Galvanické zinkování a jeho aplikace
Galvanizace — metoda nanášení kovů na povrch kovových a nekovových výrobků pomocí elektrolýza… Po takovém nanesení povrch výrobku získá velká odolnost proti korozi, krásnější vzhled (dekorativní nátěr), někdy — větší tvrdost, odolnost proti opotřebení.
Pokud je v tomto případě výrobek pokryt velmi tenkou (5 — 30 μm) vrstvou kovu, jen ve vzácných případech (povrchové zpevnění) dosahující desetin milimetru, pak se tento typ procesu nazývá galvanické pokovování.
V současné době je široce používáno galvanické pokovování (poměďování, niklování, chromování, stříbření, zlacení, kadmiování, zinkování, cínování, pokovování olovem).
Pozlacení, stříbření, niklování a chromování se používá především pro dekorativní účely, přičemž tyto povlaky zároveň zvyšují odolnost proti korozi.
Měď se používá hlavně jako mezivrstva na výrobcích z niklové nebo chromové oceli.Dobrá přilnavost ochranného kovu k materiálu výrobku je velmi důležitá pro trvanlivost povlaků..Zickel a chrom pevně přilnou k oceli, proto se ocel nejprve změkčí a poté se nanese vrstva niklu nebo chrómu do mědi.
Protože chromová vrstva v některých případech nechrání proti korozi, používá se také třívrstvý povlak (měď-nikl-chrom). Krytí výrobků vrstvou niklu nebo chrómu chrání povrch před oxidací při zahřátí na 480 — 500 °C. Zinkový povlak je široce používán pro ochranu proti korozi; v některých případech se uchýlí k pokovování kadmiem.
Chromování a niklování se také používá ke zlepšení odolnosti povrchů proti opotřebení, jako jsou stereotypy v polygrafickém průmyslu. Překrytí stereotypu vrstvou niklu, chromu nebo železa může zvýšit jeho životnost 10x i vícekrát. V těchto případech by tloušťka nanášeného filmu měla být větší (30-50 mikronů nebo více).
Nezastupitelnou podmínkou pro přilnavost nanášené vrstvy k základnímu kovu je čistota jeho povrchu. Proto jsou před elektrolýzou z produktů pečlivě odstraněny nejmenší stopy nečistot, oxidů, tuků. K tomu se obvykle odmašťují v horkých roztocích zásad nebo v organických rozpouštědlech — petrolej, benzín.
Pro odstranění oxidů a nečistot se produkty leptají v kyselině sírové nebo chlorovodíkové a pro získání hladkých povrchů - broušením a leštěním. Poslední operace se opakuje po aplikaci, pokud je z dekorativních důvodů nutné získat lesklý povrch, protože koupelnové výrobky jsou obvykle matné.
Hlavní součástí elektrolytu jsou soli nanášeného kovu.Pro zlepšení vodivosti elektrolytu se do něj navíc často zavádějí kyseliny nebo zásady, které elektrolyt činí kyselým nebo zásaditým. Při zlacení a stříbření a někdy i při pokovování mědí se do elektrolytu zavádějí kyanidové sloučeniny, které zajišťují lepší přilnavost povlaku k základnímu kovu.kamenec.
Rozpustné anody se zpravidla používají v procesech galvanického pokovování ve formě kovových pásů nebo tyčí nanesených na katodu. V tomto případě se kov přenáší z anody na katodu. Při chromování se ale používají například i anody z kovu nebo slitiny, které jsou v daném elektrolytu nerozpustné, z olova nebo slitiny olova a antimonu. elektrolyt a sůl aplikovaného kovu musí být systematicky přidávány do elektrolytu.
Galvanické zinkování se provádí v lázních vyrobených z materiálu, který je chemicky odolný vůči použitému elektrolytu. Velké vany jsou ocelové, svařované a pro kyselé roztoky jsou zevnitř izolovány pryží, ebonitem, vinylovým plastem nebo pokryty kyselinovzdornými a žáruvzdornými laky.
Obrobky, které mají být zpracovány, jsou obvykle upevněny na závěsech v lázni. Pro procesy probíhající při nízké proudové hustotě (0,01 — 0,1 A / cm2) se používají stacionární lázně s pevnými katodami.
Při vysokých proudových hustotách (např. při chromování) se používají kontinuální lázně, kde se produkty během procesu potahování pohybují z jednoho okraje lázně na druhý. Takové vany jsou obvykle vybaveny zařízeními pro míchání elektrolytu se stlačeným vzduchem a jeho filtraci.
Při vysoké kapacitě se používají automatické stroje vybavené řadou van, ve kterých se provádí nejen potahování samotných výrobků, ale také příprava jejich povrchu (odmašťování, leptání a oplachování). V takových strojích produkty, pohybující se po stupních horizontálně a vertikálně, postupně procházejí všemi vanami.
Galvanizace, jako u všech elektrolytických procesů, používá stejnosměrný proud, obvykle nízké napětí (6 - 24 V). Proces je regulován změnou proudové hustoty, hodnota té se mění v závislosti na procesu od setin a desetin A / dm2 u zlacení a stříbra až po desetiny A / cm2 u chromování.
S rostoucí proudovou hustotou se zvyšuje množství naneseného kovu za jednotku času, ale když překročí určitou hodnotu (pro každý proces vlastní), kvalita povlaku se prudce zhorší. Pozinkované vany jsou napájeny stejnosměrnými generátory nebo polovodičovými měniči.
U většiny procesů galvanického pokovování je proudová účinnost poměrně vysoká (od 100 do 90 %), u řady procesů, například zlacení a některých typů poměďování, klesá proudová účinnost na 70 - 60 %. Pouze u chromování je velmi nízká (12 %), protože v tomto procesu se většina spotřebované elektřiny spotřebuje na vedlejší reakce.
V posledních letech byly prováděny experimenty s využitím střídavého proudu v galvanických procesech. Typicky je střídavá složka superponována na stejnosměrný proud, přičemž amplituda střídavé složky je přibližně dvojnásobkem hodnoty stejnosměrného proudu.Použití střídavého proudu při výrobě niklových, měděných a zinkových povlaků může zlepšit jejich kvalitu, zejména snížit znečištění nanášené vrstvy nečistotami.
V některých případech je možný měděný povlak, když je lázeň napájena proudem 50 Hz. To se vysvětluje částečnou rektifikací střídavého proudu elektrochemickým článkem, díky kterému se v proudu lázně objevuje konstantní složka.