Гальваническое золочение — это покрытие слоем золота различных изделий из других материалов методом гальваники, т. е. воздействием электрического тока. Позолота, нанесенная таким способом, имеет толщину максимум до десятков мкм; цель этой технологической процедуры — предание изделию химической инертности для защиты от окисления и разрушения. Также золочение придает роскошь предметам. Обработка новых предметов таким способом называется подцветкой. Гальванизация является экономичным способом отделки, обеспечивающим высокое качество покрытия.
Бижутерия с золотым покрытием
При слове «бижутерия» многие модницы представляют себе ничем не примечательные пластиковые или металлические украшения, не несущие в себе никакой ценности. Качественную бижутерию отнести к этому же типу изделий нельзя, даже ее основа сделана из дешевого материала. Для основы украшения мастера обычно используют недрагоценные металлы, а чтобы придать ему привлекательный вид гальваническим методом наносят красивое покрытие.
Для производства заготовок для украшений применяют мельхиор, бронзу, латунь, пьютер или нейзильбер. Все эти сплавы отличаются друг от друга цветовыми характеристиками и свойствами. Мельхиор получают, сплавляя медь, железо, никель и марганец. В итоге получается сплав, по цвету похожий на серебро. Пьютер делают на основе олова, из-за которого он легко поддается литью. Нейзильбер – сплав цинка, никеля и меди, который в зависимости от преобладающего элемента приобретает отлив разных оттенков. Бронза и латунь содержат в своем составе медь, делающую их цвет довольно привлекательным.
Золотистого цвета и характерного «драгоценного» блеска мастера добиваются с помощью гальваники. Основа украшения при этом не обязательно должна быть металлической, это может быть и материал неметаллической природы. В ходе гальванического процесса изделие покрывается слоем золота или серебра. В последние годы часто прибегают к процедуре родирования.
Гальваническое покрытие золотом обеспечивает украшению привлекательный вид. Отзывы о таких изделиях делятся на две части. Любители хорошей бижутерии высказываются положительно, аргументируя свою точку зрения тем, что позолоченное украшение несет в себе эффект драгметалла, но за меньшие деньги. Качественное покрытие и кропотливая работа опытного мастера могут воплотить в жизнь самые смелые дизайнерские идеи. Другие же негативно настроены к изделиям подобного рода, так как признают только драгоценные украшения.
Способы нанесения позолоты
Среди возможных вариантов нанесения позолоты специалисты выделяют два способа: механический и электрохимический. Механический способ представляет собой покрытие поверхности сусальным золотом. Золочение тончайшими листами металла используется с древних времен, за множество веков суть процедуры практически не изменилась. Сусальное золочение бывает масляным и клеевым, в первом случае металл наклеивается на масляный лак, во втором – на полимент. Покрытие на масляной основе получается матовым, для достижения эффекта блестящей поверхности специалисты прибегают к использованию клеевой основы. Работы по созданию клеевого покрытия могут проводиться исключительно внутри помещения, так как такое золочение характеризуется высокой чувствительностью к влаге.
Электрохимический вариант обработки поверхности драгоценным металлом представляет собой гальванический способ нанесения на изделие золота. Что это такое? В процессе работы мастер наносит при помощи действия электрического тока тончайший слой желтого драгметалла, величина которого может достигать долей микрон.
Как любое покрытие, гальваническое золочение имеет свои преимущества и недостатки перед другими вариантами. Преимуществ покрытия, полученного таким способом, довольно много. К ним следует отнести высокий уровень износостойкости, отличную отражательную способность, высокую проводимость тока, способность защитить изделие от агрессивных внешних факторов, воздействия коррозионных и окислительных процессов. При нанесении гальванического покрытия специалист, проводящий работы, может контролировать толщину слоя драгметалла. Благодаря перечисленным свойствам золочение гальваническим способом широко применяется как в декоре поверхностей, так и для создания технических деталей устройств.
Электрохимическое нанесение золота на поверхность.
Долгое время главным недостатком метода считалась ограниченная сфера его применения. Электрохимический способ нанесения золота на поверхность предполагает, что эта поверхность относится к числу токопроводящих, то есть, сделана из металла. Благодаря достижениям науки на сегодняшний день эта проблема частично разрешена: специальные технологии позволяют проводить золочение диэлектрических материалов при помощи токопроводящих лаков и пленок.
Золотистый лак для латуни (пассивирование латуни)
При пассивировании латуни образуется устойчивая защитная пленка, похожая на позолоту. Эта пленка не боится влаги, поэтому рыболовы пассивируют латунные блесны.
Зачищенную, отполированную и обезжиренную деталь опускают на 1 с в раствор, приготовленный из 1 части азотной и 1 части серной кислоты, и сразу же переносят в крепкий раствор двухромовокислого калия (хромпика) на 10-15 мин. После этого деталь промывают и сушат.
Литература: В. Г. Бастанов. 300 практических советов, 1986г.
Технология золочения
Гальваническое покрытие золотом представляет собой процесс нанесения металлической пленки. Толщина пленки может быть разной, в зависимости от целей золочения специалист может нанести на изделие слой толщиной от доли микрона до долей миллиметра. Весь процесс подразделяется на три этапа: сначала поверхность необходимо подготовить, затем нанести слой металла и произвести окончательную обработку.
Качественное покрытие получится только в том случае, если обрабатываемая поверхность будет хорошо подготовлена. Изделие предварительно шлифуют механическим способом. Для этого используют наждачную бумагу, специальные пасты или станки для шлифовки. Затем поверхность подвергается обезжириванию в органическом растворителе. С этой задачей могут справиться спирт, ацетон или бензин. Еще одной обязательной процедурой перед гальванической обработкой является декапирование – удаление с поверхности имеющихся загрязнений, окислов и ржавчины.
Иногда гальваническим покрытием необходимо покрыть только часть детали, для этого остальные участки изделия должны быть защищены от воздействия электролита и осаждения золота. Для этого перед нанесением драгоценного покрытия на участки, не подлежащие золочению, наносят кислостойкий лак.
Деталь покрывают золотом, используя гальванические ванны. Работа проводится с помощью токопроводящих подвесов и барабанов, сделанных из кислостойких материалов или в колокольных установках, позволяющих обеспечить отличный электрический контакт. Гальваническая ванна также должна иметь кислотоупорное покрытие, чтобы не разрушиться под воздействием электролита и оборудование в виде паровых рубашек. Весь процесс проходит при высокой температуре и необходимой плотности тока, которые поддерживаются автоматическими регуляторами. Осуществить гальванические процедуры в домашних условиях практически невозможно, так как для этого требуется не только специальное оборудование, но и редкие химические реактивы.
По окончании работ изделие покрывается тонким металлическим слоем, обеспечивающим лучшие характеристики для детали. Для декоративных изделий важно приобретение привлекательного внешнего вида и желаемого оттенка, для промышленных деталей – способности противостоять коррозии, улучшения электрического контакта и облегчения процесса пайки. Иногда гальваническое покрытие применяют в целях наращивания объемов изделия. В зависимости от того, какие свойства необходимо придать детали, гальваника может производиться как золотом, так и другими элементами: серебром, хромом, никелем.
Электролиты золочения поверхности металлов.
2.1 Цианистые электролиты.
При золочении используют цианистые и нецианистые электролиты. Цианистые в свою очередь делятся на кислые, щелочные и нейтральные. Все цианистые электролиты содержат то или иное количество свободного цианида калия.
В щелочных и нейтральных растворах золото находится в основном в виде комплекса K[Au(CN)2]. Присутствие трехвалентного комплекса K[Au(CN)4] возможно в незначительных количествах.
2.1.1 Катодный процесс в цианистых электролитах золочения.
Реакция, определяющая потенциал электрода:
[Au(CN)2]- = AuCN + (CN)- AuCN = Au+ + (CN)-
Катодные поляризационные кривые для щелочного электролита приведены на рисунке 1, поляризация электроосаждения золота из кислых и нейтральных растворов находится в области более положительных значений.
Рисунок 1 — Поляризационные кривые золота в щелочном цианистом электролите (г/л Ag в пересчете на металл): 1 — 17, 2 — 30.
Рассмотрим поляризационные кривые на рисунке 1 более подробно:
• На 1 и 2 участках кривых при потенциале от -0,4 до -0,6 В в элементарной реакции участвуют AuCN или Au2(CN)2. • На 3 и 4 участке при потенциале от -0,7 до -0,9 В — [Au(CN)2]-. • На 5 участке — [Au(CN)2]- и Н+. Под воздействием сильного электрического поля в ДЭС у катода происходит адсорбция аниона [Au(CN)2]- положительным концом к катоду, что облегчает процесс разряда:
[Au(CN)2]- + e = [Au(CN)2]2- [Au(CN)2]2- = Au + 2(CN)-
Трехвалентный комплекс золота изучен очень мало. Одним из исследователей был А.Кнодлер. Известно, что нагрев щелочного электролита и повышение рН способствует образованию одновалентного золота. Если рассмотреть реакции:
[Au(CN)4]- = [Au(CN)2]- + (CN)2 (CN)2 + 2(OH)- = (CN)- + (CNO)- + H2O [Au(CN)4]- + 2(OH)- = [Au(CN)2]- + (CN)- + (CNO)- + H2O
то становится очевидным, что разложение трехвалентного комплекса золота действительно должно ускоряться с ростом рН (увеличением концентрации OH-).
В нейтральных и кислых растворах трехвалентный комплекс устойчив даже при нагреве.
Если в растворе присутствует трехвалентный комплекс золота, то его разложению способствует металлическое золото и свободный цианид:
[Au(CN)4]- + 2Au + 2(CN)- = 3 [Au(CN)2]-
В качестве металлического золота могут выступать аноды, позолоченные детали, оставленные без тока, частички золотого шлама и остатков покрытия, упавших в ванну. Катодный выход по току в щелочных растворах может достигать — 70-80%, нейтральных — почти 100%, кислых — 30-40%. Работа на низких плотностях тока сопровождается снижением ВТ. Уже осажденное золотое покрытие при этом растворяется по реакциям:
2Au + 4KCN + O2 + 2H2O = 2K[Au(CN)2] + H2O2 + 2KOH 2Au + 4KCN + H2O2 = 2K[Au(CN)2] + 2KOH
2.1.2 Анодный процесс в цианистых электролитах золочения.
Анодный процесс при золочении имеет некоторые аномалии — как в механизме, так и в выходе по току. Аномалии в основном связаны с возможностью образования комплексов трехвалентного золота.
Возможно использование растворимых и нерастворимых анодов:
• Растворимые аноды при золочении можно применять только в щелочных цианистых растворах. Они могут растворяться химически в цианидах, что повышает анодный выход по току. Со временем трехвалентный комплекс восстанавливается и анодный процесс стабилизируется.
• В качестве нерастворимых анодов используются платинированные / ирридированные титановые пластины или сетки.
Покрытие сплавами золота
Для покрытия изделий чаще всего используют сплавы золота, к которому добавляют лигатирующий компонент. Дополнительный элемент в составе сплава позволяет придать детали необходимые качества и желаемый оттенок. В России предпочтение отдают золоту с красноватым отливом, в США и некоторых других странах приоритетом пользуется покрытие лимонно-желтого или латунного оттенков.
Для того чтобы гальваника имела оттенок не под золото, а под платину, рабочий сплав должен состоять из золота и никеля, процентное содержание которого должно составлять не менее 8-10%. Такое покрытие будет иметь белый оттенок, а также отличаться высокой твердостью по сравнению с чисто золотым слоем. Чем больше доля никеля в сплаве, тем выше будут показатели твердости и износостойкости итоговой поверхности. Гальванические покрытия на основе золота и никеля за границей применяют для ювелирных изделий. Благодаря высокой устойчивости коррозионным процессам их можно использовать и для технических целей.
Сплав золота и меди в России применяется для покрытия элементов наручных часов. Ход процесса зависит от концентрации свободного цианида в электролите: чем больше концентрация вещества в электролите, тем меньше содержание меди в полученном покрытии. При проведении процесса в условиях нейтральных электролитов можно получить покрытие медь-золото толщиной 20 микрон.
Кроме перечисленных сплавов, используются также составы золото-серебро и золото-сурьма. Процентное содержание элементов в итоговом покрытии зависит от особенностей электролита и применяемых химических реактивов.
Гальваническое покрытие золото-сурьма заслужило положительные отзывы благодаря своему использованию для золочения оправ очков. Покрытие такого состава характеризуется не только повышенной износостойкостью, но и привлекательным внешним видом. В зависимости от толщины оно может получиться полублестящим или блестящим. Подобные свойства вместе с высоким уровнем устойчивости к механическим воздействиям позволяют использовать сплав в декоративных целях.
