На главную


§ 47. Гальванизация

Гальванизацией называют процессы осаждения одного металла на другом в среде электролита. Ювелирная промышленность широко использует гальванизацию для покрытия изделий слоем золота, родия, серебра. Золочение, родирование и серебрение ювелирных изделий применяется в декоративных целях и для повышения износостойкости и химической стойкости изделий. Покрытия, полученные гальванизацией, отличаются высокой прочностью, а сам процесс — экономичностью. Электролитами служат водные растворы солей и кислот. Сущность электролитического осаждения металла заключается в следующем. Молекулы солей, растворенные в воде, распадаются на положительные и отрицательные ионы. Положительными являются ионы водорода и металлов, а отрицательными — кислотные и водные остатки. При пропускании через раствор постоянного электролитического тока ионы, заряженные положительно, стремятся к отрицательному электроду, а ионы, заряженные отрицательно, — к положительному. Электрод, служащий положительным полюсом, называют анодом, а электрод, служащий отрицательным, — катодом. Так как ионы металлов положительны и стремятся к катоду, в качестве катода используют покрываемые изделия, в то время как анодом служит пластинка из металла, которым покрывают изделия. При всех гальванических процесах применяют стационарные, барабанные и колокольные ванны, изготовленные из кислотоупорных материалов (стекла, винипласта, тефлона) или эмалированные. Каждому покрытию соответствует свой режим электролиза, от которого зависят толщина и качество покрытия.
Золочение. Покрытию слоем золота подвергаются ювелирные изделия как из недрагоценных металлов, так и из серебра и золота. При правильно выбранном режиме золочения покрытие толщиной 2 мкм обеспечивает изделия прочным, плотным, беспористым и износостойким слоем золота. Твердость такого покрытия превышает твердость литого золота более чем вдвое. Золотые изделия золотят при реставрации старых украшений, а также для придания товарного вида некоторым новым. Такое покрытие называют подцветкой изделия.
В последнее время наряду с матовым золочением стало применяться блестящее золочение, экономически более выгодное. Достигается оно путем введения в состав электролита блескообразующих добавок и изменения режима золочения. В электролит для матового золочения входят (г/л):

Цианистый калий KCN
Металлическое золото Аu

10—15
2—3

Рабочая температура электролита 60 — 70°С, плотность тока до 12 А/дм2, продолжительность процесса до получений качественного покрытия.
Электролит для блестящего золочения включает (г/л):

Цианистый калий KCN
Металлическое золото Аu
Олеат натрияС17Н33СООNа
Поташ К2СО3

15
2
0,2
до 100

Блескообразующей добавкой в данном электролите является олеат натрия, который способствует получению золотого покрытия хорошего качества. Рабочая температура электролита около 69°С, плотность тока 0,5 — 0,6 А/дм2, осаждение длится в зависимости от толщины покрытия от 5 до 10 мин. Наилучшее качество покрытий получается в ванных с качающимся катодом.
Электролит с повышенной концентрацией цианистого калия увеличивает срок его службы, исключает возможность осаждения других металлов и положительно влияет на растворимость анода, В него входят (г/л): цианистый калий — 20 — 22 и золото в виде дицианоаурата калия K[Au(CN)2] 3—4. Температура электролита 65 — 70°С, плотность тока 0,13 — 0,2 А/дм2Процесс золочения можно разбить на несколько этапов: обезжиривание, промывка, осаждение металла, промывка. Обезжиривание изделий из серебра и недрагоценных металлов проходит в два этапа. Сначала — в органических растворителях: дихлорэтане, четыреххлористом углероде или бензине, в течение 3 — 20 мин в зависимости от состояния поверхности. Затем — в электролитах. Состав электролита для блестящего золочения (г/л):

Едкий натр NaOH
Сода кальцинированная Na2CO3
Тринатрийфосфат Na3PO4 * 12Н2O
Жидкое стекло Na2SiO3

20 — 30
20 — 30
50 — 60
5 — 10

При электрохимическом обезжиривании изделия завешивают на катоде. Рабочая температура электролита 70 — 80°С, плотность тока 3 — 10 А/дм2, продолжительность обезжиривания 2 — 15 мин.
Изделия, имеющие паянные оловянистымн припоями соединения, вместо электрохимического обезжиривания проходят процесс химического обезжиривания (травления) в растворе, состоящем из 1 л азотной кислоты, 1 л серной кислоты и 5 — 10 г/л хлористого натрия. Травление проходит при температуре 15 — 20°C в течение 5 — 10 с. При золочении полированных изделий химического травления не производят.
После обезжиривания изделия промывают сначала горячей, а потом холодной водой (проточной) по 10 — 15 мин.
Золотые изделия, подлежащие золочению, обезжиривают в кипящем 10 — 20%-ном растворе каустика, промывают в горячей и холодной воде и крацуют мягкими латунными щетками для уплотнения и выравнивания поверхностного слоя металла.
Подготовленные перечисленными операциями изделия укрепляют на катодной штанге и погружают в ванну с электролитом для осаждения на них золотого слоя. Режим золочения зависит от выбранного электролита, а продолжительность осаждения золота — от толщины покрытия.
После извлечения изделий из электролита их промывают при температуре 18 — 20°С в двух ваннах с дистиллированной водой многократным окунанием, а затем в проточной воде. Сушат изделия в специальных сушильных шкафах при температуре 70 — 110°С.
Родирование. Ювелирные изделия родируют для придания им высоких оптических свойств, красивого внешнего вида, износостойкости и химической стойкости, поверхностной твердости. Твердость электролитического родия в 8 — 10 раз выше металлургического. Электрохимический способ осаждения родия позволяет получить качественные покрытия без предварительного нанесения подслоя на изделия из меди, латуни, мельхиора, никеля, серебра, золота, платины, палладия и их сплавов., Широко применяются родиевые покрытия в ювелирной промышленности при выпуске изделий из белого золота и платины. Изделия, предназначенные для покрытия слоем родия, должны быть без внешних дефектов и тщательно отполированы. На полированное изделие можно нанести более тонкий слой родия, это не отражается на качестве покрытия, но уменьшает расход драгоценного металла. Как и другие виды гальванизации, родирование требует тщательной подготовки покрываемой поверхности, которая заключается в обезжиривании и промывке перед осаждением слоя родия.
Обезжиривание золотых и платиновых изделий проводят в этиловом спирте 3 — 5 мин, после чего следует химическое обезжиривание в течение 2 — 3 мин в растворе (г/л):

Тринатрийфосфат
Едкий натр
Сода кальцинированная

80
20
25

После химического обезжиривания изделия промывают в дистиллированной и проточной воде.
Процесс подготовки поверхности изделий из серебра и недрагоценных металлов к осаждению родия более сложен и проводится по следующей схеме: обезжиривание органическое, промывка, обезжиривание электролитическое, промывка, химическая обработка, промывка, химическая обработка, промывка, декапирование.
Для органического обезжиривания применяют трихлорэтилен или бензин, затем изделия промывают в воде с последующей сушкой на воздухе. Далее их подвергают электролитическому обезжириванию в электролите такого состава (г/л):

Тринатрийфосфат
Сода кальцинированная
Едкий натр
Жидкое стекло

30—50
30—50
5—10
1—5

Обезжиривание протекает при температуре 70 — 80°С, плотности тока 3 — 10 А/дм2 в течение 3 — 5 мин, после чего изделия промывают в горячей (50 — 60°С) и холод- ной воде для удаления продуктов омыления, жиров и масел.
Химическая обработка (травление) может быть проведена в растворе цианистого калия или в растворе глянцевого травления, состав которого:

Азотная кислота, л
Серная кислота, л
Хлористый натрий, г/л
Голландская сажа, г/л

1
1
5—10
1—2

Травление осуществляют несколькими погружениями изделий в раствор на 3 — 5 с и немедленной тщательной промывкой в проточной воде. Подготовку поверхности заключает декапирование. Служит оно для удаления с поверхности тончайших слоев оксидов и выявления кристаллической структуры, что благоприятствует прочному сцеплению покрытия с основой. Декапирование производят в ванне с 5%-ным раствором серной кислоты в течение 10 — 30 с при температуре 18 — 25°С.
Осаждение родия на поверхности изделий происхоит в электролитах с большим содержанием кислоты, которые отличаются высокой рассеивающей способностью и дают возможность получить плотно блестящие осадки.
В настоящее время используют сернокислые и фосфорнокислые электролиты. Оба электролита просты по составу и удобны в работе. Сернокислые электролиты имеют большую рассеивающую способность, обладают лучшей электропроводностью и работают в более широком диапазоне плотностей и температур, менее чувствительны к загрязнениям, в состав электролита можно вводить блескообразующие добавки. Фосфорнокислые электролиты способствуют получению осадков с мелкозернистой структурой и наибольшим коэффициентом отражения; существенным недостатком является большая чувствительность к загрязнениям.
Сернокислые электролиты состоят из серной кислоты — 45 — 90 г/л и металлического родия — 2 — 4 г/л. В качестве анодов применяются платиновые пластинки, в пять раз превышающие площадь катода.
Рабочая температура электролита 30 — 40°С, плотность тока 0,8 — 1,5 А/дм2, продолжительность электролиза зависит от толщины покрытия. Для слоя родия толщиной 0,3 — 0,5 мкм время электролиза 4 — 6 мин.
Фосфорнокислые электролиты состоят из ортофосфорной кислоты — 50 г/л и родия — 2 г/л. Рабочая температура электролита 18 — 20°С, плотность тока может быть увеличена до 3 — 5 А/дм2.
После осаждения слоя родия изделия промывают в двух ваннах с улавливателем: в дистиллированной и в горячей воде. За водной процедурой следует промывка в этиловом спирте и сушка изделий в сушильных шкафах при температуре около 100°С.
Серебрение. Слоем серебра покрываются изделия из недрагоценных металлов в декоративных целях и как подслой при родировании. Подготовка изделий для осаждения серебра начинается с обезжиривания в органическом растворе: четыреххлористом углероде или бензине. Время обезжиривания 3 — 20 мин, в результате удаляются минеральные жиры. Затем для удаления с поверхности жировой пленки изделия подвергают электрохимической обработке в электролите следующего состава (г/л):

Едкий натр
Сода кальцинированная
Тринатрийфосфат
Жидкое стекло

29—30
20—30
50—60
5—10

Рабочая температура электролита 70 — 80°С, плотность тока 3 — 10 А/дм2, продолжительность обработки от 2 до 15 мин.
Химическая обработка изделий, имеющих паянные оловянистыми припоями соединения, проводится в подогретом электролите того же состава. Затем изделия промывают в горячей (80 — 90°С) и холодной воде. После этого их декапируют в водном растворе цианистого калия 30 — 40 г/л. Температура раствора 18 — 25°С, длительность обработки 10 — 30 с. Чтобы предотвратить контактное выделение серебра на изделиях при погружении их в рабочую ванну, изделия амальгамируют или подвергают Предварительному серебрению. Амальгамирование проводят в растворе 60 — 70 г/л цианистого калия и 6 — 8 г/л окиси ртути. Изделия выдерживают в течение 3 — 5 с при температуре 15 — 25°С.
Для предварительного серебрения используют электролит, состоящий из 1,5 — 4 г/л цианистого серебра и 90 г/л цианистого калия. Электролиз проходит при температуре раствора 18 —25°С, плотность тока 1 — 8 А/дм2, продолжительность его 0,5 — 4 мин.
Осаждение серебра производят в цианистых электролитах, которые благодаря своим высоким технологическим свойствам имеют широкое практическое применение. В настоящее время электролитическое серебрение развивается в направлении замены ядовитых цианистых электролитов нецианистыми, способными давать блестящие и менее вредные осадки. Каждое ювелирное предприятие имеет свои составы электролитов, вот некоторые из цианистых электролитов:

цианистое серебро — 38 — 35 г/л, цианистый калий — 30 — 40 г/л. Рабочая температура электролита 18 — 25°С, плотность тока 0,3 — 1,0 А/дм2;

хлористое серебро — 33 — 39 г/л, цианистый калий — 2 0— 35 г/л. Температура электролита 15 — 25°С, плотность тока 0,5 — 1,0 А/дм2.

азотнокислое серебро — 40 — 50 г/л, цианистый калий — 20 — 35 r/л. Температура электролита 18 — 25°С, плотность тока 0,3 — 1,0 А/дм2.

Для серебрения в цианистых электролитах применяют реверсированный ток (переменной полярности) в разных соотношениях.
На предприятиях ювелирной промышленности с 1967 г. применяют нецианистые способы серебрения — в железистосинеродистых и роданистосинеродистых электролитах.
Состав железистосинеродистого электролита (г/л):

Хлористое серебро
Железистосинеродистый калий
Кальцинированная сода

20
50
60

Рабочая температура электролита 15 — 20°С, плотность тока 0,1 А/дм2. Недостаток железистосинеродистого электролита заключается в том, что нельзя применять серебряные аноды, которые не растворяются в растворе. При использовании же графитовых анодов осаждение серебра происходит только из электролита.
Состав роданистосинеродистого электролита (г/л):

Хлористое серебро
Роданистый калий
Железистосинеродистый калий
Кальцинированная сода

30
100—150
100—150
30—60

Рабочая температура электролита 18 — 25°С, плотность тока 0,3 А/дм2. Плотность тока роданистосинеродистой ванны превышает в три раза плотность тока железистосинеродистой, следовательно, и производительность в три раза выше. Благодаря применению серебряных анодов роданистосинеродистые ванны работают без корректировки в течение месяца.
Нецианистые способы серебрения позволяют при подготовке изделий к осаживанию серебра обойтись без предварительного серебрения и амальгамирования их.
После того как изделия покроются слоем серебра необходимой толщины, их извлекают из рабочей ванны и 15 — 25 с промывают многократным окунанием в ванну с улавливателем, а затем в течение 3 — 5 с — в проточной воде. После тщательной промывки изделия крацуют на станке латунными щетками с раствором кальцинированной соды (5—10 г/л). Эта операция необходима для уплотнения серебряного слоя и выявления дефектов покрытия (отслоений, оголения участков и др.). За крацовкой снова следует промывка по 3 — 5 с в холодной проточной, а затем в горячей (80 — 90°С) воде многократным погружением в ванну. Сушат изделия в сушильных шкафах при температуре 70 — 110°С.

Контрольные вопросы

1. Какие виды полирования применяют для ювелирных изделий?
2. В чем преимущества и недостатки каждого вида полирования?
3. Расскажите схему процесса чеканки.
4. Что общего и какова разница у штихелей граверных и закрепочных?
5. Что представляют собой эмали?
6. В чем заключается подготовка изделия и эмалей к наложению?
7. Из каких компонентов сплавляется чернь?
8. Можно ли позолотить изделие с чернью?
9. Какие металлы хорошо поддаются оксидированию и какие плохо?
10. Как приготовить оксидирующий раствор для серебра?
11. Расскажите общую схему гальванического покрытия ювелирного изделия.
12. Какие требования предъявляются к металлическим покрытиям?
13. Для чего золотые изделия покрывают родием?
14. Какой обработке подвергают изделия после золочения?


предыдущая страница оглавление следующая страница