Che cos'è la galvanica: Tipi, vantaggi e applicazioni
La galvanoplastica è un modo per ricoprire un metallo con un altro utilizzando l'elettricità. Se avete mai visto delle cromature lucide su un'auto o dell'oro su un gioiello, è molto probabile che sia stato galvanizzato.
In questa guida, parleremo di cos'è la galvanoplastica, del suo scopo e di altri aspetti da tenere presenti.
Che cos'è la galvanica e come funziona?
La galvanoplastica è un processo che consiste nel rivestire un metallo con un sottile strato di un altro metallo. Iniziato nel 1805 per applicare l'oro ad altri metalli, è oggi utilizzato in molti settori per migliorare l'aspetto e proteggere le superfici.
I quattro componenti principali del processo di galvanizzazione sono l'anodo, il catodo, la soluzione di placcatura e l'alimentazione a corrente continua (DC).
Per la galvanoplastica si mettono l'oggetto (il catodo) e il metallo di rivestimento (l'anodo) in un liquido speciale chiamato elettrolita. Poi si collegano a una fonte di energia. Quando l'elettricità scorre, il metallo dell'anodo si muove attraverso il liquido e si attacca all'oggetto, formando uno strato omogeneo. Continuate a leggere per conoscere il processo in dettaglio.
Se si utilizzano metalli come il cromo, il nichel o lo zinco, si rende l'oggetto più robusto, durevole e resistente alla ruggine. Se si utilizza l'oro o l'argento, si ottiene una finitura lucida e decorativa, spesso utilizzata per gioielli e ornamenti.
Principio di funzionamento della galvanotecnica
La galvanica funziona attraverso un processo chiamato elettrolisi. Ecco un passo per passo:
L'elettrolita si divide in ioni
Si parte da un elettrolita, ovvero un liquido che contiene un sale metallico. Quando si fa passare l'elettricità, il sale si rompe in due parti: ioni metallici positivi e ioni negativi.
Ad esempio, se si utilizza il solfato di rame (CuSO₄), esso si scompone in:
- Ioni di rame (Cu²⁺)
- Ioni solfato (SO₄²-)
Come questo:
CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄²-
L'anodo (metallo di placcatura) rilascia gli ioni
Si collega il metallo che si desidera utilizzare per la placcatura (come una striscia di rame) al lato positivo della fonte di alimentazione. Questo è chiamato anodo. Quando scorre la corrente, il metallo all'anodo perde elettroni e si trasforma in ioni metallici.
Per il rame:
Cu → Cu²⁺ + 2e-
Questi ioni di rame entrano nella soluzione e sono pronti a muoversi verso l'oggetto da placcare.
Il catodo (l'oggetto) viene rivestito
Si collega l'oggetto da rivestire (come l'alluminio o l'acciaio inossidabile) al lato negativo della fonte di alimentazione. Questo è chiamato catodo. Gli ioni metallici presenti nella soluzione si muovono verso di esso e si attaccano alla superficie, formando un sottile strato di metallo.
Per la ramatura:
Cu²⁺ + 2e- → Cu (solido)
In questo modo il metallo si accumula sull'oggetto. Più a lungo si fa scorrere la corrente, più il rivestimento diventa spesso.
L'anodo rilascia gli ioni e la reazione prosegue
Mentre il metallo riveste l'oggetto, gli altri ioni (come SO₄²-) tornano all'anodo e contribuiscono a mantenere la reazione. In questo modo la placcatura può continuare per tutto il tempo desiderato.
Tipi di metodi di galvanizzazione
Nel corso del tempo, i metodi di galvanizzazione sono cambiati per soddisfare le diverse esigenze. Ecco i principali tipi di metodi di galvanizzazione:
Placcatura di massa (placcatura del cilindro)
La placcatura di massa viene utilizzata per la produzione di grandi volumi. È perfetta per i pezzi piccoli che necessitano di un rivestimento metallico sottile. La placcatura in barile è un metodo comune di placcatura di massa in cui i pezzi vengono collocati in un barile rotante con sale metallico (elettrolita) e anodo metallico.
Mentre il cilindro gira, pulisce, decalcifica e riveste i pezzi in modo uniforme. Funziona bene per oggetti piccoli e resistenti come dadi, bulloni e viti, ma non per i pezzi che necessitano di una finitura fine o di un rivestimento dettagliato.
Placcatura a rack
La placcatura a rastrelliera è migliore per i pezzi più grandi che non possono essere sottoposti a placcatura di massa. Si posizionano i pezzi su rastrelliere e si immergono nel bagno galvanico. Questo metodo è ottimo per i pezzi delicati o fragili e può rivestire l'interno e le aree profonde di pezzi complessi.
È più costosa della placcatura in massa, ma offre una finitura migliore. La placcatura a rack si usa per oggetti grandi o complessi che necessitano di un rivestimento come oro, argento, rame, stagno o nichel.
Placcatura continua
Si utilizza la placcatura continua per prodotti lunghi come tubi, fili o strisce di metallo. Il prodotto si muove attraverso il bagno galvanico a velocità costante. Per le strisce sottili si parla di placcatura da bobina a bobina. Il prodotto viene srotolato, rivestito e riavvolto per facilitarne lo stoccaggio. Questo metodo consente anche di modellare il prodotto in un secondo momento.
Placcatura in linea
La placcatura in linea utilizza una linea di assemblaggio per applicare i rivestimenti metallici. Il metallo passa attraverso diverse stazioni dove macchine automatizzate aiutano nel processo chimico. Questo metodo è più economico di altri perché utilizza meno soluzione chimica per ogni pezzo. Di solito si utilizza la placcatura in linea per rivestire rame, zinco, cromo e cadmio.
Placcatura a spazzola
Nella placcatura a pennello, si utilizza un panno morbido o del cotone avvolto attorno a un elettrodo per applicare un rivestimento metallico. Per prima cosa si immerge il panno in una soluzione di placcatura con ioni metallici. Quindi si applica manualmente il rivestimento sulle aree specifiche che si desidera rivestire.
Questo metodo è portatile e offre un'elevata personalizzazione. È perfetto per i rivestimenti localizzati, i rivestimenti selettivi e le riparazioni. Tuttavia, non è adatto a pezzi grandi o complessi.
Placcatura a impulsi
La placcatura a impulsi utilizza impulsi elettrici per rivestire la superficie. La corrente passa rapidamente da un livello all'altro e scende a zero tra un livello e l'altro. Controllando l'ampiezza e l'intensità degli impulsi, è possibile ottenere un rivestimento liscio e uniforme con grani fini.
La placcatura a impulsi è ottima per i pezzi che necessitano di una finitura con meno porosità, microfratture e rugosità. Tuttavia, è un po' più complicato da impostare e utilizzare rispetto ad altri metodi.
Quando usare la galvanica?
Ecco cinque situazioni in cui è possibile utilizzare la galvanica:
Dimensioni di fissaggio (spessore di costruzione)
Se i pezzi o i prodotti sono più piccoli del previsto, la galvanoplastica può aggiungere uno strato di metallo per renderli della giusta dimensione. È possibile controllare lo spessore della placcatura regolando elementi quali la tensione, il tempo e le sostanze chimiche utilizzate.
Per un aspetto migliore
La galvanica può migliorare l'aspetto di una superficie aggiungendo un rivestimento metallico lucido. Conferisce al pezzo un aspetto permanente di quel metallo, come la cromatura su alluminio o acciaio per renderlo lucido.
Per la protezione dalla corrosione
Se i vostri pezzi sono fatti di materiali che si arrugginiscono o si corrodono facilmente, potete usare la galvanica per rivestirli con un metallo duro e resistente. Il rivestimento proteggerà il pezzo, che si consumerà prima in condizioni difficili come l'umidità o le sostanze chimiche.
Per una migliore conducibilità elettrica
Se avete bisogno di una migliore conducibilità elettrica, potete galvanizzare i connettori o i terminali con metalli come oro, argento o rame. Questi metalli sono in grado di condurre l'elettricità e quindi i componenti funzioneranno in modo più efficiente.
Per la resistenza al calore
Se i pezzi devono resistere alle alte temperature, è possibile elettroplaccarli con nichel o cromo. In questo modo il pezzo rimane forte e intatto anche quando è molto caldo, come nei sistemi di scarico delle auto.
Materiali adatti alla galvanizzazione
La galvanoplastica può essere effettuata con un solo metallo o con una miscela di metalli. Gli ingegneri utilizzano molti metalli per questo processo, ma ecco alcuni dei più comuni:
Placcatura in oro
La placcatura in oro conferisce un aspetto lussuoso ad oggetti come gioielli, apparecchi di illuminazione e pezzi decorativi. È più durevole del rivestimento in lamina e si lega fortemente. L'oro è anche un ottimo conduttore di elettricità, per questo è perfetto per i componenti elettrici ad alte prestazioni come i connettori, i cavi dei circuiti e la microelettronica.
Placcatura di palladio
Il palladio è un'alternativa più economica dell'oro ed è resistente all'usura e alla corrosione. Inoltre, ha un aspetto lucido e brillante di colore bianco-argento. La palladiatura viene utilizzata su rame, ottone e altri metalli per evitare danni. Spesso viene applicata prima della doratura per bilanciare la conduttività e la durezza della superficie. È utilizzato nei connettori elettronici e nei componenti medici o dentali.
Placcatura in argento
L'argento è un altro buon metallo da placcare perché è altamente conduttivo e resistente all'usura. Costa meno dell'oro e resiste meglio all'ossidazione. La placcatura d'argento riduce anche l'attrito, quindi le parti sono più facili da saldare. Tuttavia, non è resistente alla corrosione come l'oro o il palladio. L'argentatura può essere utilizzata per connettori elettronici, pannelli solari, semiconduttori e cuscinetti.
Zincatura
Lo zinco è un metallo placcante economico che protegge dall'umidità e conferisce un aspetto lucido, simile all'argento. Forma uno strato protettivo su metalli come l'acciaio, il ferro, il rame e l'alluminio che sono soggetti a ruggine. Con il tempo, lo strato di zinco si rompe per primo, proteggendo il metallo sottostante. È possibile utilizzare zincatura su viti, molle, piastre di commutazione, tubi dei freni e altra minuteria.
Placcatura in rame
Il rame è comunemente usato per la galvanoplastica perché è altamente conduttivo e relativamente poco costoso. La placcatura in rame offre una superficie liscia e lucida e un'eccellente conducibilità elettrica e termica. Viene utilizzato per una varietà di materiali in cui la conduttività è importante.
Nichelatura
La nichelatura di metalli come acciaio, rame e alluminio conferisce una finitura liscia e resistente. A volte viene utilizzato come base per altri rivestimenti come l'argento o l'oro. La nichelatura offre resistenza alla corrosione, durata e magnetismo. Può anche essere trattato termicamente per rendere la superficie più dura. È possibile scegliere tra finiture lucide o opache e personalizzarne il colore.
Cromatura
Il cromo è resistente alla corrosione e offre grande forza meccanica, resistenza all'usura e durata. Conferisce una finitura lucida e aggiunge forza e durezza al metallo sottostante. Cromatura è spesso applicata a metalli come l'alluminio e l'acciaio, soprattutto per oggetti decorativi o parti industriali come componenti automobilistici e aerospaziali.
Vantaggi della galvanotecnica
- La galvanizzazione con metalli come il cromo, il nichel o l'oro protegge i componenti dalla ruggine.
- L'elettrodeposizione conferisce alle superfici un aspetto lucido e liscio e copre le piccole imperfezioni.
- La placcatura con metalli forti come il nichel e il cromo rende le superfici più resistenti e durevoli.
- La placcatura con rame o oro aiuta i componenti a condurre meglio l'elettricità.
- La placcatura riduce l'attrito, favorendo una maggiore durata dei pezzi.
- L'elettroplaccatura si lega saldamente alle superfici e non si stacca facilmente.
Limiti della galvanizzazione
È possibile galvanizzare solo materiali conduttivi perché il processo necessita di elettricità per funzionare. Il calore e gli scarti della galvanoplastica possono essere dannosi per la salute e per l'ambiente.
L'allestimento della galvanotecnica può essere costoso perché richiede attrezzature, serbatoi, sostanze chimiche e altri materiali.
Applicazioni industriali della galvanica
La galvanica è utilizzata in molti settori. Ecco alcuni esempi:
Aerospaziale
Nell'industria aerospaziale, i produttori rivestono le parti in titanio con il nichel per resistere alle variazioni termiche e alle sollecitazioni ambientali. Esempi di parti di aeromobili che necessitano di galvanizzazione sono parti di motori, pale di turbine, sistemi idraulici, elementi di fissaggio, elementi strutturali, corpi di valvole e componenti di sensori.
Automotive
La galvanizzazione con cromo, zinco-nichel o palladio rende i componenti automobilistici resistenti all'usura e ai danni ambientali. I produttori utilizzano la placcatura anche per scopi di progettazione. Alcuni esempi di parti di automobili che vengono galvanizzate sono i paraurti, i pistoni, le canne dei cilindri, gli ammortizzatori, le griglie del radiatore, gli iniettori di carburante, i terminali della batteria e le finiture interne.
Elettronica
La placcatura con metalli conduttivi migliora le proprietà elettriche di connettori, contatti e cavi. Aumenta le prestazioni dei circuiti elettrici.
La galvanica protegge anche parti elettroniche come PBC, semiconduttori, condensatori, piastre di commutazione, sensori e molto altro ancora da raggi UV, corrosione e danni. I metalli più comuni utilizzati nella placcatura elettronica sono oro, rame, nichel e palladio.
Gioielli
L'oro e le leghe d'oro sono popolari per placcare i gioielli, perché rendono i pezzi più belli e durano più a lungo. Combinando metalli diversi si possono creare disegni unici. Si possono utilizzare anche altri metalli preziosi, come l'argento e il rodio.
Cosa influenza i costi della galvanica?
Il costo della galvanica dipende da alcuni fattori, come il tipo di metallo che si desidera placcare, lo spessore del rivestimento, la complessità dei pezzi e il numero di pezzi necessari. Metalli come oro, platino e palladio sono più costosi, mentre rame, nichel e zinco sono più economici.
Un rivestimento più spesso costa anche di più. Se i vostri pezzi hanno dettagli complicati o aree nascoste. Il processo richiede più tempo e attenzione e quindi è più costoso. Se avete bisogno di molti pezzi, il costo per unità di solito si riduce, ma se ne avete bisogno solo di pochi. Il costo per pezzo è maggiore. Potete ottenere un preventivo chiaro per il vostro progetto di galvanizzazione presso DEK.
Placcatura elettrolitica vs placcatura elettrolitica
La galvanoplastica utilizza l'elettricità per aggiungere uno strato di metallo. La placcatura elettrolitica, invece, utilizza sostanze chimiche e calore per legare il metallo senza elettricità. Viene spesso utilizzata per la nichelatura e la cromatura.
Placcatura elettrolitica funziona su materiali non conduttivi come la plastica. È più economico e più facile da installare rispetto alla galvanoplastica. Può creare strati spessi e duri con una buona resistenza all'usura.
Tuttavia, la placcatura elettrolitica è più lenta e difficile da controllare. È anche difficile da automatizzare rispetto alla galvanoplastica.
Galvanotecnica vs elettroformatura
Sia la galvanotecnica che la elettroformatura utilizzano l'elettricità per aggiungere metallo, ma lo fanno in modi diversi. L'elettrodeposizione aggiunge un sottile strato di metallo a un oggetto esistente per migliorarne l'aspetto e la durata. L'elettroformatura crea un nuovo pezzo costruendo il metallo all'interno di uno stampo, che viene rimosso dopo la formazione del metallo.
L'elettrodeposizione produce rivestimenti sottili e lavora su materiali come metallo, plastica o ceramica. È più semplice ed economica e viene utilizzata per oggetti come gioielli o parti industriali.
L'elettroformatura crea pezzi più spessi e autoportanti a partire da uno stampo. È più complicato e si usa per pezzi piccoli e dettagliati. Il processo costa di più perché è più difficile da realizzare.
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Conclusione
La galvanoplastica esiste da molto tempo. Aiuta a creare pezzi più resistenti, più duraturi e più belli da vedere. Per la galvanizzazione sono necessari un anodo, un catodo, un elettrolita e una fonte di energia.
La galvanoplastica è rischiosa se non si ha una formazione adeguata. Per saperne di più sulle vostre esigenze di galvanizzazione, contattate DEK.
