Poměďování: technologie povlakování, rozsah použití, poměďování kovů doma

Proces galvanického pokovování kovů a slitin mědí (není možné potahovat plasty!) se nazývá měděné pokovování (nebo méně často měděné pokovování). Vrstva mědi různé tloušťky nejen zlepšuje vzhled výrobku, ale také pomáhá zlepšit řadu mechanických vlastností součásti, včetně tažnosti, elektrické vodivosti a odolnosti proti korozi. Při tření mezi povrchovými vrstvami obsahujícími měď se výrazně zlepšují kluzné podmínky, což zabraňuje abrazivnímu opotřebení dílů. A konečně, měď má antibakteriální vlastnosti. Stručně řečeno, existují všechny předpoklady pro široké využití těchto operací v praxi, a to nejen pro průmyslové účely, ale také pro pomědění v domácnosti.

Proces pokrytí

Praktické uplatnění našly dvě metody – galvanická a elektrochemická. Chemie obou procesů je v podstatě stejná, pouze ve druhém případě je do roztoku přiváděn elektrický proud, který zintenzivňuje přenos kovu na povrch obrobku.

Koncepce galvanického pokovování oceli vrstvou mědi je jednoduchá: deska (nebo vlastně jakákoli vodivá část) je ponořena do lázně s elektrolytem za účelem úpravy a v důsledku vytěsňovací reakce budou ionty mědi migrovat a ukládat se v oblastech již existující kov (viz obr. 1). Pokovování mědí využívá vlastnosti různé chemické reaktivity kovů, které objevil již v roce 1793 Alessandro Volta.

Podle známé řady chemických aktivit jsou chemicky aktivní prvky umístěny vlevo od vodíku a méně aktivní vlevo. Mezi posledně jmenované patří měď, proto snadno tvoří vrstvu na všech ostatních kovech a slitinách, například na wolframu nebo litině, s výjimkou antimonu, vizmutu a palladia. Čím větší je rozdíl v elektrochemických potenciálech, tím aktivnější je zpracování v elektrolytu.

Elektrolyt pro pokovování mědí obsahuje tři anorganické složky:

1. Síran měďnatý (CuSO₄), který je zdrojem iontů.
2. Kyselina sírová (H₂SO₄) činí roztok vodivým a působí jako nosič náboje.
3. Chloridové (Cl-) ionty se spojují s organickými částicemi a vytvářejí komplex, který zpomaluje rychlost povlakování v určitých oblastech součásti.

Při použití galvanické technologie se do lázně nalévá koncentrovaný roztok síranu měďnatého CuSO₄ nebo chlorid měďnatý CuCl₃. Jako silné elektrolyty iniciují substituční reakci i bez katalyzátoru, kterým je stejnosměrný elektrický proud.

Výhodou elektrolýzy oproti galvanické variantě je, že hlavní parametry procesu – rychlost a místo depozice – lze řídit změnou síly proudu U galvanické metody to lze provést pouze zvýšením koncentrace dvojmocné mědi Cu 2+ v roztoku síranu měďnatého, ale pouze do určitých limitů.

Do elektrolytické lázně pro poměďování se obvykle přidává řada organických látek pro zlepšení kvality produktu. Například přídavek Chemeta RV (rozjasňovač) pomáhá zlepšit vzhled kovového povrchu (téměř na úroveň čisté mědi), rozpustné soli palladia zvyšují vodivost atd.

Použité přísady mohou proces nejen urychlit, ale i zpomalit. Urychlovače tvoří elektricky aktivní částice odpovědné za zvýšenou rychlost pokovování a supresory se kombinují s chloridovými ionty, aby inhibovaly pokovování v oblastech, kde je požadována snížená rychlost pokovování. Pro zlepšení smáčivosti povrchu součásti je navržena řada přísad. Vyrovnávací přísady hrají zvláštní roli: polarizují oblasti s vysokou hustotou proudu a vyrovnávají jeho distribuci, čímž řídí konečnou morfologii povrchu produktu.

Oblasti použití průmyslového poměďování

Ve velkém měřítku se galvanické pokovování používá jako součást duálního systému kvůli kompatibilitě procesu s dalšími operacemi. Tento přístup umožňuje využít například dvě různé metody povrchového nanášení, které současně poskytují vysokou odolnost proti opotřebení a korozi oceli.

V průmyslu těžícím ropu a zemní plyn se poměďování používá jako způsob, jak zabránit zaseknutí rotujícího vrtného nástroje, zejména v počátečních a konečných okamžicích vrtání vrtu. Za tímto účelem se na díly a součásti, jako jsou závity, trubky, spojky, tyče, nanáší povlak. Měď je také mimořádně účinná jako základní vrstva pro jiné kovy a zvyšuje odolnost proti korozi při použití v chemicky agresivním prostředí.

Elektronický průmysl využívá vysokou tepelnou a elektrickou vodivost mědi (podle těchto ukazatelů je měď na druhém místě za stříbrem). Jen málo kovů se může srovnávat s mědí v účinnosti přenosu elektrických impulsů. Proto jsou některé kritické induktory na vnitřní straně potaženy vrstvou mědi, jak je znázorněno na obr. 3.

V polovodičovém průmyslu při výrobě desek plošných spojů se popsané galvanické pokovování používá v několika důležitých aplikacích, mezi které patří výroba křemíkových prokovů s průchozími otvory a měděných fotorezistorových substrátů. V druhém případě mají například nosné desky vrstvu měděného jádra pouze ve spodní části a nahoře je nanesena vrstva fotorezistu, supresor tuto vrstvu smáčí a ekvalizér je vložen do průchozího otvoru. Jak vyrovnávač, tak supresor jsou polarizační činidla, která pomáhají řídit rovnoměrnost povlaku na různých čipech a destičkách. Urychlovač funguje jako mlýnek na měděné zrno a vytváří hladký, lesklý povrch na nosiči fotorezistoru. Galvanický proces je znázorněn na Obr. 4.

Důležitou oblastí uplatnění tohoto procesu ve strojírenství je výroba jiskrově bezpečných nástrojů. Mají nízkou úroveň tepla, čímž snižují riziko jiskření. Takové nástroje se používají při montážních pracích v přítomnosti sirouhlíku, plynu, který má nejnižší teplotu vznícení ze všech látek známých člověku.

Jiskrově bezpečné nářadí poskytuje ochranu před požáry a výbuchy v prostředích, kde hrozí vznícení od hořlavých rozpouštědel, výparů, kapalin, prachu nebo zbytků jisker.

Běžně používané ruční instalační nástroje jsou často vyrobeny z oceli nebo nerezové oceli, protože „nejiskřící“ kovy jsou méně odolné. V důsledku toho jsou měkčí, rychleji se opotřebovávají a je třeba je častěji brousit. Z podobných důvodů je povrch takového zařízení podroben pomědění (viz obr. 5).

Specifickou oblastí mědi – pro dekorativní účely – je stavebnictví a architektura. Například výroba měděné střechy z plechu je velmi nákladná, takže se v mnoha případech omezuje na získání povrchové vrstvy mědi.

Investice do měděné střechy zvyšuje hodnotu vašeho domova, protože poskytuje atraktivní vzhled a odolává prvkům, které mohou urychlit rezivění běžné oceli. Totéž platí pro pokovování zábradlí, kovaných mříží a dalších prvků vnější a vnitřní výzdoby prostor.

Pomědění doma

Dostupnost procesu DIY určuje široké použití takové jednoduché metody povrchové ochrany železa. Proces využívá elektrický proud k průchodu roztokem elektrolytu (jako je síran měďnatý), který umožňuje přenos kovových iontů z donorového kovu na kov příjemce. Tento galvanický proces lze provádět doma, ale je třeba poznamenat, že pokovování v kyselině chlorovodíkové vyžaduje pečlivější opatření než pokovování elektrolytem obsahujícím kovové ionty. Zejména při práci s kyselinou je třeba používat osobní ochranné prostředky: rukavice, brýle a zástěru. Velmi důležité je také dobré větrání místnosti, ve které budete pracovat.

Získání povlaku obsahujícího měď vlastníma rukama se provádí při provádění následujících kroků:

1. Připravte si potřebné materiály a komponenty – vodu, kyselinu chlorovodíkovou, 6voltovou stejnosměrnou baterii, dvě krokosvorky, měděnou destičku (nebo drát), kovový předmět, který chcete pokovit mědí, a nádobu (viz obr. 6). , dostatečně velký, aby se předmět zcela vešel do roztoku elektrolytu.
2. Připravte si potřebné ochranné prostředky.
3. Důkladně odmastěte část, pro kterou je lepší použít běžný prostředek na mytí nádobí, a poté předmět otřete abrazivním kyselým prostředkem. Můžete použít směs octa a jedlé sody (viz obrázek 7).
4. Připravte si pracovní roztok: smíchejte 5 dílů vody s 1 dílem kyseliny chlorovodíkové. Nikdy nepřidávejte vodu přímo do kyseliny! Vnější strana nádoby se zahřeje, protože když se do vody přidá kyselina, dojde k exotermické reakci. Roztok je lepší míchat skleněným nebo plastovým míchadlem, protože kyselina rozkládá kov.
5. Připojte každou ze svorek ke svorkám napájecího zdroje. Na polaritě v této fázi nezáleží (viz obr. 8).
6. Připojte měď ke kladnému pólu a pomocí krokosvorky připevněte POZITIVNÍ pól baterie k měděnému drátu. U standardní 6voltové baterie je kladný pól konektor baterie. Kovovou část, kterou chcete pokovovat, připojte k NEGATIVNÍ svorce a poté ke kovu, který budete pokovovat mědí. Dvakrát zkontrolujte, zda jsou svorky správně připojeny a ponořte sestavu do roztoku elektrolytu. Měděná část by neměla být zcela ponořena do kompozice (viz obr. 9). Během galvanizace by měl být roztok neustále míchán skleněnou nebo dřevěnou tyčí, aby se získala rovnoměrná vrstva. Obě kovové části by měly být umístěny ve vzdálenosti nejméně 30 mm od sebe, aby se zabránilo nerovnoměrnému usazování kovu na povrchu.
7. Po dosažení požadovaného výsledku odpojte svorky od baterie a vyjměte sestavu z roztoku a položte ji na čistý hadřík, aby se vysušil.

Závěr

Dobře tvarovaný měděný povlak zlepšuje následující vlastnosti produktu:

1. Zvyšuje elektrickou vodivost.
2. Zlepšuje plasticitu.
3. Umožňuje zvýšit přilnavost, což může být užitečné pro následné dodatečné nátěry, například barvou.
4. Zvyšuje odolnost proti korozi.

Pokovování mědí je také velmi ekonomický proces, protože měď je levnější a dostupnější než ušlechtilé kovy – platina, zlato nebo stříbro.