galvanoplastia - Electroplating


Da Wikipédia, a enciclopédia livre


Galvanoplastia é um processo que utiliza um eléctrico de corrente para reduzir metais dissolvidos catiões de modo que eles formam um revestimento de metal fina coerente sobre um eléctrodo . O termo também é utilizado para eléctrica oxidação de aniões sobre um substrato sólido, como na formação de cloreto de prata em fio de prata para fazer eléctrodos de prata / prata-cloreto . Galvanoplastia é utilizado principalmente para alterar as propriedades de superfície de um objecto (tais como a abrasão e a resistência ao desgaste, corrosão protecção, lubricidade , qualidades estéticas), mas podem também ser usadas para construir-se espessura em partes de tamanho inferior ou para formar objectos por electrodeposição .

O processo usado na galvanização é chamado eletrodeposição . É análogo a uma célula de concentração actuando no sentido inverso . A parte a ser revestida é o cátodo do circuito. Numa técnica, o ânodo é feito de metal a ser revestida sobre a parte. Ambos os componentes são imersos numa solução chamado um electrólito contendo um ou mais dissolvidos sais de metais , bem como outros iões que permitem o fluxo de electricidade. Uma fonte de alimentação fornece uma corrente contínua para o ânodo, os átomos de metal de oxidação que compreende e permitindo que eles se dissolvem na solução. No cátodo, os iões metálicos dissolvidos na solução de electrólito são reduzidos na interface entre a solução e o cátodo, de modo a que eles "placa para fora" para o cátodo. A taxa em que o ânodo está dissolvido é igual à taxa em que o cátodo é revestida e, portanto, os iões no banho de electrólito são continuamente reabastecidos pelo ânodo.

Outros processos de galvanoplastia pode usar um ânodo não consumível, tal como chumbo ou de carbono . Nestas técnicas, os iões do metal a ser revestida deve ser periodicamente reabastecido no banho como eles são desenhados para fora da solução. A forma mais comum de galvanoplastia é usado para a criação de moedas, tais como moedas dos Estados Unidos , que são feitas de zinco coberto de uma camada de cobre .

Processo

Galvanoplastia de um metal (Me) com um banho de cobre em sulfato de cobre

Os catiões associam com os aniões na solução. A catiões são reduzidos no cátodo para depositar no metálico, no estado de valência zero. Por exemplo, para chapeamento de cobre , numa solução ácida, o cobre é oxidado no ânodo de Cu 2+ por perder dois electrões. O Cu 2+ associados com o anião SO 2-
4
na solução para formar (II) sulfato de cobre . No cátodo, o Cu 2+ é reduzido a cobre metálico por ganhando dois electrões. O resultado é a transferência eficaz de cobre a partir da fonte de ânodo a uma placa que cobre o cátodo.

O chapeamento é mais vulgarmente um único metálico elemento , não é uma liga . No entanto, algumas ligas podem ser eletrodepositado, nomeadamente latão e solda .

Muitos banhos de revestimento incluem cianetos de outros metais (tais como o cianeto de potássio ), além de cianetos de metal a ser depositado. Estes cianetos livres facilitar a corrosão do ânodo, ajudar a manter um nivel de iões de metal constante e contribuir para a condutividade. Além disso, os produtos químicos não-metais, tais como carbonatos e fosfatos podem ser adicionados para aumentar a condutividade.

Quando o chapeamento não é desejada em determinadas zonas do substrato, param de força são aplicados para evitar que o banho de entrar em contacto com o substrato. Stop-offs típicas incluem fita adesiva, papel alumínio, vernizes e ceras .

A capacidade de um chapeamento a cobrir uniformemente é chamado poder jogar ; o melhor o poder jogar o mais uniforme do revestimento.

Greve

Inicialmente, um depósito especial chapeamento chamado um ataque ou de flash pode ser usado para formar um chapeamento muito fina (tipicamente menos do que 0,1 mm de espessura) com alta qualidade e uma boa adesão ao substrato. Este serve como uma base para processos de chapeamento subsequentes. Um ataque utiliza uma densidade de corrente alta e um banho com uma baixa concentração de iões. O processo é lento, processos de chapeamento de modo mais eficiente são usados uma vez que a espessura de ataque desejado é obtido.

O método notável também é usado em combinação com o revestimento de metais diferentes. Se é desejável uma placa tipo de depósito sobre um de metal para melhorar a resistência à corrosão, mas este metal tem inerentemente uma fraca aderência ao substrato, um ataque pode ser depositada primeiro lugar, que é compatível com ambos. Um exemplo desta situação é a fraca adesão das electrolítico de níquel em zinco ligas, caso em que uma batida de cobre é utilizado, o qual tem boa adesão a ambos.

deposição electroquimica

deposição electroquimica é geralmente utilizado para o crescimento de metais e óxidos de metais conduzindo por causa das seguintes vantagens: a espessura e morfologia da nanoestrutura pode ser controlado com precisão pelo ajuste dos parâmetros electroquimicos; depósitos relativamente uniformes e compactos podem ser sintetizados em estruturas com base em modelos; as taxas de deposição mais elevados são obtidos; e o equipamento é barato, devido às não-requisitos quer de alto vácuo ou uma temperatura de reacção elevada.

galvanoplastia pulso ou electrodeposição pulso (PED)

Uma simples modificação na galvanoplastia é galvanoplastia pulso. Este processo envolve a alternância rápida do potencial ou actual entre dois valores diferentes que resultam em uma série de pulsos de igual amplitude, polaridade e duração, separadas por corrente zero. Ao alterar a amplitude do impulso e largura, é possível alterar a composição e a espessura da película depositada.

Os parâmetros experimentais de galvanoplastia pulso geralmente consistem de pico de corrente / potencial, ciclo de trabalho, frequência e eficaz de corrente / potencial. Pico de corrente / potencial é a configuração máxima de galvanoplastia atual ou potencial. O ciclo de serviço é a porção de tempo eficaz em certo período de galvanoplastia com a corrente ou potencial aplicado. A corrente / potencial eficaz é calculado multiplicando o ciclo de trabalho e o valor de pico da corrente ou potencial. galvanoplastia pulso poderia ajudar a melhorar a qualidade do filme galvanizado e liberar o estresse interno construído durante a deposição rápido. Combinação do ciclo de trabalho curto e alta frequência poderia diminuir as fissuras superficiais. No entanto, a fim de manter constante a corrente efectiva ou potencial, uma fonte de alto desempenho pode ser necessária para proporcionar uma elevada corrente de pico / potencial e comutador rápido. Outro problema comum de galvanoplastia pulso é que o material do ânodo pode ficar preparada e contaminado durante a galvanoplastia inversa, especialmente para o alto custo, eléctrodo inerte como a platina.

Outros factores que podem afectar a galvanoplastia de impulsos incluem temperatura, folga e a agitação para ânodo-cátodo. Por vezes, a galvanoplastia de impulso pode ser realizada em banho de galvanoplastia aquecida para aumentar a taxa de deposição de uma vez que a taxa de quase todas as reacções químicas aumenta exponencialmente com a temperatura de acordo com a lei de Arrhenius. O intervalo ânodo-a-cátodo é relacionada com a distribuição de corrente entre ânodo e cátodo. Pequena folga para provar a razão de área podem causar uma distribuição desigual da corrente e afecta a topologia de superfície da amostra inoculada. A agitação pode aumentar a taxa de transferência / difusão de iões de metal a partir de solução em massa para a superfície do eléctrodo. definição de agitação varia de acordo com diferentes processos de metal de electrodeposição.

galvanoplastia escova

Um processo estreitamente relacionado é galvanoplastia escova, em que áreas localizadas ou itens inteiras são plaqueadas utilizando um pincel saturado com solução de revestimento. A escova, tipicamente um aço inoxidável corpo enrolado com um absorvente pano material que tanto segura a solução de revestimento e impede o contacto directo com o produto a ser banhados, está ligado ao ânodo de uma baixa tensão de corrente contínua fonte de energia, e o produto a ser revestida ligado ao cátodo . O operador mergulha a escova na solução de revestimento, em seguida, aplica-lo para o item, movendo a escova continuamente para obter uma distribuição uniforme do material de chapeamento.

Escova galvanoplastia tem várias vantagens sobre o chapeamento tanque, incluindo mobilidade, capacidade de placa itens que por algum motivo não pode ser tanque plaqueadas (uma aplicação foi o chapeamento de porções de muito grandes colunas de suporte decorativo em uma restauração edifício), baixa ou não há requisitos de mascaramento, e comparativamente baixo chapeamento requisitos de volume de solução. As desvantagens em relação ao plaqueamento tanque pode incluir um maior envolvimento do operador (revestimento de tanque pode frequentemente ser realizada com um mínimo de atenção), e a incapacidade de conseguir um grande como a espessura da placa.

deposição química

Normalmente, uma célula electrolítica (que consiste em dois eléctrodos, electrólitos, e fonte externa de corrente) é utilizado para a electrodeposição. Em contraste, a deposição não electrolítica utiliza apenas um eléctrodo e qualquer fonte externa de corrente eléctrica. No entanto, a solução para deposição química precisa conter um agente de redução de modo a que a reacção do eléctrodo tem a forma:

Em princípio, qualquer hidrogénio baseados agente redutor pode ser utilizado, embora o potencial redox da meia-célula de redução deve ser suficientemente alta para superar as barreiras de energia inerentes na química líquida. De revestimento sem eléctrodos de níquel utiliza hipofosfito como o redutor enquanto chapeamento de outros metais, como prata, ouro e cobre normalmente usam-baixo peso molecular, os aldeídos .

Um dos grandes benefícios desta abordagem sobre galvanoplastia é que as fontes de energia e banhos de galvanização não são necessários, reduzindo o custo de produção. Esta técnica também pode chapa diversas formas e tipos de superfície. A desvantagem é que o chapeamento é geralmente mais lento e não é possível criar chapas grossas de metal. Como consequência destas características, a deposição química é bastante comum nas artes decorativas.

Limpeza

Limpeza é essencial para galvanoplastia bem sucedida, uma vez que as camadas moleculares de óleo pode impedir a adesão do revestimento. ASTM B322 é um guia de padrão para a limpeza de metais antes da galvanoplastia. Limpeza inclui a limpeza solvente, limpeza detergente alcalina quente, electrocleaning, e tratamento com ácido, etc O teste industrial mais comum para a limpeza é o teste waterbreak, em que a superfície é cuidadosamente lavados e em posição vertical. Hidrofóbicas contaminantes tais como óleos com que a água a talão e romper-se, permitindo que a água drene rapidamente. Perfeitamente superfícies metálicas limpas são hidrófilo e irá reter uma folha contínua de água que não escorregam ou escorrer. ASTM F22 descreve uma versão deste teste. Este ensaio não detecta contaminantes hidrofílicas, mas galvanoplastia pode deslocar estes facilmente uma vez que as soluções são a base de água. Tensioactivos , tais como sabão reduzir a sensibilidade do teste e deve ser cuidadosamente enxaguado.

efeito

Galvanoplastia altera a química, física, e as propriedades mecânicas da peça de trabalho. Um exemplo de uma alteração química é quando níquel chapeamento melhora a resistência à corrosão. Um exemplo de uma alteração física é uma mudança na aparência exterior. Um exemplo de uma alteração mecânica é uma alteração na resistência à tracção ou superfície dureza que é um atributo necessário na indústria de ferramentas. Galvanoplastia de ouro sobre ido de cobre- subjacente ou circuitos niquelado reduz a resistência de contacto, bem como a dureza de superfície. Áreas revestido com cobre de acto de aço macio como uma máscara, se caso o endurecimento de tais áreas que não são desejados. Estanhado é aço-cromo chapeado para evitar embotamento da superfície devido à oxidação de estanho.

Galvanoplastia, ou revestimento não eléctrico pode ser utilizado como uma forma de tornar uma peça de metal radioactivo , usando uma solução aquosa preparada a partir de níquel- fósforo concentrados que contêm radioactivos hipofosfito 32 P iões.

História

Luigi Valentino nome Brugnatelli
Boris Jacobi desenvolvido galvanoplastia, electrotyping e escultura galvanoplastic na Rússia
Revestimento de níquel

Modern eletroquímica foi inventado pelo químico italiano Luigi Valentino nome Brugnatelli em 1805. nome Brugnatelli usado seu colega Alessandro Volta invenção de cinco anos antes, o 's pilha voltaica , para facilitar o primeiro eletrodeposição. Invenções de nome Brugnatelli foram suprimidos pela Academia Francesa de Ciências e não se tornou utilizado na indústria geral para os trinta anos seguintes. Por 1839, os cientistas na Grã-Bretanha e na Rússia tinha elaborada de forma independente de processos de metal-deposição semelhantes aos do nome Brugnatelli para a galvanização de cobre de imprensa de impressão placas.

Boris Jacobi na Rússia não só redescoberto galvanoplastics, mas desenvolveu electrotyping e escultura galvanoplastic . Galvanoplastics rapidamente entrou em moda na Rússia, com pessoas como inventor Peter Bagration , cientista Heinrich Lenz e autor de ficção científica Vladimir Odoievsky todos contribuem para um maior desenvolvimento da tecnologia. Entre os casos mais notórios de uso de galvanização em meados do século 19 a Rússia eram gigantescas esculturas galvanoplastic de Catedral de Santo Isaac em São Petersburgo e ouro electroplated cúpula da Catedral de Cristo Salvador , em Moscou , a igreja mais alta ortodoxo no mundo .

Logo depois, John Wright de Birmingham , Inglaterra, descobriram que o cianeto de potássio era adequado de eletrólitos de ouro e prata galvanoplastia. Associados de Wright, George Elkington e Henry Elkington foram premiadas as primeiras patentes para galvanoplastia em 1840. Estes dois então fundou a indústria de galvanoplastia em Birmingham de onde se espalhou ao redor do mundo. O Generator Woolrich Elétrica de 1844, agora em Thinktank, Birmingham Science Museum , é o mais antigo gerador elétrico usado na indústria. Foi usado por Elkingtons .

A Norddeutsche Affinerie em Hamburgo foi a primeira unidade de galvanoplastia moderna iniciando sua produção em 1876.

Como a ciência da eletroquímica cresceu, sua relação com a galvanoplastia ficou entendido e foram desenvolvidos outros tipos de galvanoplastia de metais não-decorativo. Galvanoplastia comercial de níquel , cobre , estanho e zinco foram desenvolvidos pela década de 1850. Galvanoplastia banhos e equipamento com base nas patentes dos Elkingtons foram ampliados para acomodar o chapeamento de diversos objectos de grande escala e para aplicações industriais e de engenharia específicos.

A indústria de metalização recebeu um grande impulso com o advento do desenvolvimento de geradores elétricos no final do século 19. Com as altas correntes disponíveis, os componentes da máquina de metal, hardware e automotivos peças que requerem protecção contra a corrosão e as propriedades de desgaste melhorados, juntamente com uma melhor aparência, pode ser processado em grandes quantidades.

As duas guerras mundiais ea crescente aviação indústria deu um impulso a novos desenvolvimentos e refinamentos, incluindo processos como difícil cromagem , bronze chapeamento liga, sulfamato de níquel, juntamente com numerosos outros processos de galvanoplastia. Equipamento costado evoluído a partir operado manualmente alcatrão -lined tanques de madeira para equipamentos automatizados, capazes de processar milhares de quilogramas por hora de partes.

Um dos americanos físico Richard Feynman primeiros projetos 's foi desenvolver tecnologia para galvanoplastia de metais em plástico . Feynman desenvolveu a idéia original de seu amigo em uma invenção de sucesso, permitindo que seu empregador (e amigo) para manter promessas comerciais que ele tinha feito, mas não poderia ter cumprido o contrário.

célula de hull

Uma solução de zinco testados em uma célula de Hull

A célula de Hull é um tipo de célula de teste utilizado para verificar qualitativamente a condição de um banho de galvanização. Ela permite a optimização para a gama de densidade de corrente, a optimização da concentração de aditivo, o reconhecimento dos efeitos de impurezas e indicação da capacidade de potência de macro-jogando. A célula de Hull replica o banho de revestimento em uma escala de laboratório. Ela é cheia com uma amostra da solução de revestimento, um ânodo apropriado que está ligada a um rectificador . O "trabalho" é substituído por um painel de teste de célula de Hull, que será banhado para mostrar a "saúde" do banho.

A célula de Hull é um recipiente trapezoidal que contém 267 ml de solução. Esta forma permite que se coloque o painel de ensaio num ângulo para o ânodo. Como resultado, o depósito é plaqueadas a diferentes densidades de corrente que pode ser medida com uma régua de células casco. O volume de solução permite uma optimização quantitativa da concentração de aditivo: adição de 1 grama de 267 ml é equivalente a 0,5 onças / galão no tanque de chapeamento.

célula Haring-Blum

célula Haring-Blum

A célula Haring-Blum é usado para determinar o poder de arremesso macro de um banho de revestimento. A célula é constituída por dois cátodos paralelas com um ânodo fixo no meio. Os cátodos são em distâncias do ânodo na proporção de 1: 5. A macro poder de arremesso é calculado a partir da espessura de plaqueamento para os dois cátodos, quando uma corrente contínua é passada para um período específico de tempo. A célula é fabricada a partir de perspex ou vidro.

Veja também

Referências

Bibliografia

  • Dufour, Jim (2006). Uma Introdução à Metalurgia (5ª ed.). Cameron.

links externos