Гальванопластика в домашних условиях; как покрыть металл медью, состав электролита для меднения стали (гальваники)

Гальванопластика в домашних условиях — как покрыть металл медью, состав электролита для меднения стали (гальваники)

ВНИМАНИЕ: эта инструкция по гальванопластике в домашних условиях включает в себя разборку старых батарей, которые могут испускать опасные вещества. Если вы сделаете это — соблюдайте предельную осторожность и надевайте защитные очки.

Вы узнаете состав электролита для меднения и как собрать простую установку для обмеднения металла, небольших предметов, таких как ключи, украшения и т. д. Всё что нужно для электрохимического меднения железа, алюминия и стали легкодоступно, за исключением одного химического вещества, которое должно быть в наличии в аптеке или хозяйственном магазине.

С детства я любил уроки по химии, откуда и узнал про гальваническое меднение. В учебнике не было практического руководства по гальванике, а скорее параграф в тексте главы с кратким описанием процесса обмеднения и химических реакций, но это не помешало мне изучить процесс и создать свою установку по гальванизации, чтобы покрыть металл медью дома своими руками.

Технология процесса

Электролитами называют вещества, способные под воздействием электротока отдавать ионы – заряженные частицы. Именно на этом основан принцип гальваники. В нашем случае в качестве электролита будет использоваться хромовый ангидрид. Выделяемые частички, которые будут осаждаться на обрабатываемом изделии, образуя пленку – молекулы хрома.

Чтобы захромировать деталь в домашних условиях, ее необходимо погрузить в ванну с раствором и подсоединить к минусовому проводу. Плюсовой анод опускают в электролит. Под действием силы тока молекулы в электролите начнут двигаться. Положительно заряженные к минусу (катоду), отрицательные – к плюсу. Причем часть молекул образуют пленку, а часть проникнет в верхний слой, в результате чего хром прочно закрепится на поверхности. Этим гальваника существенно отличается от обычного окрашивания.

Подобным способом производится не только хромирование, но и никелирование, покрытие изделий медью, цинком. Принцип обработки в любом случае будет одинаков. Толщина напыления будет зависеть от силы тока, температуры нагрева, времени обработки, вида металла.

В домашних условиях реально провести и химическое хромирование. Специального оборудования тут не требуется. Образование металлической пленки на поверхности в этом случае происходит за счет химических реакций, реагентом в которых служит гипофосфит натрия. Но подобное покрытие менее прочно – его используют лишь в декоративных целях.

Выбор покрытия для гальваники своими руками

Если в домашних условиях в приоритете решение технических задач (изменение электрической проводимости и антифрикционных свойств, повышение отражательной способности, прочности, устойчивости к коррозии), то применяются серебро, никель, медь. В декоративных целях в гальванике обычно используются драгоценные металлы: родий, золото, серебро, палладий.
Такое разделение очень условно. С помощью серебрения (золочения) удается получить качественное защитное покрытие, устойчивое к агрессивным средам. Меднение также находит применение в гальванике для декора изделий (такое покрытие подвергается дополнительной оксидной обработке).
Практика показывает: серьезно усилить прочность обрабатываемых заготовок путем гальваники поверхности своими руками не получится. В домашней мастерской достичь необходимого результата сложно, поэтому работа мастеров в первую очередь направлена на повышение привлекательности предмета.

Гальваника дома. Советы и рецепты

Гальваникой часто занимаются мастера хендмейда, делающие сувениры для души или на продажу. Распространено омеднение неметаллических предметов: керамических поделок, ракушек, птичьих перышек, листиков, веточек с деревьев, цветов, желудей и т.п.

Советы

Для того, чтобы загальванизировать неметаллический предмет, его следует покрыть токопроводящим слоем. Для бытовых условий лучше всего подходит графитовый лак в форме спрея. Для создания графитового слоя достаточно обрызгать предмет со всех сторон, высушить в течение 15-30 минут и несколько раз повторить процедуру.

Для создания двустороннего равномерного покрытия нужно использовать два анода, разместив предмет для гальванизации между анодами. Толщина покрытия зависит от времени, в течение которого предмет будет находиться в электролите. Чем дольше длится гальванирование, тем толще получится слой металла на поверхности.

Перед гальванированием металлической детали ее нужно тщательно очистить от пыли, мелких заусенцев, тщательно обезжирить и высушить.

После того, как предмет загальванизирован, его нужно промыть в чистой воде, после чего можно брать в руки.

Желатин пищевой 180 блюм 8	Тиомочевина «ч»	Медь сернокислая 5-водная «ч»

Рецепты электролитов

Для омеднения чаще всего применяют серный электролит, состоящий из медного купороса и серной кислоты. Серная кислота улучшает электропроводимость раствора. Дополнительно вводятся различные добавки, которые стабилизируют электролит, делают покрытие более блестящим (если нужно). Ввод блескообразователей позволяет получить зеркальную глянцевую поверхность без последующей механической обработки готового покрытия. Но одновременно, делает покрытие хрупким, не эластичным.

Все используемые реактивы должны быть максимальной химической чистоты, т. к. примеси могут ухудшить процесс гальванирования и качество получаемого покрытия.

1. Для матового эластичного покрытия на 1 л раствора потребуется:

• 200 г сухого порошка медного купороса (желательно очищенного, категории ч или хч)
• 160 г серной кислоты
• 1,5 мл этанола (можно отмерить шприцом) или фенола
• 2-4 крупинки гранулированного желатина

Для приготовления электролита сначала нагревается пол литра дистиллированной воды до температуры около +80 °С, в воде растворяется медный купорос, раствор процеживается. В него добавляется серная кислота, потом объем раствора доводится до 1 л. Добавляются все остальные ингредиенты, затем раствор на несколько часов ставится остывать и отстаиваться.

Омеднение по данному рецепту будет матовым, но зато перышко или листик с дерева можно гнуть или придать ему нужную форму, нагрев изделие. Если хочется, то изделию можно придать глянцевый блеск тщательной шлифовкой, но иногда это сделать сложно, нужны специальные приспособления, например, гравер.

1. Рецепт для получения блестящего медного покрытия. На 1 л раствора надо:

• 200 г медного купороса
• 130 г серной кислоты
• 1 капля унитиола (продается в аптеках)
• примерно 0,07 г тиомочевины
• 0,05 г поваренной соли

Покрытие получится блестящим, но не подходит для гнущихся предметов. Этот вид электролита можно использовать для получения полированного финишного покрытия не только для сувениров, но и для технических деталей.

Гальваническое травление. Безопасный способ

С помощью гальванического процесса можно не только покрывать поверхность детали тонкой металлической пленкой, но и вытравливать рисунки на металлической поверхности (лезвие ножа, столовый прибор, что-либо другое). Гальваническое травление позволяет получить рисунки с четкими очертаниями, гладкими краями и глубиной одинаковой величины. Для этого потребуется тоже самое оборудование, что и для гальванирования, но в данном процессе анодом будет выступать протравливаемая деталь. Обычно таким способом вытравливают поверхности из нержавеющей, устойчивой к кислотам стали, которую сложно или даже невозможно травить химическим способом.

Процесс травления:

• деталь тщательно отполировать, промыть, обезжирить (например, спиртом), слегка нагреть, нанести на нее слой воска; по воску выполнить желаемый рисунок, процарапывая воск до металла;
• предмет и медную пластину укрепить на штангах в гальванической ванне так, чтобы рисунок был обращен к медной пластине; расстояние между деталью и пластиной — около двух сантиметров;
• залить в емкость насыщенный раствор поваренной соли (4 столовые ложки на 1 л дистиллированной воды), подключить источник тока (например, зарядное устройство от мобильного телефона), плюсовый контакт на деталь, минусовый — на медную пластину;
• подождать примерно 40 минут;
• вынуть деталь, промыть в воде, нагреть и удалить воск.

Вместо воска можно использовать лак для ногтей, битумный лак или специальную грунтовку. Вместо соли — химически чистый медный купорос. Вместо медной пластины можно взять предмет из стали или железа, например, саморез, гвоздь.

Эта технология подходит не только для стальных поверхностей, но и для предметов из цинка, никеля, меди, латуни. Но для них требуются другие химикаты, гораздо более вредные, поэтому в домашних условиях их не используют.

Работа с химическими реагентами – даже для профессионалов очень опасное занятие. Во всех действиях по приготовлению растворов и оборудования должна быть соблюдена точность, иначе эксперименты с гальваникой могут закончиться потерей здоровья.

Необходимые материалы и оборудование

Список того, что потребуется для проведения процедуры в домашних условиях:

• защитное оборудование;
• блок питания на ток 30-50 А, с амперметром, плавной регулировкой и стабилизацией силы тока;
• 2 куска кабеля для соединения анода и детали с блоком питания;
• пластиковый тазик;
• электроплитка;
• стеклянная или пластиковая посуда с плотной крышкой;
• электронные весы;
• термометр с диапазоном 10…130 °C.

Реагенты, которые нужны для гальваники:

• 6 л 36% концентрации серной кислоты (кислота для заправки аккумуляторов);
• 2 кг хлорида натрия (пищевая соль);
• 100 г гидрокарбоната натрия (пищевая сода);
• 5 кг нитрата натрия (натриевая селитра);
• 1 кг силиката натрия (жидкое стекло, силикатный конторский клей);
• 2 кг карбоната натрия (кальцинированная сода);
• 200 г железистосинеродистого калия (жёлтая кровяная соль);
• 15-20 г чистого серебряного лома;
• бутылка моющего средства.

Меры предосторожности при работе с опасными химическими веществами

Перед проведением процедуры стоит выбрать подходящее место. Лучше всего работать с опасными веществами не дома, а в гараже или сарае. Обязательное условие – достаточная вентиляция и возможность организовать заземление.

Конечно, хорошо иметь специальную экипировку для работы с химикатами, защищающую все тело. Однако при ее отсутствии обязательным условием будет приобретение следующих предметов:

• маски-респиратора;
• прозрачных очков;
• резиновых перчаток;
• фартука из плотной клеенки.

Во время работы нельзя принимать пищу и пить воду, чтобы в желудок не попали вредные компоненты. Если процедура проводится на кухне (что очень нежелательно), то только при наличии вытяжки без фильтра.

Все это необходимо, так как гальваника связана с использованием концентрированных кислот и выделением ядовитых газов. Поэтому пренебрегать безопасностью не стоит.

Подготовка металла

Чтобы металл ровным слоем покрыл и надежно защитил вещь, ее стоит тщательно обработать. При наличии выступов и коррозии необходимо почистить предмет наждачной и отшлифовать, потом ровное покрытие предмета обезжиривают:

• подогреть раствор фосфорнокислого натрия до 90 °C;
• опустить обрабатываемую вещь;
• держать 3-10 минут.

Создание формы

С изделия, которое будем копировать, снимаем отпечаток. Для этого понадобится какой-нибудь легкоплавкий металл, пластилин, гипс или воск. Если используем металл, обрабатываем копируемый предмет мылом и кладем его в картонную коробку. Далее заливаем туда легкоплавкий сплав.

Когда отливка завершена, достаем изделие и полученную форму подвергаем вначале обезжириванию, а затем меднению в электролите. Чтобы избежать металлических отложений с тех сторон, где нет оттиска, расплавляем металл в кипящей воде для получения матрицы. Форму заливаем гипсом. На выходе получаем копию.

Для создания матрицы понадобится такая композиция:

• воск — 20 частей;
• парафин — 3 части;
• графит — 1 часть.

Если форма создается из диэлектрического материала, на ее поверхность наносим электропроводное покрытие. Проводниковый слой наносим либо путем восстановления металлов, либо механическим способом, подразумевающим нанесение чешуйчатого графита при помощи кисточки.

Еще до начала механической обработки поверхности растираем графит в ступе, просеиваем его сквозь сито. Наилучшая адгезия графита наблюдается с пластилином. Гипсовые, деревянные, стеклянные и пластмассовые формы, а также папье-маше эффективнее всего обработать раствором бензина и воска. Когда поверхность еще не просохла, наносим на нее графитовую пыль, а прилипшее вещество сдуваем направленным потоком воздуха.

Гальваническое покрытие нетрудно отделить от матрицы. Если форма металлическая, создаем на поверхности оксидную или сульфидную электропроводящую пленку. К примеру, на серебре это будет хлорид, на свинце — сульфид. Пленка поможет легко отделять форму от покрытия. В случае с медью, серебром и свинцом покрываем поверхность 1% раствором сульфида натрия, чтобы возникли нерастворимые сульфиды.

Когда выгоднее делать своими руками, чем заказывать услугу

Учитывая, что метод гальванического цинкования дорогостоящий, то в некоторых случаях разумно создать небольшую химическую лабораторию дома и сделать все самостоятельно. Использовать метод в домашних условиях можно:

Детали малого размера после обработки цинком. Фото ЭнергоСталь

• для мелких металлических деталей, размер которых позволит погрузить их в ёмкость с цинковым раствором;
• для декорирования поверхности из металла;
• обработать наиболее уязвимые участки кузова автомобиля или небольшие площади других металлических конструкций.

Материалы и оборудование

Процесс гальванического осаждения предполагает использование однотипного оборудования – металлических ванн. В нее заливается электролит с подходящим составом. Исключением является холодное цинкование, при которой изделие покрывают жидкой суспензией. Из-за отсутствия устойчивости к ряду растворителей дополнительно наносится финишное покрытия.

Габариты гальванических ванн могут отличаться. Используются:

• Крупные, которые позволяют производить обработку крупногабаритных изделий;
• Средние. Не позволяют обрабатывать большие детали. Являются оптимальным решением для большинства предприятий;
• Мелкие. Используются для формирования защитного покрытия только на мелких деталях.

Внутрь ванны устанавливаются анодные пластины, для изготовления которых используются различные материалы. Выбираются с учетом проводимой операции. В процессе проводимой обработки пластины постепенно растворяются. По электролиту молекулы перемещаются к обрабатываемому металлоизделию для формирования тонкой пленки.

Для протекания процесса подбирается подходящий электролит и устанавливается оптимальная плотность тока. Режимы выбираются с учетом требуемой структуры защитного покрытия. Величина плотности тока определяется как отношение силы тока к удельной площади обрабатываемой поверхности.

Если плотность тока окажется недостаточной, защитная пленка не образуется. Если рекомендованные значения будут превышены, образуется порошковое отложения. Чтобы этого не допустить, в процессе обработки данный показатель тщательно контролируется.

Возможные дефекты и их причины

1. Хром не оседает на заготовке. Причина может заключаться в слабом контакте, пленке окислов или маленьком расстоянии между электродами. Процесс нарушается из-за неверно подобранного сечения проводников, избытка серной кислоты, малой плотности тока или слишком горячего электролита.
2. Блеск поверхности отсутствует или неравномерный (с потемнениями и пятнами). Не соблюден температурный режим электролита и концентрация реактивов. Превышена сила тока.
3. Наблюдаются наросты металлического хрома на углах предмета. Плотность тока выше рекомендованной.
4. Дефекты (раковины) на хромировке. Плохая очистка. Избыточный ток, задержка водорода.
5. Отслоение покрытия. Некачественное обезжиривание, скачки напряжения, плотности тока или температуры.

Украсить пластик слоем хрома в домашней мастерской не сложнее, чем металл. Залогом блестящего результата станет доскональное соблюдение правил безопасности и внимание к деталям технологического процесса.