|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
История развития гальванотехники.Стр 1 из 3Следующая ⇒
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Серго Орджоникидзе Кафедра геммологии
КУРСОВАЯ РАБОТА Гальванотехника
Составила: Студентка группы ТО-13 Булах М. О.
МОСКВА 2016
Содержание:
Цели гальванотехники. Гальванотехника — раздел прикладной электрохимии, описывающий физические и электрохимические процессы, происходящие при осаждении катионов металла на катоде. Так же под гальванотехникой понимается набор технологических приёмов, режимных параметров и оборудования, применяемого при электрохимическом осаждении каких-либо металлов на заданной подложке. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику. Гальваностегия – нанесение на поверхность изделия тонких металлических покрытий. Гальванопластика — процесс осаждения толстых, часто достигающих нескольких мм, легко отделяющихся от основы (формы) слоев металла, точно воспроизводящих рельеф основы и создающих тем самым точную ее копию. История развития гальванотехники. Итальянский профессор анатомии Луиджи Гальвани в 1780 году провел опыт по воздействию электрического заряда на мускульную ткань лягушек. Другой итальянский ученый Алессандро Вольта экспериментально доказал, что электрические явления в опытах Гальвани объясняются тем, что определенная пара разнородных металлических проводников, разделенных слоем специальной электропроводящей жидкости, служит источником электрического тока, протекающего по замкнутым проводникам внешней цепи. Опыты с электричеством привлекли внимание многих ученых разных стран. Уже в 1802 году русский ученый В.В. Петров впервые высказал мысль о практическом применении электрического тока. В 1833 г. английский физик М. Фарадей установил законы электролиза. Эти его работы положили начало электрохимии. Электрический ток, проходя через жидкость, вызывает ее разложение, т.е. электролиз. Например, проходя через воду, ток разлагает ее на кислород и водород. Кислород выделяется в месте входа тока в воду, т.е. на положительном полюсе, а водород – в месте его выхода на отрицательном полюсе. Техника гальванических покрытий, возникновение которой относится к началу XIX века, была тесно связана с усовершенствованием гальванических источников тока. Открытию гальванопластики предшествовали работы академика В. В. Петрова, построившего в 1802 году самую мощную в мире гальваническую батарею и выполнившего ряд работ по электролизу воды, оксидов ртути, свинца, олова и органических соединений. В 1807—1808 годах английский ученый Г. Деви получил электрохимическим способом неизвестные прежде металлы — натрий, калий, кальций, стронций, барий. Честь открытия гальванопластики принадлежит крупному русскому ученому, академику Борису Семеновичу Якоби. О сделанном открытии он доложил в октябре 1838 года на заседании Петербургской академии наук. Это событие стало одним из важнейших этапов в развитии электрохимии, оказавшим влияние на развитие электрохимии не только в России, но и во всем мире. В 1840 г. вышло написанное Якоби руководство по гальванопластике «Гальванопластика, или способ по данным образцам производить медные изделия из медных растворов с помощью гальванизма». В ставшем классическим труде по гальванопластике ученый писал: «Гальванопластика основывается на известном и весьма замечательном свойстве электрических токов разлагать почти все сложные вещества на их составные части, в особенности же осаждать или восстанавливать металлы из растворов или каких-либо соединений». Якоби предугадал неограниченные возможности применения гальванического тока и практически доказал возможность металлических отложений из водных растворов не только в лабораторных условиях, но и в промышленных масштабах. Именно на основе теоретических и лабораторных изысканий Якоби в Петербурге был организован большой гальванопластический завод. Б. С. Якоби изучал электроосаждение меди, золота, серебра, никеля и латуни. Е. И. Клейн в Петербурге исследовал электроосаждение железа. В 1869 г. процесс нашел практическое применение в полиграфической промышленности. Электроосаждение меди первоначально проводилось из сернокислых электролитов, а в 40-х гг. XIX в. для той же цели нашли применение и цианистые электролиты. Позднее были предложены комплексные нецианистые электролиты. Уже в первой половине XIX в. широко применялось золочение из хлоридного электролита. В России зубной врач Бриан в 1842 г. предложил железосинеродистый электролит золочения, усовершенствованный затем А. Ф. Грековым и П. Р. Багратионом. П. И. Евреинов в 1843 г. разработал цианистый электролит золочения. Патент на электролитическое серебрение из цианистых электролитов был получен в 1840 г. Опыты по платинированию проводились с начала 40-х гг. XIX в. в Германии, России и других странах. А. Ф. Греков применил для этой цели раствор платинохлороводородной кислоты. В России уже в 1844 г. была открыта мастерская, в которой проводились меднение, золочение, серебрение. С конца 40-х гг. XIX в. в судостроении Англии и Франции получило применение электролитическое цинкование. В России цинкование начали использовать на 10 лет позднее (1858). Практически с этого же времени вошло в практику гальваническое лужение. Хотя уже в 1860-х гг. Б. С. Якоби и Е. И. Клейн изучали никелирование, однако практическое использование этот процесс получил в России в начале 1970-х гг. С конца XIX в. начались опыты по получению блестящих никелевых покрытий. Электрохимическое хромирование впервые предложил Р. Бунзен (Германия) в 1854 г., однако практическое применение хромирование нашло лишь после 1924 г. В 1844 г. Б. С. Якоби сообщил об исследовании латунирования. В 1840-1850-е гг. француз Рюольз изучал электроосаждение бронзы. Однако практическое применение электроосаждения сплавов началось в 1950-1960 гг. Создание генераторов тока в XIX в. снизило стоимость работ в гальванотехнике в несколько раз, позволило сократить время осаждения покрытий, механизировать вспомогательные работы (шлифование, полирование и др.). Сегодня гальваническое производство практически полностью автоматизировано. Широкое применение находят процессы никелирования, хромирования, меднения, цинкования, лужения, серебрения, золочения, нанесения сплавов: латуни, бронзы, никеля с кобальтом и железом, золота и серебра. В СССР большой вклад в развитие гальванотехники внесли Н. Т. Кудрявцев, В. И. Лайнер, П. С. Титов, А. Т. Вагромян, Ю. Ю. Матулис, К. М. Горбунова, Ю. М. Полукаров и др.. Гальванопластика. С помощью гальванопластики можно с большей точностью, чем любым другим способом, воспроизводить предметы до мельчайших подробностей. Появляется возможность изготовлять предметы столь сложных форм, что производство их другими способами либо невозможно, либо слишком дорогостояще. Гальванопластику применяют для изготовления изделий с уникальной детали (формы) большими сериями. Формой называется специально разработанный, сконструированный и изготовленный образец для снятия копии с него с использованием технологии гальванопластики. С формы, которая может быть весьма дорогой, получают определенное число копий. Копии, в свою очередь, могут служить для получения новых форм: это увеличивает темп производства. Копия — это заготовка, полученная электролитическим осаждением металла на поверхности формы и отделенная от нее. В дальнейшем, после механической обработки, копию используют по назначению. По теплофизическим свойствам (коэффициенты объемного и линейного расширения, температура плавления, теплоемкость, теплостойкость) материалы выбирают так, чтобы изготовленные из них формы не разрушались и не искажались при воздействии температуры в процессе механической и химической обработки. Для изготовления форм применяют различные способы. Для изготовления форм из металла, воска и гипса используют литье. С помощью механической обработки (токарной, слесарной и т.п.) изготавливают формы из металла, дерева и пластмассы. Форма может быть неразборной или состоять из нескольких частей. При конструировании формы должен быть выполнен ряд условий:
Независимо от природы материала формы ее поверхность должна быть электропроводной.
На поверхность неметаллических форм наносят электропроводные слои вакуумным напылением, химическим осаждением, напылением расплавленных металлов или восстановлением окислов. Перед занесением разделительного (металлические формы) или электропроводного (неметаллические формы) слоев поверхность форм необходимо тщательно очистить. Для металлических форм применяют два способа обезжиривания — химический и электрохимический. При химическом обезжиривании используют органические, щелочные растворы, водные моющие составы. Перед нанесением проводящего слоя поверхность пластмасс также обезжиривают. Для этого лучше использовать моющие растворы или аммиачную пасту на основе венской извести. Обезжиренную поверхность неметаллических материалов подвергают травлению. Поверхность ряда неметаллических форм перед металлизацией модифицируют: восковые формы покрывают лаком, деревянные — лаком, олифой или клеем типа БФ, гипсовые — пропитывают воском либо покрывают олифой, лаком или клеем БФ. Разделительные слои наносят только на металлическую форму. Отделение копии от формы по разделительному слою — основная характерная особенность гальванопластики. Разделительные слои выбирают так, чтобы во время наращивания копия самопроизвольно не отделялась от формы и в то же время не требовались большие усилия для их разъединения. Разделительные слои могут быть неорганическими (соли, окислы) и органическими (коллоиды, золи, пленки). Их состав зависит от типа электролита. Естественные окисные слои и слои, полученные в присутствии хромовокислого калия, используют главным образом для никелевой гальванопластики. Органические разделительные слои (остатки на поверхности после высыхания бензина, бензола, яичный альбумин и др.) применяют в медной гальванопластике. Яичный белок может служить разделительным слоем и при наращивании никелевых копий. Сульфидные разделительные слои хорошо проявляли себя при нанесении на поверхность форм из никеля, меди, свинца, олова и их сплавов. Наращивание копий на готовую форму — это обычный электролитический процесс осаждения металла. Технология электрохимического процесса в гальванопластике с применением металлических и неметаллических форм различна. Нанесение первичных слоев металла на неметаллическую форму с электропроводным слоем на поверхности выполняют при плотности тока не более 2 А/кв.дм (это ограничение определяется толщиной электропроводной пленки). Электропроводный слой из порошков меди, никеля, бронзы, серебра позволяет применять для нанесения первичного слоя любой электролит. На графитированную поверхность лучше осаждать медь. Нанесение первичного слоя металла на формы с электропроводным слоем является ответственной операцией. Используемые для этого электролиты должны быть тщательно очищены и должны содержать поверхностно-активные вещества, смачивающие поверхность формы для получения беспористого первичного слоя. Нанесение первичных слоев на поверхность металлических форм из легированной стали, никеля, меди и сплавов меди, цинка и алюминия имеет свои особенности, проявляющиеся во взаимодействии их поверхности с разными электролитами. На указанные металлы и сплавы первичные слои осаждают из цианистых электролитов. После нанесения первичного слоя окончательное наращивание копии продолжают из любого требуемого по технологии электролита. На низколегированные стали первичный слой наносят из щелочных электролитов. Поверхность формы из легированных сталей и никеля перед наращиванием копии из меди модифицируют тонким слоем никеля из хлористых электролитов, а поверхность медной формы перед изготовлением никелевой копии модифицируют никелем и наносят разделительный слой. Не следует забывать о нанесении разделительного слоя в соответствии с технологией. Интенсивное наращивание толстых слоев металлов выполняют после нанесения первичного слоя. Производительность процесса гальванопластики определяется продолжительностью интенсивного наращивания. Наращивание при высокой плотности тока — ответственный этап, определяющий эксплуатационные свойства копии. Для интенсивного наращивания приюдны в основном кислые электролиты никелирования и меднения, а также электролиты на основе указанных для осаждения сплавов. К ним относятся сернокислые, сульфаминовокислые, борфтористоводородные, кремнефтористоводородные, хлористые электролиты (последние два — только для осаждения никеля). Фторборатные электролиты меднения и никелирования для осаждения меди и никеля допускают плотность тока 20-40 А/кв.дм, что в аналогичных условиях вдвое больше, чем в сернокислых и в сульфами-новокислых электролитах. Для интенсификации наращивания толстых слоев металлов применяют различные способы: вращение или возвратно-поступательное движение катода, уменьшение расстояния между катодом и анодом, перемешивание электролита воздухом, применение ультразвука. К перспективной технологии относится получение копий, состоящих из слоев металлов с различными свойствами, например, слой никеля — слой меди, осажденный из электролита с выравнивающей добавкой, слой никеля — слой пластичной меди — слой железа. Послойное осаждение позволяет изготовлять изделия, сочетающие в себе свойства специальных сплавов и чистых металлов. Нередко на рабочую поверхность копии наносят функциональные покрытия: хром, композиционные абразивные и антифрикционные покрытия, черный никель и др.. Одной из острых проблем в гальванопластике является равномерность нанесения слоев металла. Для регулирования распределения металла по поверхности копии в процессе электролитического осаждения существуют следующие способы:
Электролит для лужения Оловяннокислый натрий — 75 г Рабочая температура 65–70°С, плотность тока 2–4 А/дм2.
Электролит для серебрения Хлористое серебро — 40 г Температура электролита 20–80°С, плотность тока 1–1,5 А/дм2. Анод из серебра. РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Серго Орджоникидзе Кафедра геммологии
КУРСОВАЯ РАБОТА Гальванотехника
Составила: Студентка группы ТО-13 Булах М. О.
МОСКВА 2016
Содержание:
Цели гальванотехники. Гальванотехника — раздел прикладной электрохимии, описывающий физические и электрохимические процессы, происходящие при осаждении катионов металла на катоде. Так же под гальванотехникой понимается набор технологических приёмов, режимных параметров и оборудования, применяемого при электрохимическом осаждении каких-либо металлов на заданной подложке. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику. Гальваностегия – нанесение на поверхность изделия тонких металлических покрытий. Гальванопластика — процесс осаждения толстых, часто достигающих нескольких мм, легко отделяющихся от основы (формы) слоев металла, точно воспроизводящих рельеф основы и создающих тем самым точную ее копию. История развития гальванотехники. Итальянский профессор анатомии Луиджи Гальвани в 1780 году провел опыт по воздействию электрического заряда на мускульную ткань лягушек. Другой итальянский ученый Алессандро Вольта экспериментально доказал, что электрические явления в опытах Гальвани объясняются тем, что определенная пара разнородных металлических проводников, разделенных слоем специальной электропроводящей жидкости, служит источником электрического тока, протекающего по замкнутым проводникам внешней цепи. Опыты с электричеством привлекли внимание многих ученых разных стран. Уже в 1802 году русский ученый В.В. Петров впервые высказал мысль о практическом применении электрического тока. В 1833 г. английский физик М. Фарадей установил законы электролиза. Эти его работы положили начало электрохимии. Электрический ток, проходя через жидкость, вызывает ее разложение, т.е. электролиз. Например, проходя через воду, ток разлагает ее на кислород и водород. Кислород выделяется в месте входа тока в воду, т.е. на положительном полюсе, а водород – в месте его выхода на отрицательном полюсе. Техника гальванических покрытий, возникновение которой относится к началу XIX века, была тесно связана с усовершенствованием гальванических источников тока. Открытию гальванопластики предшествовали работы академика В. В. Петрова, построившего в 1802 году самую мощную в мире гальваническую батарею и выполнившего ряд работ по электролизу воды, оксидов ртути, свинца, олова и органических соединений. В 1807—1808 годах английский ученый Г. Деви получил электрохимическим способом неизвестные прежде металлы — натрий, калий, кальций, стронций, барий. Честь открытия гальванопластики принадлежит крупному русскому ученому, академику Борису Семеновичу Якоби. О сделанном открытии он доложил в октябре 1838 года на заседании Петербургской академии наук. Это событие стало одним из важнейших этапов в развитии электрохимии, оказавшим влияние на развитие электрохимии не только в России, но и во всем мире. В 1840 г. вышло написанное Якоби руководство по гальванопластике «Гальванопластика, или способ по данным образцам производить медные изделия из медных растворов с помощью гальванизма». В ставшем классическим труде по гальванопластике ученый писал: «Гальванопластика основывается на известном и весьма замечательном свойстве электрических токов разлагать почти все сложные вещества на их составные части, в особенности же осаждать или восстанавливать металлы из растворов или каких-либо соединений». Якоби предугадал неограниченные возможности применения гальванического тока и практически доказал возможность металлических отложений из водных растворов не только в лабораторных условиях, но и в промышленных масштабах. Именно на основе теоретических и лабораторных изысканий Якоби в Петербурге был организован большой гальванопластический завод. Б. С. Якоби изучал электроосаждение меди, золота, серебра, никеля и латуни. Е. И. Клейн в Петербурге исследовал электроосаждение железа. В 1869 г. процесс нашел практическое применение в полиграфической промышленности. Электроосаждение меди первоначально проводилось из сернокислых электролитов, а в 40-х гг. XIX в. для той же цели нашли применение и цианистые электролиты. Позднее были предложены комплексные нецианистые электролиты. Уже в первой половине XIX в. широко применялось золочение из хлоридного электролита. В России зубной врач Бриан в 1842 г. предложил железосинеродистый электролит золочения, усовершенствованный затем А. Ф. Грековым и П. Р. Багратионом. П. И. Евреинов в 1843 г. разработал цианистый электролит золочения. Патент на электролитическое серебрение из цианистых электролитов был получен в 1840 г. Опыты по платинированию проводились с начала 40-х гг. XIX в. в Германии, России и других странах. А. Ф. Греков применил для этой цели раствор платинохлороводородной кислоты. В России уже в 1844 г. была открыта мастерская, в которой проводились меднение, золочение, серебрение. С конца 40-х гг. XIX в. в судостроении Англии и Франции получило применение электролитическое цинкование. В России цинкование начали использовать на 10 лет позднее (1858). Практически с этого же времени вошло в практику гальваническое лужение. Хотя уже в 1860-х гг. Б. С. Якоби и Е. И. Клейн изучали никелирование, однако практическое использование этот процесс получил в России в начале 1970-х гг. С конца XIX в. начались опыты по получению блестящих никелевых покрытий. Электрохимическое хромирование впервые предложил Р. Бунзен (Германия) в 1854 г., однако практическое применение хромирование нашло лишь после 1924 г. В 1844 г. Б. С. Якоби сообщил об исследовании латунирования. В 1840-1850-е гг. француз Рюольз изучал электроосаждение бронзы. Однако практическое применение электроосаждения сплавов началось в 1950-1960 гг. Создание генераторов тока в XIX в. снизило стоимость работ в гальванотехнике в несколько раз, позволило сократить время осаждения покрытий, механизировать вспомогательные работы (шлифование, полирование и др.). Сегодня гальваническое производство практически полностью автоматизировано. Широкое применение находят процессы никелирования, хромирования, меднения, цинкования, лужения, серебрения, золочения, нанесения сплавов: латуни, бронзы, никеля с кобальтом и железом, золота и серебра. В СССР большой вклад в развитие гальванотехники внесли Н. Т. Кудрявцев, В. И. Лайнер, П. С. Титов, А. Т. Вагромян, Ю. Ю. Матулис, К. М. Горбунова, Ю. М. Полукаров и др.. |
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-22; Просмотров: 567; Нарушение авторского права страницы