Galvanik ist ein Überzug-Prozess, in dem Metallionen in einer Lösung durch ein elektrisches Feld bewegt werden, um eine Elektrode anzustreichen. Der Prozess verwendet elektrischen Strom, um cations eines gewünschten Materials von einer Lösung zu reduzieren und einen leitenden Gegenstand mit einer dünnen Schicht des Materials wie ein Metall anzustreichen. Galvanik wird in erster Linie verwendet, für eine Schicht des Materials abzulegen, um ein gewünschtes Eigentum (z.B, Abreiben und Verschleißfestigkeit, Korrosionsschutz, Schlüpfrigkeit, ästhetische Qualitäten, usw.) zu einer Oberfläche zu schenken, die sonst an diesem Eigentum Mangel hat. Eine andere Anwendungsgebrauch-Galvanik, um Dicke auf Teilen unter Normalgröße aufzubauen.

Der in der Galvanik verwendete Prozess wird elektrolytische Abscheidung genannt. Es ist einer galvanischen Zelle analog, die rückwärts handelt. Der zu panzernde Teil ist die Kathode des Stromkreises. In einer Technik wird die Anode aus dem Metall gemacht, auf dem Teil gepanzert zu werden. Beide Bestandteile werden in eine Lösung genannt einen Elektrolyt versenkt, der ein oder mehr aufgelöste Metallsalze sowie andere Ionen enthält, die den Fluss der Elektrizität erlauben. Eine Macht-Versorgung liefert einen direkten Strom der Anode, die Metallatome oxidierend, die es und das Erlauben von sie umfassen, sich in der Lösung aufzulösen. An der Kathode werden die aufgelösten Metallionen in der Elektrolyt-Lösung an der Schnittstelle zwischen der Lösung und der Kathode, solch dass sie "Teller" auf die Kathode reduziert. Die Rate, an der die Anode aufgelöst wird, ist der Rate gleich, an der die Kathode gegenüber dem Strom gepanzert wird, der durch den Stromkreis fließt. Auf diese Weise werden die Ionen im Elektrolyt-Bad unaufhörlich durch die Anode wieder gefüllt.

Andere Galvanik-Prozesse können eine nichtverbrauchbare Anode wie Leitung verwenden. In diesen Techniken müssen Ionen des zu panzernden Metalls im Bad regelmäßig wieder gefüllt werden, weil sie aus der Lösung gezogen werden.

Prozess

Die Anode und Kathode in der Galvanik-Zelle werden beide mit einer Außenversorgung des direkten Stroms — eine Batterie oder, allgemeiner, ein Berichtiger verbunden. Die Anode wird mit dem positiven Terminal der Versorgung verbunden, und die Kathode (Artikel, der zu panzern ist), wird mit dem negativen Terminal verbunden. Wenn die Außenmacht-Versorgung eingeschaltet wird, wird das Metall an der Anode vom Nullwertigkeitsstaat oxidiert, um cations mit einer positiven Anklage zu bilden. Diese cations verkehren mit den Anionen in der Lösung. Die cations werden an der Kathode reduziert, um sich im metallischen Nullwertigkeitsstaat abzulagern. Zum Beispiel, in einer sauren Lösung, wird Kupfer an der Anode zu Cu durch das Verlieren von zwei Elektronen oxidiert. Der Cu verkehrt mit dem Anion SO in der Lösung, Kupfersulfat zu bilden. An der Kathode wird Cu auf metallisches Kupfer durch die Gewinnung von zwei Elektronen reduziert. Das Ergebnis ist die wirksame Übertragung von Kupfer von der Anode-Quelle zu einem Teller, der die Kathode bedeckt.

Der Überzug ist meistens ein einzelnes metallisches Element, nicht eine Legierung. Jedoch kann eine Legierung electrodeposited, namentlich Messing und Lot sein.

Viele Überzug-Bäder schließen Zyanid anderer Metalle (z.B, Kaliumzyanid) zusätzlich zu Zyanid des abzulegenden Metalls ein. Dieses freie Zyanid erleichtert Anode-Korrosion, hilft, ein unveränderliches Metallion-Niveau aufrechtzuerhalten und zu Leitvermögen beizutragen. Zusätzlich können Nichtmetall-Chemikalien wie Karbonate und Phosphate hinzugefügt werden, um Leitvermögen zu vergrößern.

Wenn Überzug auf bestimmten Gebieten des Substrats nicht gewünscht wird, werden Zwischenaufenthalte angewandt, um das Bad davon abzuhalten, mit dem Substrat in Berührung zu kommen. Typische Zwischenaufenthalte schließen Band, Folie, Lacke und Wachse ein.

Schlag

Am Anfang hat eine spezielle Überzug-Ablagerung einen "Streik" ausgerufen, oder "Blitz" kann verwendet werden, um einen sehr dünnen (normalerweise weniger als 0.1 Mikrometer dick) zu bilden, mit der hohen Qualität und guten Anhänglichkeit am Substrat panzernd. Das dient als ein Fundament für nachfolgende Überzug-Prozesse. Ein Schlag verwendet eine hohe aktuelle Dichte und ein Bad mit einer niedrigen Ion-Konzentration. Der Prozess ist langsam, so werden effizientere Überzug-Prozesse verwendet, sobald die gewünschte Schlag-Dicke erhalten wird.

Die bemerkenswerte Methode wird auch in der Kombination mit dem Überzug von verschiedenen Metallen verwendet. Wenn es wünschenswert ist, einen Typ der Ablagerung auf ein Metall zu panzern, um Korrosionswiderstand zu verbessern, aber dieses Metall hat von Natur aus schlechtes Festkleben an das Substrat, kann ein Schlag zuerst abgelegt werden, der mit beiden vereinbar ist. Ein Beispiel dieser Situation ist das schlechte Festkleben von elektrolytischem Nickel auf Zinklegierungen, in welchem Fall ein Kupferschlag verwendet wird, der gute Anhänglichkeit an beiden hat.

Pinselgalvanik

Ein nah zusammenhängender Prozess ist Pinselgalvanik, in der lokalisierte Gebiete oder komplette Sachen mit einer mit dem Überzug der Lösung gesättigten Bürste gepanzert werden. Die Bürste normalerweise hat sich ein Körper des rostfreien Stahls mit einem Tuchmaterial eingehüllt, das sowohl die Überzug-Lösung hält als auch direkten Kontakt mit dem Artikel verhindert, der wird panzert, wird mit der positiven Seite einer niedrigen Stromspannungsmacht-Quelle des direkten Stroms und dem Artikel verbunden, der verbunden mit der Verneinung zu panzern ist. Der Maschinenbediener taucht ein die Bürste im Überzug der Lösung wendet es dann auf den Artikel an, die Bürste ständig bewegend, um einen gleichen Vertrieb des Überzug-Materials zu bekommen.

Pinselgalvanik hat mehrere Vorteile gegenüber dem Zisterne-Überzug, einschließlich der Beweglichkeit, Fähigkeit, Sachen zu panzern, die aus irgendeinem Grund Zisterne gepanzert nicht sein können (eine Anwendung war der Überzug von Teilen von sehr großen dekorativen Unterstützungssäulen in einer Bauwiederherstellung), niedrig oder keine Verdeckenvoraussetzungen, und verhältnismäßig niedrig Überzug von Lösungsvolumen-Voraussetzungen. Nachteile im Vergleich zum Zisterne-Überzug können größere Maschinenbediener-Beteiligung einschließen (Zisterne-Überzug kann oft mit der minimalen Aufmerksamkeit getan werden), und Unfähigkeit, eine so große Teller-Dicke zu erreichen.

Absetzung von Electroless

Gewöhnlich wird eine elektrolytische Zelle (aus zwei Elektroden, Elektrolyt und Außenquelle des Stroms bestehend), für die elektrolytische Abscheidung verwendet. Im Gegensatz verwendet ein electroless Absetzungsprozess nur eine Elektrode und keine Außenquelle des elektrischen Stroms. Jedoch muss die Lösung für den Electroless-Prozess ein abnehmendes Reagenz enthalten, so dass die Elektrode-Reaktion die Form hat:

Im Prinzip kann jede wasserbasierte Reduziermaschine verwendet werden, obwohl das redox Potenzial der Reduziermaschine-Halbzelle hoch genug sein muss, um die der flüssigen Chemie innewohnenden Energiebarrieren zu überwinden. Nickel-Überzug von Electroless verwendet hypophosphite als die Reduziermaschine, während er von anderen Metallen wie Silber panzert, Gold und Kupfer verwenden normalerweise niedrige Molekulargewicht-Aldehyde.

Ein Hauptvorteil dieser Annäherung über die Galvanik ist, dass Macht-Quellen und Überzug-Bäder nicht erforderlich sind, die Produktionskosten reduzierend. Die Technik kann auch verschiedene Gestalten und Typen der Oberfläche panzern. Die Kehrseite ist, dass der Überzug-Prozess gewöhnlich langsamer ist und solche dicken Teller von Metall nicht schaffen kann. Demzufolge dieser Eigenschaften, electroless Absetzung ist in den dekorativen Künsten ziemlich üblich.

Reinheit

Reinheit ist für die erfolgreiche Galvanik notwendig, da molekulare Schichten des Ölkanisters Festkleben des Überzugs verhindern. ASTM B322 ist ein Standardführer, um Metalle vor der Galvanik zu reinigen. Reinigungsprozesse schließen Lösungsmittel-Reinigung, heiße alkalische reinigende Reinigung, Electro-Reinigung und saure Behandlung usw. ein. Der allgemeinste Industrietest auf die Reinheit ist der Waterbreak-Test, in dem die Oberfläche gründlich gespült und vertikal gehalten wird. Hydrophobe Verseuchungsstoffe wie Öle veranlassen das Wasser, zu perlen und sich aufzulösen, dem Wasser erlaubend, schnell abzufließen. Vollkommen saubere Metalloberflächen sind wasserquellfähig und werden eine ungebrochene Platte von Wasser behalten, das nicht perlt oder abführt. ASTM F22 beschreibt eine Version dieses Tests. Dieser Test entdeckt wasserquellfähige Verseuchungsstoffe nicht, aber der Galvanik-Prozess kann diese leicht versetzen, da die Lösungen wassergestützt werden. Surfactants wie Seife reduzieren die Empfindlichkeit des Tests und müssen davon gründlich gespült werden.

Effekten

Die Galvanik ändert die chemischen, physischen und mechanischen Eigenschaften des Werkstücks. Ein Beispiel einer chemischen Änderung ist, wenn Nickel-Überzug Korrosionswiderstand verbessert. Ein Beispiel einer physischen Änderung ist eine Änderung in der äußeren Erscheinung. Ein Beispiel einer mechanischen Änderung ist eine Änderung in der Zugbelastung oder Oberflächenhärte, die ein erforderliches Attribut in der Bearbeitungsindustrie ist.

Geschichte

Obwohl es nicht bestätigt wird, kann die Parthische Batterie das erste für die Galvanik verwendete System gewesen sein.

Moderne Elektrochemie wurde vom italienischen Chemiker Luigi V. Brugnatelli 1805 erfunden. Brugnatelli hat die Erfindung seines Kollegen Alessandro Volta von fünf Jahre früher, der Voltaic-Stapel verwendet, um die erste elektrolytische Abscheidung zu erleichtern. Die Erfindungen von Brugnatelli wurden von der französischen Akademie von Wissenschaften unterdrückt und sind in der allgemeinen Industrie seit den folgenden dreißig Jahren nicht gewöhnt geworden.

Vor 1839 hatten Wissenschaftler in Großbritannien und Russland Metallabsetzungsprozesse unabhängig ausgedacht, die Brugnatelli für die Kupfergalvanik von Druckpresse-Tellern ähnlich sind.

Boris Jacobi in Russland hat nicht nur galvanoplastics wieder entdeckt, aber hat electrotyping und galvanoplastic Skulptur entwickelt. Galvanoplastics ist schnell in Mode in Russland, mit solchen Leuten wie Erfinder Peter Bagration, Wissenschaftler Heinrich Lenz und Sciencefictionsautor Vladimir Odoyevsky ganzer beitragend zu weiterer Entwicklung der Technologie eingetreten. Unter den notorischsten Fällen, Gebrauch Mitte des 19. Jahrhunderts Russland zu elektroplattieren, waren riesige galvanoplastic Skulpturen von St. Isaacs Kathedrale in St. Petersburg und goldelektroplattierter Kuppel der Kathedrale von Christus der Retter in Moskau, die höchste Orthodoxe Kirche in der Welt.

Bald danach, John Wright aus Birmingham, hat England entdeckt, dass Kaliumzyanid ein passender Elektrolyt für die Gold- und Silbergalvanik war. Die Partner von Wright, George Elkington und Henry Elkington wurden den ersten Patenten zuerkannt, um 1840 zu elektroplattieren. Diese zwei haben dann die Galvanik-Industrie in Birmingham davon gegründet, wo es sich um die Welt ausgebreitet hat.

Der Norddeutsche Affinerie in Hamburg war das erste moderne Galvanik-Werk, das seine Produktion 1876 anfängt.

Da die Wissenschaft der Elektrochemie gewachsen ist, ist seine Beziehung zum Galvanik-Prozess verstandene und andere Typen von nichtdekorativen Metallgalvanik-Prozessen geworden wurden entwickelt. Die kommerzielle Galvanik von Nickel, Messing, Dose und Zink wurde durch die 1850er Jahre entwickelt. Die Galvanik von Bädern und auf den Patenten von Elkingtons gestützter Ausrüstung wurde bis dazu erklettert passen den Überzug von zahlreichen in großem Umfang Gegenständen und für die spezifische Herstellung und Technikanwendungen an.

Die Überzug-Industrie hat eine große Zunahme vom Advent der Entwicklung von elektrischen Generatoren gegen Ende des 19. Jahrhunderts erhalten. Mit den höheren Strömen konnten verfügbare Metallmaschinenbestandteile, Hardware, und Automobilteile, die Korrosionsschutz und erhöhte Tragen-Eigenschaften zusammen mit dem besseren Äußeren verlangen, in großen Mengen bearbeitet werden.

Die zwei Weltkriege und die wachsende Flugzeugindustrie haben Impuls weiteren Entwicklungen und Verbesserungen einschließlich solcher Prozesse wie harter Chrom-Überzug, Bronzelegierungsüberzug, sulfamate Nickel-Überzug zusammen mit vielen anderen Überzug-Prozessen gegeben. Der Überzug der Ausrüstung hat sich von manuell bedienten Teer-linierten Holzzisternen bis automatisierte Ausrüstung entwickelt, die zu in einer Prozession gehenden Tausenden von Kilogrammen pro Stunde von Teilen fähig ist.

Eines der ersten Projekte des amerikanischen Physikers Richard Feynman sollte Technologie entwickeln, um Metall auf Plastik zu elektroplattieren. Feynman hat die ursprüngliche Idee von seinem Freund in eine erfolgreiche Erfindung entwickelt, seinem Arbeitgeber (und Freund) erlaubend, kommerzielle Versprechungen zu behalten, die er gemacht hatte, aber sonst nicht erfüllt haben könnte.

Verwenden

Galvanik ist ein nützlicher Prozess. Es wird in der Industrie für Überzug-Metallgegenstände mit einer dünnen Schicht eines verschiedenen Metalls weit verwendet. Die Schicht von abgelegtem Metall hat ein gewünschtes Eigentum, an dem das Metall des Gegenstands Mangel hat. Zum Beispiel wird Chrom-Überzug auf vielen Gegenständen wie Autoteile, Badeklapse, Küchenbrenner, Felgen und viele andere getan.

Rumpf-Zelle

Die Rumpf-Zelle ist ein Typ der Testzelle, die verwendet ist, um die Bedingung eines Galvanik-Bades qualitativ zu überprüfen. Es berücksichtigt Optimierung die aktuelle Dichte-Reihe, Optimierung der zusätzlichen Konzentration, Anerkennung von Unreinheitseffekten und Anzeige der makrowerfenden Macht-Fähigkeit. Die Rumpf-Zelle wiederholt das Überzug-Bad auf einer Laboratorium-Skala. Es wird mit einer Probe der Überzug-Lösung, eine passende Anode gefüllt, die mit einem Berichtiger verbunden wird. Die "Arbeit" wird durch eine Rumpf-Zelltesttafel ersetzt, die gepanzert wird, um die "Gesundheit" des Bades zu zeigen.

Die Rumpf-Zelle ist ein trapezoider Behälter, der 267 ml der Lösung hält. Diese Gestalt erlaubt, die Testtafel auf einem Winkel zur Anode zu legen. Infolgedessen wird die Ablagerung an verschiedenen aktuellen Dichten gepanzert, die mit einem Rumpf-Zelllineal gemessen werden können. Das Lösungsvolumen berücksichtigt eine quantitative Optimierung der zusätzlichen Konzentration: Die 1-Gramm-Hinzufügung zu 267 mL ist zu 0.5 Unzen/Mädchenn in der Überzug-Zisterne gleichwertig.

Bibliografie