NÁVOD K OBSLUZE Souprava příslušenství pro galvanizaci (elektrolytické pokovování) Obj. č.: 53 12 00
Tato souprava příslušenství je vynikajícím doplňkem pro provádění ruční galvanizace v plastikové vaně s rozměry (d x š x v): 165 x 77 x 52 mm. Souprava dále obsahuje následující komponenty: Anoda z ušlechtilé oceli (d x v): 115 x 45 m Izolační mřížka (d y v): 115 x 45 mm Kontaktní drát (l x ∅): 1 m x 0,8 mm Čistící prostředek na kovy: 20 ml Leštící rouška Zkušební vzorek „Holící čepelka“ 4 odpory: 3 x 10 Ω + 1 x 4,7 Ω / 2 W Návod k obsluze
Galvanizace, galvanotechnika – na jakém principu je založena a jakým způsobem funguje? Pomocí následujícího náčrtku (pokusu) se Vám pokusíme objasnit několika črtami taje a souvislosti galvanotechniky. Naplňte skleněnou (plastikovou) vaničku elektrolytem (například elektrolytem, který obsahuje měď – roztokem modré skalice neboli síranem měďnatým CuSO4). Ne jednu stranu vaničky zavěste nějaký kovový předmět (například patentní klíč) a na druhou stranu vaničky kousek měděného plechu. Oba předměty připevněte na vodivé dráty. V elektrolytu, v takzvané galvanické lázni se nachází měď, avšak v chemicky vázané podobě, takže tento kov není v elektrolytu viditelný. Připojte nyní zdroj stejnosměrného napětí (například plochou baterii) „+“-pólem (plus) k měděné destičce a „-“-pólem (minus) ke klíči. Po tomto propojení začne lázní protékat stejnosměrný proud, který vysráží (vyloučí) neviditelné atomy mědi a pokryje jimi tenkou vrstvičkou zavěšený klíč. Aniž bychom dále vysvětlovali fyzikální podrobnosti, myslíme si, že Vám tento pokus jednoduchou formou objasnil princip galvanotechniky.
Upozornění: Zavěsíte-li (ponoříte-li) místo klíče do tohoto roztoku obyčejný železný předmět, například hřebík, vysráží se na jeho povrchu tenká vrstvička mědi, aniž byste museli použít elektrický proud. Jedná se o známou chemickou reakci, kdy dojde k chemické vazbě železa na síran železnatý (zelenou skalici, FeSO4) a k uvolnění čisté mědi, která pokryje železný předmět tenkou vrstvičkou. Tato vrstvička mědi není na rozdíl od použití elektrického proudu stálá (nebude úplně stálá ani při použití elektrického proudu), z povrchu železného předmětu ji snadno setřete.
Pracovní postup při provádění galvanizace 2
1. Vyčištění a vyleštění povrchu Předmět, který chcete pogalvanizovat (potáhnout odolnou vrstvičkou nějakého ušlechtilého kovu), musí být zcela čistý a vyleštěný. Předmět vyčistěte například přiloženým čistícím prostředkem a vyleštěte jej přiloženou leštící rouškou tak, „aby se leskl jako zrcadlo“. Čím vyšší bude lesk, tím vyšší bude i výsledný efekt galvanizace a krásnější vzhled takto upraveného předmětu. Galvanizace nevyrovná žádný drsný povrch ani žádné škrábance. Pokud použijte galvanizaci pouze jako ochranu předmětu, například poniklování jako ochrana proti korozi, nemusí mít takovýto předmět dokonale vyleštěný povrch. 2. Odmaštění povrchu Vyčistěte povrch předmětu nějakým prostředkem na mytí nádobí a důkladně jej opláchněte. Předmět nemusíte sušit. Po opláchnutí předmětu dejte pozor, abyste jej znovu neznečistili mastnotou Vašich rukou. 3. Elektrický proud / regulace elektrického proudu Ideálním zdrojem napájení je síťový napájecí adaptér, u kterého lze nastavit stejnosměrné napětí i velikost proudu. Tyto přístroje se prodávají pod označením laboratorní napájecí zdroje. Existují však i různé stavebnice těchto přístrojů, které mohou znamenat vyřešení tohoto problému za velmi výhodnou cenu. Požadovanou velikost galvanizačního proudu můžete nastavit i u obyčejných baterií předřazením vhodných odporů nebo výkonných potenciometrů. V tomto případě je však nejdůležitější dodržení rovnoměrného stejnosměrného napětí a především intenzity stejnosměrného proudu v závislosti na velikosti galvanizovaného předmětu. Co se týče proudu, hovoříme v tomto případě o takzvané hustotě proudu, která se udává v ampérech (miliampérech) na decimetr (centimetr) čtvereční (A/dm2, mA/cm2). Je nutné abyste zjistili velikost povrchu předmětu (v dm2, cm2) a podle této velikosti povrchu předmětu provedli příslušné nastavení hustoty proudu (velikosti proudu). Tabulka příkladů pro některé kovy (elektrolyty): Elektrolyt
Napětí
Hustota proudu
Měď (Cu) (kyselý elektrolyt vhodný i pro galvanizaci stříbrného vodivého laku)
1-3V
30 – 35 mA/cm2 (nutné dodržet z důvodů vytvoření vysokého lesku)
Nikl (Ni) – (kyselý elektrolyt)
2–4V
10 – 50 mA/cm2
Zlato (Au) – (zásaditý elektrolyt)
2–3V
0 – 50 mA/cm2
Stříbro (Ag) – (kyselý elektrolyt)
1–3V
10 – 30 mA/cm2
Pro případné nastavení velikosti proudu u zdrojů bez regulace Vám pomůže zařazení vhodného odporu (rezistoru, potenciometru) do napájecí větve „plus“. Příklad Poměďování předmětu s velikostí povrchu 25 cm2 Napětí: 1 - 3 V : Intenzita proudu: 25 (cm2) x 35 mA = 875 mA
3
Správnou velikost proudu sice můžete vypočítat a podle ní stanovit i velikost předřadného odporu, ale účelnější je však použití vhodného ampérmetru, který zapojíte do galvanizačního okruhu Odpor galvanizační lázně je velmi malý a můžete jej při výpočtu intenzity proudu zanedbat. Pokud budete regulovat velikost proudu pomocí předřadného odporu (předřadných odporů), musíte dodržet i dovolené zatížení (výkon) těchto odporů! U některých experimentálních stavebnic s odpory s vysokým zatížením můžete nastavit tímto způsobem až 188 různých hodnot odporů. Dejte pozor na to, že síťový napájecí zdroj nesmí být přetížen. Jelikož má galvanická lázeň poměrně nepatrný odpor, propojíte-li ji přímo se síťovým napájecím adaptérem bez předřadného odporu, můžete způsobit zkrat tohoto přístroje.
Šedá je každá teorie Pokud i přes správný výpočet intenzity elektrického proudu a správné regulace nebudou Vaše výsledky při pro provádění galvanizace uspokojivé, měli byste si uvědomit jedno zásadní pravidlo: Bude-li galvanické vysrážení kovu (především snadno rozeznatelné při poměďování) na okrajích nebo hrotech předmětu matné nebo vlasovité (drsné), nastavili jste příliš velký proud. Pokud se naopak objeví matná místa uprostřed předmětu, je galvanizační proud příliš nízký. 4. A nyní se již můžete dát do díla Zapojení napájení proveďte podle následujícího náčrtku.
Anodu (měď pro poměďování, ušlechtilou ocel pro pozlacení / postříbření, nikl označenou kulatým puncem – pro poniklování) vložte do vany. Připevněte k ní jeden z vodičů, který poté připojte na plus-pól napájecího zdroje (s vloženým předřadným odporem). Anodu poté zakryjte ochrannou děrovanou plastikovou mřížkou. (tato mřížka brání případnému vytvoření zkratu).
4
Na minus-pól napájecího zdroje připojte druhým vodičem předmět (katodu), který chcete elektrolyticky pokovovat. Naplňte vanu příslušným elektrolytem a zapněte proud. Nebude dlouho trvat a předmět se cca po uplynutí jedné minuty pokryje tenkou viditelnou vrstvičkou z elektrolytu vyloučeného kovu. Podle toho, jak silnou budete chtít mít tuto vrstvu, pokračujte dále v galvanizaci. Jako hrubý orientační bod poměru doby trvání galvanizace k tloušťce vyloučené vrstvy kovu uvádíme následující příklad: V kyselé galvanizační měďnaté lázni se vyloučí za jednu minutu při správné hustotě elektrického proudu na povrchu předmětu vrstvička mědi o tloušťce cca 1 µm. Protože si elektrický proud při průchodu elektrolytem vyhledává nejkratší „cestičku“, bude vyloučení příslušného kovu poblíž anody intenzivnější než na jiných vzdálenějších místech na povrchu předmětu. To znamená, že musíte předmět během provádění galvanizace alespoň jednou otočit (obrátit). Dále je také velice důležité alespoň jednou změnit polohu připojení kontaktu vodiče na galvanizovaném předmětu! Jakmile získáte poněkud více praktických zkušeností, zjistíte, že k nastavení potřebného galvanizačního proudu není rozhodující pouze velikost povrchu předmětu, ale i jeho tvar. Například: Plochý a zalomený předmět potřebuje menší galvanizační proud než stejně veliký předmět kulatý nebo zaoblený. 5. Následná povrchová úprava předmětu Jakmile docílíte na povrchu předmětu potřebné tloušťky vrstvy kovu, opláchněte předmět pod tekoucí vodou a nechte jej oschnout. Poté předmět důkladně vyleštěte vhodným hadříkem nebo ubrouskem na leštění tak, aby z jeho povrchu zmizela všechna matná místa. Přiložený přípravek na čištění kovů není vhodný pro konečnou úpravu povrchu. Pokud nedocílíte běžným způsobem potřebného lesku, použijte malé množství tohoto čistícího prostředku na kovy, který nanesete v tenké vrstvičce pomocí prstů na povrch předmětu. Čistící prostředek nechte poté důkladně zaschnout tak, aby se na povrchu předmětu vytvořil viditelný bělošedý nános. Teprve nyní povrch předmětu opatrně přeleštěte. 6. A nakonec několik důležitých poznámek • Elektrolyty, které dodáváme, nejsou při normálním používání nebezpečné. Neobsahují žádné kyanidy jako obvyklé průmyslové elektrolyty. V žádném případě však nesmějí být tyto elektrolyty požívány a tyto elektrolyty je nutné z tohoto důvodu skladovat takovým způsobem, aby k nim neměly přístup děti (do 12 let). Tyto elektrolyty nesmějí být skladovány společně s potravinami. Tyto elektrolyty se nesmějí dále dostat do očí, neboť by mohly způsobit podráždění sliznice. V případě vniku elektrolytu do očí, důkladně vypláchněte oči čistou vodou. Při manipulaci zajistěte, aby nedošlo též k potřísnění oděvů. •
Elektrolyty obsahující měď a nikl jsou částečně regenerovány rozpouštěním příslušné anody (měděné nebo niklové), kterou musíte z tohoto důvodu po určité době vyměnit. U elektrolytů, které obsahují zlato a stříbro, nedochází k žádné regeneraci elektrolytu. Jakmile zjistíte, že nedochází k vyloučení potřebného množství příslušného kovu na povrchu galvanizovaného předmětu, musíte tyto elektrolyty vyměnit.
•
Likvidace elektrolytů: 5
Spotřebované elektrolyty nevylévejte do odpadu! Chraňte životní prostředí! Pokud nemůžete spotřebované elektrolyty odevzdat do zvláštního odpadu, proveďte následující opatření: Vylijte spotřebovaný elektrolyt do nějaké větší plastové nádoby (např. na balkóně) a tuto nádobu nechte otevřenou. Časem se z elektrolytu odpaří voda a na dně nádoby zůstane pouhý prášek. Odevzdáte-li tento prášek v plastikovém sáčku ve sběrných surovinách, nebudete jistě odmítnuti. •
Elektrolyty mezi sebou nikdy nemíchejte. Dodržujte maximální čistotu. Přípravné práce, například čištění kovových povrchů předmětů proveďte velmi pečlivě.
•
Pokud při galvanizaci nedocílíte očekávaných výsledků, zkontrolujte nejdříve, zda jste si vše řádně připravili. Zapojení proudu : Anoda = (+), katoda = předmět = (-)? Zvolili jste správnou anodu? Protéká proud elektrolytem a souhlasí napětí a hustota proudu? Pokud je vše v pořádku, ale výsledek není stále uspokojující, pak proveďte nejprve zkoušku s jednoduchým vzorkem, například s kouskem měděného plechu. Ne každý kov je vhodný ke galvanizaci. Hliníkové slitiny se například nedají tímto amatérským způsobem pokovovat.
•
•
Elektrolyt obsahující zlato vyloučí na povrch předmětu čisté 24-karátové zlato. Barevný nádech čistého zlata je teple žlutý, asi jako staré řetízky k hodinkám nebo snubní prsteny. Světle žluté, lesknoucí se šperky (současné) bývají obvykle vyrobeny ze 14- až 18-karátového zlata. Takovýto odstín na předmětech amatérsky nedocílíte.
•
Předměty ze železa nebo z oceli, dále z cínu a zinku nelze spolehlivě pokovovat v kyselém měďnatém elektrolytu (viz upozornění na začátku tohoto návodu k obsluze). V tomto případě takovéto předměty nejprve poniklujte a teprve poté poměďujte.
•
Mnohé předměty lze lépe pokovovat pomocí ručního galvanizačního přístroje, který používá k pokovování tampony. Tohoto způsobu lze s výhodou použít u velkých předmětů, které by se normálně nevešly do galvanizační vany. Galvanizace pomocí tamponů, která se používá i průmyslově, potřebuje velice malé množství elektrolytu, což je velice účelné, například při provádění drahého pozlacení.
•
Pokovování nekovových předmětů U nekovových předmětů, které nevedou elektrický proud, musí být nejprve provedena jejich povrchová úprava takovým způsobem, aby jejich povrch vedl proud. Toto lze provést nejlépe pomocí vodivého stříbrného laku. Po jeho zaschnutí provedete nejprve poměďování. Poté před provedením pozlacení nebo postříbření by mělo následovat poniklování. Jelikož je vrstva (nátěr) stříbrného vodivého laku velice citlivá, musíte potřebný kontakt s vodičem provést velice opatrně špičkami prstů. Případně proveďte první kontakt pomocí kuchyňské hliníkové fólie (alobalu).
•
Bude-li předmět určený k pokovování ohebný, například dubový list, musíte na něj nechat vyloučit takové množství mědi, aby byl stabilní (dále neohebný). Při takovémto dlouhodobém pokovování je velice praktické, zajistíte-li nějakým zařízením otáčení takovéhoto předmětu v galvanizační lázni. Kontakt připojení k předmětu musíte však ovšem alespoň jednou změnit.
6
