TPZ I dio

TEHNOLOGIJA
POVRŠINSKE ZAŠTITE
Akademska godina 2010./11.
Literatura
M. Gojić, Površinska obradba materijala, Metalurški fakultet Sveučilišta
u Zagrebu, Sisak 2010.
I. Esih, Z. Dugi, Tehnologija zaštite od korozije, Školska knjiga,
Zagreb,1990.
I. Esih, Osnove površinske zaštite, Sveucilište u Zagrebu, Zagreb, 2003.
E. Stupnišek-Lisac, Korozija i zaštita konstrukcijskih materijala, Fakultet
kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb
2007.
S. Martinez, Elektrokemijska korozija materijala, predavanja,
http://www.corrosion-project.info/predavanja.
D.A. Jones, Principles and Prevention of Corrosion, 2nd Ed., Prentice
Hall, Upper Sadle River, 1996.
P.S. Litzinger, Protective Coatings, in Process Industries Corrosion
1986.
S. Martinez, I. Štern, Korozija i zaštita – eksperimentalne metode,
HINUS Zagreb, 1999.
UVOD
Konstrukcijski materijali u obliku bilo kakvih tvorevina podložni su
nenamjernim štetnim promjenama, tj. pojavama i procesima koji
smanjuju njihovu uporabnu vrijednost. Te promjene zahvaćaju
konstrukcijske materijale od trenutka njihova dobivanja pa sve do
otpreme na otpad ili na recikliranje, tj. u obliku poluproizvoda,
proizvoda ili dijela tehničkog sustava tijekom prerade, obrade,
skladištenja, prijevoza, montaže, primjene, zastoja i popravka.
Takve promjene nastoje se usporiti ili spriječiti mjerama i
postupcima posebne tehnološke discipline, zaštite materijala, koja
se obično naziva površinskom zaštitom.
Mnoge od tih pojava i procesa zbivaju se pri dodiru konstrukcijskog
materijala s nekim fluidnim medijem (sredinom, okolinom), tj. s
plinom ili kapljevinom. Najrašireniji je štetni proces ove vrste
korozija koja kemijskim meñudjelovanjem materijala i medija
razara materijal pretvarajući ga u drugu tvar, pri čemu se najčešće
nepoželjno mijenja i sastav medija.
Korozija je nenamjerno razaranje konstrukcijskih materijala
uzrokovano fizikalnim, fizikalno-kemijskim, i biološkim agensima.
Dolazi od latinske riječi corrodere, što znači nagristi.
Tehnički pojam korozije odnosi se na metalne i nemetalne
materijale, ali se u užem smislu često primjenjuje samo na metale.
Za razaranju nemetalnih materijala još se koriste izrazi degradacija
ili razgradnja nemetala.
Korozija je danas jedan od važnih čimbenika svjetske krize
materijala i energije i uzrok je znatnih gubitaka u gospodarstvu
svake zemlje.
opća korozija
rupičasta korozija
galvanska korozija
potpovršinska korozija
a) bubrenje; b) listanje
korozija u procjepu
selektivna korozija
INTENZIVNOST KOROZIJE (i druge karakteristike korozije) odreñuju:
unutrašnji čimbenici korozije
vanjski čimbenici korozije
• sastav
• vrsta okoline
• struktura
• koncentracija sastojaka
• tekstura
• pritisak
• oblik konstrukcije
• temperatura
• fizikalna svojstva
• brzina strujanja medija
• mehanička svojstva
• radijacija
• defekti u materijalu
• električni naboj
• napetosti u materijalu
• biološka aktivnost
• stanje njegove površine
Metode zaštite od korozije
Prevlake (metalne i nemetalne)
Elektrokemijske metode zaštite (metal se održava ili
u pasivnom stanju ili u stanju imuniteta, npr. katodna
zaštita)
Zaštita od korozije promjenom okolnosti, (npr.
primjena inhibitora korozije, promjena pH vrijednosti
medija i sl.)
Oblikovanje i konstrukcijske mjere
Odabir konstrukcijskih materijala (s gledišta
korozijske postojanosti).
Troškovi korozije prema metodama zaštite
Zaštitni premazi
Korozijski otporne legure
Plastika i polimeri
Korozijski inhibitori
Katodna i anodna zaštita
Troškovi usluga
UKUPNO:
108.6 milijardi $
7.7 milijardi $
1.8 milijardi $
1.1 milijardi $
1.0 milijardi $
1.2 milijardi $
121.4 milijardi $
Zaštita premazima
Primjena korozijski postojanijih materijala
Konstrukcijsko - tehnološke mjere
Elektrokemijske metode zaštite
(”žrtvovane anode”)
DEFINICIJA POVRŠINSKE ZAŠTITE
Kako se korozijske reakcije počinju odvijati na površini metala,
tj. na dodiru metal/korozijski medij, tako i sama zaštita treba
započeti na istom mjestu.
Ideja o zaštiti materijala djelovanjem na njegovu površinu je
vrlo stara, pa su tako npr. pri grañenju Solomonovog dvorca
950. god. p.n.e. u cilju zaštite od korozije, metalni elementi
prekrivani slojem bitumena. Površinu metala možemo zaštititi
primjenom prevlaka, premaza i uporabom odgovarajućih
inhibitora korozije.
Metode površinske zaštite
Prevlake
Premazi
Inhibitori korozije
Metode zaštite, temelje se na sprječavanju dodira izmeñu konstrukcijskog
materijala i okoline stvaranjem djelotvornog meñusloja (prevlačenje,
premazivanje, plastificiranje i sl.), čija debljina i
sastav ovise o
eksploatacijskim uvjetima i/ili djelovanju na unutrašnje (npr. legiranjem,
toplinskom obradom) i vanjske (npr. sniženje temperature, smanjenje
brzine strujanja fluida) čimbenike korozije.
„Lakovi i boje (prekrivna sredstva – premazi) su tvari tekuće,
pastozne, ili praškaste konzistencije koje, nanesene u tankom sloju
na podlogu, stvaraju čvrstu prevlaku. Takva prevlaka mijenja
svojstva površine na koju se nanosi, npr. boju, sjaj, otpornost na
habanje i koroziju“.
Prevlačenjem i premazivanjem se zapravo mijenjaju unutrašnji i
vanjski faktori koji utječu na koroziju, jer se s gledišta osnovnog
materijala mijenja okolina tj. vanjski faktori, a s gledišta agresivne
okoline karakter površine materijala tj. unutrašnji faktori.
Prema jednoj klasifikaciji prevlake za zaštitu metala
od korozije se dijele na:
metalne prevlake
konverzijske prevlake (nemetalne prevlake
formirane na površini metala pri odvijanju
kemijskih i elektrokemijskih reakcija)
nemetalne prevlake (organske i anorganske).
Sve metalne prevlake u odnosu na metal koji se zaštićuje
od korozije dijele se na :
metalne prevlake
katodne
Prevlake metala čiji je elektrodni
potencijal u promatranim uvjetima
pozitivniji
od
elektrodnog
potencijala metala koji se zaštićuje
(zlato, srebro, nikal, krom i olovo na
ugljičnom i niskolegiranom čeliku).
anodne
Prevlake metala čiji je elektrodni
potencijal u promatranim uvjetima
negativniji
od
elektrodnog
potencijala metala koji se zaštićuje
(cink, kadmij na ugljičnom i
niskolegiranom čeliku).
U uvjetima korištenja, neporozne katodne prevlake zaštićuju
osnovni metal od korozije pomoću njegovog mehaničkog
odvajanja od neposrednog dodira s vanjskom agresivnom
sredinom.
Na mjestima pora, brazdi i pukotina u poroznoj
nekompaktnoj katodnoj metalnoj prevlaci anodni
proces na osnovnom metalu brže se odvija nego
bez katodne prevlake. Objašnjenje bržeg otapanja
osnovnog metala u ovom slučaju je što, po
nanošenju porozne katodne metalne prevlake,
nepokrivena površina osnovnog metala u porama
prevlake djeluje kao anoda, tj. javlja se kombinacija
mala anoda-velika katoda.
Nanošenjem neporozne katodne metalne prevlake
ostvaruje se djelotvornija zaštita osnovnog metala
od korozije.
Porozne katodne metalne prevlake mogu
odreñenim uvjetima elektrokemijski štititi metal.
u
Elektrokemijska zaštita je moguća ako osnovni
metal u prisutnosti katodne metalne prevlake može
prijeći iz aktivnog stanja u pasivno.
Mehanizam zaštite metala od korozije pomoću
anodnih metalnih prevlaka je istovjetan s
mehanizmom djelovanja anodnih protektora.
Karakteristične anodne
prevlake metala u
atmosferskim uvjetima su prevlake cinka na čeliku i
prevlake sjajnog nikla nanesene na prevlaku mat
nikla na čeliku.
Grupi prevlaka na bazi kemijskih spojeva za zaštitu
metala od elektrokemijske korozije pripadaju:
oksidne, kromatne, fosfatne, sulfidne, oksalatne i
njima slične prevlake.
Zaštitno djelovanje prevlaka na temelju kemijskih
spojeva (konverzijske prevlake) objašnjava se
smanjenjem aktivne površine metala ili povećanjem
površine katodnih dijelova na metalu. Nastaju na
površini metala kao produkt kemijskih ili
elektrokemijskih reakcija. Najčešće su to fosfatne i
oksidne prevlake.
Pri formiranju konverzijskih prevlaka oksidnog
karaktera metal se prevodi iz aktivnog u pasivno
stanje, čime se objašnjava veća elektrokemijska
otpornost metala s prevlakama ovog karaktera.
Od nemetalnih prevlaka za zaštitu metala od
korozije najviše se koriste organske prevlake na
bazi polimera – premazi.
Difuzija vode i kisika kroz premaze na površini
metala ne može se spriječiti, pa se u takvim
slučajevima zaštita metala ne može ostvariti
usporavanjem katodne reakcije.
Anodna reakcija u korozijskom procesu, koja se
sastoji od prijelaza iona metala iz njegove
rešetke u otopinu i odvajanja elektrona, može se
usporiti na dva načina:
nanošenjem premaza koji čini elektrodni
potencijal metala dovoljno negativnim (katodna
zaštita),
pomoću filmova koji su nepropusni za ione
metala, pri čemu se sprječava ili usporava
prijelaz iona u otopinu (pasivacija).
Nemetalne prevlake mogu još biti metalni oksidi i
keramike.
Zaštita površine metalnih konstrukcijskih materijala
primjenom prevlaka, konverzijskih prevlaka i
premaza čini jedan od najčešćih i najekonomičnijih
vidova zaštite od korozije.
Pri izboru vrste i načina nanošenja prevlake
potrebno je prvenstveno krenuti od:
Svojstava zaštitnih metalnih i konverzijskih
prevlaka
Vrste i sastava korozijske sredine
Prirode osnovnog metala
Oblika i veličine predmeta za prevlačenje
Mehaničkog naprezanja prevlaka
Trajanja zaštite pomoću prevlaka.
Ove parametre je potrebno poznavati da bi se
izvršila ekonomska procjena te opravdanost izbora
odreñene prevlake.
Svojstva korozijske sredine su vrlo važna pri izboru
zaštitnih prevlaka a u ova svojstva spadaju:
kemijski sastav
temperatura
pritisak
promjena tih svojstava za vrijeme korištenja
prevlaka.
Potrebno je takoñer znati koji od čimbenika
korozijske sredine najviše utječe na sam tok
korozijskih procesa. Tako osnovni utjecaj na razvoj
atmosferske korozije imaju vrsta i stupanj
zagañenosti atmosfere.
Pri izboru prevlaka potrebno je prvo isključiti sve
materijale koji se u jednoj odreñenoj sredini ne
mogu upotrijebiti. Po pravilu je izbor prevlake
odreñen kemijskom otpornošću prevlake u
korozijskoj sredini.
Gotovo za svaku korozijsku sredinu nalazimo neki
metal koji je u njoj kemijski relativno otporan, pa se
kao takav može upotrijebiti u svojstvu prevlake.
Izbor metalnih i konverzijskih prevlaka u nekoj
korozijskoj
sredini
odreñen
je
kemijskim
ponašanjem prevlaka i svojstvima korozijske
sredine.
Osobine metalnih i konverzijskih prevlaka (fizikalna
i elektrokemijska svojstva, kemijska otpornost
prema
raznim
spojevima,
postojanost
u
atmosferskim uvjetima i ponašanje na visokim
temperaturama) su osnova pri izboru metalnih i
konverzijskih prevlaka za zaštitu metala od korozije.
Osnovni metal, koji se u cilju zaštite prevlači drugim
metalom, utječe na izbor vrste metala za prevlaku
kao i na način nanošenja te prevlake.
Konverzijske prevlake na metalima mogu se stvarati
samo u slučajevima reakcije samog metala i
otopine za nanošenje tih prevlaka.
Tako se npr. fosfatne prevlake stvaraju u pravilu na
čeliku, cinku, magneziju, aluminiju i njihovim
slitinama. Bakar i njegove slitine se ne fosfatiraju.
Oblik i veličina predmeta koji se zaštićuje, ne utječu
na izbor prevlake, ali način nanošenja prevlake ovisi
o obliku i veličini predmeta.
Često su prevlake izložene većim unutrašnjim
naprezanjima.
Na predmetima koji se izlažu djelovanju
promjenljivih sila, prevlake moraju biti elastične. Za
nanošenje takvih prevlaka primjenjuju se sastavi
otopina i uvjeti koji izazivaju najmanja unutrašnja
naprezanja u prevlakama. Unutrašnja naprezanja u
prevlakama mogu se ukloniti i termičkom obradom.
Vrijednost prevlake se ocjenjuje i na temelju
mogućnosti da se oštećena mjesta prevlake mogu
popraviti. Djelotvornom zaštitom metala pomoću
prevlaka predviñeni su i načini popravaka manjih
oštećenja i odgovarajući postupci za sprječavanje
korozije koja nastaje na mjestima oštećenja.
Vrijeme trajanja zaštite metala od korozije pomoću
prevlaka nanesenih na različite načine je različito.
Način zaštite površine metala se odabire i prema
potrebnom vremenu trajanja zaštite. U izvjesnim
slučajevima prevlaka treba štititi predmet samo za
vrijeme skladištenja ili za vrijeme transporta; u većini
slučajeva prevlaka treba štititi predmet za čitavo
vrijeme njegove upotrebe.
Same prevlake ne moraju biti takve da omogućuju
neograničenu zaštitu, pošto je takva zaštita
površine predmeta skuplja i od samog predmeta.
Površinska obrada metala mora biti ekonomična.
Razmotrivši sve ove čimbenike zaštite, možemo
zaista odabrati koju prevlaku možemo koristiti na
kojem
osnovnom
materijalu,
u
kakvim
eksploatacijskim uvjetima te uz kakvu cijenu
koštanja.
PRIPREMA POVRŠINE ZA PREVLAČENJE
Svrha pripreme:
čišćenje površine (uklanjanje masnih tvari, produkata korozije i
drugih različitih onečišćenja),
postizanje željene kvalitete površine (optimalne hrapavosti odnosno
glatkoće površine).
Priprema površine metala
mehanička
termička
kemijska
elektrokemijska
Priprema površine metala se sastoji od uklanjanja:
onečišćenja,
masnoće,
okujine,
produkata korozije,
starih premaznih sredstava,
soli,
te neutralizacije i uklanjanja kiselina i lužina i svega
ostalog što bi kasnije sprječavalo dobro vezivanje
premaza za metal i omogućavalo koroziju ispod premaza.
Za djelotvornu zaštitu premazima nije dovoljna primjena
kvalitetnih premaznih sredstava, nego i besprijekorna priprema
površine koja se štiti.
U mnogim slučajevima bolja zaštita se može ostvariti
nanošenjem manje kvalitetnih premaza na dobro pripremljenu
površinu, nego najkvalitetnijim premazima na površinu koja
nije pripremljena na najbolji način.
Mehanička priprema
Brušenje (grubo i fino) - abrazivnim zrncima. Ručno ili
strojno brušenje. Najčešće se koriste rotacijski alati i to
obično kolutovi koji se montiraju na produljenu osovinu
elektromotora.
Poliranje – finija zrnca, s većim polumjerom
zakrivljenosti na bridovima (manje oštri bridovi).
Poliranjem raste glatkoća, zbog skidanja čestica i
utiskivanja mikroizbočina (paste i prah za poliranje).
Četkanje - četkama od žica ili vlakana, ručna ili strojna
obrada.
Obrada u rotacijskim ureñajima (bubnjevima) rotacijom dolazi do brušenja i poliranja predmeta.
Čišćenje površine mlazom abraziva - najefikasnija
metoda. Koriste se dvije glavne skupine abraziva:
mineralni abrazivi (kvarcni pijesak) i metalni abrazivi
(sačma). Metoda čišćenja mlazom mokrog abraziva kombinacija suhog abraziva i vode.
Tablica 1. Tvrdoća i uporaba nekih abrazivnih materijala kod postupaka
brušenja i poliranja
ABRAZIV
TVRDOĆA PO
MOHSOVOJ SKALI
UPORABA
elektrokorund
(Al2O3)
9.5 - 9.7
za brušenje lijevanog željeza,
bakra, mesinga, bronce,
aluminija
Cr2O3
9
za poliranje čelika, kromnih
prevlaka i plemenitih čelika
prirodni korund
8-9
za poliranje metala na visoki
sjaj i izradu traka i papira za
poliranje
Fe2O3
5.5 – 6.0
Za poliranje predmeta od zlata i
srebra, čest sastojak pasti za
poliranje čelika i mesinga na
visoki sjaj
Čišćenje abrazivom ostvaruje se pomoću specijalnih aparata
najrazličitijih konstrukcija, ali sa istim principom rada; mlaz
abraziva s komprimiranim zrakom prolazi kroz mlaznicu, udara
u površinu i čisti je. Razmak od mlaznice do površine koja se
čisti, kut usmjeravanja mlaza na površinu, vrsta abraziva,
veličina čestica abraziva i vrijeme čišćenja ovise o vrsti i
veličini objekta ili predmeta koji se čisti i od stanja njegove
površine.
Osim cijene koštanja i fizikalnih svojstava abraziva, pri njihovu
izboru za svaki pojedini slučaj primjene treba voditi računa o
veličini zrna sačme i njihovom upotrebnom vijeku koji
pokazuje koliko puta se jedan isti abraziv može djelotvorno
upotrijebiti. Uglavnom se koriste dvije glavne skupine
abraziva: metalni i mineralni.
Prednost metalnih abraziva je relativno dug upotrebni
period, dobra kvaliteta čišćenja i mala zaprašenost zraka. Ali
zbog visoke cijene koštanja, a i da bi se višestruko koristili,
metalni se abrazivi primjenjuju isključivo u zatvorenim
komorama koje su opremljene ventilacijskim sustavom.
Kada se željezni i čelični abrazivi ovlaže, vrlo brzo dolazi do
njihova intenzivnog korodiranja, oni se zgrudvaju i postaju
neupotrebljivi. Dodatak SiC sprječava ovu pojavu. Vrsta, oblik
i veličina abraziva opisani su meñunarodnim normama
ISO 11124 – ISO 11127.
Kvarcni pijesak se koristi na otvorenom prostoru za čišćenje
konstrukcija većih dimenzija. Prašina koja se razvija pri
procesu pjeskarenja ometa druge radove u blizini i ugrožava
zdravlje ljudi. Zbog toga je pogodniji modificirani postupak
pjeskarenja - hidropjeskarenje (koristi se smjesa kvarcnog
pijeska i vode što onemogućava nastajanje i širenje prašine).
Čišćenje korodiranih površina broda hidropjeskarenjem
Da bi se spriječila korozija mokre ispjeskarene površine čelika,
u vodu se dodaje inhibitor korozije (NaNO2, Na3PO4, K2CrO4)
pod čijim se utjecajem površina čelika pasivira.
Pjeskarenjem se mogu obrañivati čelici (ugljični, niskolegirani,
nehrñajući itd.), lijevana željeza, obojeni metali i njihove
slitine, tvrdi metali itd.
Postupak ima i nekoliko ograničenja meñu kojima su najvažniji
veličina i oblik obrañivanih predmeta, površinska tvrdoća,
površinski uvjeti itd.
Čišćenje površine "ledenim projektilima"
Jedan od novijih načina čišćenja površine koristi
zrak pod tlakom, zaleñenu vodu i natrijev
hidrogenkarbonat.
Čestice suhog leda udaraju o površinu metala i
pri sudaru se raspršuju uz oslobañanje CO2 a
korozijski produkti i nečistoće se skupljaju u vodi
koja se zbrinjava.
Ledeni projektili imaju trostruko djelovanje na
površinu:
- mehanički udar uzrokuje odvajanje čestica s
površine
- toplinski šok dovodi do smrzavanja
površinskih onečišćenja i slabljenja površinskih
veza.
sublimacija CO2 pomaže odnošenju
površinskih onečišćenja.
"Sponge Jet System"
Jedan od novih načina obrade površine.
Metalni abraziv je obložen vodotopljivom poliuretanskom
spužvom koja je za njega kemijski vezana.
Boja, korozijski produkti i nečistoće uklonjene s površine
silinom udara čestica, obuhvaćeni su i drže se u spužvi.
Prednost ove tehnike je u smanjenju prašine (do 94%) i
u mogućnosti ponovne upotrebe oko 85-90% čestica.
Spužvom obložene abrazivne čestice mogu se reciklirati
5-15 puta, pa je količina otpada znatno smanjena.
Termička priprema
Temelji se na razlici koeficijenata širenja metala i hrñe,
dehidrataciji hrñe i karbonizaciji onečišćenja.
Sastoji se od uklanjanja produkata korozije plamenom.
Primjenjuje se acetilenski plamen visoke temperature ili
smjesa propana i butana u kisiku.
Slojevi onečišćenja pucaju i ljušte se, a potpuno se
skidaju
naknadnim
ispuhivanjem,
četkanjem
i
struganjem.
Kemijska priprema obuhvaća:
odmašćivanje,
nagrizanje,
čišćenje i poliranje kemikalijama,
fosfatiranje,
elektrodekapiranje.
Odmašćivanje
Odmašćivanjem se s površine metala uklanjaju čvrste i tekuće
masne tvari mineralnog ili biološkog porijekla te s njima
srodna onečišćenja.
ODMAŠĆIVANJE
organskim
otapalima
lužnatim
otopinama
parno
ultrazvučno
elektrolitički
Tablica 2. Neka svojstva važnijih organskih otapala masnih tvari
Naziv
Sastav ili
formula
Vrelište
t / ºC
Gustoća
Napomena
aceton
(CH)3CO
56
0.79
lako zapaljiv, miješa se s
vodom
etanol
C2H5OH
79
0.79
lako zapaljiv, miješa se s
vodom
izopropanol
C3H7OH
82.4
0.79
zapaljiv
benzin za čišćenje
smjesa
ugljikovodika
80 do 130
0.68
lako zapaljiv
zapaljiv, sporo isparava
petrolej
smjesa
ugljikovodika
150 do 250
0.80 do
0.82
plinsko ulje
smjesa
ugljikovodika
200 do 350
0.83 do
0.90
zapaljiv
trikloretilen
CHCl=CCl2
87
1.47
nezapaljiv, slab narkotik
tetrakloretilen
CCl2=CCl2
121
1.59
nezapaljiv, slab narkotik,
ekološki štetan
trifluortrikloretan
CClF2×CCl2F
48
1.57
nezapaljiv, neotrovan,
ekološki štetan – razara
ozonski omotač
Odmašćivanje lužnatim otopinama
Lužnate otopine za odmašćivanje pripremaju se iz
hidroksida, karbonata, silikata, borata i fosfata natrija i
kalija.
Odmašćivanje se vrši uranjanjem predmeta u spremnike
s lužnatim otopinama, uz miješanje pri temperaturama
izmeñu 50 i 100 ºC, u vremenskom periodu od 3 do 10
minuta.
Postupkom odmašćivanja na površini lužnatih otopina
stvara se masna pjena zbog nestabilnosti nastale
disperzije i niske gustoće masnih tvari. Pjena se uklanja
otpuhivanjem zrakom, lopaticama ili prelijevanjem
otopine s površine u posebni spremnik.
Parno i ultrazvučno odmašćivanje
Parno odmašćivanje - izlaganje hladnih predmeta pari
otapala koje vrije u donjem dijelu ureñaja. Para se na
površini predmeta kondenzira, a kondenzat otapa masne
tvari
i
otkapljuje
u
vrelo
otapalo.
Ultrazvučno odmašćivanje – ultrazvuk proizvode
vibratori uronjeni u otapalo. Valovi ultrazvuka, prolaskom
kroz otapalo, uzrokuju izmjeničnu ekspanziju uz tvorbu
šupljina (kavitacije) i kompresiju uz nestanak stvorenih
šupljina (implozije). Udarno djelovanje implozija odvaja
masne tvari od površine predmeta, pa otapalo lako
odmašćuje i predmete složenih profila.
Elektrolitičko odmašćivanje
ELEKTROLITIČKO
ODMAŠĆIVANJE
KATODNO
ANODNO
KOMBINIRANO
Pri elektrolitičkom odmašćivanju dolazi do elektrolize vode, tj. do
izlučivanja vodika na katodi i kisika na anodi prema jednadžbama:
katodna reakcija : 4H 2 O + 4e - → 2H 2 + 4OH anodna reakcija : 4OH − → O2 + 2 H 2O + 4e −
ukupni proces :
2 H 2O → 2 H 2 + O2
Vodik i kisik razvijaju se u obliku mjehurića koji, izlazeći iz kupelji,
snažno miješaju elektrolit neposredno uz površinu predmeta,
pospješujući time emulgiranje i suspendiranje masnih tvari. Oba plina
oslobañaju se u atomskom stanju u kojem su vrlo reaktivni pa
razaraju masne tvari redukcijom, odnosno oksidacijom, što ubrzava
čišćenje.
Nadgrizanje (dekapiranje)
Kiselinsko dekapiranje – (3 do 20%-na sumporna kiselina ili
klorovodična kiselina). Primjenjuje se za odstranjivanje
produkata korozije s čelika i lijevanog željeza. Oksidi i
hidroksidi željeza otapaju se uz nastajanje soli i vode.
Sumporna kiselina koristi se na temperaturama 40 – 80 ºC jer
pri sobnoj temperaturi djeluje presporo, dok se klorovodična
kiselina upotrebljava pri T = 20-35 ºC zbog razvijanja otrovnih
para.
2 FeO(OH ) + 3H 2 SO4 → Fe2 (SO4 )3 + 4 H 2O
Fe3O4 + 8 HCl → 2 FeCl3 + 4 H 2O
Čim kiselina doñe u dodir sa željezom, prodiranjem kroz porozni sloj
korozijskih produkata ili lokalnim otapanjem tog sloja, počinju
neželjene reakcije:
Fe + H 2 SO4 → FeSO4 + H 2
Fe + 2 HCl → FeCl2 + H 2
Da bi se usporile ove reakcije, kiselinama se dodaju inhibitori
korozije. Većinom se koriste organski inhibitori (npr. dekstrin,
želatina, škrob, tiokarbamid i sl.) a ponekad i anorganski inhibitori
(As2O3 za H2SO4, SbCl3 i SnCl2 za HCl).
Lužnato dekapiranje – (vruće 10 do 20%-ne otopine natrijeve
lužine uz dodatak oksidansa, reducensa ili liganada koji daju topljive
komplekse). Najčešće se lužnato dekapiraju Al i njegove slitine u 10%
otopini NaOH pri 20 – 60 ºC.
Dekapiranje talinama – (NaOH i do 4% reducensa ili oksidansa,
T = 350 do 450 ºC). Služi za skidanje debljih oksidnih slojeva s
visokolegiranih željeznih metala. Produkti dekapiranja tonu na dno
taline ili se otapaju u njoj.
Fosfatiranje je jedan od najboljih načina pripreme površine
metala za nanošenje premaza. Na površinu metala se djeluje
kiselom otopinom fosfata, uslijed čega se na njoj stvara film
fosfata netopiv u vodi. Takav film dobro štiti metal i
predstavlja odličnu podlogu za premaze budući da povećava
njihovu prionjivost za podlogu.
Fosfatiranje se ne primjenjuje za upotrebe u kiseloj sredini jer
u tom slučaju fosfati prelaze u lako topive soli.
Elektrodekapiranje
Elektrolitičkim nagrizanjem nastoji se ubrzati
uklanjanje korozijskih produkata s metala primjenom
istosmjerne struje iz izvora niskog napona (4 do 10
V). Elektrolitičko nagrizanje izvodi se u reaktoru s
kiselom kupelji u kojem je izradak katoda (katodno
nagrizanje) ili anoda (anodno nagrizanje).
Pri katodnom nagrizanju kupelj je otopina s 10%
sumpornom kiselinom i nešto kositrovog(II) sulfata.
Izvodi se na temperaturi od 60 - 70 ºC , uz gustoću
struje 0.08 – 0.1 A cm-2, obično s anodama od olova.
Za vrijeme trajanja postupka kositar se izlučuje i
zaštićuje očišćena mjesta od vodikove krtosti.
Simbolični prikaz katodnog nagrizanja u klorovodičnoj kiselini.
Pri anodnom nagrizanju za elektrolit se takoñer koristi
sumporna kiselina ili smjesa sumporne i fosforne kiseline.
Gubitak materijala predmeta je veći, ali se na njima ne može
razviti krtost površine. Takoñer je raspodjela elektrolita u
udubinama bolja, pa je postupak primjenjiv i u nagrizanju jako
profiliranih dijelova.
Najčešće se elektrodekapira kombiniranim postupkom, tj.
cikličkim promjenama smjera automatskim preklopnikom,
čime se izbjegavaju nedostaci pojedinačnog anodnog ili
katodnog postupka. poslije dovoljnog broja ciklusa katodne i
anodne obrade (npr. 20 s katodno i 12 s anodno) postupak
završava anodno kako bi se izbjegla vodikova krtost.
Protuelektrode su od stablinog materijala npr. grafita, olova,
nehrñajućeg čelika. Gustoća struje se kreće od 3-30 A dm-2.
Ureñaj za elektrokemijsko nagrizanje.
Izgled topa s potonulog Napoleonovog broda nakon skidanja sloja
korozijskih produkata elektrokemijskim nagrizanjem.
Za smanjivanje hrapavosti metala služi i elektrokemijsko ili
elektrolitičko poliranje (elektropoliranje) kojim se može postići
visoki sjaj ili polusjaj. Dijelovi se obrañuju anodno, tj.
spajanjem s pozitivnim polom izvora istosmjerne struje napona
8 do 24 V u korozivnim vodenim otopinama. Glavni anodni
proces je ionizacija metala koja teče brže na mikro izbočinama
nego u mikro udubinama. Kako otapanje metala teče po
Faradayevu zakonu moguća je regulacija brzine i kakvoće
obrade. Kao katode se koriste nehrñajući čelici, grafit, olovo,
bakar ili plemeniti metali.
Krivulja anodne polarizacije pri elektroplatiranju metala.
Ispiranje i sušenje
Izmeñu svih faza pripreme površine metala provodi se
ispiranje predmeta vodom. U industrijskim uvjetima,
ispiranje se provodi u odgovarajućim kadama s protočnom
hladnom vodom, u trajanju od 5 do 10 minuta, zatim u
kadama sa stalnim prilivom tople vode zagrijane na 80 ºC
u trajanju od 5 do 10 min.
Sušenje predmeta provodi se nakon svih postupaka
pripreme površine, na sobnoj ili povišenoj temperaturi koja
je propisana za svaki pojedini slučaj.
Nanošenje metalnih prevlaka
Postupci dobivanja metalnih prevlaka su:
elektroplatiranje ili galvanizacija,
dobivanje metalnih prevlaka vrućim postupcima,
oblaganje ili platiranje,
ionska izmjena.
Elektroplatiranje
Galvanotehnika, kao jedno od područja praktične primjene
elektrokemije, izučava procese elektrolize koji se primjenjuju
pri obradi površina metalnih ili rjeñe nemetalnih predmeta
putem elektrolitičkog taloženja metala.
Pod
pojmom
galvanotehnika
podrazumijevaju
se
galvanotehnički postupci za formiranje (tzv. galvanskih)
slojeva od jednog metala na podlogama od drugog
materijala, koji se izvode u elektrokemijskim reaktorima.
Galvanotehnika je postupak nanošenja metalnih prevlaka
katodnom redukcijom metalnih iona, tj. elektrolizom, a naziva
se još i galvanizacija ili elektroplatiranje.
Osnovni pojmovi
ELEKTROLIZA – elektrokemijska reakcija razlaganja
(razgradnje) elektrolita djelovanjem istosmjerne električne
struje.
KATODA – negativna elektroda, predmet na koji se želi
nanijeti prevlaka.
ANODA – pozitivna elektroda, topljiva ili netopljiva, najčešće
od metala koji se otapa i čiji ioni redukcijom na katodi stvaraju
metalnu prevlaku.
ELEKTROLIT – spoj metala koji daje prevlaku (najčešće u
obliku kompleksne metalne soli). U galvanotehnici se za
elektrolit često koristi i naziv kupelj iz razloga što elektroliti
redovito sadrže veći broj različitih dodataka.
STVARANJE
METALNE
PREVLAKE
–
rezultat
elektrokemijske reakcije redukcije hidratiziranih iona metala
na katodi i njihovog uklapanja u kristalnu rešetku metala.
Jakost električne struje (I) - jednaka je količini naboja Q
koja proñe kroz poprečni presjek vodiča u vremenskom
intervalu t. Izražava se u amperima (A).
I=
Q
t
Gustoća električne struje (i) predstavlja jakost struje (I) po
jedinici površine (A). Izražava se u A/cm2 ili A/dm2.
i=
I
A
Podjela galvanotehnike
GALVANOTEHNIKA
GALVANOSTEGIJA
GALVANOPLASTIKA
GALVANOSTEGIJA – prema grčkoj riječi “stego” –
pokrivam zaštićujem, tehnologija elektrokemijskog
nanošenja metalnih prevlaka na površini različitih
materijala u cilju njihove zaštite ili poboljšanja estetskih
osobina. Još se koristi naziv elektroplatiranje (engl.
electroplating).
GALVANOPLASTIKA - prema grčkoj riječi “plaso” oblikujem od tvari, galvanotehnički procesi dobivanja
proizvoda od debljih galvanskih slojeva, najčešće pomoću
modela koji se uklanjaju nakon galvanizacije. Još se
koristi naziv elektrooblikovanje (engl. electroforming).
Postupak
galvanizacije
najrašireniji je
postupak
površinske obrade uz primjenu električne struje, pri kojem
se obrañivani predmet spaja katodno (tj. s negativnim
polom izvora istosmjerne struje niskog napona, najčešće
od 4 – 12 V), a s pozitivnim polom izvora struje spaja se
anoda (topljiva ili netopljiva).
Kao anoda najčešće se koristi metal koji tvori metalnu
prevlaku.
Elektrolit sadrži jedan od spojeva metala koji daje
prevlaku (metalni spoj najčešće u obliku kompleksne soli).
Reakcije na katodi:
[Me(H O ) ]
n+
2
x
+ ne − → Me + xH 2O
Istovremeno se na katodi može odvijati i vodikova
depolarizacija:
2 H + + 2e − → H 2
Reakcije na anodi:
Me + xH 2O → [Me(H 2O )x ] + ne −
n+
4OH − → O2 + 2 H 2O + 4e −
Metalne prevlake koje se dobiju na katodi su kristalne
prirode, jer je poznato da metali predstavljaju polikristalna
tijela, ako se izostave iz promatranja monokristali. Iz ovog
se razloga proces elektrolitičkog taloženja metala naziva
elektrokristalizacija.
Stupnjevi procesa kristalizacije:
nastajanje klica (centara) ili jezgri kristala
rast kristala.
Karakter prevlake ovisi o gustoći struje (i / A cm-2),
koncentraciji elektrolita c (mol dm-3), prirodi elektrolita,
temperaturi, miješanju, prisustvu površinski aktivnih tvari i
sl.
Gustoća struje ima veliki utjecaj na brzinu stvaranja nukleusa
kristalizacije. Kod većih gustoća struje veća je i brzina
stvaranja kristalnih centara pa se dobiju sitnoznrati kristali.
Meñutim kod prevelikih gustoća struje dobije se spužvasta
struktura prevlake jer se na katodi paralelno izlučuju metal i
vodik, a u prevlaku se uključuju i strane čestice. Kao rezultat
toga nastaju mikro ispupčenja što dovodi do nastajanja hrapave
površine.
Sastav elektrolita je najčešće kompleksan jer se u njemu
nalaze različite komponente npr. za povećanje vodljivosti,
sredstva za sjaj, za održavanje optimalne pH vrijednosti i sl.
U galvanskim elektrolitima moraju biti ioni koji sadrže metal
prevlake. Prema tome, osnovni je sastojak kupelji neki spoj
toga metala čijom disocijacijom nastaju spomenuti ioni. Takav
spoj (tzv. nosilac metala) izravno služi za pripremu kupelji ili tek
u njoj nastaje reakcijom dvaju ili više spojeva. Najvažnije su
kloridne, sulfatne i cianidne kupelji, a još se upotrebljavaju i
fosfatne, pirosulfatne i pirofosfatne, fluoroboratne, nitritne i
druge kupelji.
Temperatura znatno utječe na brzinu različitih procesa.
Porastom temperature povećava se difuzija što ima za
posljedicu nastajanje krupnih kristala. Porast temperature
povećava i izlučivanje vodika. Najčešće su radne temperature
u intervalu od 30-50 ºC, ali mogu biti i znatno niže (npr. u nekim
slučajevima kromiranja od 12-18 ºC) i znatno više (do 85 ºC u
visokoučinkovitim kupeljima).
Miješanje kupelji
U mirujućim kupeljima opadanje koncentracije iona metala u
blizini površine katode može izazvati porast razvijanja vodika i
time spužvaste galvanske slojeve, a u blizini anode
koncentracija tog iona može porasti do te mjere da izazovu
kristalizaciju soli.
Ukoliko postoji mogućnost nastanka ovih pojava, nužno je
djelotvorno prisilno miješanje kupelji. Miješanje kupelji može biti
ostvareno propuhivanjem zrakom (elektrolit ne smije bit
podložan oksidaciji); pokretanjem katoda, ultrazvučno,
pumpama (omogućene su i dodatne operacije kao filtriranje
elektrolita, grijanje ili hlañenje i koncentriranje otopine).
Raspodjela struje i metalne prevlake na katodi
Jedan od osnovnih zahtjeva galvanotehnike je dobivanje
metalnih prevlaka ravnomjernih debljina.
O prirodi elektrolita u prvom redu ovisi ravnomjerna
pokrivenost podloge slojem istaloženog metala.
Taložna moć elektrolita - osobina elektrolita da omogući
ravnomjerno taloženje metalne prevlake preko reljefne
katode. Najbolju taložnu moć imaju cianidni elektroliti, a
najlošiju kromovi elektroliti.
Sposobnost pokrivanja - sposobnost elektrolita da pokrije
metalom i jako udubljene dijelove površine katode.
Elektroplatiranje reljefne površine.
Hullova ćelija.
OPREMA ZA PROVOðENJE
ELEKTROPLATIRANJA
Galvanizacija predmeta srednje veličine odvija se u
spremnicima (kadama) koje su izrañene od materijala koji je
otporan prema elektrolitu koji se u njima nalazi.
Spremnici su najčešće pravokutnog presjeka, radnog
volumena od 30 do 4000 dm3, izrañeni najčešće od čeličnog
lima iznutra obloženog odgovarajućim materijalom.
Ponekad se radne kade izrañuju i od poliplasta, porculana,
stakla, betona, nehrñajućeg čelika ili emajliranog sivog
lijeva.
Iznad spremnika nalazi se armatura za dovod struje tzv.
katodne i anodne "šine" spojene s odgovarajućim polom
izvora struje. Trodijelna se armatura sastoji od dviju anodnih
šina i jedne katodne izmeñu njih. Na katodnu šinu se
montiraju predmeti na koje je potrebno nanijeti prevlaku. Na
anodne šine spajaju se anode.
Da bi se osigurala bolja mikroraspodjela prevlaka, anode
treba smjestiti bar s dviju suprotnih strana predmeta. U
odreñenim slučajevima predmeti se okružuju anodama sa
svih strana. Za prevlačenje šupljina (npr. unutrašnjosti
cijevi) primjenjuju se tzv. “unutarnje anode” u obliku žica ili
šipki.
Kao izvori struje koriste se suhi ispravljači ili rjeñe motorgeneratori koji mogu dati velike struje (do 50000 A).
Električna oprema galvanskih pogona obuhvaća i različite
sklopke, osigurače i mjerne instrumente (ampermetri,
voltmetri), a takoñer i ampersatna brojila i mjerače katodne
gustoće struje.
Galvanske kade su često opremljene instalacijama za
tempiranje (tj. grijanje i hlañenje), za gibanje predmeta i
elektrolita te za ventilaciju.
Za održavanje galvanskih kupelji potrebna je povremena
filtracija, pa su postrojenja često opremljena i filtarskim
ureñajima. Filtarski ureñaji sastoje se od rotacijske
pumpe, tlačnog filtra i cjevovoda.
Pumpa siše elektrolit iz radne kade kroz ulazno crijevo i
tlači ga kroz filtar i kroz izlazno crijevo u radnu ili rezervnu
kadu.
Automatsko galvansko postrojenje (Euro Istanbul Galvano Cihazlari San.tic.ltd.)
GALVANIZACIJA SITNIH PREDSMETA
Sitni predmeti masovne proizvodnje (npr. vijci, matice, zakovice,
igle, dugmad, prstenje, kopče itd.) galvanski se obrañuju u
rotacijskim bubnjevima ili zvonima.
Galvanski bubnjevi – šuplji duguljasti valjci ili šesterostrane
prizme koje se u vodoravnom položaju uranjaju u elektrolit
djelomični ili potpuno i rotiraju oko uzdužne osi. Plašt bubnja
je perforiran rupicama kroz koje struji elektrolit. Jedan
segment plašta (tzv. poklopac) može se skinuti pa se kroz
nastali otvor obavlja punjenje i pražnjenje.
a) Fotografija galvanskog bubnja firme Progalvano
(http://www.progalvano.net/home.php) b) Shematski prikaz ureñaja.
Zvona su krnje šesterokutne ili osmerokutne piramide, otvorene
na gornjem kraju i postavljene pod kutom od 45° do 75° prema
horizontali. Zvona su otvorena, pa se iz njih lako uzimaju
kontrolni uzorci, a prazne se jednostavnim prevrtanjem.
Slika galvanskog zvona.
Najvažnije galvanske prevlake i njihova
uporaba
Najvažniji procesi elektroplatiranja metala s naglaskom
na primjenu su elektroplatiranje niklom, cinkom, bakrom,
kositrom, kromom, i donekle kadmijem i olovom.
Za specijalne svrhe još su prilično važni i neki procesi
elektroplatiranja plemenitim metalima, posebno srebrom,
zlatom platinom, paladijem i rodijem.
Prevlake nikla
Galvanske prevlake nikla imaju dobra mehanička
svojstva i lijep izgled.
Debljina slojeva je jednolična te je moguća naknadna
obrada prevlaka.
Primjenjuju se u zaštiti tehnički važnih metala od
korozije. Veliku primjenu imaju u kemijskoj i
prehrambenoj industriji. Osim zaštite ureñaja i
aparatura, na ovaj način se sprječava kontaminacija
hrane i kemikalija produktima korozije.
Važno je elektroplatiranje niklom i radi popravaka
istrošenih ili izlizanih dijelova strojeva i ureñaja.
Elektroplatiranje niklom provodi se i u dekorativne
svrhe.
Elektroplatiranje
niklom
slično
je
drugim
elektrodepozicijskim postupcima, a sastoji se od prolaza
istosmjerne struje kroz dvije elektrode uronjene u vodljivu
otopinu niklovih soli. Tok struje dovodi do otapanja
anoda i prekrivanja katode s niklom.
Za elektroplatiranje niklom još uvijek najviše se koristi tzv.
Wattsova kupelj (po G. P. Wattsu), s elektrolitom od niklovog
sulfata i niklovog klorida, i bornom kiselinom kao puferom. U
novije vrijeme raste značenje sulfatnih, kloridnih i fluoroboratnih elektrolita, a za zakiseljavanje upotrebljava se i
fosforna kiselina.
Niklov sulfat (NiSO4 × 7H2O) – najjeftinija sol nikla,
može se dobiti vrlo čista.
Dozvoljena gustoća struje ovisi o koncentraciji
kationa nikla u elektrolitu.
Niklov klorid (NiCl2 × 6H2O) – dodaje se u cilju
unošenja kloridnih iona. Glavni zadatak kloridnih iona
je sprječavanje pasiviteta anoda.
Borna kiselina (H3BO3) – ima ulogu pufera, za
održavanje pH vrijednosti elektrolita.
Specifični dodaci
sredstva za kvašenje – smanjuju površinsku
napetost.
sredstva za sjaj – omogućuju dobivanje sjajnih
prevlaka nikla.
Na kvalitetu i svojstva prevlake, osim sastava elektrolita
utječu:
temperatura
gustoća struje
pH vrijednost
miješanje elektrolita
stupanj pokretljivosti katode.
Gustoća struje
Povećanje gustoće struje dovodi do povećanja brzine
izlučivanja nikla, ali pri velikim gustoćama struje sloj uz
katodu postaje alkalan i dolazi do naglog opadanja
iskorištenja struje i nastajanja hidroksida nikla.
pH vrijednost otopine
S povećanjem pH vrijednosti otopine raste prenapon
izlučivanja vodika, pa dolazi do većeg izlučivanja nikla.
Temperatura elektrolita
Povećanjem temperature elektrolita dolazi do pravilnijeg
otapanja anoda pa je potrebna manja koncentracija kloridnih
iona u otopini.
Debljina Ni-prevlaka ovisi o gustoći struje, katodnom
iskorištenju struje i vremenu nanošenja. Npr. kod katodnog
iskorištenja struje od 95.5%, gustoće struje od 5 A/dm2 i
vremena nanošenja od 20 minuta, dobiva se Ni-prevlaka
debljine oko 20 µm.
Parametar
Wattsova
otopina*
Ni(SO3NH3)2
Tipična otopina
(a)
225-400
-
300
-
300-450
-
3. Ni-klorid NiCl2×6H2O
30-60
0-30
35
4. Borna kiselina H3BO3
30-45
30-45
45
Sastav elektrolita g/l
1. Ni-sulfat NiSO4×6H2O
2. Ni-sulfamat Ni(SO3NH2)2
Radni uvjeti:
Temperatura, °C
44-66
32-60
55
Gustoća katodne struje, A/dm2
3-11
0.5-30
3-10
Anode
Ni
Ni
Ni
2-4.5
3.5-5.0
3.5-4.5
345-485
415-610
-
10-30
5-30
8-20
Mikrotvrdoća, HV0.1
130-200
170-230
300-400
Unutarnja vlačna naprezanja, MPa
125-210
0-55
35-200
pH
Mehanička svojstva:
Vlačna čvrstoća, MPa
Istezanje, %
a) dodatak organskih aditiva radi povećanja sjaja prevlake
* - NiSO4×7H2O + NiCl2×6H2O + H3BO3 kao pufer
Podjela prevlaka nikla
Sjajne prevlake nikla
(Wattsov elektrolit uz dodatak različitih tvari kao npr. sredstava za
sjaj).
Tvrde prevlake nikla
(prevlake debljine 200 – 3000 µm). Nanose se na dijelove
strojeva. Koriste se elektroliti različitih sastava.
Crne prevlake nikla
Primjena za prevlačenje oružja i dijelova optičkih instrumenata.
Njihova debljina je oko 2 µm i nemaju zaštitno djelovanje.
Porozne su i obično se impregniraju odgovarajućim uljima ili
mastima. Ove prevlake osim nikla sadrže još i sumpor, dušik i
ugljik.
Prikaz različitih proizvoda prevučenih s niklom
Niklanjem se najčešće nanose višeslojne prevlake, npr.
bakar - polusjajni nikal-krom ili polusjajni nikal - sjajni nikalkrom ili bakar - polusjajni nikal - sjajni nikal.
Bakar se koristi zato što se kao podsloj može lako obraditi.
Pogreške pri niklanju
slabo prianjanje prevlake - zbog neodgovarajuće
pripreme površine, prisutnosti bakra u elektrolitu itd.
nastajanje tzv. “pregorjelih” prevlaka – zbog preniske
koncentracije niklovih iona u elektrolitu a visoke
vrijednosti primijenjene gustoće struje, visoke pH
vrijednosti, nedovoljnog razmaka meñu elektrodama.
poroznost prevlake – zbog nedovoljnog miješanja
elektrolita, zamućenosti elektrolita.
hrapavost prevlake – zbog suspendiranih čestica u
elektrolitu.
niski sjaj prevlake – zbog neodgovarajuće pripreme
površine, malog sadržaja borne kiseline.
Prevlake cinka
Postupci dobivanja prevlaka od cinka:
Uranjanje predmeta u rastaljeni cink,
Termička difuzija,
Cementacija,
Elektrolitičko nanošenje.
Prednost elektrolitičkog nanošenja cinka:
• omogućava stvaranje
jednolične debljine,
zaštitnih
slojeva
željene
i
• ne dolazi do nastajanja krtih spojeva željeza s cinkom,
promjene oblika predmeta pod utjecajem topline,
otpadaka od tvrdog cinka i cinkovog pepela,
• ne dolazi do razvijanja otrovnih para cinka i njegovih
spojeva,
• postupak troši manje energije u usporedbi s drugim
postupcima.
Za dobivanje cinkovih prevlaka elektrolitičkim putem koriste
se slijedeće vrste elektrolita:
a)
b)
c)
d)
e)
kiseli elektroliti,
cijanidni elektrolit,
cinkov elektrolit,
pirofosfatni elektrolit,
amonijakalni elektrolit.
Svi osim prvog su alkalni elektroliti.
U svim elektrolitima cink je prisutan u obliku dvovalentnog
iona.
Sulfatni elektrolit
Osnovne cinkove soli koje služe za pripremu kiselih
elektrolita su cinkov sulfat i cinkov borfluorid, koji
disociraju na slijedeći način:
ZnSO4 → Zn 2 + + SO42−
Zn (BF4 )2 → Zn 2 + + 2BF4−
Katodna reakcija izlučivanja cinka:
Zn 2+ + 2e − → Zn
Paralelno s cinkom izlučuje se i nešto vodika pri čemu
količina izlučenog vodika ovisi o čistoći elektrolita,
temperaturi i gustoći struje na katodi.
PREDNOSTI:
Sulfatni elektrolit je jeftin.
Nije štetan za zdravlje u usporedbi s drugim elektrolitima.
Može se koristiti za nanošenje debljih prevlaka cinka na
različite metalne površine.
MANE:
Uslijed male katodne polarizacije nastale prevlake su
krupnozrnate.
Elektrolit mora biti besprijekorno čist – velika osjetljivost
na nečistoće.
Cijanidni elektrolit
Cijanidne kupelji se mogu podijeliti u 4 grupe s obzirom na
sadržaj cijanida:
a) uobičajene cijanidne kupelji,
b) cijanidne kupelji sa smanjenim sadržajem cijanida,
c) cijanidne kupelji s niskim sadržajem cijanida,
d) mikrocijanidne kupelji.
komponenta
uobičajene
smanjene
s niskim
sadržajem
mikro
Zn(CN)2 (g dm-3)
60
30
10
a
NaCN (g dm-3)
40
20
8
1
NaOH (g dm-3)
80
75
65
75
Na2CO3 (g dm-3)
15
15
15
-
NaxSy (g dm-3)
2
2
-
-
1-4
1-4
1-4
1-5
sredstvo za sjaj (g dm-3)
a – koncentracija cinka od 7.5 g dm-3 postiže se otapanjem cinkovih anoda.
Osnovne komponente elektrolita su cinkov cijanid,
natrijev cijanid i natrijev hidroksid. Cinkov cijanid je
praktički netopljiv u vodi, ali se otapa u nazočnosti
natrijevog cijanida pri čemu nastaje kompleksna sol
natrijev cinkcijanid Na2[Zn(CN)4]. Natrijev cinkcijanid
disocira po jednadžbi:
Na 2 [Zn (CN )4 ] → 2 Na + + [Zn (CN )4 ]
2−
Cink u otopini vezan je u kompleksnom anionu. Zbog
niske konstante disocijacije ovog aniona, koncentracija
Zn2+ iona u otopini je niska, pa je za redukciju potreban
veliki prenapon na katodi.
Paralelna reakcija redukcije vodikovih iona potiskuje se
dodatkom lužine.
PREDNOSTI:
Iskorištenje struje dostiže vrijednost 95-99 %.
Velika sposobnost elektrolita da ravnomjerno raspodjeli
izlučeni metal po površini katode.
Cijanidne otopine cinka dozvoljavaju upotrebu relativno
velikih gustoća struje.
MANE:
Cijanidi su jako toksični.
Cijanidne otopine nisu stabilne u dodiru sa zrakom.
Anode u cijanidnim elektrolitima mogu postati pasivne, što
može uzrokovati smanjenje koncentracije cinka u otopini.
Cinkov elektrolit
Ove kupelji su razvijene kako bi se pokušale zamijeniti
toksične cijanidne kupelji. Cinkov hidroksid se ponaša
amfoterno, što znači da može reagirati s kiselinama i s
bazama. Iz tog razloga se cinkov hidroksid otapa u
koncentriranoj otopini natrijevog hidroksida dajući natrijev
cinkat po jednadžbi:
Zn(OH )2 + 2 NaOH → Na2 ZnO2 + 2 H 2 O
Iz cinkovih elektrolita dobivaju se krupnozrnate prevlake,
što je uvjetovano malom katodnom polarizacijom. Bez
specijalnih dodataka, kao što su soli kositra, olova i žive, iz
cinkovih otopina se dobivaju spužvaste prevlake kao i
prevlake neravnomjerne debljine. Iz ovih razloga cinkovi
elektroliti imaju ograničenu primjenu.
Kako je cink anoda u odnosu na željezo i čelik, cinkove
prevlake debljine 7-15 µm pružaju dobru zaštitu od
korozije, osim u morskoj atmosferi. U odnosu na ostale
metale cink je relativno jeftin i preferira se kada je u pitanju
zaštita od atmosferske korozije.
Galvansko pocinčavanje važno je za industrijsku
kontinuiranu površinsku obradbu čeličnih traka i žica.
Dobivene prevlake su jednolike debljine dobrih mehaničkih
svojstava.
Najčešće pogreške pri galvanskom pocinčavanju su: tamne
i spužvaste prevlake (zbog prisutnosti drugih iona u
elektrolitu), krhka prevlaka (zbog velike kiselosti), stvaranje
dendrita na katodi (zbog niske koncentracije Zn-iona u
elektrolitu, prevelike gustoće struje) itd.
Prevlake bakra
Postupak površinske obradbe pobakrivanja ima znatnu
primjenu zbog relativno velike plemenitosti bakra, visoke
toplinske i električne vodljivosti, antifrikcijskih svojstava i
lijepog izgleda.
Postupak pobakrivanja primarno se koristi za nanošenje
meñuslojeva pri galvanizaciji drugim metalima (npr. u
slučajevima kada je izravna prionjivost metala slaba).
Prevlake bakra mogu biti funkcionalne (barijerne prevlake
s više slojeva, zaštita za električne krugove i sl.) i
dekorativne (glatke i sjajne).
Elektroliti za dobivanje prevlaka bakra
Kiseli elektroliti
sulfatni
fluoroboratni
silikofluoridni
Alkalni elektroliti
cijanidni
pirofosfatni
amonijski
Za pobakrivanje se najviše koriste kiseli sulfatni elektroliti.
Oni su relativno jeftini, lako se kontroliraju i osiguravaju
brzo nanošenje prevlake. Osnovni im je nedostatak što se
u njima ne mogu dobiti izravno adherentni slojevi bakra na
neplemenitim metalima (npr. Fe, Al, Pb, Zn) pa je
prethodno potrebno provesti predgalvanizaciju bakrom,
najčešće u cijanidnim elektrolitima.
Elektrodne reakcije pri elektrolizi kiselih elektrolita:
katodna reakcija :
Cu 2+ + 2e − → Cu
anodna reakcija :
Cu → Cu 2+ + 2e −
Anodni materijal
Lijevane i valjane šipke i ploče od elektrolitičkog bakra koriste se
kao anode. Još se mogu koristiti i anode visoke čistoće, bez
oksida, čija uporaba smanjuje nastanak anodnog mulja.
Bakrov sulfat i sumporna kiselina ili bakrov
fluorborat i fluorboratna kiselina - osnovne
komponente elektrolita. Bakrove soli su nositelji
bakrovih iona u otopini. Kiseline povećavaju
vodljivost kupelji i poboljšavaju svojstva taloženja
bakra na metalnim površinama. Promjena u
koncentraciji sumporne kiseline ima veći utjecaj na
katodnu i anodnu polarizaciju od promjena
koncentracije bakrova sulfata.
Kloridi - smanjuju anodnu polarizaciju i eliminiraju
prugaste naslage u područjima visokih gustoća
struja. Kloridni ioni utječu na izgled površine,
strukturu, mikrotvrdoću, kristalografsku orijentaciju i
unutarnju napetost prevlake.
Fluorborati – bakrov fluorborat je topljiviji od bakrova
sulfata, pa koncentracija Cu2+ iona može biti
dvostruko veća u usporedbi sa sulfatnim otopinama.
Niska koncentracija fluorborata dovodi do stvaranja
tamnih i mutnih prevlaka.
Borna kiselina – stabilizira otopinu i sprječava
razgradnju bakrova fluorborata.
Dodaci za sjaj, glatkoću površine i čistoću zrna –
često se dodaju u kisele sulfatne elektrolite. Postoji
cijeli niz spojeva koji se koriste u ove svrhe, a koji se
mogu naći u literaturi.
Alkalne cijanidne otopine daju tanke Cu-prevlake (1-3 µm
pa do 8-50 µm u otopinama s visokom koncentracijom
cijanida) jednolične debljine, na gotovo svim pripremljenim
površinama. Zbog toksičnosti i problema sa zbrinjavanjem
otpadnih elektrolita nastoje se zamijeniti s necijanidnim
elektrolitima.
Alkalne Cu-pirofosfatne otopine koriste se za dekorativno
prevlačenje bakrom u brojnim područjima primjene kao
npr. za prevlačenje plastike, prevlačenje otvora tiskanih
integralnih krugova, za selektivnu zaštitu čeličnih
proizvoda od korozije prije otvrdnjavanja itd.
Prevlake kositra
Kositar je kemijski postojan, ne tamni na zraku pa se
koristi u proizvodnji bijelog lima, namijenjenog za izradu
limenki za prehrambenu industriju.
Kositrene prevlake imaju dobra svojstva kao što su:
sposobnost lemljivosti, duktilnosti, korozijske otpornosti itd.
Ove prevlake se najčešće koriste za zaštitu čelika i bakra.
Zbog dobre električne vodljivosti kositrene prevlake koriste
se i za obradbu predmeta namijenjenih za elektroindustriju
(električne vodiče).
Zbog antifrikcijskog djelovanja ovih slojeva često se
elektroplatiraju kositrom i klizne površine (npr. klizni
ležajevi i stapovi motora).
Kositar se može elektrokemijski izlučivati iz alkalnih i
kiselih otopina.
Za
galvanotehničku
proizvodnju
bijelog
lima
upotrebljavaju se tri postupka. Najvažniji je tzv. ferrostan
postupak u kojima je elektrolit kositrov(II) sulfat,
zakiseljen fenol sulfonskim ili krezol sulfonskim
kiselinama, po kojem se, po grubim procjenama, u
svijetu proizvodi oko 65% bijelog lima.
Osim toga važni su još i tzv. halogeni postupak s
elektrolitom od kositrovog(II) klorida i kositrovog fluorida,
i tzv. alkalni s elektrolitom od stanata (SnO2-) i alkalija.
Tablica: Sastav i parametri tijekom kositrenja iz alkalnih elektrolita
Otopina
K-stanat
g/L
Na-stanat
g/L
KOH
g/L
NaOH
g/L
Metalni
Sn g/L
Temp.
C
Kat. gustoća
struje A/dm2
A
105
….
15
….
40
65-90
3-10
B
210
….
22
….
80
75-90
0-16
C
420
….
22
….
160
75-90
0-40
D
….
105
….
10
42
60-80
0.5-3
Tablica: Sastav i parametri tijekom kositrenja iz kiselih elektrolita
Komponenta
Područje
konc., g/L
Optimalni sadržaj,
g/L
Kositreni sulfat
60-100
80
Metalni Sn kao sulfat
30-50
40
Slobodna H2SO4
40-70
50
Fenolsulfonska kis.
30-60
40
Β-naftol
1
1
Želatina
2
2
Temp.
ºC
Kat. gustoća
struje A/dm2
21-38
1-10
Kositrene prevlake jako su otporne na kloridni medij, a
korozijsku otpornost temelje na nastajanju tankog
pasivnog sloja kositrova oksida. Kositar je amfoteran
element koji nije korozijski otporan u kiselim i bazičnim
medijima, ali je izvrsno otporan u približno neutralnim
otopinama.
U destiliranoj vodi kositar ne korodira. U neoksidacijskim
kiselinama (HCl, H2SO4) brzina korozije ovisi o
koncentraciji otopljenog kisika.
U konc. HNO3 korozija je veoma jaka, a raste s porastom
koncentracije otopljenog kisika. U razrijeñenoj octenoj
kiselini brzina korozije je mala.
Prevlake kroma
Osobine:
Otpornost prema atmosferskoj koroziji na sobnim i
povišenim temperaturama.
Visoka trajnost i otpornost na habanje.
Mali koeficijent trenja.
Visoki sjaj bez naknadne obrade.
Podjela prevlaka kroma prema namjeni
PREVLAKE KROMA
DEKORATIVNE
TVRDE
POROZNE
Krom se javlja u više valentnih stanja. Dvovalentne soli
kroma su nestabilne na zraku pa nisu pogodne za
elektrolite. Trovalentni Cr3+-ion u vodenim otopinama je
jako hidratiziran pa ga je vrlo teško reducirati, i iz ovog
razloga soli trovalentnog kroma se ne upotrebljavaju u
galvanotehnici.
Šesterovalentni krom u obliku kromata i sedmerovalentni
u obliku bikromata moguće je reducirati na katodi kada
elektrolit sadrži odreñene anione, koji imaju ulogu
katalizatora, na primjer sulfatne ione, fluoridne ione,
silikofluoridne ione.
Kvaliteta kromove prevlake primarno ovisi o temperaturi i
gustoći struje. Optimalna temperatura za kromiranje je 45
– 50 °C. Pri višim temperaturama dolazi do velikog
isparavanja toksičnog elektrolita a pri velikim gustoćama
struje dobivaju se tamne prevlake.
Anodno iskorištenje struje veće je od katodnog, pa je zato
rad s anodama od kroma nepoželjan. Osim toga na anodi
krom prelazi u otopinu u obliku iona različitih valencija, a
sam metal je takoñer teško obrañivati u anode zbog velike
krtosti.
Kao praktičan materijal za anode pokazalo se olovo.
Anode od olova su dobre i zbog toga što se na njima lako
odigrava oksidacija trovalentnog kroma. Osim toga, olovo
u sulfatno-kiselim otopinama kromne kiseline brzo se
oksidira po površini, uz stvaranje olovnog oksida koji dobro
provodi električnu struju.
Elektrodne reakcije
Katodne reakcije :
2 H 3O + + 2e − → H 2 + 2 H 2O
Cr2O72− + 14 H 3O + + 12e − → 2Cr + 21H 2O
Cr2O72− + 14 H 3O + + 6e − → 2Cr 3+ + 21H 2O
Anodne reakcije :
6 H 2O → O2 + 4 H 3O + + 4e −
2Cr 3+ + 21H 2O → Cr2O72− + 14 H 3O + + 6e −
Kromove prevlake su vrlo otporne prema atmosferskoj
koroziji, ali su neotporne prema HCl i alkalnim otopinama.
Krom tvori amorfni Cr-oksid koji djeluje kao pasivni film.
Pri velikim gustoćama struje nastaju tvrde kromove
prevlake, koje karakteriziraju guste mikropukotine na maloj
dubini koje ne ugrožavaju korozijsku otpornost. Tvrdo se
mogu kromirati čelici, lijevano željezo, bronca, aluminijske i
niklove slitine, bakar itd. Postupak tvrdog kromiranja
obično traje 20-60 minuta.
Kadmijeve prevlake
PRIMJENA:
Zaštita čelika i lijevanih željeza od korozije.
Kadmij djeluje kao sredstvo za prirodno podmazivanje.
SVOJSTVA:
Kadmijeve prevlake su otporne u morskoj sredini.
Kadmijeve prevlake su otporne u lužnatim sredinama.
Prevlake kadmija otpornije su u vodenim kondenzatima
od prevlaka cinka.
Koeficijent trenja manji je kod kadmijevih prevlaka u
odnosu na cinkove prevlake.
MANA:
Kadmij je toksičan i nastoji ga se sve više ukloniti iz
mnogih područja primjene.
Najčešće se za kadmiranje koriste cijanidne kupelji ali se
mogu koristiti i sulfatne i fluor boratne kupelji.
Vrijeme kadmiranja ovisi o željenoj debljini prevlake,
korištenoj gustoći struje i katodnom iskorištenju struje.
Primjerice, kod katodnog iskorištenja struje od 90% i kod
najčešće korištene struje od 270 A/m2 prevlaka debljine
3 µm postiže se za 2.6 minuta.
Tablica: Sastav cijanidnih kupelji i uvjeti kadmiranja
Otop.
Odnos Nacijanida i
metalnog
Cd
Cd-oksid
g/l
Cd(s)
Nacijanid
NaOH
Na2CO3
Gustoća
struje
A/m2
Temp
°C
1
4:1
23
19.8
78.6
14.4
30-75
55-650
27-32
2
7:1
23
19.8
139
14.4
30-45
110-860
27-32
3
5:1
26
23.1
116
16.6
30-60
55-970
24-29
4
4.5:1
36.5
36.4
164
26.6
30-45
55-1600
27-32
Olovne prevlake
Olovo se može deponirati iz različitih elektrolita, uključujući
olovne fluor boratne, fluor silikatne, sulfamatne itd.
Fluor boratne kupelji najviše se koriste zbog dostupnosti,
jednostavne pripreme, stabilnosti i iz razloga što daju
sitnozrnate i guste prevlake olova.
Tablica: Sastav i parametri nanošenja prevlaka olova iz fluor boratnih otopina
Vrste
kupelji
Olovo
g/L
Fluor boratna
kiselina
g/L
Pepton
otopina
g/L
Slobodna
borna kis.
g/L
Temp.
°C
Kat. gustoća
struje
A/dm2
Visokoučinska
kupelj
225
100
Kupelj za
male debljine
15
400
1.7
1
20-41
5
1.7
....
24-71
1
Olovo je postojano u sumpornoj i kromatnoj kiselini, ali nije
u medijima s kloridnim ionima.
Na Pb-prevlakama nastaje inertan pasivni film koji
osigurava dobru korozijsku otpornost u većini atmosfera.
Zbog navedenih osobina prevlačenje olovom koristi se za
zaštitu metala od korozije u elektrolitima kao što su
razrijeñena sumporna kiselina, npr. za različite vrste
spremnika, kemijske aparature i industrijsku opremu.
Elektroplatiranje plemenitim metalima
Elektroplatiranje srebrom
Elektroplatiranje zlatom
Elektroplatiranje rodijem
Elektroplatiranje paladijem
Elektroplatiranje platinom
Primjena elektroplatiranja plemenitim metalima
Nakit – izvorni i imitacije
Industrija satova
Kemikalije za
elektroplatiranje
plemenitim
metalima
Modna industrija - ornamenti i sjajni
predmeti
Tiskane elektroničke ploče
Proizvodnja poluvodiča
Oprema za elektroplatiranje malih
predmeta zlatom, srebrom ili rodijem.
http://www.mariodimaio.it/ita/finitura/doc/galvanica
/Minibrill.pdf
A – staklene posude volumena 5 l
s grijačima za tople postupke
elektroplatiranja.
B – spremnici od sintetičkog
materijala za hladne postupke.
C – čelični spremnici za ispiranje
kapaciteta 2 l.
ELEKTROPLATIRANJE SREBROM
Od svih postupaka galvanizacije plemenitim metalima
najvažnije je nanošenje srebra. Elektrokemijska
depozicija srebra koristi se primarno radi dekorativnih, ali
se može koristiti i radi funkcionalnih razloga (npr.
električni kontakti u elektronici).
Otopine za posrebrivanje mogu biti cijanidne i
necijanidne. Uobičajena debljina Ag-prevlaka je 1.5-5
µm, a vrijeme deponiranja nekoliko sekunda.
Tablica: Sastav i parametri nanošenja srebrnih prevlaka u cijanidnim kupeljima
Komponenta ili parametar
Vrijednost
Srebro kao KAg(CN)2, g/L
15 - 90
Na-cijanid (slobodni), g/L
12 – 120
Na-karbonat (minimalno), g/L
15
Temperatura, ºC
20 – 30
Gustoća struje, A/dm2
0.5 – 4.0
Sastav cijanidnih kupelji za elektrodepoziciju srebra
ovisi o namjeni predmeta koji se posrebruju. Tako ako
se posrebrivanje vrši u dekorativne svrhe kupelji za
posrebrivanje imaju nižu koncentraciju srebra u
odnosu na one u kojima se vrši posrebrivanje u
inženjerske svrhe, gdje su potrebni deblji slojevi
srebra. Veća koncentracija srebrenih iona omogućuje i
rad s većim gustoćama struje i, kao posljedicu toga,
veću brzinu elektroplatiranja.
Srebro se izlučuje na većini metalnih supstrata
uronjenih u otopinu njegovih soli i bez utjecaja
električne struje iz vanjskog izvora zbog vrlo pozitivnog
standardnog potencijala.
Budući da tim procesom nastali galvanski slojevi nisu
adherentni, pri galvaniziranju se mora spriječiti njegovo
odvajanje. To se u elektroplatiranju srebrom postiže
galvaniziranjem s dvije, ili kad je supstrat čelik, čak i s
tri uzastopne cijanidne kupelji, pri čemu je u prvoj
omjer koncentracije srebro cijanida prema drugim
cijanidima malen, a u završnoj normalan.
Pri elektroplatiranju bakrenih ili mjedenih supstrata
srebrom može se prije toga amalgamirati supstrat.
Prednosti i mane elektroplatiniranja srebrom
Galvanski slojevi srebra su
vrlo dobro rastezljivi,
razmjerno meki i izvanredni
vodiči topline i elektriciteta.
Otporni su prema mnogim
kemijskim utjecajima.
Imaju veliku refleksiju svijetla.
Površine prekrivene srebrom
imaju lijep izgled.
Zbog sklonosti sulfidizaciji
površine lako gube sjaj i
istovremeno im opada
vodljivost.
ELEKTROPLATIRANJE ZLATOM
Elektroplatiranje zlatom u dekorativne svrhe, te zbog
povećanja vrijednosti proizvoda.
Elektroplatiranje zlatom u tehničke svrhe:
- zaštita finih mjernih i medicinskih instrumenata,
proteza, preciznih utega i alata,
- za dobivanje slojeva nepromjenjive moći refleksije
(osobito za infracrveno zračenje) i velike stabilnosti
(posebno za električne kontakte, kod proizvodnje
poluvodiča,
ispravljača,
računala,
valovoda
vakuumskih cijevi, u nuklearnoj i svemirskoj tehnici).
Često se umjesto zlatom, posebno kad se traži veća
tvrdoća galvanskih slojeva i/ili jeftiniji proizvod,
elektroplatira njegovim legurama - slitinama, obično
slitinama s antimonom, kositrom, niklom, bakrom,
kobaltom.
Sastav kupelji za elektrodepoziciju zlata
Kupelji za elektrodepoziciju zlata
CIANIDNE KUPELJI
alkalne
pH > 8.5
neutralne
6 < pH < 8.5
kisele
1.8 < pH < 6
KUPELJI KOJE NE SADRŽE CIANID
Tablica: Sastav i radni parametri alkalnih cijanidnih kupelji za pozlaćivanje
Parametar
Zlato kao KAu(CN)2, g/L
Srebro kao KAg(CN)2, g/L
K2PO4, g/L
pH
Temperatura, ºC
Anode
Mat boja
Svijetla boja
8 – 12
8 – 20
-
0.3 – 0.6
22 – 45
-
12
12
50 – 70
20 – 30
nehrñajući čelik
nehrñajući čelik
Odnos anoda/katoda
1:1
1:1
Gustoća struje, A/dm2
0.1 – 0.5
0.1 – 0.5
umjereno dio snažno
bez miješanja ili uz lagano
miješanje
Miješanje otopine
Iskorištenje struje, %
90 – 95
90 – 100
Vrijeme depozicije za
debljinu 0.0025 µm
8 min i 0.5 A/dm2
7 min i 0.6 A/dm2
Rad s kiselim cijanidnim kupeljima
Cijanidne kupelji s citratnim puferom izvorno su razvijene za
obradu nakita, ali su pronašle široku primjenu u elektroničkoj
industriji za pozlačivanje kontaktnih površina, spojeva i
specijalno elektroformiranje.
Anode su izrañene od platiniranog titana ili zlatom platiniranog
titana. Uporaba netopljivih anoda zahtjeva dodatak soli za
platiranje i stalnu kontrolu vrijednosti pH elektrolita.
I u ovim kupeljima moguća je paralelna kodepozicija drugih
metala čime se mijenja fizikalna svojstva prevlake, osobito
tvrdoća. “Čvrsto” zlato – primjena u elektronici – dobra otpornost
na trošenje, prevlaka bez pora, velika vodljivost i kemijska
inertnost.
Moguća je elektrodepozicija na polimernim materijalima.
Visoka strujna djelotvornost (gotovo 100%).
Neutralne cijanidne kupelji
Koristi se ista sol zlata, KAu(CN)2, kao i u alkalnim i
kiselim elektrolitima, ali neutralni pH i odsustvo slobodnih
cijanida u otopini čine ove otopine najboljim izborom za
nanošenje zlata na polimerne materijale.
Iz ovih otopina dobiju se čiste prevlake mekog zlata pri
relativno niskim gustoćama struje (2 – 5 mA cm-2).
Fosfatne soli služe kao pomoćni elektrolit i za kontrolu pH
vrijednosti otopine.
Moguće je dobiti i prevlake od “tvrdog” zlata uslijed
taloženja AuCN unutar prevlake zlata. Istaloženi AuCN
tvori polimerne strukture i očvršćuje zlato promovirajući
nukleaciju zrna, ili sprječavajući rast postojećih zrna zlata.
Anode su od platiranog titana, zlata ili zlatom platiranog
titana. Otapanje zlatnih anoda je slabo zbog niske
koncentracije slobodnog cijanida.
ELEKTROPLATIRANJE PALADIJEM
Za postupke elektroplatiranja paladijem utroši se 5 do 8% godišnje
proizvodnje ovog metala. Tehnološki značaj elektroplatiranja
paladijem porastao je krajem sedamdesetih godina prošlog
stoljeća.
Elektroplatiranje paladijem koristi se u proizvodnji elektroničkih
dijelova telekomunikacijske tehnike, u proizvodnji dijelova
računala, kod proizvodnje poluvodiča, izradu električnih kontakata
i sl. Takoñer se elektroplatiranje paladijem koristi i u dekorativne
svrhe gdje sve više zamjenjuje nikal, jer je nañeno da nikal može
dovesti do pojave dermatitisa.
Utvrñeno je da su mehanička svojstva prevlaka paladija kao što su
tvrdoća, vodljivost i termička stabilnost u mnogim slučajevima
superiornija u usporedbi s prevlakama "tvrdog" zlata. Zbog toga u
elektroničkoj industriji elektroplatiranje paladijem u odreñenim
slučajevima zamjenjuje postupke elektroplatiranja zlatom.
Kupelji za elektroplatiranje paladijem
Elektroplatiranje paladijem može se provoditi u velikom
broju elektrolita različitih sastava. Ove elektrolite možemo
podijeliti, s obzirom na pH vrijednosti otopina, na alkalne
(pH 8 – 13), neutralne (pH 5 – 8) i kisele (pH < 1 do 5).
Vrlo malo elektrolita ima praktičnu primjenu.
Dodaci i agensi za ovlaživanje ključni su za dobivanje
glatkih, sjajnih i polusjajnih prevlaka paladija.
Tablica: Parametri otopine za depoziciju paladija
Parametar
Pd kao tetraaminopaladijev nitrat, g/L
Vrijednost
10 - 25
pH
8 – 10
Temperatura
40 – 60
Gustoća struje
0.5 – 2.2
Iskorištenje struje
Anode
90 – 95
netopljive, Pd, Pt ili plainirani titan
ELEKTROPLATIRANJE RODIJEM
Postupak je skuplji od elektroplatiranja zlatom.
Kupelji za elektroplatiranje rodijem imaju jednostavni sastav
te se lako nadziru.
Galvanski slojevi rodija imaju veliku tvrdoću, otpornost prema
kemijskim utjecajima, i veliku moć refleksije. Rodij je jedan od
nekoliko “bijelih” metala koji zadržavaju sjaj i refleksivnost pri
svim atmosferskim uvjetima.
Primjenjuje se najviše u dekorativne svrhe za prevlačenje
nakita, satova, u elektrotehnici za izradu kontakata i sklopki
od kojih se traži odlična postojanost.
Dekorativne prevlake rodija imaju debljinu od 0.5 do 1.5
µm, dok u elektrotehnici i za specijalne namjene debljina
prevlaka rodija može biti i do 5 µm.
Rodijem se može platirati gotovo svaka metalna površina.
Primarno se platiraju metalne površine koje su izložene
trošenju uslijed trenja, a koje su izrañene od materijala
kao što je srebro, niklove i bakrove slitine. Rodij posjeduje
najveću otpornost na trošenje trenjem od svih metala
platinske skupine. Mikrotvrdoća rodijevih prevlaka iznosi
800-1000 HV.
Elektrokemijsko prevlačenje platinom rijetko se koristi
zbog visokih troškova. Nanošenje platine najviše se
provodi za izradbu netopljivih anoda po platiniranog titana.

Download Report