Электрохимическое меднение

Сварочный аппарат для меди

Основные агрегаты определены как полуавтоматические, автоматические, аргонные, инверторные агрегаты. Каждый из аппаратов выполняет работы различным способом производства, оснащен отличительными характеристиками.

1. Соединение медных пластин может осуществляться аргонной средой органами вольфрамового типа. Инверторы современного типа питаются от бытовой сети, оснащены автономной системой охлаждения, имеют малый вес.
2. С проволокой применяется полуавтоматические установки. Существуют различные узлы, в том числе и отечественные, не уступающие импортным аналогам по производительности.
3. Медные провода также соединяются инвертором, основной особенностью является экономичность, низкое потребление электроэнергии. Защита от залипания, горячий старт позволят действовать начинающему мастеру без предварительного обучения.

Самодельный сварочный аппарат для сварки угольными электродами

При домашнем использовании наилучшим выбором является агрегат мощностью до 3,5 кВт. Выдаваемой мощности достаточно для соединения меди толщиной 5 мм. Низко ресурсные механизмы не навредят бытовой электросети, предотвратят выход из строя приборов.

Характеристики омедненных металлов

Медь имеет хорошее сцепление практически со всеми металлами и сплавами, но защитные свойства медного гальванического покрытия без дополнительных слоев невысоки. Под воздействием атмосферных факторов оно достаточно быстро разрушается, и даже в домашних условиях его обычно покрывают лаком. В то же время подслой из меди значительно улучшает характеристики многослойных покрытий в части механической прочности и коррозионной стойкости. Нержавеющие стали обычно защищают от коррозии трехслойным покрытием из хрома, никеля и меди. При этом меднение проводится первым, чтобы при использовании изделия в условиях переменных нагрузок обеспечить пластичность всего составного слоя. Точно такую же роль меднение играет в покрытиях металлопроката и листового железа, из которых изготавливают профильные изделия, эксплуатируемые в условиях морского климата и агрессивных сред. Омедненные провода и контакты из алюминия легко паяются и имеют более низкое сопротивление, особенно на высоких частотах. Технические условия электролиза позволяют при меднении металлов в декоративных целях окрашивать поверхностные слои меди в различные цвета и придавать им дополнительный блеск (на фото ниже – меднение по нержавейке).

Как проводится химическое меднение на дому?

Чтобы нанести медь в домашних условиях, вам в первую очередь необходимо приготовить рабочий раствор и создать два разноименных электрода, так как в процессе омеднения ионы меди, находящиеся в электролитическом растворе, будут притягиваться к отрицательному полюсу. Нанесение на металлическую поверхность меди в промышленных условиях и в промышленных масштабах чаще всего используется как завершающая операция в обработке изделия.

Однако если вы собираетесь проводить меднение металла собственными силами, то должны знать порядок работы. Далее мы рассмотрим, как покрыть деталь медью в домашних условиях химическим способом с погружением в раствор электролита. Этот процесс легко можно выполнить на дому, если знать все особенности применения меди. Алгоритм выполнения:

1. Для растворителя меди на металле можно взять обычный аккумуляторный электролит. Он продается в любом хозяйственном магазине, однако его можно изготовить и собственными силами. Необходимо соблюдать пропорцию 100:3 дистиллированной воды и серной кислоты с поправкой на необходимый объем электролита. Затем в смесь добавляется до 20 грамм сульфата меди (медный купорос).

2. Предварительно деталь необходимо очистить абразивными материалами, для удаления оксидного слоя. Далее поверхность покрываемой детали обезжиривается горячим раствором карбоната натрия и промывается проточной водой (чтобы на металлах не скапливались различные загрязнения).

3. Гальванизационная емкость заполняется электролитическим раствором до нужного объема, после чего в раствор помещаются две медные пластины (на покрытиях которых будут образовываться ионы меди) на проводниках, а между ними размещается деталь, предназначенная для омеднения.

4. Концы проводников и подвесы для детали подключаются к источнику тока, в качестве которого могут выступать гальванические элементы либо аккумуляторные батареи (плюс на пластины, минус на деталь). В цепь предварительно необходимо последовательно подключить амперметр и реостат.

5. Процесс гальванизации занимает от пятнадцати до двадцати минут, после чего нужно отключить электропитание и извлечь деталь из раствора. Этого времени достаточно чтобы деталь покрылась тонким слоем меди. Для получения более толстого покрытия необходимо увеличить продолжительность процесса. Металлическая поверхность становится более прочной, повышаются ее технические и эксплуатационные свойства.

Как сделать раствор для домашнего меднения (3 видео)

Гальваника в домашних условиях: меднение

Почему в гальванике столь востребована именно медь? Она имеет высокую адгезию (иными словами – сцепление) к самым разным материалам. Это значит, что она превосходно держится на стальных и прочих изделиях, не отлетая и не скалываясь.

Медь – красивый яркий металл, внешне напоминает самородки розово-красного оттенка. Материал проводит не только тепло, но и электрический ток – отсюда и высокий спрос в сфере электротехники и приборостроении. Однако чистую медь найти сложно. Чаще она поставляется с различными примесями.

Медные покрытия:

• Отличаются малым сопротивлением, что используется в электротехнике
• Скрывает мелкие недочеты поверхности.
• Быстро окисляется, что используют для получения эффекта «антик».

Технологий нанесения покрытия существует две. Одна происходит путем погружения изделия в раствор электролиты (с подачей тока или без). Второй же способ – это метод селективного нанесения покрытия без погружения в раствор. Рассмотрим оба.

Метод погружения

Поверхность, подвергаемую гальванике, следует скрупулезно образом обработать. Например, наждачной бумагой и щеточкой. После обязательно обезжирьте деталь и промойте.

Дальше:

• Анодную пластину (можно две) помещают в емкость, которую будем называть ванной. На аноды замыкают положительную клемму.
• Между анодами на любом удобном проводнике подвешивается деталь, к ней подводят отрицательный полюс от блока питания.
• Готовый раствор вливается в ванночку – при этом уровень покрытия должен быть выше, чем расположена деталь.
• После подключения электродов к источнику тока выставляют рабочий ток. Это примерно 1 А/кв.дм. покрытия.

Продолжительность работы зависит от необходимой толщины слоя, обычно от 5 минут.

Покрытие без погружения

Данный способ имеет ограничения – чаще всего он подходит для реставрации поверхности. Таким способом можно нанести только небольшие толщины покрытий. Нет смысла покрывать таким методом изделия, которые можно меднить в ванне. Порядок действий:

• Готовят «тампон» для нанесения покрытия. Берут медный проводник и наматывают кусок искусственной ткани (полиэстер подойдет).
• Противоположный конец проводника подсоединяют к положительной клемме источника напряжения.
• Электролитным раствором наполняют емкость – так удобнее окунать карандаш.
• Деталь аккуратно очищают и обезжиривают, а потом помещают в пустую ванночку. Там изделие подсоединяется к отрицательной клемме.
• Тампон смачивают в растворе. Затем им проводят по поверхности изделия, закрашивая ее постепенно.

Процесс длится до момента покрытия медным слоем изделия.

Где используется?

Выделяют несколько основных случаев применения меднения:

• Для декорирования. В последнее время увеличился спрос на старинные медные изделия. При помощи специальной обработки нанесенный слой меди придает поверхности «состаренный вид».
• Гальваническое меднение. Данный способ нанесения железа используется для производства копий отдельных медных деталей различных форм и размеров. Сначала создается основа из воска или пластика, которую в последствии покрывают электропроводящим раствором и медным слоем. Такая технология широко применяется при изготовлении сувенирной продукции, ювелирных изделий, а также барельефов и волноводов.
• В электротехнике. Низкая стоимость меднения выгодно выделяет этот метод – по сравнению с покрытиями из серебра или золота, медные изделия могут применяться в электротехнических отраслях (для производства электродов, контактов под напряжением и в качестве основы под пайку).

Статья по теме: Особенности холодного цинкования и его достоинства

Технологию меднения также совмещают с различными типами гальванизации:

• Для создания многослойного декоративного покрытия со слабыми защитными характеристиками. В таком случае используется медь, хром и никель – трехслойный защитно-декоративный слой, который повышает степень сцепления с основным материалом поверхности.
• Для защиты определённого участка детали при цементации. При гальванизации свинцовых изделий медью необходимо предохранение покрытий стальных элементов от науглероживания. Меднению поддаются только те участки, которые в дальнейшем будут подвергаться механической обработке.
• При реставрационных работах. В процессе омеднения на восстанавливаемой детали образуется промежуточный слой, который в дальнейшем послужит основой для более прочного покрытия (хромирования, никелирования). Для гальванического способа характерно нанесение толстого слоя меди, до двухсот пятидесяти микрометров. Это связано с необходимостью ликвидации всех повреждений и дефектов поверхности.

На видео: гальваническое меднение в декоративных целях.

Основные технологии нанесения меди на поверхность

В домашних условиях работа по нанесению слоя меди использует два варианта действий. Каждый из вариантов позволяет получить отличный результат и заслуживает должного внимания:

• Гальванический метод нанесения покрытия;
• Метод «сухого» меднения, без использования электролитов.

Гальванический метод дает возможность получить полное покрытие детали слоем меди, впрочем можно сделать и выборочное покрытие, но это уже тонкости технологии. Для работы готовится раствор медного купороса, в который погружается обрабатываемая деталь. Для активизации процесса в раствор погружается еще одна металлическая пластина, желательно медная, и вместе с деталью подсоединяются к источнику постоянного тока небольшой величины. К детали подключается «минус» к пластине «плюс» – первая становится катодом, вторая анодом. Под действием электрического тока ионы меди заряжаются и притягиваются к отрицательному электроду, в результате чего через полчаса на его поверхности получается равномерное покрытие ярко красного цвета.

Метод покрытия без электролита подразумевает применение этой же технологии только без погружения в раствор. Для этого деталь также подключают к отрицательному выводу батареи или зарядного устройства. А вот к положительному электроду, подключается отрезок многожильного медного кабеля, при этом конец, которым будет проводиться меднение обязательно должен быть распущен в виде небольшого веера или кисти. После подачи тока на электроды кончиком кисти делаются касательные движения. Под действием электричества ионы меди оседают на поверхности детали, и таким образом получается медное покрытие.

Основные методики меднения

Покрытие медью может осуществляться двумя способами — химическим и гальваническим. Для работы проще всего применять медный купорос, причем он подходит для выполнения обеих методик. В первом случае медь из купороса будет осаждаться на стальном изделии в ходе химической реакции, а во втором — под действием электрического тока.

В растворе электролитов

Гальваническая методика предполагает погружение в раствор электролитов, потому не подходит для габаритных предметов. Частицы меди во время процесса отсоединяются от анода и перемещаются к катоду. В результате действия электроэнергии меднение происходит довольно быстро. Заранее нужно правильно подготовить стальную поверхность — очистить и обезжирить ее.

Покрытие медью методом гальванизации

Без раствора электролитов

Основой химического меднения является движение медных частиц вследствие разницы в электроотрицательности со сталью. Готовое покрытие будет иметь меньшую толщину, нежели при гальванической методике, зато наносится проще, без лишних затрат. Кроме того, методика подходит и для обработки пластика, керамики, стекла.

Для работы нужно положить предмет в раствор купороса или нанести его на поверхность кисточкой. Медь «прилипает» к стали даже при условии некачественной подготовки основания, хотя результат будет не столь долговечным.

Меднение изделия

Перед началом работ по меднению в домашних условиях нужно подготовить необходимые материалы и оборудование. Надо позаботится об источнике напряжения и постоянного тока. Существует много рекомендаций касательно силы тока, разброс которого может быть большим. Поэтому желательно иметь реостат с возможностью плавной регулировки напряжения и для постепенного завершения процесса. Источником может служить автомобильный аккумулятор или выпрямитель с напряжением на выходе не больше 12 вольт. Для первых опытов будет достаточно обычной батарейки от 4.5 до 9 вольт.

Затем выбирается ёмкость для электролитического раствора, лучше всего из жаропрочного стекла. В любом случае все ёмкости для электролиза должны быть диэлектриками и выдерживать температуру не менее, чем 80 градусов по Цельсию.

В качестве анодов подойдут два больших медных листа. Они должны перекрывать по размеру заготовку. Из химических реактивов потребуются:

• Купорос медный.
• Кислота соляная либо серная.
• Вода дистиллированная.

Меднение в домашних условиях пользуется заслуженной популярностью, поскольку очень хорошо и надежно держится на стальных изделиях. Главное условие — правильно соблюдать технологию процесса.

Имеется два способа нанесения меди на поверхность:

1. Помещение заготовки в раствор электролита.
2. Неконтактный способ. В этом случае изделие не погружается в раствор.

Метод погружения

Подготавливается и обрабатывается поверхность изделия при помощи тонкого наждака и щеточки. После этого деталь моется в проточной воде, обезжиривается и еще раз промывается.

Этапы процесса омеднения следующие:

• Два медных анода подключают в сеть к положительным контактам и размещают их в стеклянную банку.
• К обработанному изделию подводят контакт с отрицательным значением напряжения и свободно подвешивают между анодами.
• Подключают реостат согласно электрической схеме для возможности регулирования силы тока.
• Подготавливается раствор в правильных пропорциях. На 100 г дистиллированной воды надо 20 г медного купороса и 2−3 г соляной кислоты. Вместо соляной кислоты можно использовать другую.
• Раствор выливается в посуду с медными пластинами и деталью таким образом, чтобы они полностью скрылись под поверхностью раствора.
• Подключается источник напряжения. Реостатом добиваются необходимой силы тока из примерного расчета 10−15 миллиампер на каждый квадратный сантиметр площади детали.

Покрытие медью без погружения

Этот метод интересен тем, что его можно использовать для обработки не только стальных предметов, но и сделанных из других материалов. Например, алюминия и цинка. Порядок процесса следующий:

• Из многожильного медного провода изготавливается «кисточка». Конец провода оголяется. Из медных проводков создается подобие кисточки, чтобы затем прикрепить ее к деревянной ручке-держателю.
• Второй конец провода подключается к плюсовому контакту электрической цепи.
• В широкую ёмкость заливается стандартный электролитный раствор из медного купороса и соляной кислоты.
• Предварительно очищенная и промытая металлическая заготовка присоединяется к отрицательному контакту и размещается в пустой ёмкости.
• Импровизированная кисточка окунается в раствор электролита и проводится по поверхности заготовки без контакта. Это действие повторяется до получения результата.

https://youtube.com/watch?v=RVbR6LBkHdA

Обработка алюминия

Часто с помощью медного электролиза обновляют столовые приборы, сделанные из алюминия. Если нет опыта проведения этого процесса, то можно потренироваться нанести медь на алюминиевые пластинки. Порядок проведения процесса:

• Алюминиевую пластинку зачищают и обезжиривают.
• Наносят на неё небольшое количество раствора медного купороса.
• Подсоединяют отрицательную клемму от источника питания к алюминиевой пластинке. Удачным способом соединения является металлический зажим-крокодил.
• Положительный полюс питания подается на медную «щеточку». Это конструкция из медного провода, один конец которого освобожден от оплетки, а медные щетинки образовали кисточку. Зажим от питания присоединяется ко второму концу провода. Сечение провода должно быть от одного до полутора миллиметров.
• Медную щетину обмакивают в раствор сернокислой меди и водят на близком расстоянии от поверхности алюминиевой пластинки. При этом нужно стараться не прикасаться щеточкой к заготовке, чтобы не замкнуть цепь.
• Омеднение происходит буквально на глазах.
• После окончания работы с пластины удаляют остатки не закрепившейся меди и протирают спиртом.

Технология меднения

Порядок действий при нанесении покрытия:

Схема гальванического меднения

• Надо удалить тонкую пленку окислов с поверхности детали, подлежащей обработке. Используется наждачная бумага, металлическая щетка или иные абразивные материалы. Необходимо действовать очень аккуратно, поскольку сильные повреждения металла останутся заметными. В идеале, поверхность должна быть отполирована.
• Затем изделие тщательно промывается в горячем растворе кальцинированной соды. Это действие позволяет обезжирить поверхность.
• Подготовленное изделие подключается к отрицательному электроду от источника питания и помещается в раствор электролита.
• В раствор электролита опускаются медные пластины с присоединенным к ним положительным электродом от источника питания (анод). Необходимо следить, чтобы анод и катод не соприкасались. В идеале, расстояние между ними должно быть во всех участках одинаковым, но на практике этого сложно добиться.
• Меднение металла производится в несколько приемов. Первый слой покрытия, полученный в течение нескольких минут, рекомендуется удалить и вновь промыть деталь в содовом растворе. Это усилит сцепление слоя омеднения с основным металлом. Деталь выдерживается в растворе около 20–30 минут. Толщина слоя покрытия может достигать 300 мкм.

Схема осаждения металла

Нередко бывает необходимо удалить слой покрытия с хромированных частей. Для этого на деталь подается отрицательный заряд, а на положительный электрод наматывается тряпочка, смоченная в растворе серной кислоты (5%). Ею протирается поверхность детали, слой хромирования снимается. При выполнении процедуры необходимо защищать кожу, органы зрения и дыхания от паров кислоты.

Способы меднения металлов

Существует два базовых метода, с помощью которых выполняют покрытие металлов медью: гальваническое и химическое меднение. В обоих случаях главным условием является применение электролита на основе медного купороса, но при химическом меднении осаждение меди происходит без использования электрического тока. С помощью химического метода нельзя получить покрытия большой толщины, но оно проще, дешевле и может выполняться в крайне простых условиях. С помощью него легко получить тонкие декоративные пленки не только на металлах, но и на пластике, стекле, керамике и пр. К примеру, химическое меднение стали происходит за несколько десятков секунд путем простого погружения в медный купорос.

Погружение в электролитный раствор

Оба метода могут применяться с полным погружением детали в раствор электролита. При гальваническом методе анионы меди отрываются от анода и движутся к катоду под воздействием электрического тока, а при химическом их движение происходит за счет разной электроотрицательности металлов. Поэтому в первом случае при прочих равных условиях за одну и ту же единицу времени осаждается гораздо большее количество меди, но при этом затрачивается электрическая энергия. Меднение алюминия рекомендуется производить только методом погружения, которое необходимо выполнять сразу после обезжиривания и травления в кислоте, иначе на его поверхности быстро образуется прочная оксидная пленка. В видеоролике ниже подробно рассказывается об условиях, которые необходимо соблюдать для качественного меднения алюминия.

Без помещения в электролитный раствор

Меднение изделий без помещения их в емкость с электролитом производится как с использованием источника тока, так и без него. Выбор метода зависит от условий выполнения работ и оборудования, которым располагает домашний мастер. В первом случае необходимо изготовить медную кисточку из обрезка кабеля с большим количеством мягких медных жил. Ее подсоединяют к плюсу источника, а минус подают на изделие. Затем, постоянно обмакивая кисточку в электролит, «красят» подготовленную поверхность, подбирая по ходу условия и скорость меднения.

Во втором варианте изделие просто покрывают раствором медного купороса с помощью малярной кисти, очищая и обмывая его после каждого слоя. Толщина обмеднения в этом случае будет небольшой и зависит от условий обработки и количества наложенных слоев. Этот метод хорошо подходит для меднения стали, к которой медь «липнет» даже при условии не очень хорошей подготовки поверхности. А при нанесении таким способом медного купороса на поверхность алюминия достаточно сложно добиться устойчивого результата из-за его склонности к быстрому окислению.

Использование медного купороса

Одно из основных условий качественного меднения — это использование максимально чистого медного купороса. Поэтому данный реагент лучше приобретать в хозяйственных или специализированных магазинах в упаковках, на которых указано процентное содержание сернистого сульфата меди (не ниже 97–98%). Если на медном купоросе садово-огородного назначения не указан состав, то для электролита он не годится, т. к. может содержать различные добавки, влияющие на гальванический процесс. При приготовлении электролита в домашних условиях не следует применять сырую водопроводную воду, поскольку она содержит недопустимые при меднении соединения хлора. Перед использованием ее следует отстоять и прокипятить или же просто приобрести дистиллированную.

Гальваника медью в домашних условиях

Медный купорос является малотоксичным веществом и в целом неопасен для здоровья

Но при попадании на кожу и в глаза он может вызвать раздражение, поэтому при работе с ним необходимо соблюдать определенную осторожность. Более опасна серная кислота, которая при меднении используется для обезжиривания и в качестве добавки к электролиту

Поэтому в домашних условиях все работы по приготовлению электролита и химической обработке изделия необходимо выполнять в резиновых перчатках и клеенчатом фартуке, а при больших объемах использовать респираторы и защитные очки. Сам по себе медный купорос не требует какой-либо обработки перед утилизацией, но, поскольку электролиты на его основе содержат серную кислоту, ее необходимо нейтрализовать с помощью щелочи или соды.

Оборудование и материалы

Для меднения в домашних условиях требуется минимальный набор оборудования и реактивов. В качестве гальванической ванны можно использовать любую пластиковую или стеклянную емкость. Для приготовления электролита для меднения необходим только медный купорос и чистая вода, а источником тока может служить старая зарядка для телефона или пара батареек. Другие материалы и инструменты также немногочисленны и доступны в бытовых условиях. В первую очередь это серная кислота (жидкость для аккумуляторов), сода, обрезки медных изделий (труб, шинок, контактов) и наждачка на матерчатой основе.

Рецепт простого раствора

В состав самого простого электролита, используемого для меднения в домашних условиях, входят всего два реагента: сернокислая медь (медный купорос) в количестве 180÷220 г/л и серная кислота (жидкость для аккумулятора) — 40÷60 г/л. В качестве блескообразующих добавок к такому электролиту домашние мастера используют желатин и декстрин (0.5÷1.0 г/л).

Гальваническое меднение в домашних условиях

Для этого понадобится:

• Медный купорос;
• Вода;
• Соляная кислота в чистом виде.

Гальваническое меднение в домашних условиях

Приготовления раствора

Медный купорос

Делаем насыщенный раствор медного купороса, после чего нужно будет добавить 1/3 этого раствора в соляную кислоту. После приготовления раствора медного купороса его следует тщательно размешать, чтобы не было частиц. Далее нужно соляную кислоту тонкой струйкой добавить в этот раствор. Не следует забывать про технику безопасности и использовать перчатки и защитные очки. После того, как вы добавили в раствор соляную кислоту, его следует тщательно перемешать.

Итак, раствор готов и можно приступать к меднению в домашних условиях. Для этого нужно взять металлическую деталь, на которую вы собрались наносить слой меди и подготовить ее к работе. Подготовка включает в себя ее обработку наждачной бумагой. Данная процедура позволяет не только зачистить металлическую поверхность, но и обезжирить ее. Такая же процедура будет актуальна и для детали из латуни или свинца. После этого, покрытие нужно тщательно промыть в растворе кальцинированной соды. Это позволит более тщательно обезжирить материал.

Кальцинированная соды для обезжиривания материала

Далее поверхность нужно погрузить в раствор медного купороса и соляной кислоты

Следует обратить внимание на то, что первый слой меди является очень тонким и слабым, поэтому его желательно снять при помощи металлической щетки. После  того, как вы это сделали, поверхность стали или  свинца следует повторно промыть в растворе кальцинированной соды и опять погрузить в раствор для меднения

Данные манипуляции приведут к тому, что слой меди в домашних условиях на поверхности будет гораздо толще и гораздо крепче, поскольку его убрать можно будет с предмета, только используя наждачную бумагу, а не металлическую щетку как прошлый раз.

Этот способ позволяет сделать очень качественное медное покрытие, которое можно снять только наждачкой. Для улучшения медного покрытия в домашних условиях следует деталь еще раз погрузить в раствор.  Указанный способ отличается своей простотой и высокой эффективностью в  том числе и для изделий из свинца.

Процедура меднения

Меднением принято называть процедуру гальванического нанесения меди, толщина слоя меди в таких случаях может составлять-от 300 мкм и больше. Меднение стали это один из наиболее важных процессов в гальванике, поскольку используется, как дополнительный процесс перед нанесением других металлов для хромирования, никелирования, покрытие серебром.

Для медных покрытий характерно высокое сцепление с другими поверхностями, изделиями из свинца особенно металлическими,  а также высокая электропроводность и пластичность. Нанесенное недавно покрытие имеет ярко-розовый матовый или же блестящий цвет. Под воздействием влияний атмосферы медные покрытия могут окисляться, покрываться налетом окислов с различными пятнами радужного вида.