Galvanizācija: definīcija, metodes un pielietojumi
Galvanizācija ir virsmas pārklājuma tehnika, kurā viens metāls tiek uzklāts uz cita metāla vai cita materiāla virsmas, lai mainītu šīs virsmas īpašības — aizsargātu pret koroziju, uzlabotu izskatu, elektrovadītspēju vai nodilumizturību. Galvanizācija tiek izmantota jau simtiem gadu un ir svarīga mūsdienu rūpniecībā, elektronikas, automobiļu, aviācijas, juvelierizstrādājumu un medicīnas nozarēs.
Galvanizāciju izmanto priekšmetu dekorēšanai, korozijas novēršanai, rūdīšanai, nodilumizturības uzlabošanai, berzes samazināšanai, krāsošanai, elektrovadītspējas maiņai un citiem mērķiem. Juvelierizstrādājumos bieži izmanto pārklājumus, lai iegūtu sudraba vai zelta apdari. Priekšmetus var apklāt ar tik plānām plēvēm, ka tās mēra atsevišķos atomu slāņos, tāpēc apšuvumu metodes ir nozīmīgas arī nanotehnoloģijās.
Galvenās galvanizācijas metodes (īsā pārskatā):
- Elektroķīmiskā galvanizācija (elektroplating) — darba gabalu ievieto elektrolīta šķīdumā un, izmantojot elektrisko strāvu, metāla jonus reducē un nogulsnē uz virsmas. Šī metode nodrošina labu pārklājuma kontroli un tiek plaši izmantota sudraba, zelta, niķeļa un hroma pārklājumiem. Ļoti izplatīta metode ir galvanizācija.
- Bez-elektriskā (ķīmiskā) nogulsnēšana — metāla nogulsnēšana bez ārējas strāvas, izmantojot ķīmiskas reakcijas (piem., bezvadu niķelēšana). Labi piemērota nelīdzenām formām un sarežģītiem komponentiem.
- Karsti iegremdēšana (hot-dip galvanizing) — metāla detaļu iegremdēšana kausētā pārklājuma metālā (bieži cinks) un iegūst biezāku, mehāniski izturīgu slāni, kas efektīvi pasargā pret atmosfērisku koroziju.
- Termiskie pārklājumi (thermal spraying) — metāla vai keramikas materiāla izsmidzināšana karstā stāvoklī uz virsmas, piemēram, plazmas vai lāzera pārklājumi.
- Fizikālās un ķīmiskās tvaika nogulsnēšanas metodes (PVD/CVD) — izmanto vakuumu, lai nogulsnētu ļoti plānas un vienmērīgas plēves ar augstu tīrību un stiprību; bieži lieto optiskos, dekoratīvos un tehniskos pārklājumos.
- Metāla klāšana / laminēšana (piem., Šefīldas plāksne) — cieta virsma tiek pārklāta ar metāla loksni un pēc tam ar karstuma un spiediena palīdzību to sakausē vai mehāniski salīmē; klasisks piemērs ir Šefīldas plāksne, kur sudraba loksne tiek apvienota ar vara pamatni, lai iegūtu dekoratīvu un izturīgu izstrādājumu.
Virsmu sagatavošana un pēcapstrāde: kvalitāte sākas ar rūpīgu sagatavošanu — tīrīšanu, atkaļķošanu, oksīdslāņu noņemšanu (piklingu), aktivizāciju. Pēc pārklāšanas bieži seko izžūšana, karsēšana, pulēšana vai pasivizācija, lai uzlabotu pārklājuma adhēziju, izskatu un korozijas aizsardzību.
Materiāli, kurus lieto pārklāšanai: visbiežāk izmanto cinku (cinkošana), niķeli, hromu, vara, sudrabu, zeltu un alvu. Izvēle atkarīga no vajadzīgajām īpašībām — korozijas aizsardzība, vadītspēja, pretestība nodilumam vai dekoratīvais efekts.
Pielietojumi (daži galvenie):
- Auto un mašīnbūve — aizsardzība pret laikapstākļiem, drošības detaļas un hroma dekoratīvie elementi.
- Elektrotehnika un elektronika — kontaktu un savienotāju pārklājumi, PCB apstrāde, vadošas virsmas.
- Juvelierizstrādājumi — dekoratīvi pārklājumi, piemēram, Juvelierizstrādājumos izmantotā sudraba vai zelta apdare.
- Celtniecība un infrastruktūra — cinkošana konstrukcijām, lai aizsargātu pret koroziju.
- Medicīnas instrumenti — biokompatiblas virsmas, sterilizācijas noturība.
- Nanotehnoloģijas un optika — ļoti plānu pārklājumu lietojumi, kas var būt biezumā no viena atoma — skat. saistības ar nanotehnoloģijām.
Kvalitātes pārbaude un kontrole: pārklājuma biezumu mēra ar rentgenfluorescenci (XRF), mikrometriem vai elektroķīmiskām metodēm; korozijas izturību testē ar sāls miglas testiem, un adhēziju — ar vilkšanas/skrāpēšanas testiem. Atbilstoša dokumentācija un sertifikācija ir svarīga rūpnieciskai lietošanai.
Vides un drošības aspekti: galvanizācijas procesi var radīt bīstamas notekūdeņus un gāzes (piem., hloru savienojumi, smagie metāli). Ir svarīgi nodrošināt atbilstošu notekūdeņu attīrīšanu, gaisa filtrāciju un darbinieku aizsardzību. Mūsdienu industrija strādā pie mazāk kaitīgu ķīmisku līdzekļu un atkārtojošas pārstrādes tehnoloģiju ieviešanas.
Priekšrocības un ierobežojumi: galvanizācija ļauj iegūt specifiskas virsmas īpašības, uzlabo izskatu un pagarina detaļu kalpošanas laiku. Tomēr nepieciešama rūpīga sagatavošana, atbilstoša tehnoloģijas izvēle un vides/uzraudzības pasākumi, lai izvairītos no piesārņojuma un nodrošinātu ilgtspējīgu ražošanu.
Kopumā galvanizācija ir daudzveidīga un tehniski attīstīta joma, kas apvieno klasiskas metodes (piem., Šefīldas plāksne) ar moderno elektroķīmisko un vakuuma nogulsnēšanas tehnoloģiju risinājumiem, pielāgojoties gan rūpnieciskām, gan precīzām augstas pievienotās vērtības vajadzībām.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir plātnēšana?
A: Galvanizācija ir process, kurā metālu pārklāj ar cita metāla virsmu. To dara jau simtiem gadu, un mūsdienu tehnoloģijās to izmanto dažādiem mērķiem.
J: Kādi ir daži galvanizācijas veidi?
A: Galvanizāciju izmanto priekšmetu dekorēšanai, korozijas novēršanai, rūdīšanai, nodilumizturības uzlabošanai, berzes samazināšanai, krāsošanai, vadītspējas maiņai un citiem mērķiem.
J: Kādam nolūkam juvelierizstrādājumu izgatavošanā izmanto galvanizāciju?
A: Juvelierizstrādājumu izgatavošanā parasti izmanto pārklājumu, lai piešķirtu sudraba vai zelta apdari.
J: Kas ir nanotehnoloģija un kā tajā izmanto galvanizāciju?
A: Nanotehnoloģija ir pētniecība par ārkārtīgi mazām daļiņām un materiāliem. Apmetumu var izmantot nanotehnoloģijā, jo ar to var izveidot tik plānas plēves kā viens atoms.
J: Kādas ir dažas dažādas galvanizācijas metodes?
A.: Ir vairākas galvanizācijas metodes, bet galvanizācija ir ļoti izplatīta metode. Citas metodes ietver cietas virsmas pārklājumu ar metāla loksni un tad to sakausēšanu, izmantojot karstumu un spiedienu, un Šefīldas plāksni.
J: Kas ir Šefīldas plāksne?
A: Šefīldas plāksne ir galvanizācijas metode, kad cietu virsmu pārklāj ar metāla loksni un pēc tam ar karstuma un spiediena palīdzību to sakausē. Tas ir cietas virsmas pārklājuma variants ar metāla loksni.
J: Kāpēc galvanizācija ir svarīga mūsdienu tehnoloģijām?
A: Galvanizācija ir svarīga modernajām tehnoloģijām, jo to var izmantot daudzās dažādās jomās, sākot no juvelierizstrādājumu izgatavošanas līdz nanotehnoloģijām. Tas palīdz uzlabot priekšmetu funkcionalitāti un estētiku, kā arī novērst koroziju, nolietošanos un citas problēmas.
