На главную


Составы медных электролитов и режимы отложения

  Основным электролитом для наращивания металла толстыми слоями является медный электролит, нашедший наиболее широкое применение в процессах гальванопластики. Медный электролит для гальванопластических работ приготовляют на основе сернокислой меди (CuSO4·5H2O) с добавкой серной кислоты (H2SO4), повышающей электропроводность.
  Количество сернокислой меди для электролита обычно берут в пределах от 130 до 160 г/л. При этом, чем выше рабочая плотность тока, тем выше должна быть концентрация медного купороса. В медных сернокислых ваннах содержание серной кислоты поддерживают на уровне 30 — 35 г/л для ванн, работающих без перемешивания, и 60 — 70 г/л для ванн перемешиваемых.
  Растворимость медного купороса значительно снижается с увеличением содержания серной кислоты свыше 50 г/л (таблица 6).

  В случае применения электролитов с повышенной концентрацией купороса последний выкристаллизовывается на бортах ванны и, что еще хуже, на аноде, затрудняя процесс электролиза.
  Избыток кислоты в электролите вызывает хрупкие и недоброкачественные отложения меди из-за включений водорода, интенсивно выделяющегося на катоде, особенно при работе с повышенными плотностями тока. При недостаточной концентрации серной кислоты в электролите образуется рыхлый и пористый осадок меди, непригодный для практических целей.
  В художественной гальванопластике обычно применяют ванны с содержанием серной кислоты 30 — 35 г/л. Высокая концентрация серной кислоты (60 — 70 г/л) применяется только в тех случаях, когда электролит прокачивается через формы с одновременным механическим перемешиванием, достигаемым вращением анода.
  Кроме медного купороса и серной кислоты для повышения качества гальванопластической меди применяют добавки в виде этилового спирта, сульфированного нафталина, сульфированного антрацена и др. Сульфосоединения значительно улучшают качество меди, делая ее мелкокристаллической, более твердой и упругой.
  Такие добавки надо вводить весьма осторожно, так как добавки в чрезмерно большом количестве делают медь хрупкой.
  Введение добавок, например сульфированного нафталина, первоначально может вызывать полосатость меди, которая, однако, исчезает после некоторого времени работы ванны. Такую «проработку» ванны ведут с ненужными катодами.
  Обычно количество добавок незначительно, например 0,05 г/л.
  Сульфированный нафталин приготовляют следующим образом: берут 32 г нафталина и вводят в него 45 мл серной кислоты (уд. веса 1,84) на холоде. Затем медленно нагревают до 180° при непрерывном перемешивании, повышая температуру постепенно в течение 1 — 1,5 часа. Достигнув температуры в 180°, поддерживают ее в течение 18 — 20 часов. Процесс сульфирования считается законченным, когда жидкость становится вязкой и черной, загустевающей при охлаждении. После охлаждения сульфированный нафталин разбавляют горячей водой до объема 250 мл и тщательно перемешивают.
  При пользовании для анодов недоброкачественной медью, содержащей мышьяк и сурьму, в электролит попадают вредные примеси, наличие которых делает медь хрупкой, растрескивающейся. Признаком попадания таких примесей служит появление на гальванопластической меди коричневых полос.
  Попадающие с анодов примеси других металлов — железа, цинка, никеля — не оказывают влияния на качество медного отложения.
  Кроме примесей металлов в электролит могут заноситься с гальванопластическими формами органические вещества, вредно влияющие на работу электролита. К таким веществам относится клей, некоторые сорта резины к пр.
  Для устранения органических примесей окисляют подогретый электролит перманганатом, вводимым из расчета 2 — 3 г на 1 л электролита, а затем фильтруют.
  В обычных гальванопластических электролитах поддерживают температуру на уровне 18 — 20°. Она может повышаться до 25 — 28° за счет выделения джоулева тепла. Для повышения интенсивности электролиза работают с высокими плотностями тока: при этом медные электролиты подогревают до 30 — 40°. Подогрев осуществляют паром, пропускаемым через освинцованные змеевики, или электроспиралями, заключенными в асбестовую изоляцию и помещенными в свинцовую оболочку.
  Для повышения электропроводности электролита при работе с повышенными плотностями тока вводят значительные количества серной кислоты, обычно 60 — 70 г/л.
  Примерные составы гальванопластических ванн и соответствующие режимы приведены в таблице 7.

  Фильтрование электролита должно осуществляться возможно чаще в случае применения тихих ванн и непрерывно при перемешивающихся электролитах.
  Фильтрование электролита дает возможность удалять из ванн осадок — шлам, накапливающийся в электролите в виде порошкообразной меди, графита и пыли.
  Чем выше плотность тока и чем интенсивнее растворяются аноды, тем больше шлама собирается в ванне, особенно при использовании низкосортной анодной меди. При тихих электролитах шлам оседает на дно ванны, но более легкие его частицы, находясь во взвешенном состоянии, вследствие конвенции перемещаются к катоду. В перемешиваемых электролитах шлам не оседает на дно, как в тихих ваннах, а находится во взмученном состоянии, что может вызвать еще более сильное засорение гальванопластической меди.
  Шлам, соприкасаясь с отлагающейся медью на катоде, включается в металл и вызывает образование шероховатостей и шишек, которые мешают дальнейшему равномерному отложению металла. Кроме того, графит, применяемый как электропроводящий слой для форм, также загрязняет электролит, что вызывает вкрапления графита в металл и также приводит к получению шероховатостей поверхности. Поэтому фильтрование электролита имеет важное значение для получения доброкачественных отложений меди.
  Обычно фильтрование производится сифонным переливанием электролита через фильтр из сукна, стеклянного или асбестового волокна. В случае применения шинельного сукна его надо вымочить в отработанном электролите или в 10 — 20-процентном растворе серной кислоты для удаления тех органических веществ, которые способны реагировать с кислотой.
  Перемешиваемый электролит фильтруют непрерывно, а перекачку производят при помощи кислотоупорного насоса или путем подачи электролита на фильтр аэролифтом.
  Наиболее типичные случаи нарушений гальванопластического процесса и способы борьбы с ними приведены в таблице 8.

  Для предупреждения и устранения ненормальностей в работе необходим постоянный контроль состава электролита и поддержание его в соответствии с принятой рецептурой. Только высококачественное медное отложение дает возможность получать гальванопластическую скульптуру, удовлетворяющую как требованиям точности репродуцирования, так и необходимым физико-механическим требованиям. Анализ медных кислых ванн должен систематически (не реже двух раз, а при интенсивной работе ванн — не реже трех-четырех раз в неделю) производиться на содержание серной кислоты. Необходимо также один-два раза в месяц делать анализ на сернокислую медь.

Нанесение разделительного слоя

  Выше уже было сказано, что наращивание, при котором рабочей поверхностью служит сторона, примыкающая к форме, называется гальванопластическим, в отличие от гальваностегического наращивания, при котором рабочей является сторона, не примыкающая к модели. Ясно, что точную копию может дать только гальвано-пластическое, а не гальваностегическое наращивание.
  Чтобы снять гальванопластическую копию формы из непроводника, на него приходится наносить проводящий слой, а чтобы снять копию с проводника, необходимо создать возможность отделения от него отложенного слоя металла.
  Если формой служит легкоплавкий сплав, то отделение его производится выплавлением. Но для нас представляет особый интерес другой случай: снятие копии с рельефа, полученного гальваническим отложением меди.
  Если без применения каких-либо специальных приемов наращивать на медную форму слой меди, металл срастается в одно целое и отделить слой совершенно невозможно.
  Прием, который позволяет осуществить такое отделение, играет в гальванопластике исключительно важную роль и заключается в нанесении особого разделительного слоя.
  Мы уже упоминали в историческом очерке, что академик Якоби рекомендовал наносить в качестве разделительного тончайший слой стеарина. Несовершенством первоначально примененного разделительного слоя объясняется неблагоприятный результат, о котором он сообщал в своем первом письме: «...не удалось в целости отделить наращенный осадок от гравированной медной пластинки».
  При дальнейшем развитии гальванопластики был разработан ряд способов, обеспечивающих более надежное разделение после наращивания. Практические примеры нанесения разделительного слоя будут приведены ниже.
  Сущность разделительного слоя состоит в том, что он препятствует сращиванию осаждаемого металла с металлом формы, так как располагается между ними. В то же время этот слой так тонок, что создаваемое им омическое сопротивление не может воспрепятствовать прохождению тока, иначе самое наращивание стало бы невозможным.


предыдущая страница

оглавление

следующая страница