog procesa s predobradbom prevlačenje i naknadna obrada. - završna kontrola prevlake Ispitivanje: - statistički odabrani uzorci ( za tehnički prijem preporučenih proizvoda) - kontrola izgleda prevlake - kontrola nanosa debljine prevlake (primjenjuju se standarni i interni propisi)

31 Tehničke karakteristike:
- poroznost - kemijski ili fazni sastav - čvrstoća prianjanja - otpornost na habanje - tvrdoća i ostala mehanička svojstva - korozijska svojstva - hrapavost - električna vodljivost MJERENJE DEBLJINE PREVLAKE - nerazorne metode – fizikalne - razorne metode – fizikalne i kemijske

32 Nerazorne metode mjerenje debljine prevlake najčešće
se izvodi: - metodom vaganja - metoda povećanja dimenzija - magnetska metoda - metodom vrtložnih strujanja - metoda povratne disperzije - metoda flourmentacije rendgenskih zraka

33 Razorne metode mjerenja
Većina razornih metoda mjerenja debljine prevlake izvodi se njihovim lokalnim ili potpunim uklanjanjem uzorka fizikalnim ili kemijskim postupkom - lokalno uklanjanje prevlake brušenjem (metoda tetive) lokalno uklanjanje prevlake elektro erozijom (spektro metodom) potpunim uklanjanjem prevlake kemijskim ili anodnim otapanjem - metodom gubitka mase - metodom mjerenje volumena vodika - metode mjerenje dimenzija