Galvanické pokovování

Rozbalit box

Obsah boxu

Galvanické pokovování (také galvanostegie nebo elektrolytické pokovování) je elektrochemický proces, při kterém se na povrch vodivého předmětu (katody) vylučuje tenká vrstva kovu z roztoku jeho soli (elektrolytu) pomocí stejnosměrného elektrického proudu. Cílem tohoto procesu je změnit povrchové vlastnosti původního materiálu, například zlepšit jeho odolnost proti korozi, zvýšit tvrdost, zlepšit elektrickou vodivost, změnit vzhled nebo usnadnit pájení.

Tato technologie je široce využívána v mnoha průmyslových odvětvích, od strojírenství a automobilového průmyslu přes elektroniku až po výrobu šperků a spotřebního zboží. Název je odvozen od jména italského lékaře a fyzika Luigiho Galvaniho, jehož experimenty s "živočišnou elektřinou" položily základy pro pozdější objevy Alessandra Volty a rozvoj elektrochemie.

📜 Historie

Kořeny galvanického pokovování sahají na počátek 19. století, do doby intenzivního výzkumu elektřiny a jejích účinků.

1800: Italský fyzik Alessandro Volta sestrojil Voltův sloup, první spolehlivý zdroj stejnosměrného elektrického proudu. Tento vynález byl klíčový pro všechny následující elektrochemické experimenty.
1805: Italský chemik Luigi Brugnatelli je považován za prvního člověka, který úspěšně provedl galvanické pokovování. Použil Voltův sloup k nanesení vrstvy zlata na stříbrné medaile. Své objevy však prezentoval v méně známém časopise a jeho práce byla na dlouhou dobu přehlížena Francouzskou akademií věd, což zpomalilo širší přijetí této technologie.
cca 1838: Nezávisle na sobě objevili a patentovali proces galvanického pokovování Rus Moritz von Jacobi v Petrohradě a britští vědci Warren de la Rue a John Wright v Birminghamu. Wright zjistil, že kyanid draselný je ideálním elektrolytem pro zlacení a stříbření, což vedlo k výraznému zlepšení kvality a přilnavosti kovové vrstvy.
1840: Bratranci George Richards Elkington a Henry Elkington si patentovali komerčně úspěšný proces galvanického pokovování, založený na Wrightově objevu. Jejich továrna v Birminghamu se stala centrem nového průmyslového odvětví a technologie se rychle rozšířila po celém světě. Začaly se masově vyrábět postříbřené příbory, šperky a další dekorativní předměty, které byly dostupné i pro střední třídu.
20. století: S rozvojem průmyslu se rozšiřovaly i aplikace galvanického pokovování. Byly vyvinuty procesy pro chromování, niklování, zinkování a pokovování dalšími kovy pro technické účely, jako je ochrana proti korozi v automobilovém průmyslu nebo zlepšení elektrických kontaktů v elektronice.

⚙️ Princip a proces

Základem galvanického pokovování je proces elektrolýzy, který probíhá v tzv. galvanické lázni. Sestava se skládá z několika klíčových komponent:

1. Anoda (+ pól): Kladná elektroda, která je obvykle vyrobena z kovu, jenž má být nanesen na předmět (např. z mědi, zinku, niklu). Během procesu se anoda rozpouští a uvolňuje do elektrolytu kladně nabité ionty kovu. 2. Katoda (- pól): Záporná elektroda, kterou tvoří samotný předmět určený k pokovení. Musí být elektricky vodivý. 3. Elektrolyt: Vodivý roztok (lázeň), který obsahuje soli pokovujícího kovu. Ionty tohoto kovu se v roztoku volně pohybují. 4. Zdroj stejnosměrného proudu: Externí zdroj (např. usměrňovač), který je připojen k anodě a katodě a dodává potřebnou elektrickou energii.

Elektrochemické reakce

Po připojení ke zdroji proudu začnou v lázni probíhat dvě základní reakce:

**Na anodě (oxidace):** Atom kovu z anody ztrácí elektrony a přechází do roztoku jako kladně nabitý iont (kationt).
Například pro mědění: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻
**Na katodě (redukce):** Kladné ionty kovu z elektrolytu jsou přitahovány k záporně nabité katodě (pokovovanému předmětu). Zde přijímají elektrony a mění se zpět na neutrální atomy kovu, které se vyloučí na povrchu předmětu a vytvoří souvislou vrstvu.
Například pro mědění: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

Tloušťka nanesené vrstvy je přímo úměrná velikosti elektrického proudu a době, po kterou proces probíhá, což popisují Faradayovy zákony elektrolýzy.

Kroky procesu

Kvalitní výsledek galvanického pokovování vyžaduje pečlivý a vícestupňový postup.

1. Příprava povrchu: Toto je nejdůležitější fáze, která rozhoduje o přilnavosti a kvalitě výsledné vrstvy. Zahrnuje:

   *   Mechanické čištění: Odstranění hrubých nečistot, rzi nebo okují broušením, pískováním nebo kartáčováním.
   *   Odmašťování: Odstranění mastnoty a olejů pomocí organických rozpouštědel nebo alkalických roztoků.
   *   Moření: Ponoření do kyselé lázně (např. kyseliny chlorovodíkové nebo sírové) k odstranění oxidů a aktivaci povrchu.
   *   Oplach: Důkladné opláchnutí vodou mezi jednotlivými kroky, aby se zabránilo přenosu chemikálií mezi lázněmi.

2. Vlastní pokovování: Předmět je zavěšen do galvanické lázně, připojen jako katoda a proces je spuštěn na požadovanou dobu při specifické proudové hustotě.

3. Dokončovací operace: Po vyjmutí z lázně následuje:

   *   Oplach: Odstranění zbytků elektrolytu.
   *   Pasivace nebo chromátování: U některých kovů (např. zinku) se provádí dodatečná chemická úprava pro zvýšení korozní odolnosti.
   *   Sušení: Důkladné osušení, aby se zabránilo vzniku skvrn.
   *   Leštění: V případě dekorativních aplikací se povrch může leštit pro dosažení vysokého lesku.

🔬 Typy galvanického pokovování

Podle použitého kovu se rozlišuje mnoho typů pokovování, z nichž každý má specifické vlastnosti a využití.

Zinkování: Jedna z nejběžnějších metod ochrany oceli proti korozi. Zinek funguje jako obětovaná anoda – koroduje dříve než ocel pod ním. Používá se na šrouby, plechy, součásti automobilů.
Chromování:

   *   Dekorativní: Tenká vrstva chromu na podkladové vrstvě niklu. Poskytuje zrcadlový lesk, odolnost proti poškrábání a korozi. Typické pro vodovodní baterie, nárazníky automobilů, nábytek.
   *   Tvrdé (tvrdochrom): Silná vrstva chromu (desítky až stovky mikrometrů) nanesená přímo na ocel. Vyznačuje se extrémní tvrdostí a odolností proti opotřebení. Používá se na pístní tyče, válce, formy a nástroje.

Niklování: Často se používá jako podkladová vrstva pod chrom nebo jako finální povrch. Poskytuje dobrou korozní odolnost a dekorativní vzhled (od matného po lesklý).
Mědění: Používá se pro zlepšení elektrické vodivosti, jako mezivrstva pro lepší přilnavost dalších kovů nebo pro dekorativní účely. Klíčové v výrobě desek plošných spojů.
Cínování: Vytváří vrstvu odolnou proti korozi a organickým kyselinám, je netoxická a dobře pájitelná. Používá se v potravinářském průmyslu (plechovky) a v elektronice.
Stříbření: Využívá se pro dekorativní účely (příbory, šperky) a v elektrotechnice pro vynikající elektrickou vodivost na kontaktech a spínačích.
Zlacení: Nanesení tenké vrstvy zlata. Používá se na šperky (bižuterii), luxusní zboží a v elektronice na kritické konektory, kde je vyžadována maximální spolehlivost a odolnost proti oxidaci.
Pokovování slitinami: Je možné nanášet i slitiny, jako je mosaz (měď-zinek) nebo bronz (měď-cín), pro specifické dekorativní nebo technické vlastnosti.

🏭 Aplikace a využití

Galvanické pokovování je nepostradatelnou technologií v mnoha oblastech:

Automobilový průmysl: Ochrana karosářských dílů, šroubů a podvozkových komponent proti korozi (zinkování). Dekorativní chromování nárazníků, mřížek chladiče a interiérových prvků. Tvrdé chromování funkčních dílů motorů.
Elektronika: Zlacení a cínování konektorů a kontaktů pro zajištění spolehlivého elektrického spojení. Mědění při výrobě desek plošných spojů.
Strojírenství: Tvrdé chromování a niklování pro zvýšení životnosti a odolnosti proti opotřebení u hřídelí, ložisek, hydraulických pístů a forem.
Letecký a kosmický průmysl: Pokovování dílů slitinami kadmia nebo zinku a niklu pro ochranu proti korozi v extrémních podmínkách.
Spotřební zboží: Stříbření příborů, zlacení a rhodiování šperků, niklování a chromování vodovodních baterií a koupelnových doplňků.
Galvanoplastika: Specifická aplikace, kde se vytváří přesná kovová kopie předmětu (formy) nanesením velmi silné vrstvy kovu.

✅ Výhody a nevýhody

Srovnání výhod a nevýhod galvanického pokovování
Výhody	Nevýhody
Zlepšení vlastností: Výrazně zvyšuje korozní odolnost, tvrdost, otěruvzdornost, elektrickou vodivost nebo estetickou hodnotu.	Environmentální zátěž: Galvanické lázně často obsahují vysoce toxické látky (např. kyanidy, šestimocný chrom, těžké kovy), které představují riziko pro životní prostředí.
Úspora materiálu: Umožňuje použít levný a pevný základní materiál (např. ocel) a pokrýt ho tenkou vrstvou drahého nebo funkčního kovu (zlato, chrom).	Nakládání s odpady: Likvidace použitých lázní a kalů je složitá a nákladná. Vyžaduje specializované čistírny odpadních vod.
Přesnost a kontrola: Tloušťku nanesené vrstvy lze velmi přesně kontrolovat řízením proudu a času.	Energetická náročnost: Proces elektrolýzy spotřebovává značné množství elektrické energie.
Všestrannost: Lze pokovovat složité tvary a širokou škálu kovů a slitin.	Vysoké nároky na přípravu: Kvalita pokovení je extrémně závislá na dokonalém vyčištění a přípravě povrchu.
Vzhled: Umožňuje dosáhnout vysoce lesklých, matných nebo barevných povrchů.	Zdravotní rizika: Práce s chemikáliemi vyžaduje přísná bezpečnostní opatření na ochranu zdraví zaměstnanců.

🌍 Environmentální a bezpečnostní aspekty

Tradiční galvanické pokovování je spojeno s významnými ekologickými riziky. Použití lázní s obsahem kyanidů (pro zlacení, stříbření, mědění) a šestimocného chromu (pro chromování) představuje vážnou hrozbu kvůli jejich vysoké toxicitě a karcinogenitě.

V posledních desetiletích je vyvíjen značný tlak na nahrazování těchto nebezpečných technologií ekologičtějšími alternativami. Mezi moderní trendy patří:

Nahrazování lázní s šestimocným chromem méně toxickými lázněmi na bázi trojmocného chromu.
Používání bezkyanidových lázní pro pokovování drahými kovy.
Zavádění uzavřených systémů s recyklací vody a chemikálií, které minimalizují objem odpadních vod.
Vývoj nových typů pokovování, například slitinami, které nabízejí srovnatelné nebo lepší vlastnosti s menším dopadem na životní prostředí.

Provoz galvanoven podléhá přísným legislativním normám a předpisům na ochranu životního prostředí a bezpečnosti práce, jako je například evropská směrnice REACH.

💡 Pro laiky

Představte si galvanické pokovování jako magické "elektrické natírání" kovem. Místo štětce a barvy se používá elektrický proud a speciální vodivá lázeň.

1. **"Barva":** V lázni jsou rozpuštěny miniaturní částečky kovu, kterým chceme natírat (např. zinku nebo zlata). Tyto částečky mají kladný elektrický náboj. 2. **"Štětec":** Tím je elektrický proud. 3. **"Plátno":** To je předmět, který chceme pokrýt (např. ocelový šroub nebo prstýnek). Připojíme ho k zápornému pólu baterie.

Když se zapne proud, kladně nabité částečky kovu v lázni jsou přitahovány k záporně nabitému předmětu. Jakmile se ho dotknou, "přilepí" se na jeho povrch a vytvoří tenkou, rovnoměrnou kovovou vrstvu. Tímto způsobem můžeme například obyčejný ocelový šroub "obléknout" do zinkového kabátu, který ho ochrání před rzí, nebo levný prstýnek pokrýt vrstvičkou lesklého zlata.

Šablona:Aktualizováno