Сущность процесса гальванопластики заключается в осаждении металла из гальванических ванн на снятую с оригинала форму для получения металлической копии. Причем с абсолютной точностью воспроизводят все подробности оригинала. Процесс изготовления гальванокопий состоит из следующих операций:
• изготовление форм;
• нанесение электропроводящего слоя на формы и зарядка;
• загрузка форм в гальванованну и процесс наращивания; Изготовление форм. Формы для снятия гальванопластических
копий изготовляют из различных материалов. Они должны отвечать следующим требованиям: давать точный отпечаток; иметь минимальную усадку; не растворяться в электролите и не загрязнять его; легко связываться с электропроводящим слоем.
Гипсовые формы. Эти формы изготовляют обычным приемом, но перед завешиванием в ванну тщательно просушивают и затем пропитывают специальным составом из воска и парафина с добавкой канифоли. Гипсовые формы легко снимаются с глиняных и с пластилиновых оригиналов. Это их преимущество, но в работе они не очень хороши, так как в электролите часто размокают и разрушаются.
Восковые формы. Эти формы можно легко снять только с металлических изделий и сырых гипсовых моделей. Наименьшую усадку при затвердевании дает следующий состав (%): канифоль — 70, воск пчелиный — 20, парафин — 10. Температура плавления 80— 90° С. Существуют и другие рецепты (в весовых частях):
Процесс снятия форм сводится к следующему: модель тщательно очищают от пыли и, смочив ее слегка водой, укладывают на ровную поверхность. Окружив модель рамкой из металлической полоски, ее заливают растопленным воском, дав ему предварительно слегка остыть. При заливке струю направляют не на модель, а рядом, чтобы избежать образования в форме пузырей. Готовую форму следует снимать с модели еще теплой.
Формы из высокополимеров. Сюда относятся: различные эластичные пластмассы, каучуковый латекс, хлорвинил; эти формы эластичны, легко снимаются со сложных оригиналов. При наращивании их укладывают в гипсовые кожухи; они могут быть использованы многократно. Целлулоидные и акриловые формы изготовляют путем тиснения или прессовки с невысоких рельефов.
Металлические формы. Их можно изготовить из листового свинца путем тиснения или из листовой латуни, или меди методом чеканки. С металлического оригинала (модели) можно снять также гальванопластическую форму.
Нанесение электропроводного слоя на формы и зарядка. Материалы, из которых изготовляют формы (гипс, воск, пластмассы) — диэлектрики, т. е. не проводят ток и поэтому для того, чтобы сделать их электропроводными, требуется их специальная обработка: механическое натирание графитом или металлическим порошком (медным, серебряным); химическое — осаждение или выделение металлического слоя меди, серебра или других металлов из солей.
Зарядка форм, т. е. снабжение их проводниками, имеющими контакт с электропроводящим слоем и катодной штангой. Проводники для зарядки форм изготовляют из мягкой, отожженной медной или латунной проволоки толщиной 0,15—0,5 мм. Сечение проволоки не должно быть очень малым, так как такие провода нагреваются при максимальных плотностях тока. Контактирующие провода прокладываются на расстояние 0,5—1 см от границ готового изделия. Это позволяет легко удалять облой и производить обработку готового изделия.
Подвески, на которых формы завешиваются в ванне, делают из одножильных изолированных проводов с крючком на одном конце для соединения ее с катодной штангой; другой конец соединяют с проводником. В сложных формах делают дополнительные проводники, цель которых — увеличить площадь соприкосновения токоведущих проводников с электролитом и тем ускорить процесс затяжки.
Загрузка форм в ванну и процесс наращивания. Формы с проводящим слоем из серебра загружают в ванну под током. Формы, обработанные графитом, можно опускать в ванну без тока, а затем его включать. При загрузке необходимо следить, чтобы в поднутрениях не оставался воздух (пузырьки); для этого изделия загружают медленно, чтобы воздух успел выйти из формы, или смазывают формы спиртом; необходимо также следить, чтобы не смылся графит, что происходит, если форма завешивается слишком поспешно, небрежно.
Если удельный вес материала, из которого сделана форма, меньше, чем у электролита (воск и др.), то к форме необходимо привешивать грузы (например, свинец), иначе формы будут всплывать. Свинцовые грузы следует предварительно покрыть слоем воска, погрузив их в растопленный воск, чтобы на грузах не осаждалась медь.
Для гальванопластики применяют ванны из различных материалов и размеров. Наибольшее распространение сейчас имеют стальные сварные ванны, обложенные листовой резиной или виниловым пластиком. Можно применять также в качестве материала для ванн свинец, керамику, стекло. Источником тока обычно служит либо низковольтная динамо-машина, либо выпрямитель (купроксный или селеновый), обеспечивающий напряжение 3—12 В и плотность тока 1,5—2 А/дм 2 .
Состав обычных медных электролитов и режимы отложения:
Медный купорос — 200—250 г/л
Серная кислота — 30—35 г/л
Плотность тока — 1,5—2 А/дм 2 ; температура 18—20° С. Она может повышаться до 25—28° С за счет джоулева тепла.
Аноды — чистая красная медь МО и M 1; недопустимо присутствие в анодах мышьяка и сурьмы (вредная примесь) — от них осадок делается хрупким; примесь других металлов — железа, цинка, никеля — заметно не вредит.
Неполадки и их причины.
• Осадок неровный, поверхность покрыта шишками (дендритами) — электролит загрязнен графитом, анодным шламом и т. п. Электролит необходимо профильтровать.
• Крупнокристаллический осадок на катоде и осадок сернокислой меди на аноде свидетельствуют об избытке купороса. Электролит следует разбавить водой.
• Осадок темно-бурого красноватого цвета, грубошершавый, рыхлый, хрупкий — недостаток кислоты. Следует ее добавить.
• Красный цвет осадка на углах и краях — «горелости» — велика плотность тока.
Равномерное отложение меди на сложных, сильно профилированных формах — наиболее трудная задача. Даже на ровной плоской поверхности толщина слоя не бывает одинаковой, — она толще по краям и тоньше в середине, на ребрах, углах, выступах — толще, а в углублениях — тоньше; в очень глубоких и поднутренных местах формы осаждения иногда не происходит. Причина — неравномерное распределение силовых линий, которое зависит от формы электродов, расстояния между ними, от состава электролита и т. п.
Средоточие силовых линий вызывает неравномерность в плотности тока по поверхности сложно профилированной формы. На выступах плотность тока возрастает, а на углубленных местах падает, и от этого слой осажденной меди неодинаков. Главная задача технологии гальванопластики — стремиться к равномерному осаждению металла по всей поверхности формы. Для этого обычно применяют различные экранные кассеты, цель которых — изменить направление силовых линий и, следовательно, улучшить процесс осаждения, сделать его более равномерным.
Применяется также способ постепенного погружения формы с последующим экранированием уже наращенных участков (рис. 100) или установка дополнительных анодов в местах глубоко профилированных и поднутренных, куда не достигают силовые линии от основного анода. На дополнительные аноды надевают шламозадерживающие чехлы из тонкой капроновой или стеклянной ткани; аноды приклеивают при помощи церезина к просушенным частям формы. Можно также периодически изменять направления постоянного тока при помощи реле времени. Реверсирование тока замедляет рост металла на выступах и углах, так как анодное растворение металла идет наиболее интенсивно именно на выступающих участках.
