Золочение: как гальваника придает благородный блеск

Гальваника или гальванизация – это электрохимический процесс осаждения одного металла на другом, в электролитической среде водных растворов солей и кислот, при котором молекулы солей, растворяясь в воде, распадаются на ионы ( положительно заряженные — водорода и металлов и отрицательно заряженные – водные и кислотные остатки). При прохождении электрического тока , через раствор, положительно заряженные ионы стремятся к катоду — электроду с отрицательным полюсом, а отрицательно заряженные ионы к аноду – электроду с положительным полюсом. В качестве катода используют покрываемое изделие, к нему стремятся ионы металлов заряженные положительно. В качестве анода используют пластинки из металла, используемого для покрытия.

Для каждого вида, толщины и качества покрытия соответствует индивидуальный режим электролиза. При всех гальванических процессах используются ванны, изготовленные из кислотоупорных материалов.

В результате электролитического осаждения металлов на поверхность украшения образуется металлическая пленка толщиной от долей мкм до десятых долей мм (1мкм=0,001мм).

Декоративная отделка художественного металла существовала уже в древние времена. В современном производстве для придания изделиям дополнительных декоративных свойств применяют технологию гальванообработки.

Гальванические покрытия в ювелирной практике используются в двух целях – как декоративное и как защитное.

В ювелирном производстве процесс гальванизации используется как для покрытия ювелирной бижутерии, обычно сделанной из недрагоценных металлов или сплавов, слоем золота или серебра, так и покрытия ювелирных украшений из серебра слоем золота, родия, оксидирование. Эти процессы применяются в декоративных и эстетических целях, для придания износоустойчивости и химической стойкости.

Золочение.

Золочение (позолота) – нанесение на изделие тонкого слоя золота от десятых долей мкм до 2-3 мкм (1мкм=0,001мм) и до 20-25 мкм, не только на изделия из недрагоценных металлов, но и украшения из серебра и золота ( выделение декоративных элементов, изменение цвета изделия).

Слой золочения в 2 мкм обеспечивает ровное, плотное, беспористое, износостойкое покрытие. Твердость покрытия превышает твердость любого литого золота более чем в два раза

Золочение всегда являлось наиболее распространенным способом отделки, потому что золото — один из первых металлов, ставших известными человеку. Кроме того, золото по интенсивности цвета, мягкости блеска, глубине тона и устойчивости декоративных качеств превосходит все другие металлы.

Золочением осуществляют и реставрацию золотых украшений и придают более эффектный внешний вид новым украшениям, так называемая «подсветка» изделия.

Интересно: В Древнем Египте применяли т. н. листовой метод золочения — на подготовленную поверхность изделий наклеивали 1-3 слоя тончайших лепестков золота. Этот способ широко применялся в Киевской Руси с 10-11 вв. н. э. Уже в 19 в. в России этим способом золотили железные или медные главы церквей, крыши, шпили дворцов. Срок службы листовых золотых покрытий достигал примерно 50 лет. Позднее стали применять огневой метод золочения — на поверхность наносили тестообразную пасту из амальгамы золота (соединение золота с ртутью). При нагреве изделия (из фарфора или металла) ртуть испарялась, а плотное золотое покрытие оставалось. Срок службы таких покрытий 100-150 лет. Начиная с середины 19 в. пользуются гальваническим методом золочения. Гальванический метод используют не только для Золочения, но и для покрытий из соединений золота с серебром, сурьмой, никелем, кобальтом, медью и др. Такие покрытия примерно вдвое повышают твёрдость поверхности и являются хорошим средством защиты её от коррозии.

Самой древней техникой является холодное золочение. Использовали ее еще ювелиры Древнего Рима. Серебряную или бронзовую основу обивали тонким золотым листом. С античных времен известна и техника золочения на огне. Золото, смешанное с ртутью, наносилось на изделие тонким слоем и обжигалось. Под воздействием высоких температур ртуть испарялась, и золото прочно соединилась с основой. Этот способ перестали использовать после того, как стали известны вредные свойства ртутных испарений. В 1865 году был открыт метод гальванического золочения и серебрения, применяемый и в настоящее время.

Слой золочения зависит от назначения украшения. Слой золочения для серебряных брошей, медальонов, серег обычно не превышает 1 мкм (микрометр, или микрон, равный 0,01 мм). Цепочки покрывают слоем 0,5 мкм. Большой популярностью пользуются частично золоченые изделия.

В периодической системе элементов Менделеева золото входит в группу благородных металлов, названых так из-за их неподверженности коррозии и окислению, т.е. химической стойкости. Золото не окисляется на воздухе и устойчиво при воздействии влаги, не вступает в реакцию с кислотами, щелочами, солями. Не подвержено воздействию сероводорода. Золото растворяется только в смеси соляной и азотной кислот — «царcкой водке» и в селеновой кислоте. Золото один из самых тяжелых металлов — плотность золота 19,32 г/см.куб. Золото очень мягкий, пластичный, ковкий и тягучий металл. Чистое золото царапается ногтем. Из 1 г золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км. Золото можно выковать так, что оно будет пропускать свет. Листы золота толщиной около 0,0001 мм (0,1 мкм) называются сусальным золотом. Они применяются для декоративных покрытий алтарей и куполов церквей. Золото — хороший проводник тепла и электрического тока. Золото — единственный металл, который в чистом виде имеет красивый ярко-желтый цвет. Оно имеет хороший блеск, который при полировке усиливается. Золочение металлов (в древности — амальгамный метод, в настоящее время — гальваническое золочение) широко используется в качестве метода защиты от коррозии (гальванические покрытия золотом контактных поверхностей, разъёмов, печатных плат) и придания изделию дорогого внешнего вида.

Оборудование. Актуально для гальваники в домашних условиях.

Емкости для растворов. Именно в них будут содержаться наши рабочие электролиты. Емкости лучше выбирать бесшовные, но это не обязательное требование.

ПОДОЙДЕТ любая полипропиленовая или полиэтиленовая посуда, баночки для специй, обрезки канистр и пр. В крайнем случае — новые эмалированные кастрюли, пока эмаль не растрескается (после этого стальная основа быстро корродирует, загрязняя раствор, а при сильной коррозии электролит может просто вытечь).

НЕ ПОДОЙДЕТ металлическая посуда, лавсан, ПЭТ бутылки из-под воды или минералки. Надеемся, что более экзотические материалы типа глины, дерева, ДСП вам в голову и не приходили.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Емкости должны быть герметичные и конструкционно жесткие, чтобы их не «расперло» в залитом состоянии. Проверять лучше обычной водой. Для усиления вокруг емкости можно пустить обвязку из дерева, металла, полимерных тросов.

Шины токоведущие. В верхней части емкости нужно будет сделать надрезы для крепления шинок или толстой проволоки, взятой из проводов. Шины далее будут подключаться к источнику тока. Если мы хотим осаждать металл, то одна шина, на которую и будет завешиваться деталь, подключается к (-), две других к (+), слева и справа от нее. На них разместятся аноды. При анодном оксидировании все делается наоборот. Сечение шин нужно выбирать исходя из ампеража постоянным током — чем выше, тем толще.

ПОДОЙДЕТ медная шина или проволока. И то и другое можно найти в электротехнических магазинах.

НЕ ПОДОЙДЕТ алюминий и сталь, т.к. они очень быстро корродируют, на них не получиться добиться хорошего долговременного контакта с деталью. Исключение — электрохимическое обезжиривнаие, когда шины могут быть сделаны из стали, но обязательно должны быть погружены в раствор.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Шины (-) и (+) не должны касаться друг друга. При обкусывании проволоки нужно защитить глаза от попадания мелких частичек. Чтобы случайно не закоротить катодную и анодную шину их концы можно заизолировать изолентой.

Аноды (противоэлектроды). При осаждении металлов аноды делают либо из того металла, который наносят, либо нерастворимыми — из нержавеющей стали, титана, свинца. При получении оксидов (анодировании) сама деталь выполняет роль анода и противоэлектроды к ней — катоды, делаются, как правило, из свинца и его сплавов.

Электролиты. Раствор, в котором происходят нужные нам реакции под током. Под каждый процесс нужен свой раствор. Какие-то компоненты, типа медного купороса или аккумуляторной серной кислоты можно купить в магазине, другие — нет. Электролит получается после разведения требуемых реагентов в воде до рецептурных концентраций. Мы рассмотрим составы растворов в отдельной статье.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Работать с электролитами лучше в латексных или нитриловых перчатках, обязательно в очках и под вытяжкой. Попадание растворов на кожу как правило не смертельно, но есть некоторые, способные вызвать ожоги (сильнощелочные или сильнокислые). Попадание азотной кислоты и хромовых солей на кожу почти моментально приводит к ее пожелтению. Хранить приготовленные электролиты можно в таре подобной рабочим емкостям. Однако, она должна быть герметично закрыта и находиться в недоступном для детей месте. Многие растворы имеют окраску и дети могут подумать, что это газировка или что-нибудь вкусненькое. ВСЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ ТОКСИЧНЫ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА!!!

Электролиты нельзя выливать в канализацию, как и промывные воды после них. Это наказуемое действие. Что делать с ними — это ваша личная ответственность!

Источник постоянного тока. Нужен прибор, преобразующий переменный ток в постоянный. Он называется выпрямитель. Он, кроме этого, понижает напряжение тока и повышает его ампераж.

ПОДОЙДЕТ фабричный выпрямитель с плавной регулировкой тока, стабилизацией по напряжению и пульсациям. Но он, как правило, неоправданно дорог, в пересчете на стоимость 1А выдаваемого тока. Отличная замена — зарядники для автомобильных аккумуляторов. Наилучшим решением являются ОРИОНы. Самые мощные из них выдают до 20А при 20В. Их применимость многократно была проверена нами на практике.

НЕ ПОДОЙДЕТ зарядники для бытовой техники и телефонов, сварочные аппараты (они не рассчитаны на длительную работу под нагрузкой), выпрямители без регулировки (если не снабдить их реохордами).

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Выпрямитель — электрический прибор, поэтому к нему применяются все нормы электробезопасности. Нельзя работать с ним мокрыми руками, допускать попадания на него растворов, аэрозолей, выхлопов из ванны. В случае сильного окисления компонентов внутри прибора он может устроить короткий прощальный «фейерверк».

Перемешивающие устройства. Многие растворы работают лучше, если их перемешивать. Можно использовать простую палочку и свои руки, но лучше доверить это дело «профессионалам». Так, отлично подойдут аквариумные компрессоры. Чем больше объем аквариума, на который рассчитан компрессор, тем больше поток воздуха и интенсивнее перемешка.

ПОДОЙДЕТ аквариумный компрессор с плавной регулировкой. Без регулировки приборы менее универсальные, они могут слишком сильно перемешивать небольшие объемы электролитов, приводя к разбрызгиванию.

НЕ ПОДОЙДЕТ любые мешалки, в которых есть элементы, контактирующие с раствором и корродирующие в нем. Миксер, пожалуй, не очень хороший выбор, но если постараться….

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Компрессор тоже электрический прибор, как и выпрямитель. Здесь не будем повторяться. Что важно — проверять его нужно на требуемом объеме ванны, заполненной водой. Лучше, чтобы в лицо полетели брызги воды, а не химического раствора, если мощность компрессора будет подобрана неправильно.

Нагреватели. Часть растворов гальванике работает с нагревом до 50-60о С. Большая температура нужна редко. Просто засунуть кипятильник не получится. Он очень быстро прокорродирует и сгорит. В случае пробоя изоляции и за счет высокой электропроводности наших растворов можно дополнительно получить удар током при соприкосновении с рабочей емкостью. Чем же нагреть раствор в гальванике?

ПОДОЙДЕТ. Аквариумные нагреватели. Правда, едва найдутся рыбки, которые любят горячее джакузи при температуре 50о С. Поэтому такие нагреватели снабжаются термостатами с весьма узким диапазоном температур. Удалять термостат самостоятельно не стоит, т.к. нарушается герметичность нагревателя, а они рассчитаны на полное погружение. И все-же, если нужна температура несколько выше 30о С, то они вполне подойдут.

Можно использовать водяную баню. Поставить емкость с раствором в кастрюлю с водой и подогреть. Важно, чтобы раствор не выплескивался в кастрюлю, иначе в ней создастся со временем коррозионная среда.

Самый лучший вариант — профессиональные химически стойкие нагреватели, но они не всегда доступны и всегда дорогие.

НЕ ПОДОЙДЕТ. Бытовые погружные нагреватели. По причинам, описанным выше. И уж точно не стоит пытаться поставить ванну на нагревательную плитку.

Вытяжка. Она не влияет напрямую на процесс гальванизации, но делает его более безопасным. Чем мощнее — тем лучше.

ПОДОЙДЕТ. В домашних условиях можно использовать кухонные вытяжные зонты, но имейте в виду — они не химстойкие. Решетка же в них вообще выполнена из алюминия, которые быстро гниет от многих испарений. Можно применить канальные вентиляторы, но придется все равно делать вытяжной зонт. Мощным решением для дома являются вентиляторы МАРС, высасывающие более 600 м3 воздуха в час.

НЕ ПОДОЙДЕТ. Напольные вентиляторы, любая система вентиляции, способная вредить другим людям.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Вытяжку нельзя выводить в общую систему дома. За счет мощных вентиляторов вы будете передавливать испарения в квартиры соседей. Вообще, если вы собираетесь работать с парящими и аэрозолящими процессами — подумайте! По законодательству РФ ваши установки будут относиться к стационарным источникам выбросов, что влечет огромное количество последствий. Ответственность всегда лежит на вас, в.т.ч. и уголовная!

Серебрение.

Серебрение — гальваническое покрытие металлов слоем серебра толщиной от долей мкм (1мкм=0,001мм) до десятков микрон. Слоем серебра обычно покрываются изделия из недрагоценных металлов в декоративных целях, чтобы придать им более изысканный вид. В периодической системе элементов Менделеева серебро входит в группу благородных металлов, названых так из-за их неподверженности коррозии и окислению, т.е. химической стойкости. Интересно:Чистое серебро — тяжёлый (легче свинца, но тяжелее меди — плотность — 10,5 г/см), очень пластичный металл серебристо-белого цвета. Коэффициент отражения серебра близок к 100 %.

Вредность гальваники.

Гальваника — это вредно. Всегда! Если не обеспечить соблюдение норм безопасности, то можно доставить много проблем и себе и соседям. Поэтому гальванические предприятия уделяют особое внимание очистным сооружениям (очищают воду) и вентиляции (очищают воздух).

Заниматься гальваникой в промышленном масштабе дома нельзя, т.к. это, во-первых незаконное предпринимательство, во-вторых — поднадзорная деятельность (Росприроднадзор, МВД).

Вот статьи про вредность металлов для организма человека. Почитайте, сделайте выводы.

• Общие сведения о вреде тяжелых металлов для здоровья

• Влияние меди

• Влияние олова.

• Влияние хрома (особенно вредно).

• Влияние никеля никеля.

• Влияние NO3— Нитраты.

• Влияние PO43- — Фосфаты и пирофосфаты.

Родирование.

Родирование – нанесение на ювелирное украшение тонкого слоя родия, самого яркого и блестящего металла платиновой группы, толщиной 0,1—25 мкм на поверхность ювелирных изделий для повышения их отражательной способности и придания особой твердости и износостойкости, придает металлу интенсивный блеск, многократно увеличивая коэффициент отражения света от поверхности, благодаря чему ювелирное изделие, покрытое родием, сверкает и переливается. Интересно: Родий – драгоценный, редкий благородный металл платиновой группы, превосходящий золото, серебро и платину по химической стойкости Химически стойкий, гипоаллергенный. Твердость в 2,5 раза выше, чем у золота и серебра. Покрытие родием придает повышенную прочность изделию, защиту от атмосферного воздействия (потемнение серебряных изделий). Декоративные свойства – выделение элементов «под белое золото», а также усиление яркости цвета белого золота (т.к. сам сплав белого золота имеет слегка желтоватый оттенок). Технология родирования заключается в том, что на ювелирное украшение наносится слой более дорогого, редкого и престижного благородного металла, который придаёт поверхности изысканное холодное мерцание.

Цена гальваники.

Первое, что нужно понять – единой цены на гальванику для всех изделий не существует. Почему?

Вот пример: Если указать цену за покрытие, скажем, 60р за 1 кг.

1кг это может быть металлический брусок, который по площади не занимает почти ничего. Или это может быть проволока в размотанном виде, занимающая половину комнаты. По цене оба изделия будут стоить 60р. А теперь представьте насколько сложней покрыть проволоку, чем брусок?

Существуют ориентировочные цены для стандартных покрытий. Ими пользуются снабженцы, когда необходимо прикинуть бюджет на проект. Но окончательную цену гальванические предприятия укажут только когда посмотрят на чертежи изделий или сами изделия вживую.

С ценами на гальванику НПП Электрохимия Вы можете ознакомиться здесь. А лучше отправьте заявку менеджеру.

Оксидирование.

Оксидирование ювелирных украшений предназначено для защиты их от потускнения. Сущность процесса оксидирования заключается в нанесении на поверхность изделий химически стойкой защитной пленки, позволяющей повысить их декоративные качества и коррозионную стойкость. Оксидирование производится двумя способами: химическим и электрохимическим. При этом различают цветное оксидирование и бесцветное — пассивирование. Обработке оксидированием подвергаются изделия из серебра и недрагоценных металлов.

Оксидирование изделий из серебра. Изделия из серебра и с серебряным покрытием оксидируют (пассивируют) как химическим, так и электрохимическим способами. Процессы химического и электрохимического бесцветного оксидирования (пассивирования) осуществляются в растворах и электролитах, основным компонентом состава которых является хромовокислый калий.

В процессе цветного оксидирования изделиям придается окраска с самыми различными оттенками: синего, темного (черного), серого, светло-серого, темно-коричневого, кирпичного, желтого и т. д. Осуществляется цветное оксидирование, как правило, химическим способом, реже электрохимическим.

Оксидирование изделий из недрагоценных металлов. На практике процессы нанесения декоративно-поверхностного слоя на изделия из недрагоценных металлов называют не оксидированием, а патинированием. Покрытие слоем патины (оксидными и сульфидными пленками) придает изделию благородные оттенки оливково-зеленого, золотистого, коричневого, оранжевого, фиолетового и черного цвета. Патинирование выполняют химическим и электрохимическим способами.

В декоративных целях также применяют технологию оксидирование (чернение) — это один из процессов защитно-декоративной обработки серебра, заключающийся в образовании на поверхности серебряных изделий стойкой и равномерной пленки сульфида. Таким образом осуществляется покрытие серебряных или посеребренных изделий темным налетом, иногда переходящим к более светлому тону. Оксидированию часто подвергаются украшения с рельефным рисунком.

Интересно: Очень часто неправильно называют оксидированием окрашивание металлов, хотя и химическим путем, но не окислением их. Окрашивание металлов было известно очень давно, хотя главным образом окрашивание производилось покрыванием одного металла другим. Например, алхимик Зосим (IV в. после Р. Х.) описывает осаждение меди на железных предметах при погружении их в растворы медных солей; Парацельс много позже (XVI в.) упоминает о серебрении подобным путем медных предметов. Обыкновенно окрашиваются металлы: медь (латунь и бронза), цинк, железо, олово и серебро.

Украшения

Изделия из родированного серебра замечательно сочетаются с различными драгоценными камнями. По соотношению цена-качество, они достаточно выгодны.

Если вы хотите, чтобы вами восхищались, выбирайте серебряные украшения с аметистами, топазами, убинами, гранатами, бирюзой. Очень выгодно выглядят украшения из родированного серебра с янтарем.

Они всегда выглядят шикарно и привлекают внимание окружающих. Родированные украшения с фианитами очень похожи на изделия с бриллиантами, но стоят в разы дешевле, а по внешнему виду ничуть не уступают бриллиантам.

Конечно, украшений для женщин больше, чем для мужчин. Это могут быть всевозможные кольца, кулоны, серьги, браслеты. Но представителей сильного пола тоже можно порадовать кольцом из радированного серебра, а так же преподнести в подарок запонки.

Многие ювелирные мастерские могут предложить вам сделать украшение из родированного серебра на заказ. Дешевой такую услугу не назовешь, однако вы можете стать обладателем уникального украшения.

Изделия из родированного серебра невозможно отличить от платины. Визуально это не сможет сделать даже опытный ювелир.

Платинирование и палладирование.

это самые современные методы гальванообработки — являются способами нанесения декоративных покрытий, но, как правило, применяются как подслой под родирование. Посредством платинирования и палладирования изделия приобретают яркий металлический блеск, значительно улучшаются внешние характеристики изделий, удивительный цвет металлов прекрасно передает все драгоценные свойства платины и палладия.

Защитные покрытия

позволяют сохранить блеск и цвет ювелирных изделий длительное время (от нескольких месяцев до 2-3 лет). Защитные покрытия (ингибиторы) не только защищают изделия от потемнения, но и обладают прекрасным полирующим эффектом. Например, защитные покрытия серебра от потемнения (пассивация) позволяют сохранить блеск и цвет ювелирных изделий длительное время.

Как ухаживать за серебряными изделиями?

Кольца, серьги и цепочки из серебра могут сохранять первозданный вид десятки лет. Для этого достаточно придерживаться простых рекомендаций:

• снимать украшения перед мытьем посуды, душем, другими водными процедурами;
• периодически протирать изделие мягкой фланелевой тряпочкой;
• примерно раз в 1-2 месяца промывать проточной водой;
• не хранить украшения на держателях – воздух ускоряет потемнение. Лучше использовать для хранения шкатулку или мешочек из плотной ткани.

Если изделие все-таки почернело, вернуть ему красоту можно множеством подручных средств – от нашатырного спирта до губной помады. Если вы суеверны, то серебряным украшениям придется периодически делать энергетическую чистку, чтобы убрать накопившийся в них негатив.

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 18-200С и фильтрации раствор можно использовать.

При интенсивном использовании электролит необходимо фильтровать для удаления шлама — порошкообразной меди, графита и пыли. Шлам постепенно накапливается в растворе, оседает на дне и стенках емкости, мелкодисперсные частицы образуют взвесь, которая может загрязнять получаемые осадки меди. На количество шлама влияет качество меди, использованной при изготовлении анодов, а также повышенная плотность тока в процессе.

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.