Niniejszy przegląd obejmuje podstawowe pojęcia i procesy stosowane w galwanizacji.

Podstawy galwanizacji

Galwanizacja:

• Proces elektrochemiczny polegający na osadzaniu warstw metalu na przewodzącym podłożu.
• Wykorzystuje ogniwo elektrolityczne do przenoszenia jonów metalu z roztworu na podłoże.

Elektrolit:

• Przewodzący płyn zawierający jony metalu, które mają zostać osadzone.
• Przykłady: roztwór siarczanu miedzi do osadzania miedzi, roztwór siarczanu niklu do osadzania niklu.

Anoda:

• Elektroda, na której zachodzi proces utleniania.
• W galwanizacji często wykonana jest z metalu, który ma być osadzony (np. anoda miedziana do osadzania miedzi). Wyjątek stanowi chrom. W przypadku elektrolitu chromowego (na bazie trójwartościowego chromu) nie wolno stosować anod chromowych, ponieważ może powstać wysoce toksyczny chrom sześciowartościowy (chrom VI)!
• Jeżeli brak jest anod z materiału elektrolitu, można zastosować anody obojętne, takie jak platyna (anoda z tytanu platynowanego) lub grafit.
• Anody grafitowe mają wadę polegającą na tym, że ich opór może znacznie wzrosnąć, co czyni je bezużytecznymi. Choć są bardzo uniwersalne, odradza się ich stosowanie, ponieważ chemicznie się nie rozpuszczają, ale w wyniku wydzielania tlenu na anodzie do kąpieli przedostają się cząstki, powodując jej zmętnienie. Z czasem cząstki te osadzają się w powłoce, nadając jej ciemniejszy kolor. Dlatego zaleca się stosowanie anod metalowych.

Katoda:

• Elektroda, na której zachodzi proces redukcji.
• Podłoże, na którym osadzany jest metal.

Źródło prądu:

• Źródło prądu stałego dostarczające energii potrzebnej do przeprowadzenia reakcji elektrochemicznej.

Ważne pojęcia i procesy

Elektroliza:

• Proces, w którym przyłożenie prądu elektrycznego powoduje reakcje chemiczne w roztworze elektrolitu.

Redukcja:

• Proces chemiczny, w którym atom lub jon przyjmuje elektrony.
• Podczas osadzania metalu jon metalu (np. Cu²⁺) zostaje zredukowany do atomu metalu (Cu).

Utlenianie:

• Proces chemiczny, w którym atom lub jon traci elektrony.
• Podczas osadzania metalu anoda jest często utleniana w celu uwolnienia jonów metalu do roztworu.

Gęstość prądu:

• Ilość prądu przypadająca na jednostkę powierzchni elektrody.
• Ważny parametr wpływający na jakość i szybkość osadzania metalu.
• Dla jakości powłoki na katodzie (obrabianym elemencie) istotna jest gęstość prądu katodowego. Dla każdego elektrolitu istnieje optymalny zakres gęstości prądu, w którym uzyskuje się dobre rezultaty. Poza tym zakresem powłoka może stać się matowa.
• Po stronie anody istotna jest gęstość prądu anodowego, kluczowa dla stabilności elektrolitu. Powinno rozpuszczać się tyle metalu, ile osadza się na katodzie.
• W idealnych warunkach anoda rozpuszcza się w takim tempie, w jakim metal osadza się na katodzie, co pozwala zachować elektrolit w dobrym stanie przez dłuższy czas. W praktyce jednak występują odchylenia.
• Na przykład kwaśne elektrolity cynkowe wzbogacają się szybciej, niż następuje osadzanie metalu, co po dłuższym czasie powoduje zmętnienie roztworu.
• W przypadku niklu anoda rozpuszcza się wolniej, przez co elektrolit stopniowo traci jony niklu. Można wówczas dodać odpowiednie sole niklu, aby uzupełnić ich poziom, jednak z powodu klasyfikacji zagrożeń sole niklu nie mogą być sprzedawane bez ograniczeń. Aby poprawić rozpuszczalność anod i zmniejszyć pasywację, producenci dodają do elektrolitu jony chlorkowe.

Napięcie nadmiarowe:

• Dodatkowe napięcie wymagane ponad teoretyczny potencjał równowagi, aby proces elektrochemiczny mógł zachodzić.
• Wpływa na wydajność i właściwości osadzanej warstwy metalu.

Skład kąpieli:

• Skład chemiczny elektrolitu, który wpływa na właściwości osadzanej warstwy metalu.
• Dodatki, takie jak środki nabłyszczające, zwilżające i bufory, często stosuje się w celu poprawy jakości powłoki.

Rodzaje powłok galwanicznych

Cynkowanie:

• Osadzanie cynku na stali lub żelazie w celu zapewnienia ochrony przed korozją.

Niklowanie:

• Osadzanie niklu w celach dekoracyjnych lub jako warstwa pod kolejne powłoki.

Złocenie:

• Osadzanie złota w celach dekoracyjnych lub dla styków elektrycznych dzięki doskonałej przewodności i odporności na korozję.

Srebrzenie:

• Osadzanie srebra, często stosowane do styków elektrycznych lub poprawy przewodności.

Pokrywanie miedzią:

• Osadzanie miedzi, często jako warstwa pośrednia lub do ścieżek przewodzących w elektronice.

Ważne parametry i kontrola

pH:

• Kwasowość roztworu elektrolitu, wpływająca na wydajność i jakość osadzania.

Temperatura:

• Temperatura robocza kąpieli elektrolitycznej wpływa na szybkość reakcji i właściwości powłoki.
• Dla uzyskania najlepszych efektów należy przestrzegać zalecanej temperatury pracy danego elektrolitu. Wiele elektrolitów działa optymalnie w temperaturze pokojowej, bez potrzeby dodatkowego ogrzewania.

  Ogólnie można powiedzieć, że niemal żaden elektrolit nie działa dobrze poniżej 15°C, dlatego należy zwracać uwagę na temperaturę, szczególnie jeśli pojawią się problemy z procesem. Ważna jest także temperatura obrabianego elementu – szczególnie w przypadku galwanizacji tamponowej.

   

Systemy mieszania:

• Systemy wprawiające w ruch roztwór elektrolitu, aby zapewnić równomierne osadzanie i uniknąć gradientów stężenia.

Bezpieczeństwo

Odzież ochronna:

• Stosowanie rękawic, okularów ochronnych i fartucha w celu uniknięcia kontaktu z chemikaliami.

Wentylacja:

• Zapewnienie dobrej wentylacji w celu uniknięcia gromadzenia się oparów i gazów.

Postępowanie z chemikaliami:

• Bezpieczne obchodzenie się z chemikaliami i ich utylizacja zgodnie z lokalnymi przepisami.