Гальваника: как металл защищает металл
Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация
Мы часто сталкиваемся с результатами гальваники, даже не задумываясь об этом. Защитные и декоративные покрытия на деталях автомобилей, устойчивые к коррозии крепежи, блестящие элементы бытовой техники, надежные контакты в электронике — во всех этих случаях ключевую роль играет тонкий металлический слой, нанесенный с высокой точностью. Именно гальваника делает изделия долговечными, функциональными и приспособленными к работе в сложных условиях.
За этим, на первый взгляд, сугубо инженерным процессом стоит долгая научная история. Путь к пониманию природы гальванического осаждения начался с неожиданных экспериментов XVIII века, а практическая гальванопластика появилась благодаря российскому ученому Борису Якоби.
Об открытии гальваники и о том, как сегодня предприятия Ростеха применяют эту технологию в своей работе, — читайте в нашем материале.
Лягушки Луиджи Гальвани
Гальваника — это технологический процесс обработки поверхности изделия тонким слоем металла с помощью электрического тока. Процесс основан на электроосаждении. Деталь, которую необходимо покрыть металлом, подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока (катоду). Металл, который нужно осадить, — к положительному (аноду). Оба элемента погружаются в раствор электролита. Когда по системе начинает протекать ток, ионы из анода переходят в раствор, а затем осаждаются на поверхности катода, формируя плотный равномерный слой.
Лаборатория, в которой Гальвани проводил свои опыты. Гравюра: wikipedia.org
Исследование гальванического процесса не было легким и быстрым. Более двухсот лет назад итальянский профессор медицины, физиолог и анатом Луиджи Гальвани заметил, что при контакте разных металлов возникает электрический ток. Это случилось тогда, когда ученый описывал процесс сокращения мышц задних лапок свежепрепарированной лягушки, закрепленных на медных крючках, при прикосновении стального скальпеля. Гальвани понял, что перед ним что-то новое, и тщательно исследовал это явление. Необычные наблюдения были истолкованы первооткрывателем как проявление «животного электричества». По его имени весь процесс и был назван гальваникой.
Однако его соотечественник Алессандро Вольта спустя несколько лет проделал серию опытов и пришел к выводу, что причиной сокращения мышц служит не «животное электричество», а наличие цепи из разных проводников в жидкости. Финальную же точку в 1836 году в разработке теории этого необычного процесса поставил российский физик Борис Якоби.
«Великое великим парит и осеняет»
Борис Семенович разработал оригинальный медно-цинковый гальванический элемент, состоявший из цилиндрического медного катода и цинкового анода, которые были погружены в раствор электролитной натриевой соли. Пропустив через эту конструкцию электрический ток, ученый обнаружил, что цинк переходит в раствор и образует соли, под воздействием которых медь растворялась и оседала на катоде легко отделяемыми металлическими листами, повторяющими форму цилиндра.
Изначально, получив результаты испытаний, Борис Якоби подумал, что медный цилиндр просто был изготовлен из некачественной меди, слои которой отслаиваются друг от друга. Но его подчиненный, поставлявший медь, выразил протест и заверил, что медь хорошего качества. Тогда ученого заинтересовало происхождение медного осадка. Он начал сравнивать внутреннюю поверхность осадка с внешней поверхностью цилиндра и увидел микроцарапины на внутренней и внешней поверхностях, абсолютно идентичные друг другу.
Борис Якоби. Литография Рудольфа Хохмана / wikipedia.org
Так была изобретена гальваника. 5 октября 1838 года работу ученого представили на заседании Санкт-Петербургской академии наук. К письму в академию Якоби приложил гальванопластическую копию гравировальной доски с изображением двуглавого орла. Рядом с орлом жена ученого Анна оставила надпись: «Великое великим парит и осеняет».
Первый в России гальванический завод открылся в Санкт-Петербурге уже шесть лет спустя, в 1844 году, и имел длинное название — «Гальванопластическое, литейное и художественной бронзы механическое заведение». Здесь в промышленном масштабе наносили гальваническое покрытие на статуи, барельефы и скульптуры.
С тех пор технология гальванического процесса продолжала совершенствоваться. Сегодня гальванические решения позволяют защитить металлы от коррозии, сохраняют их свойства. Например, в электронике гальваника обеспечивает надежный электрический контакт и защиту от окисления, а в машиностроении продлевает срок службы деталей, работающих в сложных условиях.
Мастера гальванических процессов
В дивизионе «Автоматика» холдинга «Росэл» значительные успехи в оказании гальванических услуг демонстрирует пензенское производственное объединение «Электроприбор». Выручка предприятия за прошедший год по этому направлению увеличилась вдвое. На гальваническом участке собрана команда высококлассных специалистов, которые работают на современном оборудовании. Производственные линии предприятия полностью автоматизированы: каждый этап технологического процесса — от дозирования химических добавок до последовательности обработки деталей — контролируется в автоматическом режиме.
Фото: ПО «Электроприбор»
«Мы видим большую заинтересованность в гальванических решениях со стороны заказчиков, которая подтверждает высокое качество нашей работы. На предприятии используются составы электролитов, позволяющие получать покрытия, соответствующие ГОСТ 9.301-86 и гарантирующие надежность даже в условиях экстремальных температур, повышенной влажности и агрессивного механического воздействия», — прокомментировал генеральный директор ПО «Электроприбор» Алексей Трошин.
Все гальванические ванны оснащены защитой от перегрева и датчиками уровня, которые контролируют количество раствора, предназначенного для процесса гальванизации. На каждой линии используется оборотная вода, что минимизирует риски загрязнения окружающей среды. Сегодня специалисты ПО «Электроприбор» осуществляют нанесение более 30 видов химических и электрохимических покрытий на детали из стали, алюминия, меди и их сплавов.