Изготовление изделий и деталей способом гальванопластики. В отличие от гальваностегии, требующей высокой прочности сцепления покрытий с основным металлом, гальванопластика имеет своей целью копирование изделий с последующим отделением полученной копии от изделия. Таким путем производится формование деталей, копирование художественных изделий и изготовление гальваническим путем сложнопрофилированных изделий, получение которых другими способами невозможно или нецелесообразно. Способом гальванопластики изготовляют трубы переменного сечения, матрицы патефонных пластинок, наносят электропроводные схемы на платы из пластмасс, готовят бюсты и статуи, металлические сетки и фольгу с микронной толщиной, печатные стереотипы и прочие металлические изделия. В качестве металла для наращивания стенок деталей обычно применяют гальванически осужденную медь, реже никель или железо и лишь в специальных случаях другие металлы.

В общем виде всякий гальванопластический процесс можно разделить на четыре последовательные стадии: 1) формование оттиска для матрицы; 2) обработка оттиска или матрицы, заключающаяся в создании электропроводного слоя на поверхности неметаллической формы, или разделительного слоя, если форма выполнена из металла; 3) гальваническое получение металлической копии; 4) отделение копии от формы с последующей механической или химической отделкой копии, если в этом есть необходимость.

Выбор материала для изготовления формы, оттиска или матрицы зависит от конфигурации изделия, с которого необходимо снять копию. Так, для копирования деталей и изделий со слабым рельефом, особенно при условии многократного снятия копий с одной матрицы, лучше всего применять металлы. Так, например, для многократного копирования какого-либо барельефа или орнамента, его предварительно гравируют на стальной или медной плитке, а для изготовления трубок в качестве основы берут калиброванную круглую сталь. Для изделий глубокого профиля применяют заливку формы расплавленным алюминием, на который затем и производят наращивание меди с последующим вытравливанием алюминия из медной оболочки. При копировании художественных изделий из цветных металлов для изготовления матриц применяют легкоплавкие сплавы, состоящие обычно из висмута, олова, свинца и кадмия в различных соотношениях. Так, например, сплав, состоящий из 35% висмута, 35% свинца и 30% олова имеет температуру плавления 140° С.

Из неметаллических материалов и сплавов для изготовления матриц используют гипс, восковые и парафиновые композиции, стеарин и низкоплавкие пластмассы. Одна из экономических восковых композиций содержит в своем составе 25 вес. ч. натурального воска, 50 — парафина, 45 —церезина, 18 -графита и 4—скипидара. Расплавление восковых композиций производят очень медленно и на таком слабом огне, чтобы образование пузырьков газа было исключено. Оригинал перед заливкой композиции следует подогреть. Охлаждение застывающей композиции следует производить, возможно, медленней. Если в качестве заполняющей массы выбран гипс, то он перед заливкой должен быть настолько жидким, чтобы заполнить все мелкие детали рисунка. Поверхность металлических изделий перед покрытием заполняющей массой следует протереть графитом или маслом. Перед наращиванием медного слоя на металлические матрицы их поверхность покрывают разделительным слоем, предохраняющим металлы от сращивания. Для этой цели можно применим. 0,1%-ный раствор воска в скипидаре. Если же матрица изготовлена из воска, гипса или другого неметаллического материала, то на нее наносят электропроводный слой. Для создания электропроводного слоя применяют графитирование, бронзирование, химическое восстановление металлов, а для стекла и керамики — вжигание металлических паст, вакуум-катодное распыление, вакуум-термическое распыление и металлизацию.

Наиболее распространенным и старинным способом создания электропроводного слоя является графитирование, которое производят путем нанесения тонкого слоя графита кисточкой или ватой с растиранием его по поверхности до получения равномерного металлического блеска.

Из химических способов нанесения металлов обычно применяют химическое восстановление серебра на стекле или керамике. Для этого тщательно обезжиренные изделия на 2 - 3 с погружают с раствор хлористого олова SnCl2 2H2О с концентрацией его 2—3 г/л, промывают в воде и погружают в свежеприготовленный состав для серебрения. После осаждения пленки серебра детали промывают в воде и завешивают в ванну для наращивания меди. Перед завешиванием в ванну меднения следует обеспечить полное  смачивание подготовленных матриц в кислом медном электролите. Для этой цели матрицы на несколько секунд погружают в раствор, состоящий из сернокислого медного электролита и винного спирта, смешанных в соотношении 1 : 1.

 

Первичное покрытие матрицы по электропроводному слою называется затяжкой и производится в слабокислом электролите меднения без подогрева и перемешивания. Для этой цели можно применить следующий состав (г/л) и режим затяжки:

Медный купорос CuSO4 5H2O........................................   140—160

Серная кислота H2SO4    ..............................................   12—15

Винный спирт С2Н5ОН....................................................  30—50

Рабочая температура, °С..............................................    15—25

Плотность тока DK, Л/дм2      .......................................    До 5

Изделия завешивают в ванну под током, покачивая их в момент погружения так, чтобы в углубленных участках не оставалось пузырьков воздуха. Процесс затяжки продолжается от 0,5 до 2 ч. По достижении толщины первичного слоя в 5—15 мкм матрицы выгружают и перевешивают в ванну с медным электролитом для скоростного наращивания, состав которого приведен выше (см. стр. 26). Плотность тока зависит от выбранного режима. Толщина слоя меди составляет обычно не менее 1 - 2 мм.

Отделение копии от матрицы производят различными способами. Так, если форма матрицы это позволяет, разделение производят путем опиливания или обточки краев копии до обнажения разделительного слоя. Отделение гальванокопий от керамической основы происходит при погружении их в горячую воду за счет различных коэффициентов расширения. Матрицы из воска и легкоплавких сплавов выплавляют путем погружения в горячую воду. Алюминиевые основы вытравливают, погружая изделия в 15—20%-ный раствор каустической соды при 70—80° С. Освобожденные копии тщательно очищают от остатков матриц, опиливают по заданным размерам, а для придания массивности тыльную сторону заливают металлическими или любыми другими сплавами.

Для создания декоративной внешности лицевую сторону копий полируют, а затем никелируют, серебрят, оксидируют или покрывают другими металлами в зависимости от назначения.

Для снижения толщины слоя меди на различных поверхностях деталей и даже для полного прекращения наращивания меди можно пользоваться методом раздельного регулирования анодной плотности тока.

Меднение стальных деталей в целях местной защиты от цементации. Этот процесс не имеет специфических особенностей, как по составу выбираемых электролитов, так и по режимам осаждения меди. Его особенностью является безукоризненное качество медного слоя, определяемое беспористостью и абсолютной прочностью сцепления меди со сталью. Эти требования качества определяются тем, что процесс цементации проводится при температуре около 900 °С в газовой среде, постепенно и непрерывно выделяющей активный углерод. В этих условиях недоброкачественное медное покрытие беспрепятственно пропускает цементующий реагент

вследствие пористости или отслаивания, и готовые детали из легированных конструкционных марок стали переходят в окончательный брак. Если же меднение производится на внутренних поверхностях шестерен, подлежащих затем протяжке шлицев, то вместе с шестернями гибнут и протяжные броши, имеющие весьма высокую стоимость. Минимальная толщина слоя меди при защите от цементации принята по ряду технологических соображений и должна составлять не менее 10—15 мкм при обязательном условии беспористости и прочности сцепления.

Следует указать, что брак по пробою цементации может иметь место и при высоком качестве медного слоя за счет присутствия агрессивных примесей в карбюризаторе. Для твердых карбюризаторов такой примесью является сера в количествах, превышающих 0,12%, а для жидких карбюризаторов при газовой цементации агрессивными примесями являются: сера, содержание которой также не должно превышать 0,12%, кислород воздуха, проникающий в печи при отсутствии избыточного давления, и водород как неизбежная составная часть отходящих газов после расщепления карбюризатора.Технологический процесс меднения в целях местной защиты от цементации складывается из следующих основных операций.

1.    Монтировка в подвески. Материалом для подвесок следует брать железо, а в качестве изоляторов при меднении внутренних полостей — фарфор, винипласт или полиэтилен.

2.    Изоляция участков, не подлежащих меднению. Для этой цели наиболее целесообразно применить парафиновый сплав, состоящий из 70% парафина, 10% воска, 10% канифоли и 10% каменноугольного иска. Указанный сплав, разогретый до 90—100° С, наносят на детали способом погружения или кистью.

3.    Электрообезжиривание. Эту операцию производят в общепринятом составе при 15—25° С.

4.    Промывка в холодной проточной воде.

5.    Декапирование в 10%-ной смеси серной и соляной кислот при 15—25° С не менее 2—3 мин.

6.    Промывка в холодной проточной воде.

7.    Меднение. Эту основную операцию можно производить по одному из трех вариантов электролитов: а) меднение в цианистом электролите; б) ускоренное меднение в одном из кислых электролитов при высоких плотностях тока с подслоем меди толщиной 2-3 мкм из цианистого электролита; в) ускоренное меднение в кислом электролите с подслоем никеля толщиной не менее 3—5 мкм.

8.    Промывка в холодной проточной воде. Во время этой операции производят проверку пористости слоя меди по ГОСТ 16875—71 и если она более 3-5 пор на 1 см2, то детали снова завешивают в ванны меднения до получения слоя с требуемой пористостью.

9.    Снятие изоляционной массы. Удаление массы производят в горячей воде, а массу после выпаривания воды используют вновь.

 

10. Приемку медненых деталей производят на соответствие покрытия чертежу, на толщину слоя меди любым способом, применяемым для этой цели, и на прочность сцепления. Эту проверку производят натиранием медненых участков закругленным концом медного стержня. При плохом сцеплении на слое меди образуются характерные мелкопузырчатые вздутия, ясно различаемые без оптических приспособлений. В наиболее важных случаях медненые детали прогревают при 200—300° С в течение одного часа. При отсутствии вздутий и отслаивания покрытие считается годным по прочности сцепления.

Меднение по способу биполярного подключения деталей в электролите. Этот способ меднения применяется при одностороннем покрытии деталей, причем слой меди в этом случае может наноситься на одну из сторон плоских деталей (на внутреннюю поверхность цилиндрических деталей), например шестерен, у которых наружные зубья цементируются и калятся, на наружную поверхность кольцевых деталей и прочие изделия, для которых требуется лишь одностороннее покрытие. Оригинальность этого способа заключается в том, что поверхности, не подлежащие покрытию, совершенно не требуют изоляционного покрытия парафиновыми сплавами, лаками или резиновыми чехлами и вместе с тем, находясь в электролите, не покрываются медью.

 

Эта особенность позволяет весьма существенно снизить трудоемкость ручных работ за счет исключения изоляционных операций. Другая особенность процесса заключается в том, что детали не завешивают на катодные штанги и к ним не подводится контакт от источника постоянного электрического тока. Третьей особенностью процесса является его пригодность для всех цианистых и заменяющих цианистые электролитов, не создающих выпадения контактной меди. Особо отмечается его пригодность для всех видов гальванических покрытий при условии, что эти покрытия производятся не из кислых электролитов.

 

Сущность этого способа заключается в том, что покрываемые детали завешивают в щелочной или цианистый электролит на продольные штанги, помещенные между катодными и анодными шинами параллельно им, причем эти штанги изолируют от прямого электрического контакта с источником постоянного тока. Так, например, в качестве такой штанги используют стальную трубу или стержень с натянутой на него резиновой трубкой. Таким образом, штанга воспринимает лишь механическую нагрузку от массы деталей. Завеску деталей на штангу производят посредством изолированных подвесок: проводов с полиэтиленовой изоляцией, винипластовых хомутов, охватывающих детали по непокрываемым участкам, капроновых сеток и прочих изоляционных материалов, стойких в медном электролите. Крепление подвесок к деталям должно осуществляться только по непокрываемым участкам, не допуская касания и даже экранирования покрываемых поверхностей. Затем на анодные и катодные шины ванны завешивают медные электроды. Их форма зависит от конфигураций покрываемых деталей.

 

Так, при покрытии плоских деталей на катодные и анодные шины завешивают листовую медь, используя для этой цели резервные пластинчатые аноды, а. Если же детали имеют цилиндрическую форму (б), то внутренний электрод имеет форму трубки или стержня круглого сечения, а наружный электрод изготовляют в форме кольца из листовой меди, концентрически расположенного вокруг детали и имеющего высоту, равную высоте детали. При включении тока поверхность деталей, обращенная к анодам, заряжается отрицательно и, являясь катодом, покрывается слоем меди.

 

Соответственно, поверхность детали, обращенная к катодам, заряжается положительно, становится анодом и, следовательно, не покрывается медью. Граница покрытия регулируется изменением расстояния между анодом, деталью и катодом. При переключении полюсов соответственно меняются и поверхности покрытия. Процесс меднения можно вести и с нерастворимыми стальными электродами за счет обеднения электролита солями меди. Для осаждения меди требуется более высокое напряжение на шинах ванны, чем при непосредственном контакте.