Processo tecnológico
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El ánodo y el cátodo de la celda conectados a un suministro externo de corriente continua - una batería "Batería (electricidad)") o, más comúnmente, un rectificador. Ambos estarán sumergidos en un baño por una solución de sales del elemento químico que utilizamos para recubrir el objeto.
El cátodo, artículo a recubrir, estará conectado al terminal negativo. Mientras que el ánodo, conectado al terminal positivo, estará compuesto de dicho material para ir aportando iones a la solución a medida que se oxida sustituyendo a los que se están consumiendo en la reacción electroquímica.
Realizando un balance general se puede considerar que cuando se enciende la fuente de alimentación externa, el metal del ánodo se oxida a partir de un estado de valencia cero para formar cationes con carga positiva. Estos cationes asociar con los aniones de la solución. Los cationes se reduce en el cátodo depositándose en el estado metálico, valencia cero. Por ejemplo, en una solución ácida, el cobre se oxida en el ánodo a Cu perdiendo dos electrones. El Cu asociado con el anión SO en la solución forman el sulfato de cobre. En el cátodo, el Cu se reduce a cobre metálico al obtener dos electrones. El resultado es la transferencia efectiva de cobre de la fuente de ánodo a una película que recubre el cátodo.
El recubrimiento más común es un metal puro, no una aleación. Sin embargo, algunas aleaciones pueden ser electrodepositada, en particular el latón y soldadura.
Muchos baños galvánicos incluyen cianuros de otros metales (por ejemplo, cianuro de potasio), además de cianuros del metal a depositar. Estos cianuros libres facilitar la corrosión del ánodo, ayudan a mantener un nivel constante de iones metálicos y contribuir a la conductividad.
Además, productos químicos no metálicos tales como carbonatos y fosfatos se pueden añadir para aumentar la conductividad.
En la operación hay que tener en cuenta que una geometría compleja dará un espesor de recubrimiento irregular, aumentando este en esquinas del objeto por ejemplo. Estos contratiempos se pueden solucionar utilizando múltiples ánodos o un ánodo que imite la forma del objeto a procesar.
Cuando no se desea el recubrimiento en ciertas áreas del sustrato, se aplican barreras para evitar que el baño entrar en contacto con el sustrato. Barreras típicas son cinta, papel de aluminio, lacas y ceras. [ 3 ].
Un factor muy importante es la corriente que utiliza el sistema para llevar a cabo la operación, será determinante para las propiedades del recubrimiento, ya que establece la adherencia de la capa tanto como su calidad y velocidad de deposición, esta última es directamente proporcional al voltaje. Lo más común es usar corriente continua en pulsos, ciclos de 8-15 segundos activado el sistema para dejar 1-3 segundos de inactividad.
Batida
Inicialmente, um depósito especial de galvanoplastia denominado "bump" ou "flash" pode ser usado para formar um revestimento muito fino (normalmente com menos de 0,1 micrômetro de espessura) de alta qualidade e boa adesão ao substrato. Isto serve de base para processos de deposição subsequentes. Um ataque utiliza alta densidade de corrente e um banho com baixa concentração de íons. Este processo é lento, portanto, uma vez obtida a espessura desejada, são utilizados processos de deposição mais eficientes.
Este método é usado para revestir metais diferentes e pouco compatíveis. Se uma placa do tipo depósito for desejável em um metal para melhorar a resistência à corrosão, mas este metal tiver adesão inerentemente fraca ao substrato, um ataque compatível com ambos é primeiro depositado. Um exemplo desta situação é a má adesão do níquel eletrolítico às ligas de zinco, caso em que é utilizado um ataque de cobre, que apresenta boa adesão a ambos. [2].
Escova de galvanoplastia
Um processo intimamente relacionado é a escovação por galvanoplastia. Áreas localizadas ou objetos inteiros são trabalhados com pincel saturado com a solução de revestimento. A escova, geralmente um corpo de aço inoxidável envolto em um material têxtil que serve tanto para conter a solução de revestimento quanto para evitar o contato direto com o elemento a ser tratado, é conectada ao pólo positivo de uma fonte de corrente contínua de baixa tensão, e o elemento de revestimento conectado ao negativo. O operador coloca a escova na solução metalizante e depois aplica-a ao elemento, movendo a escova continuamente para obter uma distribuição uniforme do material de revestimento. A escova de galvanoplastia tem diversas vantagens em relação aos tanques, incluindo a portabilidade, a capacidade de revestir itens que por algum motivo não podem ser introduzidos no tanque de revestimento (uma aplicação é o revestimento de porções de colunas de suporte decorativas muito grandes usadas na restauração de edifícios), baixos ou nenhum requisito de mascaramento e um volume comparativamente menor de solução necessária. As desvantagens em comparação com o tanque são que requer um maior envolvimento do operador (o tanque de revestimento pode muitas vezes ser trabalhado com um mínimo de atenção) e a incapacidade de atingir uma grande espessura de revestimento.
Deposição sem corrente elétrica
Normalmente, uma célula eletrolítica, consistindo de dois eletrodos, eletrólito e fonte de corrente externa, é usada para eletrodeposição. Em contraste, um processo de deposição eletrolítica utiliza apenas um eletrodo e nenhuma fonte externa de corrente elétrica. Porém, a solução para o processo eletrolítico precisa conter um agente redutor para que a reação do eletrodo tenha a forma:
Em princípio, qualquer redutor à base de água pode ser utilizado, embora o potencial redox do redutor de meia célula deva ser suficientemente elevado para superar as barreiras energéticas inerentes à química líquida. O revestimento de níquel eletrolítico usa hipofosfito como redutor, enquanto o revestimento de outros metais, como prata, ouro e cobre, normalmente usa aldeídos de baixo peso molecular.
Uma vantagem importante desta abordagem em relação à galvanoplastia é a ausência da necessidade de fontes de energia ou banhos de galvanoplastia, reduzindo o custo de produção. A técnica também pode usar vários formatos de placas e tipos de superfície. O filme é mais uniforme. Ligas podem ser depositadas e aditivos adicionados ao filme, como Teflon. A desvantagem é que dependendo do material o processo de galvanização é geralmente mais lento e este tipo de placas metálicas espessas não podem ser criadas. Como consequência destas características, a deposição eletrolítica é bastante comum nas artes decorativas. Embora esteja ganhando espaço em aplicações industriais, uma delas, por exemplo, são os discos rígidos.
Limpeza
A limpeza é essencial para o sucesso da galvanoplastia, pois camadas moleculares de óleo podem impedir a aderência do revestimento. ASTM B322 é um guia padrão para limpeza de metais antes da galvanoplastia. Os processos de limpeza incluem: limpeza com solvente, limpeza a quente com detergente alcalino, limpeza elétrica e tratamento ácido, etc. O teste industrial mais comum para limpeza é o teste de quebra-água, no qual a superfície é completamente enxaguada e mantida verticalmente. Contaminantes hidrofóbicos, como óleos, fazem com que a água se forme e se quebre, permitindo que a água escoe rapidamente. Superfícies metálicas perfeitamente limpas são hidrofílicas e retêm uma camada contínua de água que não acumula nem escorre. ASTM F22 descreve uma versão deste teste. Este teste não detecta contaminantes hidrofílicos, mas o processo de eletrodeposição pode facilmente deslocá-los, uma vez que as soluções são à base de água. Surfactantes como sabão reduzem a sensibilidade do teste e devem ser enxaguados cuidadosamente.