Galvanoplastia
La galvanoplastia es el proceso de recubrimiento de una capa delgada de otro metal o aleación en la superficie de ciertos metales utilizando el principio de la electrólisis. Es el uso de la electrólisis para unir una película de metal a la superficie del metal u otros materiales para evitar la oxidación del metal (como el óxido). Mejore la resistencia al desgaste, la conductividad, el reflectante, la anticorrosión (sulfato de cobre, etc.) y mejore la apariencia y otros efectos. La capa externa de muchas monedas también está galvanizada.
Significado básico
Durante la galvanoplastia, se utiliza un metal plateado u otro material insoluble como ánodo, y una pieza de trabajo para ser chapada se usa como cátodo. El catión del metal chapado se reduce en la superficie de la pieza de trabajo que se va a revestir para formar una capa de chapado. Con el fin de eliminar la interferencia de otros cationes y hacer que el recubrimiento sea uniforme y firme, es necesario usar una solución que contenga un catión de chapado metálico como solución de metalizado para mantener inalterada la concentración del catión de chapado. El propósito de la galvanoplastia es recubrir un recubrimiento de metal en el sustrato para cambiar la naturaleza o el tamaño de la superficie del sustrato. La galvanoplastia mejora la resistencia a la corrosión de los metales (se usan metales más resistentes a la corrosión para chapar metales), aumenta la dureza, evita la abrasión, mejora la conductividad eléctrica, la suavidad, la resistencia al calor y la apariencia estética.
Efecto
Con el principio de la electrólisis, se deposita una técnica de recubrimiento de metal sobre el producto de metal con buena adhesión pero diferentes propiedades y materiales de sustrato. La capa de recubrimiento es más uniforme que la capa de inmersión en caliente y, en general, es delgada, y varía desde unas pocas micras hasta decenas de micras. A través de la galvanoplastia, es posible obtener protección decorativa y varias capas superficiales funcionales en productos metálicos, y también es posible reparar piezas de trabajo desgastadas y con errores de fabricación. Además, existen diferentes roles dependiendo de los diversos requisitos de recubrimiento. Los ejemplos son los siguientes:
1. Revestimiento de cobre: cebado, para mejorar la adhesión de la capa de recubrimiento y la resistencia a la corrosión. (El cobre se oxida fácilmente. Después de la oxidación, la pátina ya no es conductora, por lo que el producto de cobre debe hacer protección de cobre)
2. Chapado de níquel: parte inferior o apariencia, mejorar la resistencia a la corrosión y el desgaste, (en el que la tecnología de níquel químico moderna resistencia al desgarro que el cromo). (Tenga en cuenta que muchos productos electrónicos, como los cabezales DIN y N-cabezas, ya no usan el fondo de níquel, principalmente debido a las propiedades magnéticas del níquel que afectan la intermodulación pasiva en las propiedades eléctricas)
3. Gold Plating: mejora la resistencia de contacto conductiva y mejora la transmisión de la señal. (El oro es el más estable y el más caro).
4. Niquelado de paladio-níquel: mejora la resistencia de contacto conductiva, mejora la transmisión de la señal y la resistencia al desgaste es más alta que el oro.
5. Plomo estañado: Mejore la capacidad de soldadura, reemplazada rápidamente por otras alternativas (Debido a que contienen plomo, la mayoría de ellos ahora se cambian a estaño brillante y estañado mate).
6. Silver Plating: mejora la resistencia de contacto y mejora la transmisión de la señal. (La plata tiene el mejor rendimiento, es fácil de oxidar y también conduce electricidad después de la oxidación)
La galvanoplastia es un método de chapado de un conductor con una capa de metal utilizando el principio de la electrólisis.
Además de los conductores eléctricos, la galvanoplastia también se puede utilizar en plásticos especialmente tratados.
El proceso de galvanoplastia es básicamente el siguiente:
Chapado de metal es el ánodo
El material a ser plateado es un cátodo
El ánodo y el cátodo están conectados por una solución electrolítica compuesta de iones positivos del metal plateado
Después de aplicar la corriente continua, el metal del ánodo se oxidará (perderá electrones). Los iones positivos en la solución se reducen (se obtienen electrones) en átomos en el cátodo y se acumulan en la superficie del cátodo.
La apariencia estética del objeto electrodepositado después del chapado se relaciona con el tamaño de la corriente. Cuanto menor es la corriente, más atractivo es el objeto a ser plateado; de lo contrario, habrá algunas formas desiguales.
Los principales usos de la galvanoplastia incluyen la prevención de la oxidación de metales (como el óxido) y la decoración.
La capa externa de muchas monedas también está galvanizada.
Las aguas residuales de la galvanoplastia, como los electrolitos usados, son una fuente importante de contaminación del agua.
El proceso de electrodeposición se ha utilizado ampliamente en el proceso del marco principal de semiconductores y componentes microelectrónicos.
VCP: el chapado verticalmente continuo, la nueva máquina utilizada en la placa de circuito, es mejor que el chapado en suspensión tradicional.
Flujo de proceso de fórmula de solución de chapado de aluminio:
Grabado base débil de alta temperatura → Limpieza → Decapado → Limpieza → Lixiviación de zinc → Limpieza → Filtración secundaria de zinc → Limpieza → Prepintado de cobre → Limpieza → Prelacado → Chapado de plata brillante con cianuro → Reciclaje de lavado → Limpieza → Protección de plata → Limpieza → Secado .
Desde la perspectiva del proceso, el material de protección seleccionado debe ser resistente a las altas temperaturas (alrededor de 80 ° C), a los álcalis y a la resistencia a los ácidos, y en segundo lugar, el material de protección puede eliminarse fácilmente después del plateado.
Los materiales protectores disponibles en el mercado incluyen goma pelable, pintura desprendible, cinta adhesiva general y cinta adhesiva.
Los materiales protectores se probaron para determinar su resistencia a la corrosión ácida y alcalina, la resistencia a altas temperaturas (temperatura máxima de aproximadamente 80 ° C de la solución de grabado alcalino) y la capacidad de despegue.
Requerimientos materiales
El material de revestimiento es principalmente un solo metal o aleación, como titanio, paladio, zinc, cadmio, oro o latón, bronce, etc .;
Capas de difusión, tales como carburo de silicio y níquel, grafito fluorado con níquel, etc.
También hay capas de revestimiento, como capas de cobre-níquel-cromo sobre acero y capas de plata-indio sobre acero.
El material base de electrodeposición incluye hierro fundido a base de hierro, acero y acero inoxidable, metal no ferroso o plástico ABS, polipropileno, polisulfona y plástico fenólico. Antes del plaqueado plástico, se debe realizar una activación y sensibilización especial.
Principio de funcionamiento
La galvanoplastia requiere una fuente de alimentación de baja tensión y alta corriente para el baño de galvanoplastia, y un dispositivo de electrólisis compuesto de una solución de galvanoplastia, partes para ser chapadas (cátodos) y ánodos. La composición del baño de galvanoplastia varía según el material de revestimiento, pero ambos contienen una sal principal que proporciona iones metálicos, un agente complejante que puede formar complejos con iones metálicos en la sal principal y un tampón para estabilizar el pH de la solución. Activadores de ánodo y aditivos especiales (como abrillantadores, refinadores de grano, niveladores, agentes humectantes, antiestrías y supresores de niebla, etc.).
Proceso de galvanoplastia: los iones metálicos en la solución de galvanoplastia se reducen a átomos metálicos por la reacción del electrodo bajo la acción de un campo eléctrico externo, y el proceso de deposición de metal se realiza en el cátodo. Por lo tanto, este es un proceso de electrodeposición de metal que incluye transferencia de masa en fase líquida, reacción electroquímica y electrocristalización.
En el baño de galvanoplastia que contiene la solución de galvanoplastia, las piezas limpiadas y especialmente tratadas previamente para ser chapadas se usan como cátodos, y los ánodos están hechos de metal chapado, y los dos polos están respectivamente conectados a los electrodos positivo y negativo de la corriente continua. fuente de alimentación. La solución de galvanoplastia consiste en una solución acuosa que contiene un compuesto de chapado metálico, una sal conductora, un tampón, un ajustador de pH y un aditivo. Después de que se aplica la potencia, los iones metálicos en la solución de chapado se mueven hacia el cátodo por una diferencia de potencial para formar una capa de chapado. El metal del ánodo forma iones metálicos en la solución de chapado para mantener la concentración de los iones metálicos que se chapean. En algunos casos, como el cromado, se usan ánodos insolubles de plomo y aleaciones de plomo-antimonio, que solo sirven para transmitir electrones y conducir la corriente. La concentración de iones de cromo en el electrolito necesita mantenerse al agregar periódicamente un compuesto de cromo al baño. Durante la galvanoplastia, la calidad del material del ánodo, la composición de la solución de chapado, la temperatura, la densidad de corriente, el tiempo de electrificación, la fuerza de agitación, las impurezas precipitadas, la forma de onda de la fuente de alimentación y similares afectan la calidad del revestimiento y deben controlarse en un momento apropiado.
En primer lugar, la solución de electrodeposición tiene seis elementos: sal principal, sal adicional, agente complejante, tampón, activador anódico y aditivos.
El principio de galvanoplastia incluye cuatro aspectos: solución de electrodeposición, reacción de electrodeposición, electrodo y principio de reacción, proceso de electrodeposición de metal.
Reacción electroquímica en la reacción de electrodeposición:
La siguiente figura muestra el dispositivo de electrodeposición
La parte a ser chapada es un cátodo, que está conectado al polo negativo de una fuente de energía de corriente continua. El ánodo metálico está conectado al polo positivo de la fuente de energía de corriente continua, y el ánodo y el cátodo están sumergidos en la solución de recubrimiento.
Cuando se aplica un cierto potencial entre el yin y el yang, la siguiente reacción ocurre en el cátodo:
Los iones metálicos Mn + difundidos desde el interior de la solución de chapado a los electrodos y la solución de chapado obtienen n electrones del cátodo, y se reducen a metal M. Por otro lado, en el ánodo, se produce una reacción completa con el cátodo, es decir, la disolución del metal M ocurre en la interfaz del ánodo, liberando n electrones que forman el ion metálico Mn +.
Mecanismo de reacción
A, potencial de electrodo
Cuando el electrodo de metal se sumerge en una solución que contiene el ion metálico, existe el siguiente equilibrio. Es decir, el metal pierde electrones, y la reacción que se disuelve en la solución y el ion metálico obtienen electrones, y la reacción inversa que precipita el metal debe existir al mismo tiempo: Mn ++ ne = M
El potencial de equilibrio está relacionado con la naturaleza del metal y la temperatura y concentración de la solución. Para comparar con precisión el efecto de la naturaleza del material sobre el potencial de equilibrio, se establece que cuando la temperatura de la solución es de 250 ° C y la concentración del ion de metal es de 1mol / L, el potencial medido se denomina potencial de electrodo estándar. Es probable que los metales con grandes potenciales de electrodo negativo del potencial del electrodo estándar pierdan los electrones que se van a oxidar, mientras que los metales con grandes potenciales de electrodo positivo de los potenciales de electrodo estándar se reducen fácilmente por los electrones.
B. Polarización
La polarización se refiere al fenómeno de que cuando la corriente pasa a través del electrodo, el potencial del electrodo se desvía del potencial del electrodo balanceado.
Por lo tanto, la curva de potencial actual también se denomina curva de polarización.
Causa polarización, principalmente polarización electroquímica y polarización de concentración.
1, polarización electroquímica
Debido a que la velocidad de la reacción electroquímica en el cátodo es menor que la velocidad a la que los electrones se suministran desde la fuente de alimentación externa, se produce el efecto de polarización causado por el movimiento del potencial del electrodo en la dirección negativa.
2. Polarización de concentración
La polarización debida a la diferencia entre la concentración de la capa de líquido adyacente a la superficie del electrodo y la concentración del cuerpo de la solución se denomina polarización de concentración. Esto se debe al hecho de que la velocidad de difusión de iones en la solución es menor que la causada por el movimiento de electrones.
El proceso de electrodeposición es un proceso en el cual un ion metálico en una solución de electrodeposición se reduce a un átomo de metal mediante una reacción de electrodo bajo la acción de un campo eléctrico externo y se lleva a cabo un proceso de deposición de metal en el cátodo.
El principio de galvanoplastia es simplemente que en la solución que contiene la sal que se va a revestir, el metal del sustrato se utiliza como cátodo. Por electrólisis, los cationes que se van a sembrar en la solución de chapado se depositan en la superficie del metal base para formar una capa de chapado.
Elementos de galvanoplastia
1. Cátodo: el objeto a platear se refiere a varios terminales de conector.
2. Ánodo: si es un ánodo soluble, está destinado a ser plateado con metal. Para los ánodos insolubles, la mayoría de ellos son metales preciosos (platino, óxido de bismuto).
3. Medicina de galvanoplastia: contiene la solución de galvanoplastia para recubrir iones metálicos.
4. Tanque de galvanoplastia: puede soportar, almacenar tanques de galvanoplastia, en general considerar la resistencia, la resistencia a la corrosión, la resistencia a la temperatura y otros factores.
5. Rectificador: Equipo que proporciona potencia CC.
Pulido → Colgado → Desengrase y desengrase → Lavado → Pulido electrolítico o pulido químico → Activación de decapado → Pre-inmersión → Recubrimiento → Lavado → Post-procesamiento → Lavado → Secado → En la horca → Envasado de inspección
Las condiciones de trabajo de galvanoplastia se refieren a los factores de cambio operativos durante la galvanoplastia, que incluyen la densidad de corriente, la temperatura, la agitación y las formas de onda de potencia.
Densidad de corriente del cátodo
Para cualquier baño, existe un rango de densidades de corriente para un buen material de revestimiento. La densidad de corriente mínima para un buen material de revestimiento se denomina densidad de corriente más baja, y la densidad de corriente máxima para un buen material de revestimiento se denomina límite de densidad de corriente superior. En general, cuando la densidad de corriente del cátodo es demasiado baja, el efecto de polarización catódica es pequeño, y el grano de cristal del material de revestimiento es relativamente grueso, y la densidad de corriente del cátodo que es demasiado baja rara vez se utiliza en la producción. A medida que aumenta la densidad de corriente del cátodo, también aumenta la polarización del cátodo (la cantidad de aumento en la polarización depende de varias soluciones de recubrimiento), y la cristalización del recubrimiento también se vuelve más fina y más densa. Sin embargo, la densidad de corriente en el cátodo no debe ser demasiado grande y no debe exceder el límite superior permitido (diferentes soluciones de chapado tienen diferentes densidades de corriente del cátodo bajo diferentes condiciones de proceso), después de exceder el valor límite superior permitido, debido a la falta grave de iones metálicos en las proximidades del cátodo, placas metálicas en forma de ramas, etc., o chapado suelto en forma de esponja, etc., pueden generarse en toda la superficie del cátodo en la punta y la proyección del cátodo . Frecuentemente se encuentra en la producción el fenómeno de "quemado" en las esquinas agudas y los bordes de las partes, y cristales dendríticos o materiales de revestimiento similares a esponjas en los casos severos.
Temperatura de la solución de chapado
Cuando las otras condiciones son constantes (el voltaje es constante, la corriente aumentará debido a la velocidad de difusión de iones, la corriente aumentará). El aumento de la temperatura de la solución generalmente acelerará la velocidad de reacción del cátodo y la velocidad de difusión del ion, reducirá el efecto de la polarización catódica y, por lo tanto, hará que la cristalización del recubrimiento sea más gruesa. Sin embargo, no se puede considerar que el aumento de la temperatura de la solución sea desfavorable. Si la temperatura se corresponde adecuadamente con otras condiciones del proceso, el aumento de la temperatura de la solución permitirá obtener buenos resultados. Por ejemplo, aumentar la temperatura puede aumentar el límite superior de la densidad de corriente de cátodo permitida, y aumentar la densidad de corriente del cátodo puede aumentar la polarización del cátodo para compensar la falta de aumento de temperatura. Esto no solo hará que el cristal de recubrimiento sea más grueso sino que acelerará la velocidad de deposición y aumentará la eficiencia de la producción. Además, puede aumentar la conductividad de la solución, promover la disolución anódica, aumentar la eficacia de la corriente del cátodo (excepto el cromado), reducir los poros y reducir el efecto del estrés de placas.
Emocionante
La agitación acelera la convección de la solución, permitiendo que los iones metálicos consumidos cerca del cátodo se repongan a tiempo y reduciendo la polarización de concentración del cátodo. Por lo tanto, en las mismas condiciones, la agitación causará que el enchapado se vuelva más grueso.
La solución de galvanizado debe filtrarse periódicamente o continuamente para eliminar varias impurezas sólidas y espuma de la solución, de lo contrario la fuerza de unión de la capa de recubrimiento se reducirá y la capa de recubrimiento será áspera, suelta y porosa.
Fuente de alimentación
Las fuentes de alimentación comúnmente utilizadas en la producción de galvanoplastia incluyen rectificadores y generadores de CC. Diferentes formas de onda de corriente están disponibles dependiendo del número de fases de la fuente de alimentación de CA y el circuito rectificador. Por ejemplo, onda completa monofásica, onda completa monofásica, semionda trifásica y onda completa trifásica. La práctica ha demostrado que la forma de onda de la corriente tiene un impacto en la estructura cristalina del recubrimiento, el brillo, la capacidad de dispersión y cobertura del baño, la composición de la aleación y el consumo de aditivos. Por lo tanto, la elección de la forma de onda actual debe tomarse en serio. Además de la potencia general de CC, las corrientes de conmutación periódicas y las corrientes pulsadas también se pueden usar según las necesidades reales.
