В случае использования в производстве золота низкой пробы или серебра... серебрение придают изделию максимально яркий блеск и стойкость к окислению....
реклама
В случае использования в производстве золота низкой пробы или серебра золочение или серебрение придают изделию максимально яркий блеск и стойкость к окислению. Эти виды обработки используются также для коррекции цветовых отклонений или сочетания (особенно при производстве изделий из серебра) элементов разного цвета, например, цепочек и шпрингелей или карабинов. Гальваническое оборудование рассчитывается пропорционально производственным объемам и проектируется в зависимости от проводимых процессов. При работе на гальваническом оборудовании необходимо принимать во внимание существующие экологические нормативы. Гальваника обычно заключается в электрохимическом или химическом нанесении металлического покрытия. Процесс проходит при участии постоянного электрического тока, пропускаемого через специальный раствор. Выбор мощности выпрямителя постоянного тока зависит от используемого раствора. Для каждого раствора рекомендуется использовать собственный выпрямитель, избегая, таким образом, регулировку напряжения и получая возможность одновременной работы с каждым раствором. Подключение выпрямителя к ванне производится при помощи плоских медных проводников или кабелей, закрепленных болтами, смазанных для защиты от коррозии чистым вазелином. Сечение проводника находится по следующему соотношению: 1 ампер = 1 мм2 Необходимо учитывать, что гальванические растворы и их пары обладают повышенной коррозионной агрессивностью, поэтому необходимо уделять большое внимание электрическим контактам и их очистке стальными щетками. Гальваническое оборудование состоит из ванн (рабочей, промывочной и рекуперации), образующих гальванический цикл и изготовленных полностью из ПВХ или металлических с покрытием из ПВХ. Рабочие, электролитические или электролизные ванны, содержат раствор с осаждаемым металлом (никелирование, меднение, хромирование, золочение и т.д.) и оснащены анодными и катодными электродами. В зависимости от содержащегося раствора ванны могут быть оснащены вытяжкой или нагревательными элементами. Анодный электрод может быть изготовлен из чистого металла, например золота, или, для некоторых растворов, из инертного материала (нержавеющая сталь, графит и т.д.). В промывочную ванну постоянно подается проточная вода, разбрызгиваемая и перемешиваемая при помощи воздуха. Рекуперационные ванны содержат воду и предназначены для первоначальной промывки материала, поступившего из рабочей ванны. В последствии из промывочной воды извлекается остаточный драгоценный металл. Помещение, в котором находится гальваническое оборудование, должно быть оснащено вытяжным оборудованием. Гальванические или электролитические растворы могут быть: кислыми с рН от 6 до 0 нейтральными с рН 7 щелочными с рН от 8 до 14. Растворы необходимо периодически контролировать на рН и фильтровать через активизированный уголь. Перед гальванической обработкой материал должен быть подготовлен. Если имеются паяные соединения, то производится отбеливание, убирающее шлаки окислов, оставшиеся после пайки. Наиболее распространенное отбеливание – обработка 10% водным раствором серной кислоты при температуре 35-50°С. После отбеливания поверхность шлифуется, полируется, тщательно промывается шампунем (например, в ультразвуковой установке) и споласкивается. Только после выполнения этих операций можно начинать гальваническую обработку. СЕРЕБРЕНИЕ серебряные сплавы – придание цвета чистого серебра, золотые сплавы – подложка для образования античного серебра. ЗОЛОЧЕНИЕ Золотые сплавы – придание однородного цвета, более или менее отличного от исходного, сокрытие отличного цвета пайки, придание изделию цвета чистого золота. НИКЕЛИРОВАНИЕ Защита серебряных сплавов от почернения, нанесение подложки для золочения. Что необходимо иметь для проведения гальванической обработки: 1. Переменный электрический ток для получения постоянного тока и нагрева ванны. 2. Выпрямитель переменного тока. 3. Воду для промывки. Последнюю промывку лучше проводить при помощи дистиллированной или деионизированной воды. 4. Емкости для хранения различных жидкостей, каждая емкость должна быть маркирована. 5. Металлическую проволоку для связывания обрабатываемых изделий, хорошо подходит неокисленная медь. 6. Металлические пластины, погружаемые в растворы и проводящие электрический ток. 7. Денатурированный спирт для сушки изделий погружением. При серийном производстве или при серебрении необходимо использовать сушку воздухом или горячими опилками. 8. Опилки из твердых древесных пород для сушки. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОКА Любой гальванический раствор требует определенного тока и напряжения, поэтому необходимо работать в заданных пределах и иметь возможность регулирования тока. При больших объемах производства для ускорения цикла устанавливаются два выпрямителя для двух гальванических ванн. Первая ванна предназначена для подготовки, вторая для обезжиривания изделия. Для измерения напряжения и тока используются два прибора – амперметр и вольтметр. В гальванике редко используется напряжение, превышающее 10-15 вольт. Значение тока изменяется в больших пределах и зависит от размера обрабатываемой поверхности и самого процесса. Наибольшая сила тока обезжиривания обычно не превышает 10 А. ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ И ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ПОЛЮС Подключение полюсов должно выполняться правильно, потому что положительный полюс растворяется, а отрицательный растет. Таблица подключения полюсов Ванна Обезжиривание Золочение Подключение изделия, полюс отрицательный отрицательный Подключение пластины, полюс положительный положительный Серебрение Никелирование Полировка золота отрицательный отрицательный отрицательный положительный положительный положительный Металл пластины никель нерж.сталь платина, платинированный титан чистое серебро никель нерж.сталь ПЛОТНОСТЬ ТОКА И ВЫБОР МОЩНОСТИ ВЫПРЯМИТЕЛЯ При обработке в гальванической ванне различных изделий при одной силе тока, очевидно, наибольшей площади поверхности будет соответствовать наименьший ток на единицу поверхности, т.е. меньшая плотность тока, значение которой необходимо учитывать по следующим мотивам: Зная площадь поверхности изделия, можно рассчитать максимальный потребляемый ток. Например, для обезжиривания предмета площадью 10 дм2 потребляемый ток составляет 50 А, так как обезжиривание требует 5 А/дм2. Для каждой гальванической ванны изготовитель оборудования, кроме рецепта для приготовления ванны, определяет минимальную и максимальную плотность тока. Хорошего качества можно добиться, только работая в указанных пределах: если ток слишком мал, изделие не получает покрытия или не покрывается полностью; если слишком высок, нанесенный слой имеет плохое качество или, как говорят, сгорает. Даже не имея практики и не делая геометрических расчетов, экспериментальным путем, регулируя ток и напряжение, можно определить необходимые параметры. Плотность тока позволяет рассчитать скорость покрытия или скорость роста толщины металла в секунду, в минуту или в час. СВОЙСТВА И ДЕФЕКТЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ПРОНИКАЮЩАЯ И ПОКРЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ Гальваническое покрытие должно быть равномерно распределено по всей поверхности изделия или по поверхности, которая должна быть обработана. Покрытие никогда не бывает равномерным, толщина покрытия не одинакова: чем лучше покрывающая способность ванны, тем равномернее покрытие. Известно, что электрические заряды собираются на выступающих частях, прежде всего на остриях, в углублениях количество зарядов уменьшается и в некоторых точках они могут отсутствовать. Способность раствора создавать покрытие в углублениях называется проникающей способностью. Для определения качества гальванического покрытия необходимо сравнить его качество на выступающих местах и в углублениях. Если покрытие выступающих частей не удовлетворительно, причиной этого может быть: а) слишком высокое значение тока; б) обедненый или загрязненный раствор. Если речь идет о первом явлении, происходит сжигание слоя, использование более низких токов делает покрытие приемлемым. Если раствор не пригоден, удовлетворительного результата не удастся добиться никаким образом. Если покрытие имеет хорошее качество за исключением углублений, установленное значение тока слишком мало, либо раствор не пригоден к работе. СЦЕПЛЕНИЕ Одно из требований к гальваническому покрытию – хорошее сцепление с металлом основы. При помощи гальванического покрытия удается создать такое сильное сцепление, что изделия могут подвергаться механической обработке – изгибу, вырубке без опасения отслоения покрытия; при обработке напильником снимается или часть покрытия или покрытие вместе с основой и никогда не происходит его отслоение. Методом оценки сцепления является изгиб пластины, прошедшей гальваническую обработку. Если появляются пузырьки или чешуйки – покрытие плохого качества. Иногда дефект проявляется при простом погружении пластины в кипящую воду. Другой метод испытаний – обработка поверхности металлическими круглыми щетками из альпаки или железа. Если сцепление недостаточно и дефект не зависит ни от раствора, ни от величины тока, причиной может быть недостаточное обезжиривание. ТВЕРДОСТЬ Гальваническое покрытие может иметь твердость, отличную от твердости литого металла того же состава, в этом случае металл называется упрочненным. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ ПОВЕРХНОСТИ Дефект вызывается недостаточным перемешиванием жидкости или малым количеством поверхностно активных веществ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИЗДЕЛИЕМ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА Когда изделие погружено в гальваническую ванну и через нее протекает электрический ток, можно увидеть появление мелких или более крупных пузырьков газа вплоть до бурного кипения. Таким образом ведут себя обезжиривающие растворы. Другие растворы, например, для серебрения, не образуют выделений газа и весь пропускаемый ток используется для отложения серебра, в этом случае отдача раствора – 100%. ВЕС И ТОЛЩИНА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ По длительности процесса и силе тока, учитывая отдачу тока, можно рассчитать вес металла, нанесенного на поверхность. Для того, чтобы рассчитать толщину, необходимо знать площадь поверхности изделия. Приведенная таблица позволяет рассчитать толщину металла поверхностью 1 дм2, если известен вес покрытия и площадь поверхности изделия. Из таблицы видно, что для покрытия слоем толщиной 1 микрон на необходимо нанести металл весом, который равен волюметрической массе (удельному весу) деленной на 100. Удельный вес серебра – 10,49, для покрытия 1 дм2 поверхности слоем 1 микрон необходимо отложить 0,1049 г. Вес металла, необходимого для покрытия толщиной 1 микрон поверхности 1 дм2, или гальванические эквиваленты: Металл Граммы Серебро 0,1049 Никель 0,0890 Золото 0,1932 Платина 0,2145 Металл Назначение Вес г/дм2 Толщина, микрон Серебро легкое серебрение 0,30-0,40 2,8-3,8 сильное серебрение 1,5 14,3 техническое серебрение до 5,125 50 Золото золочение 0,019-0,050 0,10-0,26 плакирование указывается толщина в микрон с пробой золота покрытия Современная технология позволяет измерять толщину неразрушающими методами, при этом используются электромагнитные свойства; бета-частицы; флюоресценция, вызываемая рентгеновскими лучами. Электроника позволила создать переносные приборы с цифровой шкалой. Таблица веса теоретического металлического покрытия при пропускании электрического тока 1 А/час Металл Серебро Никель Золото Вес покрытия, г 4,025 1,095 7,356 ВАЖНОСТЬ ФИЛЬТРАЦИИ Фильтрация производится очень просто и является обычной декантацией: раствор отстаивается несколько дней, взвешенные частицы выпадают в осадок на дно емкости, резиновым шлангом сливается прозрачная часть, мутная выбрасывается. Этот метод используется прежде всего для обезжиривающего раствора. Лучший метод фильтрации гальванических ванн – фильтровальная бумага, которая позволяет получить совершенно чистый фильтрат и полное использование жидкости. Если жидкости не поддерживаются в прозрачном состоянии, невозможно добиться хорошего качества покрытия. ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА Обрабатываемое изделие должно быть тщательно обезжирено. Обычное обезжиривание недостаточно: поверхность должна быть обезжирена не только физически, но и химически, так как покрываемый металл должен быть обнажен. Соединениями, находящимися на поверхности металла, могут быть окислы, образуемые при отжиге, пайке, сульфаты и базовые соли. В случае благородных металлов химическая обработка не играет большой роли, полировка, которую необходимо произвести перед гальваникой, может быть достаточной. Если обрабатывается изделие из серебра, которое под действием воздуха потеряло отражающую способность, необходимо снять слой сульфата серебра, который придает серебру окраску от желтого до черного цвета. Металл может быть обнажен как механическим, так и химическим путем. Изделия, прошедшие обработку, сразу же должны быть тщательно промыты в большом количестве воды. Иногда металл наносится не на всю поверхность изделия, а только на его часть. Части, которые не покрываются, изолируются при помощи лака или соответствующих составов. Для хорошего сцепления изделия должны быть чистыми и сухими. Приемлемыми лаками для этой цели являются хлорокаучуковые или на основе хлорид поливинила, они имеют большую стойкость как к кислотам, так и к щелочам. Лак наносится кисточкой, затем сушится при повышенной температуре, при необходимости можно покрыть вторым слоем. Кроме этих лаков, можно использовать другие, имеющие высокую химическую стойкость и более высокую температуру плавления. Лаки должны иметь температуру плавления выше температуры кипения воды.После гальванической обработки лак снимается механическим путем или растворителем. СВЯЗЫВАНИЕ И ОБЕЗЖИРИВАНИЕ Обезжиривание – обязательная операция, проводимая до гальванической обработки, влияющая на качество покрытие. На плохо обезжиренном или необезжиренном изделии гальваническое покрытие либо не фиксируется, либо держится кусками. Гальваническое обезжиривание предваряется промывкой в ультразвуковой ванне или щеткой, после этого, не вынимая из ванны, в которой производится очистка, изделие связывается медной блестящей проволокой и передается на электролитическое обезжиривание. Диаметр проволоки должен быть пропорционален величине и весу изделия. С этого момента изделие не должно больше трогаться руками вплоть до момента сушки в опилках. Проволока привязывается таким образом, чтобы не оставалось труднодоступных мест для гальванического раствора, делается только один оборот проволоки на наименее важной части готового изделия. Особенно аккуратно необходимо привязывать изделия, образованные свободно движущимися частями, такие как браслеты, цепочки. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ Промытое в воде изделие подвергается гальваническому обезжириванию, при этом оно подключается к положительному полюсу. Обезжиривающие ванны имеют различный состав. Для их создания используется дистиллированная или деионизированная вода. Раствор может быть горячим. Если на изделии должны присутствовать окрашенные участки, окраску лучше производить после его промывки и сушки, при этом необходимо стараться как можно меньше его загрязнять. После этого производится гальваническое обезжиривание при комнатной или немного повышенной температуре, которая не должна быть слишком высокой и приводить к разрушению окрашенного слоя. После обезжиривания изделия тщательно промываются и готовы к дальнейшей гальванической обработке. Обезжиривающий раствор не имеет проникающей способности, и поэтому нельзя забывать о ультразвуковой промывке. НИКЕЛИРОВАНИЕ Упоминание этого метода может удивить, однако гальваническое никелирование может быть использовано как подложка для золочения незолотого сплава, родирования серебра и недрагоценных сплавов. Одним из методов, применяемых для того, чтобы избежать изменения цвета серебра на воздухе, является родирование, однако, из-за большой толщины слоя этот способ является слишком дорогим. Удовлетворительного результата, имеющего небольшую стоимость, можно добиться, нанося слой родия толщиной доли микрона на покрытие из никеля. В некоторых случаях можно ограничиться только никелированием в полировальной ванне. Ниже приведены два рецепта, оба раствора используются при комнатной температуре. Существует множество других рецептов горячих и быстродействующих растворов, однако оборудование, необходимое для проведение таких процессов, должно быть оснащено нагревательными элементами, фильтрами и приспособлениями для перемешивания. Неглянцевое никелирование: сульфат никеля 100 г/л, сульфат магния 30 г/л, хлорид никеля 10 г/л, борная кислота 30 г/л. Глянцевое никелирование: сульфат никеля 250 г/л, хлорид никеля 10 г/л, борная кислота 30 г/л, блескообразователь в количестве, указанном поставщиком. ток 0,3-0,5 А/дм2; рН 5,5-5,8. Для поддержания кислотности необходимо использовать серную кислоту, pH можно определять лакмусовой бумагой. Обычно добавляются 2-3 г на каждые 10 л. Анод изготавливается из электролитического никеля, профилированного никеля, никеля в виде кусочков в корзине из титана. Последний вариант является наиболее экономичным. Одним из дефектов является появление пятен на покрытии. Эффективными в данном случае являются небольшие добавки (доли грамма на литр) поверхностно активных веществ. СЕРЕБРЕНИЕ После открытия батареи, серебрение стало первым используемым гальваническим покрытием. Растворы содержат серебро в виде цианида, в которые добавляются для их лучшей работы некоторое количество цианида натрия или калия. Избыток цианида носит название "свободного цианида", этот цианид не связан с Ag. Определить наличие свободных цианидов можно при помощи химических анализов. Свободный цианид, кроме улучшения качества покрытия, способствует растворению серебра анода. Его количество составляет 60%, если используется цианид калия и 46% при использовании цианида натрия; указанные растворы обогащены серебром. Приведенные значения минимальны. Для приготовления раствора для серебрения используются три компонента: цианид серебра, цианид калия и карбонат калия. Растворы могут содержать от нескольких до 90 г серебра на литр, приобретая с увеличением концентрации большую скорость реакции и образуя так называемые скоростные растворы. Растворы используются в нагретом виде, должны постоянно перемешиваться и фильтроваться. При необходимости можно производить серебрение в неподвижном растворе, при обычной температуре и низком значении тока; такой процесс требует длительного времени и используется редко. В любом случае, растворы для серебрения имеют высокую проникающую способность. ТОЛЩИНА И ВРЕМЯ СЕРЕБРЕНИЯ Можно заранее предусмотреть и определить количество серебра, которое наносится на изделие. В некоторых случаях, например, при нанесении покрытия на серебро 800 пробы, толщина покрытия интересует мало, так как изделие продается на вес. В других случаях, когда серебром покрывается другой дешевый металл, необходимо учитывать как толщину, так и вес серебра, что помогает гарантировать качество отделки и учесть его стоимость. В любом рецепте подготовки раствора указана плотность тока. Умножением плотности на коэффициент 0,066 рассчитывается вес серебра отложенного за 1 минуту; при умножении на 4 получается вес серебра, отложенного за один час. Толщина слоя, отложенного за минуту, в микронах на площади 1 дм2 равна произведению плотности тока на коэффициент 0,634; за один час – произведению плотности тока на коэффициент 38. СОЛИ СЕРЕБРА ДЛЯ СЕРЕБРЕНИЯ Цианид серебра (AgCN) 805‰ Цианид серебра и калия (KAg(CN)2) 542‰ Цианид серебра и натрия (NaAg(CN)2) 590‰ Хлорид серебра (AgCl) 752‰ Нитрат серебра (AgNO3) 635‰ ЭВОЛЮЦИЯ ГАЛЬВАНИКИ И ХИМИЧЕСКИЕ АНАЛИЗЫ Гальванический раствор служит долгое время и, вследствие этого, его состав подвержен изменению. Общее свойство всех растворов – испарение воды, благодаря этому, концентрация повышается и раствор для поддержания определенного уровня требует добавления дистиллированной воды. Неиспользуемые растворы должны храниться в закрытых сосудах. Дистиллированная вода используется для промывки изделий сразу же после гальванического покрытия. Другой причиной изменения гальванического раствора является химическая реакция с углекислым газом, содержащимся в воздухе, к которому чувствительны как растворы на базе цианидов, так и содержащие каустическую соду. Каустический натрий, цианид натрия, цианид калия, каустический калий вследствие реакции более или менее быстро превращаются в карбонаты калия и натрия. Растворы, подвергаемые такому воздействию, требуют периодического добавления цианида и каустической соды. При использовании малых количеств растворов, например, при обезжиривании, следует заменять растворы на новые; признак обеднения обезжиривающего раствора – увеличение сопротивления и уменьшение проходящего тока при одинаковом напряжении. В случае растворов для золочения и серебрения можно добавлять дополнительное количество раствора для поддержания его в работоспособном состоянии. Необходимо принять серьезные меры предосторожности против попадания в растворы пыли и загрязнений. Если это случается, не следует продолжать использование раствора, лучше извлечь драгоценный металл из раствора и приготовить новый. Практика с самого начала начинает приподносить сюрпризы в виде дефектов, вызванных неправильным использованием растворов, изменением количества компонентов. Наука, техника и, прежде всего, химические анализы, показали, что хорошее качество покрытия невозможно без проведения соответствующего контроля растворов. Для этого ювелирное производство нуждается в небольшой химической лаборатории, либо контроль производится соответствующей службой. Нижеприведенная информация имеет целью позволить ювелиру производить предварительный контроль, иногда вполне достаточный.