Galwanizacja

Galwanizacja - proces elektrolitycznego osadzania metali na powierzchni wyrobów metalowych lub niemetalowych (np. wyrobów grafitowych) dla ochrony przed korozją, otrzymania żądanych właściwości fizycznych lub dla ozdoby [I. Duda i in. 1994, s. 55] Galwanizacja to dział galwanotechniki obejmujący elektrolityczne wytwarzanie dobrze przyczepnych do podłoża cienkich powłok metalowych (galwaniczne powłoki). Podstawowymi zastosowaniami powłok galwanicznych są ochrona przed korozją lub nadanie powierzchni wyrobu odpowiednich w danym zastosowaniu własności mechanicznych. Powłoki galwanicznie wykonuje się na dwa różne sposoby. Pierszym z nich jest zanurzenie w roztworze soli metalu, którym chcemy pokryć wyrób. W zależności od rodzaju powłoki biegun dodatni podpięty jest do galwanizowanego wyrobu lub do drugiej elektrody. Przepływ prądu powoduje rozkład soli na metal, który pokrywa wyrób oraz wytwarzanie gazu na drugiej elektrodzie. Drugim jest osadzanie się soli metalu szlachetniejszego (np. miedziowanie żelaza) bez użycia prądu elektrycznego[Poradnik inż. mechanika T1 s. 1403]. Przed przystąpieniem do procesu konieczne jest oczyszczenie półproduktu. Jeżeli jest konieczne stosuje się czyszczenie zgrubne (np. piaskowanie) oraz niezbędne jest wytrawianie, które usunie wszystkie zanieczyszczenia z powierzchni.

Powłoki galwaniczne są drogie, lecz są cienkie, szczelne, równomiernie grube i estetyczne [W. Nalepa 1973, s. 32]

Rozróżnia się:

1. Powłoki anodowe - wykonuje się z metali, które wykazują potencjał elektrochemiczny bardziej ujemny od potencjału chronionego metalu. Potencjały elektrochemiczne określone są w Voltach, a ich wartości można znaleźć w skali Paulinga. Oznacza to, że w wyniku korozji elektrochemicznej rozpuszczaniu ulega metal z którego wykonana jest powłoka, a nie metal pokrywany. Nie ma to wpływu na utlenianie się metalu tam gdzie powłoka jest uszkodzona. Korozja elektrochemiczna ma miejsce gdy dwa stykające się bezpośrednio ze sobą metale o różnych potencjałach elektrochemicznych mają jednoczesny kontakt z elektrolitem (np. wodą morską)[Poradnik inż. mechanika T1 s. 1382]. Jest to powód, dla którego należy unikać łączenia metali o dużych różnicach potencjałów elektrochemicznych (np. miedzi z aluminium). Powszechnie stosowanymi metalami na anodowe powłoki galwaniczne są:

• Cynk - powłoki należą do najczęściej stosowanych do ochrony stali i żeliwa. Jest to metal tani, daje się nakładać różnymi metodami w sposób łatwy, a uzyskane powłoki wykazują dużą odporność. Galwaniczną metodę nanoszenia cynku stosuje się zwykle do powlekania elementów precyzyjnych. Drugą metodą nakładania powłok cynkowych jest metoda niegalwaniczna, która jest nazywana cynkowaniem ogniowym. Polega ona na zanurzeniu wyrobu w wannie z gorącym, płynnym cynkiem. Powłoki wykonane metodą ogniową są grubsze i bardziej odporne na warunki atmosferyczne. Technologia to powszechnie używana jest do pokrywania słupów i ogrodzeń. Ze względu na wysoką temperaturę procesu dochodzi do odkształceń termicznych pokrywanego wyrobu. Cynk nakładany ogniowo ma charakterystyczny wygląd z jaśniejszymi i ciemniejszymi plamami.
• Kadm - ze względu na jego toksyczność jest stosowany coraz rzadziej.

2. Powłoki katodowe - otrzymuje się z metali o potencjale elektrodowym bardziej elektrododatnim niż potencjał metalu podłoża. W przypadku stali jako podłoża najczęściej stosuje się powłoki miedziowe, niklowe, chromowe, ołowiowe. Tego rodzaju powłoki chronią metal podłoża tylko przy całkowitej ich szczelności. Najczęstszymi metalami w przypadku wytwarzania powłok katodowych na stali są:

• Miedź - sporadycznie stosowana samodzielnie do wytwarzania powłok ochronnych, natomiast głównie wykonuje się z niej wartwę pośrednią między stalą a niklem lub chromem.
• Nikiel - powłoki są szeroko stosowane do ochrony wyrobów ze stali, cynku lub mosiądzu przed korozją elektrochemiczną, erozją lub ścieraniem. Nakłada się je głównie metodą elektrochemiczną lub chemiczną-bezprądową.
• Chrom - ze względu na porowatość powłok elektrolitycznych i ich skłonność do pękania nakłada się zwykły chrom na podwarstwę niklową, jak również stosuje się tzw. chrom podwójny lub powłoki wielowarstwowe. Powłoki chromowe odporne są na działanie korozji w atmosferach naturalnych i przemysłowych. Można wyróżnić powłoki dekoracyjne oraz powłoki techniczne, mające na calu poprawę parametrów mechanicznych powierzchni.
• Ołów - powłoki nakłada się metodą ogniową, napawania homogenicznego, elektrolityczną oraz natryskiwania cieplnego. Powłoki z ołowiu są odporne na korozję atmosferyczną w temperaturze do 100 stopni Celsjusza, na działanie tlenków siarki, kwasu siarkowego, siarkowodoru [S. Hornik i in. 1989, s. 149-150]
• Cyna - tak samo jak w przypadku powłok cynkowych można ją nanosić galwanicznie oraz ogniowo. Jest stosowana do pokrywania opakowań mających kontakt z żywnością.
• Srebrzenie oraz złocenie - proces technologiczny w przypadku obydwu tych metali jest bardzo zbliżony. Mają bardzo dobre własność antykorozyjne. W elektronice styki pozłacane są ze względu na brak ryzyka ich utlenienia, co spowodowałoby brak styku w złączu.
• Aluminium - czysty glin ma niższy potencjał elektrochemiczny od stali, lecz potencjał tlenku glinu jest wyższy, więc jest to powłoka katodowa[Poradnik inż. mechanika T1 s. 1397].Powłoki aluminiowe zawdzięczają swoją wytrzymałość pasywacji. Glin (Aluminium to nazwa stopu składającego się w kilkudziesięciu procentach z glinu) w wyniku reakcji chemicznej z tlenem zamienia się w tlenek glinu (Al₂O₃), który cechuje się dużą twardością oraz temperaturą topnienia równą 2072^oC, co zwykle znacznie przekracza temperaturę topnienia materiału na którym naniesiona jest powłoka.Powłoki te nakłada się najczęściej nie metodą galwaniczną, a metodą ogniową lub natryskową.
• Metoda galwaniczna - najczęściej używaną obecnie jest metoda platerowania metalami szlachetnymi za pomocą prądu elektrycznego (Platerowanie - powlekanie przedmiotów cienką warstwą złota, srebra, platyny, rodu itp. przeprowadza się w tym celu, aby przedmioty sporządzone z metali nieszlachetnych uodpornić na wpływy zewnętrzne i nadać im większą wartość, a wyrobom z metali szlachetnych - nadać ładniejszy wygląd zewnętrzny). [F. Zastawniak 1956, s. 159]
• Anodowanie - proces wytwarzania warstwy tlenku glinu na powierzchni wyrobu, której własności zauważalnie różnią się od własności metalu.Pasywacja glinu jest zjawiskiem, które pozwala na istnienie procesu anodowania aluminium. Ze względu na uzyskany efekt można wyróżnić anodowanie twarde oraz oraz anodowanie ozdobne. Anodowanie twarde pozwala na uzyskanie powierzchni znacznie twardszej od aluminium na którym zostało wykonane. Ma to zastosowanie tam gdzie części narażone są na ścieranie. Anodowanie ozdobne jest powszechnie stosowane w przedmiotach codziennego użytku. Zwykle jest to anodowanie barwne. Anodowanie zwiększa odporność na korozję[Anodizion and Metal Treetment Handbook s. 403]. Na powierzchni aluminium warstwa tlenku glinu powstanie samoczynnie w powietrzu atmosferycznym, lecz będzie ona cieńsza i mniej wytrzymała od warstwy uzyskanej elektrochemicznie.

TL;DR

Galwanizacja to proces elektrolitycznego osadzania metali na powierzchni wyrobów metalowych lub niemetalowych w celu ochrony przed korozją, uzyskania odpowiednich właściwości fizycznych lub dla ozdoby. Powłoki galwaniczne są cienkie, szczelne, równomiernie grube i estetyczne. Istnieją powłoki anodowe (np. cynk, kadm) i katodowe (np. miedź, nikiel, chrom). Galwanizacja ma wiele zalet, takich jak wytrzymałość, oszczędność czasu i pieniędzy, łatwa aplikacja i łatwa konserwacja. Jednak ma też ograniczenia, takie jak konieczność precyzyjnego wyważenia płynu galwanicznego i kosztowność. Istnieją również inne metody związane z galwanizacją, takie jak elektroliza, oksydowanie, cynkowanie, złocenie i chromowanie.

Galwanizacja - przykłady

• Galwanizacja miedziana - proces polegający na osadzaniu miedzi na powierzchni metalu, takie jak żelazo, stali, miedź i aluminium, w celu ochrony przed korozją. Przykładem tego jest powłoka miedziowa na karoseri samochodów, która chroni ją przed rdzą.
• Galwanizacja cynkowa - proces osadzania cienkiej warstwy cynku na powierzchni metalowej, takiej jak stali, miedzi, aluminium lub żelaza, w celu zabezpieczenia przed korozją. Przykładem tego jest pokrycie cynkiem metalowych elementów budynków, aby ochronić je przed działaniem wilgoci i korozji.
• Galwanizacja chromowa - proces nakładania warstwy chromu na powierzchnię metalu, taką jak stal, miedź, aluminium lub żelazo, w celu ochrony powierzchni przed korozją i utrzymania jej w dobrym stanie. Chromowanie jest szczególnie popularne w przemyśle motoryzacyjnym, gdzie stosuje się je do wykańczania metalowych części samochodowych.
• Galwanizacja niklowa - proces nakładania warstwy niklu na powierzchnię metalu, taką jak stali, miedzi, aluminium lub żelaza, w celu ochrony powierzchni przed korozją i zachowania jej w dobrym stanie. Jest szczególnie popularny w przemyśle motoryzacyjnym i elektronicznym, gdzie stosuje się go do wykańczania metalowych elementów.

Galwanizacja - mocne strony

Galwanizacja ma wiele zalet. Oto kilka z nich:

• Wytrzymałość: Galwanizacja tworzy cienką powłokę metalu, która zapewnia wyższą wytrzymałość w stosunku do wyrobów z innych materiałów. Materiał jest odporny na działanie czynników zewnętrznych, takich jak wilgoć, korozja i ścieranie.
• Oszczędność czasu i pieniędzy: Galwanizacja jest skuteczna i wytrzymała, co oznacza, że można ją wykonać szybko i bez dodatkowych kosztów.
• Aplikacja: Galwanizacja może być stosowana na wyrobach metalowych i niemetalowych. Oznacza to, że może być stosowana do wytwarzania powłok galwanicznych na większości rodzajów produktów.
• Wygląd: Galwanizacja tworzy cienką powłokę metalu na powierzchni wyrobu, co wpływa na jego estetykę.
• Łatwa konserwacja: Galwanizacja tworzy trwałą powłokę, która nie wymaga częstych napraw i konserwacji, co jest szczególnie ważne, jeśli chodzi o produkty, które narażone są na działanie czynników zewnętrznych.

Galwanizacja - ograniczenia

Galwanizacja ma pewne ograniczenia i słabe strony.

• Proces ten wymaga wysoce precyzyjnego wyważenia płynu galwanicznego, aby zapewnić wysoką jakość powłoki. Nadmiar jednego z pierwiastków chemicznych może spowodować uszkodzenie powłoki, co w konsekwencji może zmniejszyć jej zdolność ochronną.
• Proces ten może być bardzo czasochłonny, szczególnie w przypadku bardziej skomplikowanych powłok, które wymagają wielu warstw lub skomplikowanych wzorów.
• Zanieczyszczenie lub uszkodzenia powierzchni mogą wpływać na jakość powłoki, dlatego należy je regularnie sprawdzać, aby upewnić się, że powłoka jest prawidłowo wykonana.
• Galwanizacja może być kosztowna, szczególnie w przypadku bardziej skomplikowanych projektów.

Galwanizacja - inne związane podejścia

Istnieje wiele innych metod lub podejść związanych z Galwanizacja. Oto one:

• Elektroliza - technika używana do osadzania metali i stopów metali na metalowych lub innych powierzchniach. Jest to proces wytwarzania metalowej powłoki na powierzchni wyrobu przez użycie prądu elektrycznego.
• Oksydowanie - to proces wytwarzania warstwy tlenków na powierzchni metalu, aby zapobiec korozji i zwiększyć odporność na ścieranie. Proces wymaga wytworzenia warstwy tlenku na powierzchni, co pozwala na chronienie metalu przed działaniem czynników środowiskowych.
• Cynkowanie - proces wytwarzania warstwy cienkiego cynku na powierzchni metalu w celu ochrony przed korozją. Cynkowanie jest szczególnie skuteczne w przypadku żelaza, stali i aluminium.
• Złocenie - proces wytwarzania cienkiej warstwy złota na powierzchni metalu w celu otrzymania ozdobnego efektu. Złocenie jest często stosowane w przemyśle biżuterii, aby nadać wyrobom wygląd złota.
• Chromowanie - proces tworzenia warstwy chromu na powierzchni metalu w celu zwiększenia odporności na korozję i ścieranie. Chromowanie jest szczególnie skuteczne w przypadku stali i stali nierdzewnej.

Galwanizacja — artykuły polecane

Klarowność — Metody oznaczania wody — Polipropylen — Ekstrakt — Flotacja — Polietylen — Poliwęglany — Koagulacja — Pieczywo

Bibliografia

• Buciewicz J., Hornik S., Ostrowski A. (1989), Towaroznawstwo przemysłowe towary metalowe, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków
• Duda I. (red.) (1995), Słownik pojęć towaroznawczych, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków
• Kocańda S. i in. (1968), Poradnik Inżyniera Mechanika, Warszawa
• Nalepa W. (1973), Towaroznawstwo metalowych artykułów gospodarstwa domowego, Zakład Wydawnictw CRS, Warszawa
• PWN (2004), Nowa encyklopedia powszechna PWN, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Ramesh S. (2013), Hot-Dip Galvanizing Vs. Zinc Electroplating, Pipe and Gas Journal March, Vol. 240, No. 3
• Zastawniak F. (1956), Złotnictwo i probiernictwo, Wydawnictwo przemysłu lekkiego i spożywczego, Warszawa

Autor: Stec Robert