В качестве грузов для форм применяют куски фарфора, стекла, глазурованной и непористой керамики Чтобы грузы не обрастали металлом (что возможно при случайном покрытии их графитовой пылью), следует всегда покрывать их лаком или воском и наблюдать за тем, чтобы они не покрывались электропроводящими материалами. Поэтому грузы надо подвешивать на формы после нанесения электропроводящего слоя.
ЗАГРУЗКА ФОРМ В ВАННУ
Формы загружают под некоторым углом к поверхности электролита, чтобы облегчить удаление воздуха из поднутрений и узких мест формы.
Погруженная в электролит плоская форма должна быть затем под слоем электролита расположена горизонтально для удаления с нее мягкой кистью оставшихся пузырьков воздуха. Чтобы уменьшить захват пузырьков воздуха, формы перед загрузкой можно заливать спиртом.
Пузырьки воздуха не всегда можно легко заметить под слоем электролита, поэтому необходимо внимательно осматривать форму перед завешиванием в ванну.
Пузырьки воздуха имеют вид отдельных прозрачных стеклышек или бисера; они трудно удаляются даже при резком стряхивании формы, и только кистью их сравнительно легко удалить.
Формы необходимо готовить к завешиванию всегда в таком положении, чтобы из поднутрений имелся выход для воздуха кверху.
Закрытые объемные формы при загрузке в ванну следует заполнять электролитом постепенно, равномерно вытесняя из них воздух. Глубоко профилированные места надо держать в таком положении, при котором электролит может медленно вливаться в них, вытесняя воздух.
Первоначальная плотность тока должна быть минимальной, чтобы не вызвать подгорания проводников, связанных с электропроводящим слоем. Минимальную плотность тока следует поддерживать до полной затяжки форм металлом и лишь затем переходить на рабочую плотность.
УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАВНОМЕРНОГО ОТЛОЖЕНИЯ МЕТАЛЛА
Гальванопластическое отложение толстых и равномерных по толщине слоев металла на сложнопрофилированные и глубокие формы является при репродуцировании наиболее трудной задачей.
При декоративном и противокоррозионном отложении металлов в гальваностегии отложенный металл имеет толщину всего в несколько микронов, в гальванопластике же она достигает нескольких миллиметров, т. е. в сотни и даже тысячи раз больше.
Электролитическое отложение металла, вообще говоря, не бывает равномерным, что особенно заметно при наращивании толстых гальванопластических слоев. Даже при наличии наиболее благоприятных условий, имея вполне плоский анод и катод, невозможно получить вполне равномерное отложение металла по всей площади. По краям и на выступах катода наращиваются более толстые, а в местах, дальше отстоящих от края, — более тонкие слои металла.
Расположение электрических силовых линий между анодом и катодом является главным фактором, определяющим распределение металла; оно зависит от формы электродов, расстояния между ними и сечения всей массы электролита, через которую проходят электрические силовые линии, а также от состава электролита.
Не следует полагать, что таили иная плотность силовых линий связана с изменением потенциала в разных точках электрода, так как ввиду высокой проводимости последнего потенциал его практически равномерен. (О существенных различиях потенциала можно говорить только в период затяжки металлом формы из непроводника.)
Соответственно различной степени средоточия силовых линий плотность тока на отдельных участках резко профилированных катодов различна в разных местах профиля: она значительно возрастает не только по их краям, но и на ребрах и других выступающих элементах форм. Напротив, в углубленных местах форм плотность тока резко убывает (рис. 20).
Рис. 20. Распределение силовых линий.
Способность электролита равномерно распределять металл на катоде, или «сработать в глубину», выражается рассеивающем способностью электролита. Она различна у разных электролитов, но практически всегда недостаточна. Поэтому регулирование толщины отложения металла по всему профилю форм является одним из главных элементов технологии гальванопластики.
Основной метод регулирования равномерности отложения металла заключается в применении различных экранов для отдельных деталей или целых участков рельефа и заключение форм в кассеты.
Экранирование применяется для защиты наиболее выступающих и острых деталей форм. Экраны могут ограничивать проникновение силовых линий или даже вовсе прекращать отложение металла на отдельных участках форм и тем направлять силовые линии в более глубоко профилированные места рельефа.
На разных участках анода плотность тока также различна и особенно повышена у краев анода, где она растворяется наиболее интенсивно (рис. 21).
Рис. 21. Анод, изолированный по торцу:
1 — анод; 2 — рамка из полихлорвиниллового шланга
Обычно сечение электролита всегда больше площади электродов, и потому силовые линии могут уходить в глубь электролита. Распределение силовых линий между анодом и катодом ухудшается при прохождении тока в больших объемах электролита. На рисунке 22 приведена схема распределения их, когда над электродами и под ними имеется значительный объем электролита.
Рис. 22. Схема силового поля при разном расположении катода и анода в электролите
а — глубокое погружение электродов в электролит, б — электроды находятся у поверхности электролита, в — электроды у поверхности, внизу экран
Для устранения указанного явления, обычно резко проявляющегося при работе в ваннах большего объема, принимают ряд мер. Так, например, формы загружают в электролит так, что от верхнего края их до зеркала ванны оставляют не более 1–2 см (рис. 23).
Рис. 23. Способ наращивания при постепенном погружении с экранированием черновой формы
1 — экран
Для устранения влияния объема электролита, находящегося ниже формы, под нее подводят экран, чем достигается и с этой стороны большая равномерность в расположении силовых линий. Так же устанавливают боковые экраны, в результате чего получается как бы кассета, изолирующая электроды от излишней массы электролита. Роль таких кассет могут отчасти выполнять рамки, в которых заключают катод и анод (рис. 21). Для защиты торцовой части анода рамку можно заменить разрезанной вдоль хлорвиниловой трубки.
Экраны изготовляют из листовой пластмассы (винипласта, акрилата) толщиной 4–5 мм; по углам в них сверлят отверстия для подвешивания на мягких подвесках из электропровода с резиновой изоляцией. В ванну экраны устанавливают после завешивания анода и погружения форм в электролит.
Общими контурными экранами ограничиваться нельзя. Еще более важное значение имеют местные экраны. Скульптура, репродуцируемая гальванопластически, обычно резко отличается между собой в деталях рельефа, вследствие чего необходим индивидуальным подбор экранов для регулирования отложения металла.
Сложность регулирования заключается также в необходимости одновременно решать вопрос о режиме электролиза, и прежде всего правильно выбрать среднюю плотность тока, от чего зависит плотность тока на отдельных участках.
Рассмотрим подробнее различные приемы экранирования.
На рисунке 24 представлен способ постепенного погружения формы с применением экрана: а — первая стадия наращивания металла на выступающие детали формы, близлежащие к аноду; б — применение экрана, защищающего уже наращенную нижнюю часть формы (на этой стадии рабочей является углубленная часть формы); в — установка экрана при погружении выступающих частей формы до зеркала электролита; г — окончательное погружение формы в электролит, при котором полностью покрывается верх формы.
Рис. 24. Способ наращивания при постепенном погружении и экранировании монолитной формы
1 — отверстие для впуска электролита 2 — линия экранирования
По такому же принципу наращивается металл внутри монолитных форм. Способ наращивания путем последовательного погружения формы в электролит по мере отложения металла требуемой толщины представлен на рисунке 24: а — первый этап погружения формы; б — следующий этап погружения с экранированием отложенного металла при помощи изоляции; в и г — стадии дальнейшего погружения (показано перемещение границы закрытия отложенного металла изолирующим слоем).