На главную


Условия получения равномерного отложения металла

  Гальванопластическое отложение толстых и равномерных по толщине слоев металла на сложнопрофилированные и глубокие формы является при репродуцировании наиболее трудной задачей.
  При декоративном и противокоррозионном отложении металлов в гальваностегии отложенный металл имеет толщину всего в несколько микронов, в гальванопластике же она достигает нескольких миллиметров, т. е. в сотни и даже тысячи раз больше.
  Электролитическое отложение металла, вообще говоря, не бывает равномерным, что особенно заметно при наращивании толстых гальванопластических слоев.
  Даже при наличии наиболее благоприятных условий, имея вполне плоский анод и катод, невозможно получить вполне равномерное отложение металла по всей площади. По краям и на выступах катода наращиваются более толстые, а в дальних, отстоящих от края местах — более тонкие слои металла.
  Расположение электрических силовых линий между анодом и катодом является главным фактором, определяющим распределение металл; оно зависит от формы электродов, расстояния между ними и сечения всей массы электролита, через которую проходят электрические силовые линии, а также от состава электролита.
  Не следует полагать, что та или иная плотность силовых линий связана с изменением потенциала в разных точках электрода, так как ввиду высокой проводимости последнего потенциал его практически равномерен. О существенных различиях потенциала можно говорить только в период затяжки металлом формы из непроводника.
  Соответственно различной степени средоточия силовых линий плотность тока на отдельных участках резкопрофилированных катодов различна в разных местах профиля: она значительно возрастает не только по их краям, но и на ребрах и других выступающих элементах форм.
  Напротив, в углубленных местах форм плотность тока резко убывает (рис. 36).

  Способность электролита равномерно распределять металл на катоде или «работать в глубину» выражается рассеивающей способностью электролита. Она различна у разных электролитов, но практически всегда недостаточна. Поэтому регулирование толщины отложения металла по всему профилю форм является одним из главных элементов технологии гальванопластики.
  Основной метод регулирования равномерности отложения металла заключается в применении различных экранов для отдельных деталей или целых участков рельефа и заключение форм в кассеты.
  Экранирование применяется для защиты наиболее выступающих и острых деталей форм. Экраны могут ограничивать проникновение силовых линий или даже вовсе прекращать отложение металла на отдельных участках форм и тем направлять силовые линии в более глубоко профилированные места рельефа.
  На разных участках анода плотность тока также различна и особенно повышена у краев анода, где он растворяется наиболее интенсивно.
  Обычно сечение электролита всегда больше площади электродов, и потому силовые линии могут уходить в глубь электролита. Распределение силовых линий между анодом и катодом ухудшается при прохождении тока в больших объемах электролита. На рис. 37а приведена схема распределения их, когда над электродами и под ними имеется значительный объем электролита. Для устранения указанного явления, обычно резко проявляющегося при работе в ваннах большого объема, принимают ряд мер. Так, например, формы загружают в электролит так, что от верхнего края их до зеркала ванны оставляют не более 1 — 2 см (рис. 37 б).

  Для устранения влияния объема электролита, находящегося ниже формы, под нее подводят экран (рис. 37 в), чем достигается и с этой стороны большая равномерность в расположении силовых линий.
  Так же устанавливают боковые экраны, в результате чего получается как бы кассета, изолирующая электроды от излишней массы электролита.
  Роль таких кассет могут отчасти выполнять рамки, в которые заключают катод и анод (рис. 38). Для защиты торцовой части анода рамку можно заменить разрезанной хлорвиниловой трубкой.

  Экраны изготовляют из листовой пластмассы (винилита, акрилата) толщиной 4 — 5 мм; по углам в них сверлят отверстия для подвешивания на мягких подвесках или электропровода с резиновой изоляцией. В ванну экраны устанавливают после завешивания анода и погружения форм в электролит.
  Общими контурными экранами ограничиваться нельзя. Еще более важное значение имеют местные экраны. Скульптуры, репродуцируемые гальванопластически, обычно резко отличаются между собой в деталях рельефа, вследствие чего необходим индивидуальный подбор экранов для регулирования отложения металла. Сложность регулирования заключается также в необходимости одновременно решать вопрос о режиме электролиза и прежде всего правильно выбрать среднюю плотность тока, от чего зависит плотность тока на отдельных участках.
  Рассмотрим подробнее различные приемы экранирования, так как в обычной гальванотехнической литературе этому важному вопросу не уделяется достаточного внимания.
  На рис. 39 представлен способ постепенного погружения формы с применением экрана: а — первая стадия наращивания металла на выступающие детали формы, близлежащие к аноду; б — применение экрана, защищающего уже наращенную нижнюю часть формы (на этой стадии рабочей является углубленная часть формы); в — установка экрана при погружении выступающих частей формы до зеркала электролита; г — окончательное погружение формы в электролит, при котором полностью покрывается верх формы.

  По такому же принципу наращивается металл внутри монолитных форм. Способ наращивания путем последовательного погружения формы в электролит по мере отложения металла требуемой толщины ясен из рис. 40: а — первый этап погружения формы, б — следующий этап погружения с экранированием отложенного металла при помощи изоляции, в и г — стадии дальнейшего погружения (показано перемещение границы отложенного металла изолирующим слоем).

  Металл обычно закрывают в формах изолирующим слоем при помощи расплавленного парафина. Такая изоляция имеет существенное значение для регулирования толщины отлагаемого слоя.
  Края формы и все ее детали, имеющие достаточную толщину, следует по мере наращивания металла тщательно закрывать изолирующим слоем, чтобы избежать образования отдельных дендритов в плохо закрытых изоляцией местах.
  Другой способ регулирования отложения металла заключается в разделении монолитных форм на отдельные пояса, не связанные между собой проводящим слоем. На рис. 41 изображена такая форма; ее пояса снабжены самостоятельными питающими проводниками, которые постепенно подключают к источнику тока таким образом, что после достаточного наращивания металла на данном поясе соответствующий проводник отключают и подключают соседний.

  При изготовлении такой формы предварительно устанавливают и закрепляют проводники, служащие контактами, к проводящему слою данного пояса.
  Просушенную и затем пропитанную восковой композицией форму подготовляют к нанесению электропроводящего слоя. При этом форму разделяют внутри обычными электроизоляционными лентами, которые плотно наклеивают на внутреннюю полость формы, разделяя ее таким образом на отдельные пояса а, б, в и т. д.
  Пояса должны быть непременно горизонтальными. Таким же образом можно изолировать и отдельные глубокопрофилированные детали формы, снабжая их самостоятельными проводниками.
  Подготовленную форму покрывают проводящим слоем, после чего наклеенные изоляционные ленты снимают; в результате пояса или отдельные углубленные элементы формы оказываются изолированными друг от друга, так как вместе с лентами удаляют проводящий слой.
  Наращивание начинают с наиболее углубленных деталей формы, в данном примере с пояса а, включая питающий проводник 7; по отложении в этом поясе требуемой толщины металла питающие проводники его отключают и включают проводник 6 и т. д.
  После отложения металла на участках а и б форму из ванны вынимают и наносят проводящий слой на место, где была наклеена изоляционная лента, затем сращивают два пояса формы. После этого включают следующий пояс и таким образом последовательно наращивают металл на всю форму.
  Для получения изолирующего слоя в процессе наращивания металла на сложнопрофилированные формы (в особенности при изготовлении бесшовных бюстов в монолитных формах) применяется способ изоляции уже наращенных мест (где не требуется дальнейшего отложения металла) при помощи четыреххлористого углерода, который заливают в форму, пользуясь тем, что его удельный вес больше удельного веса электролита, так что он находится под слоем электролита, не смешиваясь и не реагируя с ним.
  Для получения в процессе гальванопластики равномерного слоя металла можно применять периодическое изменение направления постоянного тока. Такое реверсирование тока препятствует росту металла на выступающих и острых элементах форм вследствие того, что анодное растворение металла в период подключения его к аноду происходит наиболее интенсивно именно на остриях и выступающих частях.
  Ток переключают так, что он в течение 2 — 40 сек отлагает металл на катоде, а затем в течение 0,5 — 5 сек растворяет отложенный металл. Таким образом, при реверсировании тока наращиваемая форма включается в качестве анода только на короткие промежутки времени и в течение продолжительного времени остается катодом.
  Анодное включение катода прерывает процесс роста кристаллов, что отражается на характере последующего роста кристаллов: вместо крупнозернистой столбчатой получается мелкокристаллическая структура меди. Реверсирование тока сопровождается повышением рассеивающей способности электролита, а отложения металла становятся более светлыми, плотными, без шероховатостей.
  Для реверсирования тока применяют реле времени с соответствующей мощности контакторами для периодического переключения тока.
  Правильное расположение анодов в процессе наращивания металла на глубокопрофилированные формы является одним из активных средств для получения равномерного отложения металла в форме.
  Обычно в дополнение к основному устанавливают специальные вспомогательные аноды. Их вводят в глубокопрофилированные места и в поднутрения, т. е. в такие места формы, куда электрические силовые линии от удаленных анодов в достаточной степени не проникают. Вспомогательные аноды должны быть из прокатанной высококачественной меди марки М-O или М-1 (ОСТ ЦМ 21—39), чтобы избежать образования шлама, засоряющего форму. Кроме того, аноды следует помещать в шламозадерживающие мешки из тонкой капроновой или стеклянной ткани.
  Подготовка анодов перед установкой на место и сама установка осуществляются в следующем порядке.
  К аноду, вырубленному по ширине и изогнутому в соответствии с профилем данного места формы, припаивают многожильный электропровод с плотной хлорвиниловой изоляцией, так чтобы изоляция провода была возможно ближе к аноду.
  Оголенную часть провода, припаянную к аноду, покрывают изоляционным лаком или парафином, поверх которого наносят плотный слой озокерита толщиной по крайней мере 3 — 4 мм. Такая изоляция необходима для защиты анода в месте контакта от растворения в процессе электролиза.
  Вспомогательные аноды обычно устанавливают после наращивания металла необходимой толщины; их располагают перед углублениями, не затянувшимися металлом, или там, где отложение имеет недостаточную толщину.
  Аноды прикрепляют озокеритом к просушенному металлу, отложившемуся в форме. Приклеивание анодов озокеритом должно быть надежным и может производиться в нескольких местах; края озокеритовой массы должны плотно прилегать к металлу на форме. До крепления анодов на них надевают шламозадерживающие чехлы.
  На рис. 42 показаны примеры расположения вспомогательных анодов, в открытых формах — для барельефов (а, б, в) и в закрытых формах — для объемной скульптуры (г, д, е, ж).

  Число разнообразных случаев, которые могут представиться на практике, огромно. Для рационального подхода к вопросу об улучшении распределения силовых линий путем экранирования или введения дополнительных анодов нельзя ограничиваться выбором одного из указанных типичных случаев. Необходимо иметь возможность измерять распределение силовых линий.
  В литературе (W. Р f a n h a u s е г, Die elektrolytische Metallniederschlage, Berlin, 1928.) имеется описание прибора для измерения местной плотности тока (рис. 43). В нижней части прибора находятся два электрода, изолированные друг от друга и соединенные с расположенным вверху амперметром. Поверхность каждого электрода обычно равна 1 дм2, так что прибор сразу показывает величину плотности тока.

  Простота описанного прибора побудила автора заняться проверкой его практической пригодности. Прежде всего важно было выяснить: не вносит ли он от себя искажений в расположение силовых линий? Для проверки автор применил следующий прием. В ванну было погружено одновременно два одинаковых прибора так, что они находились на некотором расстоянии один от другого в направлении прохождения силовых линий. При этом было очевидно, что если показания одного прибора будут изменяться от перемещения второго, это значит введение подобного прибора в ванну само по себе изменяет силовое поле и, следовательно, не дает возможности его измерить. Такое явление и было установлено.
  Автор пытался ослабить влияние вводимого прибора уменьшением площади его электродов. Это оказывало положительное действие и одновременно увеличивало чувствительность прибора, но полностью устранить явление искажения поля не могло. Поэтому автор не может рекомендовать применение приборов подобного типа.


предыдущая страница

оглавление

следующая страница