Dla konstruktora w zakresie budowy maszyn, czy mechaniki precyzyjnej, ale także dla profesjonalnego kupca, bardzo przydatna jest wiedza na temat zjawisk związanych z galwanizacją.
Rys. 1: Schemat galwanicznej kąpieli cynkowej
1. Złącze katodowe
2. Miedziana szyna anodowy z zaciskami
3. Dopływ powietrza do obiegu elektrolitu
4. Układ ogrzewania
5. Układ chłodzenia
6. Szyna towarowa, napędzana silnikiem w kierunku pionowym lub poziomym
7. Płyty cynkowe (anody)
8. Wieszak na przedmioty do galwanizacji
9. Przedmioty do galwanizacji
10. Zbiornik stalowy („wanna”)
11. Powłoka odporna na chemikalia
12. Wyciąg powietrza (po obu stronach wanny)
Rysunek 1 przedstawia konstrukcję „wanny” galwanicznej do nanoszenia powłok z metali takich jak miedź, nikiel, cynk i inne. Schemat tego złożonego procesu opisujemy poniżej, na przykładzie procesu cynkowania.
Cynkowanie odbywa się w roztworze soli, gdzie po przyłożeniu prądu stałego o napięciu 5-20 V atomy (jony) cynku migrują z bieguna dodatniego do ujemnego. Na szynie podłączonej do bieguna dodatniego znajdują się płyty cynkowe (anody), które stopniowo się zużywają. Przedmioty do ocynkowania wiszą na środkowej szynie (biegun ujemny).
Jony metali (atomy przewodzące prąd elektryczny) migrują na przedmioty cynkowane wzdłuż linii pola, przy czym grubość powłoki metalu wzrasta proporcjonalnie do gęstości linii pola. Punkty i krawędzie „przyciągają” linie pola (patrz rys. 2.1 i 2.2), co powoduje wzrost grubości powłoki cynkowej.
Rys. 2.1
Rys. 2.2
Struktura warstw dla profilu wg rys. 2.1
W zagłębieniach następuje odwrotne zjawisko (patrz rys. 3.1 i 4), a w rurach, zależnie od średnicy i długości, proces migracji może ulec całkowitemu zatrzymaniu metalu (patrz rys. 5).
Rys. 3.1
galwanicznie
Rys. 3.2
lakierowane
Dla projektanta znajomość tego efektu fizycznego ma ogromne znaczenie, zwłaszcza z punktu widzenia tolerancji wymiarów i pasowań wzajemnie współpracujących elementów. Równie interesujący jest fakt, że szczeliny na łączeniach elementów nie są zazwyczaj pokrywane i stają się najczęściej ogniskami korozji (patrz rys. 6). To samo dotyczy pozostawionych na powierzchni odprysków spawalniczych, czy wżerów korozji.
W zależności od grubości nałożonej warstwy występuje również efekt wyrównania powierzchni (szczególnie w przypadku niklu błyszczącego), który niweluje niewielkie nierówności na powierzchni elementu.
Ze względu na wspomniany efekt, nałożone elektrolitycznie (galwanicznie) powłoki metalu różnią się znacznie do powłok lakierniczych (patrz Rys. 3.1 i 3.2).
Rys. 4
Przekrój gwintu
Rys. 5
Progresja grubości warstwy w rurze
Rys. 6
Struktura powłoki galwanicznej w połączonych komponentach
Ryzyko powstawania ognisk korozji z powodu braku ciągłości powłoki
Schemat galwanizerni
Aby cały proces galwanizacji był zrozumiały nawet dla laika, procesy płukania i ścieżki przejazdu produktów na poniższym schemacie przedstawione zostały w sposób uproszczony. Niezbędne urządzenia peryferyjne zostały wymienione na schemacie blokowym.
Liczba etapów procesu (procesy zanurzeniowe z różnymi czasami przebywania) w przypadku cynkowania wynosi około 20 – 26 (zależnie od ilości procesów płukania), a całkowity czas procesu to około 2,5 godziny. Proces niklowo-chromowy, obecny również w galwanizacji, został tu pominięty. Konfiguracja wszystkich systemów galwanicznych jest zasadniczo taka sama (nawet w przypadku anodowania). W systemach obsługiwanych ręcznie, które są używane do elementów, których pokrywania nie można zautomatyzować lub do małych serii, układ wanien jest dostosowany do obsługi przez operatora.