Гальванопластика что это такое

Хочу немного рассказать о технологии с помощью которой сделанны практически все наши изделия. Так как она достаточно редкая и малоизвестная то мне кажется эта информация будет не лишней.

Гальванопластика (от гальвано. и греч. plastike — ваяние), получение точных металлических копий методом электролитического осаждения металла на металлическом или неметаллическом оригинале.

Она была известна еще в XIX в., но широко ее использовать в промышленности начали в середине XX в. Сначала ее применяли для изготовления скульптурных портретов и барельефов. Широкое применение гальванопластики в промышленных масштабах началось в середине XX в.: производство грампластинок и волноводов, форм для литья и прессования, сеток и фольги, печатных плат, предметов искусства и сложных конструкций.

С помощью гальванопластики можно с большей точностью, чем любым другим способом, воспроизводить предметы до мельчайших подробностей. Появляется возможность изготовлять предметы столь сложных форм, что производство их другими способами либо невозможно, либо слишком дорогостояще.

Используя метод художественной гальванопластики мы так же покрываем металом тонкие или хрупкие вещи. Тем самым придавая им прочность необходимую для того что бы их можно было использовать при создании бижутерных украшений или для украшения интерьера. При этом сама вещь остается внутри а металл полностью повторяет ее форму. Тоесть внутри всех наших изделий будь то листик или перышко находится настоящая созданная природой вещь. Именно благодаря этому они совершенно неповторимы)

Гальваническое осаждение металла на поверхности предмета возможно лишь тогда, когда поверхность эта или весь предмет являются проводниками электрического тока, Поэтому для изготовления моделей или форм желательно использовать металлы. Наиболее подходят для этой цели легкоплавкие металлы: свинец, олово, припои, сплав Вуда.

Однако наибольшие возможности для изготовления моделей все же представляют диэлектрические (не токопроводящие) материалы ( листья, перья, кружево итд). Чтобы металлизировать такие модели, нужно придать их поверхности электропроводность. Успех или неудача в конечном итоге зависят в основном от качества токопроводящего слоя. Слой этот может быть нанесен одним из трех способов. Самый распространенный способ — графитирование, он пригоден для моделей из пластилина и других материалов, допускающих растирание графита по поверхности. Следующий прием — бронзирование, способ хорош для моделей относительно сложной формы, для разных материалов, однако за счет толщины бронзового слоя несколько искажается передача мелких деталей. И, наконец, серебрение, пригодное во всех случаях, но особенно незаменимое для хрупких моделей с очень сложной формой — растений, насекомых и т. п

Медь осаждается не только на противостоящей аноду стороне, но и на обратной, а также на торцах металлизируемого предмета.

Выбор токопроводящего слоя зависит от материала, из которого сделан предмет, его конфигурации, фактуры поверхности и, конечно, от имеющихся в распоряжении веществ.

Изначально неметалические изделия покрываются медью а уже потом мы можем дополнительно покрыть их никелем, серебром или золотом для придания нужных нам свойст и цвета.

Касательно деталей процесса могу рассказать позже, если это будет интересно.

Источник

Что такое гальванопластика

Гальванопластика это раздел гальваники, изучающий методы получения копий предметов, выполненных с помощью гальванического осаждения металла на поверхность формы из диэлектрика (гипса, воска, пластмассы) или другого металла. Другими словами, гальванопластика — это метод получения копий предметов в металле.

Существующие способы металлообработки позволяют изготовить из металла деталь требуемой формы и дают точное воспроизведение необходимых параметров в металле, но точная обработка металла требует применения дорогостоящего оборудования и инструмента. Методы литья, ковки и штамповки зачастую не дают необходимой точности при изготовлении деталей сложной конфигурации, а изготовление крупных и рельефных изделий с помощью данных способов невозможно.

Методы гальванопластики позволяют воспроизвести фактически любую форму в металле, с любым рельефом и с высокой точностью. Родоначальником метода гальванопластики стал русский ученый Борис Семенович Якоби. Название способа «гальванопластика» возникло из-за пластически точной формы, полученной при осаждении меди на поверхность формы в процессе электролиза.

Гальванопластика используется не только в промышленности, но и в искусстве для воспроизведения точных копий с художественных изделий. Для воспроизведения копий готовятся специальные слепки (формы) из диэлектриков, на поверхность которых, после их металлизации (покрытия тонким слоем токопроводящего материала), электролитическим методом осаждают слой металла. В качестве материалов для изготовления форм используют гипс, воск, пластмассу. Для формирования токопроводящего слоя используется мелкозернистый графит, или специальные лаки и покрытия.

Теоретические основы гальванопластики

Металлы, которые осаждают на поверхность формы в процессе гальванопластики выделяют из водных растворов их солей – сульфатов. Процессы электролитической диссоциации, в результате которых молекулы солей металла распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы, достаточно широко отражены в теоретических материалах по гальванике. По сути процесс гальванопластики является гальваническим процессом – изделие погружают в электролит (водный раствор сульфатов) и подключают к минусу, электроды (пластины из того же металла, что и будущее покрытие) подключают к плюсу источника постоянного тока. По мере прохождения через электролит тока будет происходить электролиз и на поверхность изделия будет осаждаться слой металла.

Для получения копий деталей и предметов искусства наиболее распространен метод осаждения меди. Для приготовления медного электролита используют медный купорос – кристаллогидрат сульфата меди и серную кислоту. Медный купорос, при прохождении электрического тока через электролит, выделяет ионы меди (катионы) которые осаждаются на детали, подключенной к катоду. Серная кислота используется для повышения электропроводности раствора.

Формы для гальванопластики

Формы для гальванопластики изготавливают из гипса, воска или парафина, возможно использование других пластичных материалов, главное, чтобы они удовлетворяли следующим требованиям:

Изготовление гипсовых форм

Гипс обладает высокой гигроскопичностью, поэтому формы, изготовленные из этого материала, требуют дополнительной обработке – пропитки воском, парафином, озокеритом. Изготовление гипсовых форм проходит следующим образом:

Изготовление восковых форм

Восковые составы для изготовления форм применяют, для снятия копии с предметов путем непосредственной заливки состава на его поверхность, при изготовлении художественных композиций из растений, изготовлении металлизированных кружевных композиций.

В прошлом подобная технология применялась для изготовления пластинок, при этом использовался состав, который оптимально подходит для копирования изделий с большим числом мелких деталей и тонким рельефом. Такая восковая композиция состоит из 33% стеарата натрия, 15% стеарата свинца, 7% стеариновой кислоты, 4% стеарата алюминия (состав примерный, указаны проценты по массе). Температура плавления такой восковой композиции составляет 80-90 0 С.

Можно изготовить восковую форму, используя и более доступные вещества. Например, 70% канифоля, 20% воска, 10% парафина, или 30% воска и 70% стеарина.

Компоненты, входящие в состав восковой композиции, смешивают, поочередно расплавляя на паровой бане. Начинают с компонентов, имеющих низкую температуру плавления и поочередно вводят более тугоплавкие компоненты. Если состав включает огнеопасные компоненты, например, скипидар, их вводят в последнюю очередь. Графит на восковые формы наносят осторожно, без давления, мягкой кистью. Графит плохо сцепляется с поверхностью восковой композиции, поэтому процесс графитирования может занять длительное время.

Если в процессе электролиза вы заметили на поверхности формы участки, на которых не осаждается металл необходимо провести дополнительное графитирование. Форму достают из электролита, промывают под струей воды, сушат, и наносят мягкой кистью на непокрытые участки графит.

Подключение форм к источнику тока

Подвешивание формы в гальванической емкости и подключение формы к источнику тока ответственный процесс, от которого зависит успешное протекание процесса гальванопластики.

Проводники, с помощью которых форму подключают к источнику тока изготавливают из мягкой медной и латунной проволоки. Перед подключением проволоку обжигают и протравливают для удаления окисных пленок. Площадь сечения проводника зависит от размеров формы – для небольших восковых форм, пропитанных воском кружевных композиций и т. д. используется проволока диаметром менее 0,15 мм. Для крупных гипсовых композиций диаметр проволоки может быть от 0,5 мм и более.

Основная задача, которую нужно решить при подключении, это снижение сопротивления тока в месте подключения. Достигается это либо увеличением диаметра проволоки, либо увеличением площади соприкосновения проволоки с формой.

Отверстия для подвешивания формы в гальванической емкости проделывают заранее, на краях формы (в нерабочих зонах). Гипс просверливают до его пропитки, отверстия на восковые формы проделывают до их полного остывания.

Если плотность материала, из которого изготовлена форма меньше плотности электролита, необходимо предусмотреть дополнительные отверстия для подвешивания грузов.

Установка формы в гальваническую емкость

Плоские формы помещают в электролит под углом относительно поверхности электролита. Делают это для того, чтобы пузырьки воздуха свободно уходили с поверхности формы, не застаивались в углублениях рельефа. Иногда для предотвращения образования пузырьков газа поверхность формы перед погружением в электролит обрабатывают спиртом. Мелкие пузырьки удаляют с формы мягкой кистью.

Для установки крупных форм, имеющих частично закрытые полости, используют следующий прием: форма устанавливается в сухую емкость, затем медленно вливают электролит. Раствор должен вытеснять воздух из полостей формы.

Читайте продолжение описания процесса гальванопластики в статье «Гальванопластика своими руками».

Источник

Гальванопластика своими руками

Установку для гальванопластики в домашних условиях собрать несложно, оборудование и материалы для электрохимического осаждения меди находятся в свободном доступе. Исключение составляет серная кислота, приобретение и использование которой возможно только организацией, имеющей специальное разрешение.

В продаже есть готовые наборы для гальваники, но их покупка не всегда будет оправдана – гораздо дешевле собрать установку самостоятельно, используя доступное оборудование.

С помощью гальванической установки, о которой мы расскажем в данной статье, вы сможете получать копии художественных изделий, вне зависимости от материала из которого они изготовлены, а также имея навыки лепки из пластилина или глины, воспроизводить собственные произведения в металле. Кроме этого, с помощью метода гальванопластики можно реализовать множество интересных проектов, например, проводить металлизацию плетеных или вязанных кружев для изготовления ажурных композиций, изготавливать металлические гербарии из цветов и листьев, металлизировать фрукты, производить отделку изделий из стекла или фарфора, наращивая слой меди по ранее заданному рисунку, и многое другое.

Гальванопластика может быть отличным выбором не только в качестве интересного хобби, но и при правильном подходе и упорстве стать фундаментом для будущего бизнеса.

Оборудование для гальванопластики в домашних условиях

Гальваническое осаждение меди в домашних условиях проводят в емкостях любой геометрической формы. Размер гальванической емкости зависит от размера будущих изделий или репродуцируемых композиций. Материал может быть различным, подойдут емкости из стекла, керамики или пластмассы.

Для размещения формы и анодов в гальванической емкости необходимо предусмотреть подвесы. Форма подвешивается на проволоке из меди или латуни и помещается в емкость на расстоянии 15-20 мм от анода. Электроды, соединенные с положительной клеммой источника тока (анодом) подвешиваются также на меди или латуни, при этом проволочные крючки не погружают в электролит, в противном случае возможна деформация подвесов из-за разъедания крючка. Форма подключается к отрицательной клемме источника тока. В качестве анодов используют медные пластины толщиной от 3 мм. достаточных размеров. Площадь поверхности анодов должна превышать площадь поверхности формы.

Для контроля температуры электролита можно использовать обычный ртутный термометр.

Приготовления электролита для гальванопластики

Содержание медного купороса в растворе – 150-180 г/л. Порошок медного купороса растворяют в горячей воде и, после охлаждения и фильтрации, в него осторожно, небольшими порциями вливают серную кислоту из расчета 30-35 г/л. Если содержание медного купороса в растворе превышено, сульфат меди начинает кристаллизоваться на стенках гальванической емкости и на аноде, в этом случае необходимо, провести анализ электролита (см. «Анализ и корректировка электролита меднения») и, по результатам, добавить воды или кислоты.

Избыток серной кислоты в электролите может привести к тому, что осадки меди получатся хрупкие, непрочные. Недостаток кислоты вызывает осаждение рыхлого и пористого слоя.

Для повышения качества получаемых осадков меди, специалисты советуют добавить в электролит спирт в количестве 8-10 г/л. Спирт в небольшом количестве улучшает структуру покрытия, делает медь мелкокристаллической, более твердой и упругой.

На качество электролита и получаемого медного осадка может оказывать негативное влияние возможное наличие в растворе органических примесей. Для их устранения в подогретый раствор добавляют 2-3 г/л перманганата калия или такое-же количество измельченного активированного угля. После охлаждения до 18-20 0 С и фильтрации раствор можно использовать.

В статье Анализ и корректировка электролита меднения рассмотрены метод определения содержания медного купороса и серной кислоты в растворе электролита, а также приведен расчет количества компонентов.

Процесс гальванопластики

Температура электролита в процессе гальванического осаждения меди составляет 18-20 0 С и может повышаться до 28 0 С за счет выделения тепла в процессе электролиза.

Начинают процесс при минимальной плотности тока, которую поддерживают до формирования слоя металла на поверхности. Рабочая плотность тока выставляется, только после того, как слой металла закрыл подключенные проводники. Максимальная плотность тока в процессе зависит от толщины проводников, которая в свою очередь зависит от размера будущей композиции и материала формы. В любом случае, чем выше плотность тока, тем интенсивней процесс металлизации.

Особенности процесса лучше разобрать на конкретных примерах использования метода гальванопластики в домашних условиях.

Копирование барельефов, чеканок, медалей, глиняных и пластилиновых изделий

Для снятия копий с подобных предметов используют гипсовые формы. Изготавливается гипсовая форма просто:

Металлизация кружев

Металлизация кружевных композиций — это интересный прием гальванопластики, при котором слоем металла покрывают плетенные или вязанные кружева, тюлевые кружева и другие композиции, изготовленные из нитей. Такие изделия могут выполнять роль декорирующих элементов различных художественных композиций, или применяться непосредственно для изготовления таких композиций.

Медь быстро темнеет на воздухе поэтому, как правило, металлизированные медью кружевные композиции дополнительно покрывают тонким слоем драгоценного металла методом гальваники. Гальваническое серебрение или золочение проводится в обычном режиме.

Изготовление металлической кружевной композиции происходит следующим образом:

Изготовление металлических листьев или гербариев

Металлизация древесных листьев, не отличается от других приемов гальванопластики за исключением способа получения формы. Отпечаток с листа можно получить на восковой композиции.

Нагретый воск заливают в предварительно изготовленную обечайку, с невысокими бортиками и дают ему остыть до момента, когда поверхность восковой композиции затвердеет, но останется эластичной. Лист кладут на поверхность воска и прижимают стеклом. После чего стекло снимают вместе с листом. На поверхности восковой композиции должен остаться четкий отпечаток листа. Подобным образом делают отпечаток обратной стороны листа.

После полного остывания воска, мягкой кистью аккуратно наносят мелкодисперсный графит, подключают медные проводники, устанавливают грузики и помещают форму в гальваническую емкость.

Дальнейшая работа с металлическим отпечатком листа, это творческий процесс. В результате должен получится металлический лист, повторяющий форму образца и в точности копирующий его поверхность.

Покрытие медью изделий из дерева

Небольшие деревянные элементы декора покрывают слоем металла для придания им вида литых изделий.

Перед тем, как нанести слой токопроводящего вещества (графита) деревянные изделия пропитывают (проваривают) в восковой смеси, парафине, церезине или озокерите. В противном случае, из-за своей гигроскопичности дерево будет впитывать электролит. Затем на изделия наносят графит, подсоединяют проводники, грузы и опускают в электролит. Процесс ничем не отличается от металлизации гипсовых композиций.

Металлизация перьев птиц

Перья птиц погружают в расплавленную восковую композицию, парафин, церезин или озокерит, затем графитируют, прикрепляют тонкий медный провод, подвешивают груз и опускают в электролит.

Металлизация фруктов, растений и цветов

Для покрытия металлом растений и фруктов потребуется предварительно покрыть их тонким слоем серебра. Для этого растения сушат, обрабатывают спиртом или раствором хлорида натрия, бария или кальция. Потом готовят растворы:

Затем растворы вливают в емкость и погружают в раствор растение. Поверхность покрывается тонким слоем серебра (химическое серебрение). Затем растение или фрукт подвергают гальваническому меднению.

Источник

… Иногда это не только интересно, но и «красиво»!

Как просили, продолжение рассказа Очень простого способа меднения предметов

Мой «первый блин комом в искусстве гальванопластики» 😉

Довольно долго раздумывал, чего бы эдакого увековечить в металле, даже не особо задумываясь, что получить что-либо стоящее (без навыков) шансов у меня 0,0… :)))

— наверное, для обзора, вполне достаточно было взять совсем простой предмет, но хотелось выпендриться порадовать моих читателей чем-нибудь более существенным и необычным

Пчелка. ГДЕ ВЗЯТЬ ПЧЕЛКУ почти зимой!? Может подойдет муха?

… я все таки нашел пчелу, правда в несколько задрипанном состоянии, досталось ей за несколько лет в кулечке (вспомнил, что товарищ дарил пчелиный подмор, эдак лет пять назад)
Была тогда еще весьма презабавная ситуация, когда на досмотре в аэропорту у меня обнаружили кулек с «дохлыми мухами» и до-о-лго недоверчиво их перебирали в поисках чего-то еще более неожиданного:)))

Для создания шедевра выбрал более-менее «комплектную», приклеил каплей меда клея к проволоке и пошел наносить токопроводящий слой.

Поиском нашел наиболее доступный (ближе и дешевле) «Графит» — 375руб.попадался и более известный «graphit 33», но он стоит в 4 раза дороже, а идти за ним дальше 😉

Есть способы самостоятельного изготовления подобных составов, но решил не тратить время на их описания/испытания- это отдельная, довольно обширная тема.

Закрепил пчелку к проволоке, а не цветку, так как планы были наполеоновские — отдельно патинировать ее и фрагменты цветка (в темный цвет), а уже позже все соединять в единую «композицию».
При покрытии токопроводящим лаком эта долбанная пчелка доставила немало хлопот 🙁 раза три она пыталась улететь с проволоки на землю в грязь, вероятно клей растворялся лаком и под струей газа из баллончика она «вспоминала теплое лето. »

С четвертой попытки, когда мой словарный запас матов уже заканчивался, мне все же удалось утихомирить неугомонное насекомое и покрыть ее и цветок слоем графита.
Покрывать лаком рекомендуется в несколько слоев.

Для того что бы был контакт, при последующих обработках, стебель цветка несколько раз обматывается проволокой.

Я использовал такой (с питанием от БП ноута):ссылка для покупки на Али — 1 119 руб.

можно взять более дешевый, описываемый ранее в обзорах (в том числе и мною) — ссылка на Али — 644 руб
Или вообще использовать ЛЮБОЙ другой, с возможностью регулировки напряжения от 0 до 5в и максимальным током до 2А.
Если на нем не будет режима ограничения тока, необходимо будет контролировать его вручную (в крайнем случае, отдельно подключенным прибором).

Ток в начале выставил около 0.5А (чуть позже поднял до 0.8)
Подключение, по описанной ранее схеме (+ на медный электрод-донор, минус на обрабатываемую деталь)

медный купорос, электролит (из автомагазина) и дистиллированная вода
­­­

50 грамм купороса необходимо размешать в 200-250 граммах воды, профильтровать, после чего осторожно долить 50 грамм электролита

Через несколько часов — уже получше!

В сумме, за пару суток цветок набрал 40 грамм меди!

По утолщениям (подгоревшие места) на кончиках лепестков цветка и листьях можно предположить, что в какой то момент использовался слишком высокий ток (или малое расстояние между анодом/заготовкой).
Кроме того, при этом слой меди получается довольно рыхлым и пористым и как-бы посыпанный песком.
(без обработки и нормальной промывки через пару недель медь потемнела.)

Было любопытно, обратим ли процесс (попытался снять часть меди). Результат получился несколько неожиданным, скорее всего просто слишком малый ток выставил, или раствор получился перенасыщенным (вода испаряется), однако вид необычный-цветок покрытый кристаллами купороса 🙂

подобный же кристалл вырос и на медном электроде

Главные ошибки в первом опыте: слишком высокий ток, не совсем правильный раствор и малое расстояние между электродами. И если электроды в этой импровизированной ванночке отодвинуть сложно, то все остальное вполне решаемо.

Далее будем использовать два различных раствора для покрытия и дополнительные для декоративной обработки (покажу самый минимум).

Опять собираем гальвано-установку.

В качестве донора меди (электрод) желательно использовать как можно более чистую медь, без мешающих примесей.

Неплохим вариантом являются обрезки медных трубок, оставшиеся после установки кондиционеров. Можно купить и обычный толстый медный провод в кабеле, но придется повозиться с разделкой и зачисткой.
Из зачищенного провода сгибаем спираль или гармошку и используем в качестве электрода-донора меди.
*Считается, что для нормального и равномерного осаждения меди, площадь анода должна быть в два-три раза больше площади заготовки, электрода должно быть два и располагаются они с разных сторон обрабатываемой детали.

Сначала даже более низким-обычно при «затяжке» (начале процесса) его устанавливают раза в два ниже номинального, до появления меди в месте соединения проволоки с нанесенным покрытием, затем увеличивают.

Вообще, по «учебнику», ток должен быть около 1 А/дм² от размера заготовки (но как в моем случае посчитать эту самую площадь!?), величина тока зависит и от состава электролита.
При сложной форме детали ток уменьшают в 2-3 раза.
На слишком больших токах медь подгорает, темнеет и хуже держится на заготовке

200 г медного купороса размешиваем в 600мл подогретой дистиллированной воды, фильтруем, добавляем 130 г электролита и догоняем дистиллированной водой до объема в 1л. В полученный раствор добавляем одну каплю унитиола (продается в аптеке), 0,05-0,08г Тиокарбамида (Тиомочевины), 0,05г соли. Тщательно перемешиваем и дает раствору немного «настояться».

Описываемый электролит, кстати, запатентован нашими соотечественниками еще в 70х годах

Состав показался довольно капризным- сначала он заработал (вроде бы), потом несколько дней бился, НИКАК не хотело блестеть… просто осаждалась матовое покрытие меди.
Пробовал намешать новый раствор (с чуть иными соотношениями компонентов), менял ток… не особо помогло.