Zařízení na galvanické pokovování desek plošných spojů mědí.
Galvanické pokovování nebo také galvanostegie je pokovovací proces, při kterém se kationtykovu v roztoku pohybují v elektrickém poli od anody ke katodě. Kationty kovu se na katodě z roztoku redukují a potahují ji tenkou vrstvou. V procesu se používá stejnosměrný proud. Při tomto procesu lze dosáhnout kovových povlaků o tloušťce pouhých setin milimetru nebo i několika milimetrů.[1]
Obecně se galvanické pokovování označuje jako elektrodepozice – proces, při kterém dochází k nanesení analytu na elektrodu. Tento proces je analogický galvanickému článku, ale působí opačně.
Galvanické pokovování se primárně používá k nanášení vrstvy na materiál, kterému pak dodává požadovanou vlastnost (například odolnost proti oděru, obrusu a opotřebení, ochrana proti korozi, kluzkost nebo estetické vlastnosti). Další aplikace používají galvanické pokovování k vytvoření tloušťky na poddimenzovaných dílech. Metodu tak lze použít i ke zvětšení příliš malých předmětů.
Z galvanického pokovování (galvanostegie) se vyvinula galvanoplastika (elektroformování, electroforming), což je elektrolytický způsob výroby kovových předmětů nanášením na oddělitelný model. Tloušťka vrstvy může dosáhnout i několika milimetrů.
Voltův sloup, který poprvé umožnil galvanické pokovování.Galvanické pokovování je pojmenováno po italském lékaři Luigi Galvani (1737–1798). Při svých pokusech s žabím stehýnkem si všiml, že při dotyku se dvěma různými kovy sebou cukají. Netušil v té době, že žabí stehýnko je vlastně elektrolyt a dva kovy elektrody.
Alessandro Volta (1745–1827) si uvědomil, že tento efekt byl způsoben různými kovy v kombinaci s elektrolytem (zde zvířecí sval), které vytvářejí elektrické napětí. Na základě zkoumání tohoto jevu sestavil první galvanický článek a poté Voltův sloup, které hrály důležitou roli pro další vývoj elektrotechniky.
V roce 1805 provedl první doložené galvanické zlacení student Alessandra Volty.
V roce 1805 byl průkopníkem moderní elektrochemie italský chemik Luigi V. Brugnatelli. Brugnatelliho vynálezy však nebyly Francouzskou akademií věd uznány a následujících třicet let se nezačaly používat v průmyslu.
Do roku 1839 vědci v Británii a Rusku nezávisle vymysleli procesy nanášení kovů podobné Brugnatellimu vynálezu pro galvanické pokovování tiskařských desek.
Od poloviny 19. století se galvanoplasticky vyráběly sochy v životní velikosti. Například známá jezdecká socha velkého kurfiřta v Berlíně, která byla vytvořena podle návrhů Andrease Schlütera.
V roce 1840 John Wright z Birminghamu v Anglii objevil, že kyanid draselný je vhodným elektrolytem pro galvanické pokovování zlatem a stříbrem. Jeho pokračovatelé, George Elkington a Henry Elkington, získali první patenty na galvanické pokovování v témže roce 1840. Tito dva pak založili galvanický průmysl v Birminghamu, odkud se rozšířil po celém světě. V roce 1865 jejich firma zaměstnávala téměř tisíc pracovníků a byla považována za přední galvanickou společnost té doby.
Dílna na galvanické poniklování předmětů (1911)Do roku 1850 bylo vyvinuto průmyslové galvanické pokovování niklem, mosazí, cínem a zinkem. Galvanické lázně a zařízení založené na patentech Elkingtonů byly zvětšeny tak, aby vyhovovaly pokovování mnoha velkých objektů a specifickým výrobním a inženýrským aplikacím.
V roce 1876 zahájila svou výrobu Norddeutsche Affinerie v Hamburku jako první moderní galvanovna.
Relativně netoxická aplikace kovových povlaků do značné míry nahradila techniku zlacení ohněm nebo stříbření, která je škodlivá pro zdraví kvůli rtuti používané v tomto procesu.
Na konci 19. století získal pokovovací průmysl velký impuls s vývojem elektrických generátorů. S dosažením vyšších elektrických proudů bylo možné pokovovat kovové strojní součásti a automobilové díly vyžadující ochranu proti korozi.
Pokovovací zařízení se postupně vyvinulo z ručně ovládaných dřevěných nádrží obložených dehtem na automatizované zařízení, schopné zpracovávat díly v řádu tisíců kilogramů za hodinu.
Obě světové války a rostoucí letecký průmysl daly podnět k dalšímu vývoji a zdokonalení. Začaly se například využívat procesy, jako je tvrdé chromování, pokovování bronzových slitin nebo pokovování niklem.
Princip galvanického pokovování spočívá ve využití dvou různých kovových elektrod ponořených do elektrolytu, který obsahuje jednu nebo více solí jednoho z kovů, případně dalších iontů, které umožňují průchod elektrického proudu.
Část, která vytváří pokovení, je anoda obvodu. Na anodě se oxiduje použitý kov a rozpouští se v podobě iontů v roztoku.
Část, která má být pokovena, je katoda obvodu. Rozpuštěný kov z anody se na ní redukuje, vyloučí a vytváří na ní vrstvu.
Napájecí zdroj dodává anodě stejnosměrný proud, oxiduje atomy kovu, které ji tvoří, a umožňuje jim rozpustit se v roztoku.
Rychlost, s jakou se anoda rozpouští, je rovna rychlosti, se kterou se pokovuje katoda. Tato rychlost je přímo úměrná procházejícímu elektrickému proudu.
Ionty v elektrolytu, které vytvářejí kovový povlak na katodě, se nepřetržitě doplňují z anody.[2] Může se použít i anoda, která se nespotřebovává (například z olova). Pak se musí ionty kovu, který se používá k pokovování, doplňovat do elektrolytové lázně.[3]
Galvanické pokovování kovu (Me) pomocí mědi (Cu) v lázni síranu měďnatého (CuSO4)
Anoda a katoda, které jsou ponořené do roztoku, jsou připojeny k externímu zdroji stejnosměrného proudu (baterii nebo častěji usměrňovači). Anoda (zdroj pokovovacího kovu) je připojena ke kladné svorce zdroje a katoda (předmět, který má být pokoven) je připojena k zápornému pólu.
Když je externí napájení zapnuto, kov na anodě je oxidován za vzniku kationtů s kladným nábojem. Tyto kationty se spojují s anionty v roztoku, putují ke katodě, jsou redukovány a vytvářejí na ní povlak.
Na ilustračním obrázku se měď na anodě v kyselém roztoku oxiduje na Cu2+ ztrátou dvou elektronů. Následně se spojuje s aniontem SO42− v roztoku za vzniku síranu měďnatého. Ten putuje ke katodě, kde je Cu2+ redukována na kovovou měď získáním dvou elektronů. Ta se na katodě usazuje a vytváří na ní povlak. Výsledkem je efektivní přenos mědi ze zdroje (anody) na cílový předmět (katodu).
Galvanické pokovování se většinou rozděluje na dekorativní a funkční.
Dekorativní galvanické pokovování se používá hlavně ke zdobení předmětů. Příklady dekorativního galvanického pokovování zahrnují zlaceníšperků a příborů, stříbření šperků a dekorativních předmětů, galvanické pokovování plastů, chromování trubkového ocelového nábytku, pokovování nejrůznějších automobilových a motocyklových dílů.
Funkční galvanické pokovování se používá pro ochranu proti korozi, opotřebení, katalýze a snížení třecích sil. Může se také použít pro zlepšení elektrické vodivosti, tvárnosti a deformovatelnosti předmětů.
Příklady galvanického pokovování:
Galvanické pozinkování šroubů (ochrana proti korozi)
Povlakování strojních součástí tvrdým chromem (ochrana proti opotřebení)
Povlakování kovovými katalyzátory, většinou s obsahem niklu nebo platiny pro chemický průmysl nebo palivové články (katalýza)
Pozlacení a postříbření elektrických kontaktů (elektrická vodivost)
Povlaky olovo-cín a měď pro kluzná ložiska (snížení tření)
Měděné pokovování při tažení drátu (zlepšení deformovatelnosti)
53. celostátní aktiv galvanizérů: sborník přednášek: Jihlava, 4.–5. 2. 2020. Jihlava: Česká společnost pro povrchové úpravy, 2020. 89 s. ISBN 978-80-905648-6-2.
DANIELIK, Vladimír, ed. 60. galvanická konferencia a nové trendy v povrchových úpravách: zborník prednášok: 11.–12. jún 2018, Smolenice. [Bratislava]: Spektrum STU, [2018]. 140 s. ISBN 978-80-227-4805-6.
GALLOVÁ, Réka a ČACHO, František. Analýza galvanizačných roztokov atómovou spektrometriou = Analysis of the plating solution by atomic spectrometry. In: Chémia a technológie pre život: 22. celoslovenská študentská vedecká konferencia. Bratislava: Slovenská chemická knižnica, 2020, s. 19–20. ISBN 978-80-8208-042-4.
KUKLÍK, Vlastimil a KUDLÁČEK, Jan. Žárové zinkování. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Asociace českých a slovenských zinkoven, 2014. 199 s. ISBN 978-80-905298-2-3.
MACHOVÁ, Elena, ed. Galvanické povrchové úpravy: výberový zoznam z domácej a zahraničnej literatúry. Bratislava: Slov. technická knižnica, 1974. 102 s. Výberová bibliografie. Séria B. Edícia 2.
RUML, Vladimír; SOUKUP, Miloslav. Galvanické pokovování. 1. vyd. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1981. 321 s.
VÍTEK, Jaromír. Využití procesů elektroformování ve strojírenství. 1. vyd. Ostrava: VŠB Technická univerzita, 2004. 41 s. ISBN 80-248-0554-5.
VÍTEK, Jaromír. Vývoj nové generace galvanických povlaků a jejich využití ve strojírenství. 1. vyd. Ostrava: VŠB Technická univerzita, 2004. 45 s. ISBN 80-248-0555-3.
.svg)
Obrázky, zvuky či videa k tématu galvanické pokovování na Wikimedia Commons 