Технология наращивания копии

В зависимости от природы материала модели выбирают технологию наращивания копий. Следует различать технологию электрохимического процесса в гальванопластике с применением неметаллических и металлических моделей.

Нанесение первичных слоев металла (затяжка) на неметаллическую модель с электропроводным слоем на поверхности выполняют при плотности тока не более 2 А/дм² (это ограничение определяется толщиной электропроводной пленки).

На электропроводные слои серебра рекомендуется наносить первичные слои из сернокислых и сульфаминовокислых электролитов никелирования, щелочных электролитов никелирования, меднения и серебрения. Не следует использовать хлористый электролит никелирования и сернокислый электролит меднения — первый из-за взаимодействия серебряной поверхности с ионами хлора, второй — из-за высокого содержания серной кислоты, вызывающей местное растворение тонкого (-0,1 мкм) серебряного слоя.

Из любых электролитов наращивают копии на электропроводные слои, полученные химическим меднением или никелированием.

Электропроводные халькогенидные слои используют под затяжку никелем из сернокислых и сульфаминовокислых электролитов, реже — из щелочных электролитов никелирования, меднения, серебрения.

Электропроводный слой из порошков меди, никеля, бронзы, серебра позволяет применять для затяжки любой электролит. На графитированную поверхность лучше осаждать медь.

Критерием при выборе электролита для затяжки формы является низкое напряжение (а = 0+0,005 ГПа) в осаждаемых слоях металла. В некоторых случаях для этой цели применяют специальные электролиты (например, в электролиты никелирования вводят серосодержащие органические добавки), в других — затяжку и интенсивное наращивание проводят в одном и том же электролите, например в электролите сернокислого меднения или сульфаминовокислом электролите никелирования.

Затяжка моделей электропроводным слоем — ответственная операция. Требуются тщательное соблюдение технологии и высокая квалификация персонала. Электролиты для затяжки тщательно очищают прокачиванием через пресс-фильтр, активированным углем, селективным электролизом. Эти электролиты должны содержать ПАВ, смачивающие модифицированную поверхность формы для получения беспористого первичного слоя.

Нанесение первичных слоев на поверхность металлических моделей легированной стали, никеля, меди, медных, цинковых, алюминиевых сплавов имеет свои особенности, проявляющиеся во взаимодействии их поверхности с разными электролитами. На указанные металлы и сплавы первичные слои осаждают из цианистых электролитов (медь можно осаждать из пирофосфатного электролита меднения; в этом случае даже при резком увеличении силы тока первичный слой может быть некачественным). После затяжки окончательное наращивание копии продолжают из любого требуемого по технологии электролита. На низколегированные стали первичный слой наносят из щелочных электролитов.

Поверхность моделей легированных сталей и никеля перед наращиванием копии из меди модифицируют тонким слоем никеля из хлористых электролитов, а поверхность медной модели перед изготовлением никелевой копии модифицируют никелем и наносят разделительный слой. Не следует забывать о нанесении разделительного слоя в соответствии с технологией.

Разделительные слои также зависят от типа электролита. Естественные окисные слои и слои, полученные в присутствии хромовокислого калия, используют главным образом для никелевой гальванопластики. Органические разделительные спои (остатки на поверхности после высыхания бензина, бензола, яичный альбумин и др.) применяют в медной гальванопластике. Яичный белок может служить разделительным слоем и при наращивании никелевых копий.

Сульфидные разделительные слои хорошо проявляют себя при нанесении на поверхность модели из никеля, меди, свинца, олова и их сплавов.

Интенсивное наращивание толстых слоев металлов выполняют после нанесения первичного слоя (затяжки). Производительность процесса гальванопластики определяется продолжительностью интенсивного наращивания. Наращивание при высокой плотности тока — ответственный этап, определяющий эксплуатационные свойства копии. Этому этапу должны предшествовать тщательные исследования. Для интенсивного наращивания пригодны в основном кислые электролиты никелирования и меднения, а также электролиты на основе указанных для осаждения сплавов. К ним относятся сернокислые, сульфаминовокислые, борфтористоводородные, кремнефтористоводородные, хлористые электролиты (последние два — только для осаждения никеля). Фторборатные электролиты меднения и никелирования для осаждения меди и никеля допускают плотность тока 20-40 А/дм², что в аналогичных условиях вдвое больше, чем в сернокислых и сульфаминовокислых электролитах.

Для интенсификации наращивания толстых слоев металлов применяют специальные способы:

подача электролита в межэлектродное пространство под давлением (эффективность зависит от скорости подачи и объема электролита между электродами; возможно увеличение скорости в 2-10 раз);

вращение или возвратно-поступательное движение катода (позволяет увеличить плотность тока в 1,2-1,5 раза);

уменьшение расстояния между катодом и анодом, одновременное использование струйной подачи электролита между ними и вращение катода или анода (позволяет увеличить скорость процесса электроосаждения в 10-100 раз);

перемешивание электролита воздухом (увеличивает плотность тока в 2-5 раз);

применение ультразвука (скорость увеличивается в 1,5-2,0 раза).

К перспективной технологии следует отнести получение копий, состоящих из слоев металлов с различными свойствами, например слой никеля — слой меди, осажденной из электролита с выравнивающей добавкой, слой никеля — слой пластичной меди — слой железа. Послойное осаждение применяюти в том случае, когда рабочей поверхностью служат хрупкие сплавы (Ni-V, Ni-B), армированные пластичным металлом или сплавом. Послойное осаждение позволяет изготовлять изделия, сочетающие в себе свойства специальных сплавов и чистых металлов.

Нередко на рабочую поверхность копии (пресс-формы) наносят функциональные покрытия: хром, сплавы Ni-P, Ni-B, композиционные абразивные и антифрикционные составы, черный никель или хром, “бархатистый” никель и др.

Пример режима наращивания толстых слоев никеля на поверхность никелевого оригинала (формы) при изготовлении грампластинок приведен в табл. 4.4.

После нанесения первичного слоя на оригинал (форму) надевают кольцо, экранирующее форму по окружности.

Нанесение равномерных слоев металла — одна из острых проблем в гальванопластике. Существуют следующие способы

Таблица 4.4

Режим осаждения толстых слоев никеля

регулирования распределения металла по поверхности копии в процессе электролитического осаждения:

установка профилированных и дополнительных анодов, дополнительных катодов, биполярных электродов, непроводящих экранов;

введение выравнивающих добавок в электролит, использование импульсного и реверсивного тока, наложение переменного тока на постоянный;

перемешивание растворов, покачивание, вращение, вибрация деталей, использование ультразвукового и магнитного полей в процессе электролиза;

шлифование в процессе наращивания;

анодная электрохимическая обработка в процессе наращивания.