Гальваника

Гальванические клетки – это простые клетки, которые генерируют электричество через электрохимические процессы. Почти все клетки подобно гальваническому элементу являются генераторами электрического тока. Их используют буквально во всех гаджетах: от пультов дистанционного управления для автомобильных аккумуляторов и инверторов.

Что такое гальваника

Что такое гальваника

Что такое процесс гальванизации

В электрохимических клетках происходят окислительно-восстановительные реакции. Электрохимическая ячейка может работать в двух режимах, как:

  • электролитическая ячейка (электролизер);
  • гальваническая ячейка (гальванический элемент).

При подключении источника энергии во внешнюю цепь ячейки электроэнергия будет превращаться в химическую, и в ячейке будет происходить электролиз. Анод электролитической ячейки положительный, катод отрицательный. Анод притягивает анионы из раствора. Как в гальванической, так и в электролитической ячейке окисление происходит на аноде, а электроны идут от анода к катоду.

Для информации. Гальванический элемент – это источник электрического тока, а электролизер – потребитель электрического тока.

Гальваническая пара электродов

Гальваническая пара устанавливается в разных контейнерах, соединенных через солевой мост или пористую секцию.

В гальванической ячейке анод является отрицательным электродом, так как при окислении электроны остаются на электроде. Атомы металла отдают электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Оставшиеся на электроне делают анод отрицательно заряженным, и поток электронов идет от анода через провод к катоду. Катод гальванической ячейки является ее положительным терминалом.

На этих электродах происходят химические реакции: окислительная – на аноде, восстановительная – на катоде.

Аккумуляторные батареи

Редокс-реакция в гальванической клетке является спонтанной реакцией. По этой причине гальванические элементы обычно используются в качестве батарей. Благодаря реакции гальванических клеток, происходит подача энергии, которая используется для выполнения работы.

Электрические аккумуляторы – это гальванические элементы с перезарядкой. С помощью внешнего источника энергии их можно перезаряжать. Работа такого устройства проходит в виде следующих электродных процессов:

  • гальванический разряд;
  • зарядка.

Для этого аккумуляторная батарея подсоединяется к внешнему источнику тока таким образом, что к клемме «анод» подается отрицательный полюс, а к клемме «катод» – положительный. Когда два полюса батареи соединяются друг с другом при посредстве какого-либо проводника электричества, происходит явление – гальванический ток.

Гальванический ток

Гальванический элемент преобразует химическую энергию в электрическую.  Что из себя представляет гальванический ток? Гальванический ток – это непрерывный ток, обладающий довольно низким напряжением и низким постоянным уровнем интенсивности. Гальванический ток представляет собой лишь частный случай явления электрического тока.

Технологии

Гальваника включает две электрохимические технологии:

  • гальванопластика,
  • гальваностегия.

Гальванопластика и гальваностегия отличаются способами подготовки поверхности перед осаждением на нее металла.

Гальванопластика

Гальванопластика – это химический метод формирования металлических деталей точных копий моделей. Метод был изобретен Мориц фон Якоби в России в 1838 году и сразу же был принят для применения в полиграфии и некоторых других областях. Процесс, используемый в гальванопластике, представляет собой электроосаждение (гальванопара погружается в раствор, называемый электролитом).

С помощью гальванопластики производят точную копию любого предмета, имеющего неровную поверхность, будь то:

  • гравированная стальная или медная пластина, вырезанная из дерева, или форма для печати;
  • медаль, медальон, статуэтка, бюст или даже природный объект для художественных целей.

В искусстве метод применяется для создания бронзовых скульптур. В печати гальванопластика стала стандартным способом получения пластин для печати.

Гальваностегия

Гальваностегия – электрохимическая технология покрытия одного металла другим, более устойчивым в механическом и химическом отношении. К примеру, сталь покрывают хромом, никелем, медь – никелем, серебром или другими металлами.

Для информации. Алюминий на практике другими металлами не покрывают.

Гальваническое покрытие

Гальваническое покрытие

Примеры применения

Гальванирование позволяет делать такие вещи, как:

  • размещение вывесок на шоссе,
  • установка мостовых балок, телефонных столбов.

Благодаря этой технологии, может использоваться любая структура, подверженная воздействию атмосферы. Например, если взять простую сталь, а затем её гальванизировать, то этим можно значительно уменьшить расходы и при этом обеспечить долгосрочную защиту оборудования и материала от коррозии.

Гальванизация осуществляется путем погружения чистых стальных изделий в ванну из расплавленного цинка. Гальванические ванны для горячего цинкования имеют такой вид, как показано на изображении ниже. При погружении металла в ванну начинается сложное взаимодействие металла с компонентами раствора.

Гальваническое покрытие золотом

Гальваническое покрытие золотом

Оцинкование

Электролитическое оцинкование образует тонкое блестящее покрытие. Для гальванизации применяются гальванические ванны – резервуары для горячего цинкования в расплавленном состоянии. В этом случае наносится гальваническое покрытие более толстым слоем, в результате получается тускло-серый цвет. Например, для монтажа щитового оборудования уличного исполнения покупают оцинкованные винты, шайбы и гайки.

В оцинкованной стали цинк находится только на поверхности. Поэтому при разрезе оцинкованной стали можно видеть её «незащищенную» часть. Тем не менее, одна из полезных особенностей цинкования заключается в том, что открытая сталь на самом деле не начнет ржаветь, пока весь цинк не будет окислен. Цинк действует как «жертвенный анод», защищающий сталь. Таким образом, можно поцарапать оцинкованную стальную деталь, сверлить отверстия и т. д. Материал будет по-прежнему оставаться устойчивым к коррозии в течение довольно значительного периода времени.

Гальванические ванны

Гальванические ванны

Для информации. Оцинкованная сталь – это сталь, у которой поверхность покрыта тонким слоем цинка. Последний обеспечивает защиту материала от коррозии. Нержавеющая сталь – это совершенно другой класс материала. Это сталь, смешанная с хромом. При воздействии на атмосферу хром на поверхности образует тонкую защитную пленку из оксида хрома, которая защищает основной материал от дальнейшего окисления. Поскольку хром распределен по всей поверхности, то материал можно сверлить, резать и т. д.

Гальваническая развязка

Гальваноразвязка обеспечивает изоляцию между электрическими цепями. Есть две причины для обеспечения изоляции:

  • Для безопасности от неисправности. Если две цепи гальванически развязаны, то неисправность одной из них не повлияет на другую;
  • Для предотвращения протекания блуждающих токов.

Для информации. Гальваноразвязка – это принцип выделения функциональных участков электрических систем. В качестве примера может выступать трансформатор с гальванически развязанным входом и выходом.

Блок гальванической развязки БГР

Блок гальванической развязки БГР

Что такое гальваника, и для чего её используют

Гальваника – часто используемый способ изменения поверхностных свойств металлов. Процесс гальваники включает в себя использование электрического тока для мобилизации катионов металла от электрода, погруженного в раствор. Наиболее распространенные причины для гальванизации являются:

  • уменьшение абразивного износа, повышение износостойкости;
  • защита от коррозии (при нахождении материала в химически сложных условиях);
  • эстетика (золото, серебро, блестящий хром и многие другие цвета).
Металлогальваника

Металлогальваника

Гальваническое покрытие применяется для повышения износостойкости, коррозионной защищенности, эстетических качеств. Благодаря гальванике, достигается снижение стоимости изделий из драгоценных металлов, например, золота, улучшение свойств материала. Например, покрытие хромом стали углерода обеспечивает прочность и химическую стойкость поверхности материала.

Видео

Оцените статью:
Оставить комментарий