«Гальванопластика – как способ обработки изделий»

Муниципальное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение
Средняя Общеобразовательная Школа №1
р.п. Лысые Горы. Саратовская область

Проект

«Гальванопластика – как способ

обработки изделий»

ученика 10 классаКузнецова Дмитрия

Руководитель: учитель химии
Валиахмедов Равиль Маратович

2019 г.

Содержание

Цели, задачи, актуальность.……………………………………….………………………..…3

Введение.…………………………………………………………………………………………..……4

Электролиты в гальванопластике.………………………………………………………….6

Токопроводящие слои.……………………………………………………………………….…..8

Составы электролитов, которые были использованы в ходе работы.……9

Токопроводящий лак.………………………………………………………………………….…10

Подготовка рабочего места и необходимого оборудования.………………11

Принципиальная схема.…………………………………………….…………………………..12

Погружение и замеры.…………………………………………….…………………..………..13

Процесс осаждения меди.………………………………………..……………………………..14

Результат.…………………………………………………………………………………………………16

Заключение……………………………………………………………………………………………...17

Источники…………………………………………………………………………………………………18

Цель:Покрыть предмет медью с помощью методагальванопластики

Задачи:

1) Найти литературу по теме «гальванопластика».

2) Найти оптимальный состав электролита для домашнего омеднения.

3) Покрыть изделиемедью.

Актуальность

Методом гальванопластики можно изготавливать ювелирные изделия и точные копии скульптур, монет и медалей. Также с помощью гальванопластики изготавливают иконы, бюсты и ювелирные украшения.Мне показалось возможным воспроизвести этот процесс в домашних условиях.

Объект исследования: Физико-химические процессы.

Предмет исследования: Гальванопластика, как способ покрытия неметаллическихизделия металлом.

Проблемный вопрос: Можно ли покрыть металлом неметаллические предметы.

Введение.

Гальванопластика - это процесс получения точных металлических копий путем электроосаждения металла. Однако в последние годы наряду с изготовлением точных металлических копий широкое применение получил способ изготовления объемных деталей, не преследующий цели снятия копии. Следовательно, более точное определение: "Гальванопластика - это получение или воспроизведение предмета электроосаждением"

. Борис Семёнович Якоби

Метод гальванопластики изобретён в 1838 году русским физиком Борисом Семёновичем Якоби.в 1836 г. Б.С. Якоби занялся подробным изучением гальванических элементов. Выяснилось, что при прохождении электрического тока через медную пластину, погруженную в воду и помещенную между двумя электродами, отделившаяся от пластины медь равномерно оседала на электроде (токопроводящем элементе), а затем, оторвавшись от него, в точности воспроизводила все особенности его рельефа. Это открытие – настоящая находка для скульпторов, ведь способом электролитического покрытия стало возможным получить любую копию в металле: осаждаясь, медь или другой металл воспроизводит любое изделие, находящееся в форме. Многие скульптуры в Санкт-Петербурге, а именно: на фасаде Исаакиевского собора, в Екатерининском парке, были получены именно этим методом.

Многие ювелиры, работающие с серебром, пользуются гальваническим способом нанесения металла: это не только экономит серебро, но и облегчает по весу ювелирные изделия.

Современные мастера рукоделия взяли на вооружение гальванопластику благодаря тому, что в результате получаются интересные и неповторимые изделия: бижутерия, статуэтки, фурнитура.

Применение гальванопластики дает возможность изготовить с высокой точностью полые детали сложной конфигурации без швов, пайки и сварки, что трудно сделать другими способами.

Широко используется в технике при изготовлении матриц в полиграфии, пресс-форм для прессования грампластинок и т. п.

Электролиты в гальванопластике.

Существует очень много электролитов, так как для осаждения разных металлов необходимы разные растворы электролитов.Из всех способов гальванопластики самым простым для работы в домашних условиях является омеднение, то есть покрытие медью.

Существующие электролиты омеднения подразделяются по своему составу на щелочные и кислые.

К группе щелочных электролитов относятся цианистые и нецианистые электролиты: железистосинеродистые, пирофосфатные и др. Основными из щелочных электролитов являются цианистые электролиты, являющиеся непревзойденными по качеству осажденной меди, высокой рассеивающей способности, возможности создания мелкокристаллической структуры покрытий.

К электролитам, наиболее приближающимся по своим свойствам к цианистым, следует отнести железистосинеродистый электролит, составленный на основе железистосинеродистого калия и сегнетовой соли.

К кислым электролитам относятся сульфатные и фторборатные электролиты. Их основные достоинства - простота состава и устойчивость в эксплуатации, но они обладают низкой рассеивающей способностью. Из кислых электролитов наиболее распространен сульфатный электролит. Основными компонентами сульфатных электролитов являются сульфат меди и серная кислота.

В качестве растворимых анодов применяют либо пластины из чистой меди, либо сборные аноды из небольших пластинок фосфористой меди.

В практике гальванопластики наибольшее применение получили электролиты омеднения, в частности простой сернокислый электролит примерного состава:

Сульфат меди……………. 200-250 г/л

Серная кислота…………... 70-100 г/л

Этиловый спирт…………. 10-50 г/л

Плотность тока ………….. до 2,5 А/дм2

Температура……………… 20-25 ºС

Преимущества этого электролита в том, что катодный и анодный выходы

по току равны 100%, что способствует длительной стабильной работе электролита. Кроме того, электролит малочувствителен к примесям тяжелых металлов, ионы которых могут попадать в раствор в технологическом цикле получения гальвано копией. Электролит нетоксичен, не имеет летучих компонентов, вредных для здоровья людей.

К недостаткам электролита следует отнести склонность его к дендрит образованию(наросты на осажденном металле), особенно при температурах ниже 15ºС, низкую рассеивающуюспособность и невысокие предельно допустимые значения катодной плотности тока.Два последних недостатка в большой степени компенсируются возможностью применения при осаждении меди различных приспособлений, улучшающих распределение тока первого рода: диэлектрических экранов, дополнительных катодов и анодов.

Токопроводящие слои.

Для обеспечения возможности электролитического осаждения металла необходимо создание на поверхности моделей специальных электропроводящих слоев. Традиционно самым распространенным способом создания электропроводных слоев является графитирование поверхности модели. Нанесение токопроводящего слоя.

Существует несколько разновидностей токопроводящих слоев, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Выбор токопроводящего слоя зависит от ряда факторов, и, прежде всего, от материала модели

Для моделей из эластомеров (каучуки, резины и др.) чаще всего используется коллоидный графит. Поверхность предварительно обрабатывают (протирают) ацетоном или спиртом, высушивают. Графит наносят мягкой кисточкой на поверхность модели, до тех пор, пока слой не будет выглядеть равномерным и однотонным. Излишки графита сдувают, после чего поверхность модели промывают водой.

Также, есть много различных токопроводящих аэрозолей, лаков и клеев. В состав этих средств могут входить углерод и металлы. Чем больше металла находится в лаке, тем быстрее будет осаждаться металл на предмет.

Составы электролитов, которые были использованы в ходе работы.

Так как в практике гальванопластики наибольшее применение получил простой сернокислый электролит, я выбрал два электролита следующего состава:

Состав 1(электролит матового омеднения):

* Дистиллированная вода 500 г

* Сульфат меди(CuSO4) -100 г

* Серная кислота 80 г

* Этиловый спирт 1,5 мл

* Желатин 0,5 г

Состав 2(электролит блестящего омеднения):

*Дистиллированная вода 500 г

*Сульфат меди() 100 г

*Серная кислота 100 г

* Желатин 1 г

После осаждения меди в первом электролите медное покрытие имеет хорошую пластичность, но поверхность покрытия матовая и шероховатая, а после осаждения меди во втором электролите, медное покрытие хрупкое, но имеет блеск. Поэтому сначала изделие обрабатывается в электролите матового омеднения, а в конце помещается в электролит блестящего омеднения и наносится блестящее покрытие.

Токопроводящий лак.

В ходе работы было испытано много разных способов нанесения токопроводящего слоя на изделие. Самое первое изделие раскрашивалось обычным карандашом. Такой метод нанесения подходит не для всех материалов и изделие омедняется очень долго, так как сопротивление нанесённого слоя очень большое.

После был опробован токопроводящий клей. Он изготавливался путем смешивания графитовой пыли, полученной из графитового стержня, и канцелярского клея. Клей наносился на поверхность любого изделия, но во время осаждения меди, токопроводящий слой отклеивался от изделия.

Затем я изготовил токопроводящий лак из лака для ногтей. Он изготавливался путем смешивания лака для ногтей, графитовой пыли, медной пудры и ацетона. Сначала смешивается лак, графитовая пыль и медная пудра в пропорции 2:2:1 и добавляется ацетон до тех пор, пока консистенция лака не станет нужной. Такой лак можно наносить на любые предметы, он хорошо держится на любых поверхностях и быстро сохнет.

Именно этим лаком я покрывал свои изделия для омеднения.

Подготовка рабочего места и необходимого оборудования.

Для омеднения изделия были использованы следующие предметы:

1. ванна для электролита

2. источник питания

3. цифровой вольт-амперметр

4. соединительные провода

5. медные электроды (аноды)

В качестве ванны использовался пластиковый контейнер из-под продуктов.

В качестве источника питания использовался самодельный стабилизатор напряжения с регулировкой выходного напряжения 0-12 вольт.

В качестве растворимых анодов использовался многожильный медный провод.

Принципиальная схема

Стандартная схема:

Так как у меня источник питания регулируемый, схема немного другая:

Погружение и замеры.

После погружения изделия в электролит, я присоединил к электродам провода питания. Расстояние между изделием и медным анодом около 5 см. Далее отрегулировал напряжение около 1 вольта. Во время осаждения меди в таких электролитах ток должен быть в пределах 10-20 мА на 1 квадратный сантиметр.

Но так на изделии медный осадок растет от места контакта провода с изделием, сначала ток не будет превышать несколько миллиампер. Со временем медь будет нарастать, и ток тоже будет расти, поэтому периодически приходилось понижать уровень напряжения.

После омеднения в первом электролите, я перенес изделие во второй электролит и осаждал медь еще около 30 минут.

После завершения омеднения промываем изделие под проточной водой и зачищаем металлической губкой для посуды, добиваясь максимального блеска.

Последним штрихом является нанесение лака на изделие. Лак можно использовать любой,бесцветный. Он нужен для того, чтобы металлическое покрытие не окислялась на открытом воздухе.

Я использовал бесцветный лак для ногтей.

Результат

В результате получаем предметы, полностью покрытые медной оболочкой.

Заключение

Таким образом, методом гальванопластики я покрыл предметы медью в домашних условиях.Данный процессне труден и человек желающий проделать этот эксперимент, может изготовить укрощение или произведение искусства не имея специальный труднодоступных материалов и оборудования.

Преимущество этого метода заключается и в том, что он дает возможность получать облегченное изделие с любой толщиной стенок, снижая расход металла, что особенно важно для применения гальванопластики в художественном и ювелирном искусстве.

Источники

https://www.livemaster.ru/topic/1722193-galvanika-retsepty-elektrolitov-chast-1

https://alcodistillers.ru/forum/viewtopic.php?id=793

17