1

2

3

4

5

 

Wytrawianie płytki miedzianej pod elementy

Każdemu elektronikowi znane jest tak zwane trawienie płytki. Jest to proces, w którym z warstwy płytki plastikowej, pokrytej miedzią, usuwana jest prawie cała miedź. Po co się to robi? Otóż elektronik przy projektowaniu płytki drukowanej potrzebuje wykonać konkretny schemat połączeń między elementami. Ale czym jest płytka drukowana? Ano jest to, najprościej mówiąc, schemat połączeń wykonany w rzeczywistości. Jeśli mamy pewną ilość rezystorów, kondensatorów, tranzystorów i układów scalonych, które mają razem pracować i robić coś ciekawego za pomocą prądu, należy je jakoś ze sobą połączyć. Czasem robi się to za pomocą „pająka”, jednak nie jest to zbyt przyszłościowe rozwiązanie, ot tak tylko, żeby sprawdzić działanie. Normalnie umieszcza się je w plastikowej obudowie, a więc właśnie na płytce drukowanej. Nadaje im ona sztywność i zapobiega połączeniom, które normalnie zajść nie powinny. Galwanizacja zapewne posłużyła tutaj częściowo przynajmniej w procesie nałożenia warstwy miedzi na plastik. Po zaprojektowaniu schematu połączeń musimy zaprojektować schemat, który będzie na płytce. Nie jest to takie znowu proste, gdyż wymaga nieco odmiennych predyspozycji niż czysto elektroniczne, ale po poprawkach się udaje.

Prąd elektryczny a elektroliza

W zrozumieniu elektrolizy pomaga wyobrażenie sobie jak działa prąd elektryczny, a to znowuż wymaga metafory wody. Otóż woda, jak każdy wie, płynie. Jednak co się stanie, jeśli w jednym miejscu będzie ona cieplejsza, a w innym zimniejsza? Otóż zacznie cyrkulować, gdyż przyroda w imieniu fizyki dąży do zrównania wszystkiego w przyrodzie. Tak też woda wymiesza się i zrówna jej temperatura. Prąd elektryczny, a właściwie jego przepływ polega na podobnym zjawisku: w jednym miejscu mamy za dużo elektronów, w drugim za dużo protonów czyli ładunków odpowiednio ujemnych i dodatnich. Gdy połączymy razem taką powierzchnię, elektrony wędrują na orbity atomów, posiadających za dużo protonów. Uwalnia się przy tym energia, która wykorzystywana jest do zasilania urządzeń. Gdy energia ta przepływa przez metal, powoduje konkretne zmiany elektryczne i chemiczne. Jony przepływają od dodatnio naładowanej katody do ujemnie naładowanej anody, przy okazji wchodzą w reakcje chemiczne z napotkanymi innymi jonami. Tym sposobem działa galwanizacja, czyli nakładanie jednego metalu na inny. Właściwie to tylko jeden z procesów, dziejących się w trakcie galwanizacji, ale dosyć istotny dla jej zrozumienia i przyswojenia.

Elektroliza w ogniwach i świetlówkach

W przypadku elektrolizy być może bardziej znanym przykładem będzie świetlówka. W baterii mamy anodę i katodę, które reagują ze sobą pod wpływem substancji chemicznych, znajdujących się wewnątrz obudowy (zwykle jest to jakiś kwas, ołowiowy lub inny). Dzięki temu substancje chemiczne, a właściwie reakcja tych substancji produkuje prąd. W akumulatorze samochodowym znajduje się zwykle spora ilość kwasu i należy dbać o ten kwas, dolewając wody demineralizowanej oraz obserwować jego parowanie. Z akumulatorami trzeba być bardzo ostrożnym, gdyż kwas może się wylać lub „zagotować”, co spowoduje korozję wszystkiego, co się znajdzie w jego pobliżu. Może także spowodować poparzenia u ludzi, dlatego stan akumulatora zawsze trzeba kontrolować na załączonych markerach i nigdy nie wolno go umieszczać w pozycji innej, niż ta określona przez producenta sprzętu. W przypadku świetlówki mamy podobną reakcję, jak w ogniwie: Anoda naładowana jest ujemnie, katoda dodatnio, co powoduje przepływ prądu, więc też elektronów naładowanych ujemnie. Ten przepływ odpowiednio intensywny w gazie wewnątrz świetlówki powoduje jego świecenie. Galwanizacja w sumie nie ma tu nic do rzeczy. Ludzie często ją źle rozumieją, stąd o tym wspominam.

Niklowanie przed procesem cynkowania

Przed właściwym cynkowaniem zwykle stosuje się proces technologiczny nazwany niklowaniem. Nikiel jest tutaj podkładką dla cynku, który lepiej wygląda i jest kolejnym składnikiem antykorozyjnym dla metalu, na który został nałożony. Słupy elektryczne z napięciem posiadają często warstwę niklu i cynku, także elementy anten radiowych najróżniejszego zastosowania: czy tych stojących na wieżach telefonii komórkowej (tzw. BTS-y), czy wreszcie w instalacjach radioamatorskich, zajmujących znaczne powierzchnie na prywatnych działkach. Co do anten, czasem stosuje się rury PCV. Prawdopodobnie miał to być żart, ale z czasem się przyjęło i teraz anteny własnej produkcji powstają właśnie w szkielecie rurki PCV. Śmiesznie to wygląda, no ale cóż: jest tanie. Oczywiście galwanizacja w tym momencie jest niepotrzebna, bo plastik nie koroduje w sposób znany metalom. Polichlorek winylu nie nadaje się także do galwanizacji, gdyż nie przewodzi prądu (jest izolatorem nawet), a jak wiemy, galwanizacja wymaga do swojego procesu technologicznego przewodności prądu, gdyż bierze w nim udział elektroliza. Elektroliza polega na zmianie struktury chemicznej metalu poprzez przyłożenie do niego napięcia. Plastikami prąd nie popłynie.

Ozdobnicze zastosowania galwanizacji metali

Cynkowane mogą być także felgi rowerowe, przynajmniej z zewnątrz. Ciekawym zastosowaniem dla galwanizacji może być także nakładanie cienkiej warstwy metalu na metal w celach ozdobnych. Nie jest to grawerstwo, gdzie najczęściej w powierzchni metalowej wycina się wgłębienia, lecz coś właśnie odwrotnego: nakłada się na powierzchnię metalową warstwę. Galwanizacja może pomagać choćby firmom, składającym motory dla pasjonatów. Ci często chcą mieć jakieś ozdoby, na przykład flary na baku, jakąś różę gdzieś z boku itp. Płomienie ognia będą wyglądały o wiele lepiej, gdy nie będą naklejką, ale właśnie będą z jakiegoś metalu koloru złota. Jest wiele możliwości imitacji złota i generalnie nie ma z tym problemu. Metale łączą się ze sobą dosyć chętnie różnymi metodami, nie tylko galwanicznymi, trzeba tylko znać siatkę krystaliczną, dobrać odpowiedni proces technologiczny – temperaturę (najważniejsze), domieszki, ewentualnie jakiś kwas, dodać topniki, typowe dodatki dla stopów i już mamy gotowy metal o właściwościach podobnych do złota. Ozdoby przydadzą się także na metalowe wazoniki, metalowe schody i inne elementy konstrukcyjne budynków, a także skrzynki z instalacjami elektrycznymi i nie tylko.

Praktyczne przykłady cynkowania metali

Jeśli mamy ocynkowaną blachę dachówkową, wytrzymać ona może i dwadzieścia lat. Niestety, warunki atmosferyczne, grad, deszcz, kwaśne deszcze, wyziewy z komina, wilgotność, para wodna, śnieg, różne kwasy i rdza lejąc się z innych miejsc niszczą powierzchnię cynkową. Po jakimś czasie nasza dachówka będzie się nadawała tylko do wymiany lub malowania. Jeśli zostawimy ją w spokoju, przegnije do końca i za chwilę będziemy podstawiać wiadra pod sufit. Należy mieć na uwadze, że ponowna galwanizacja cynkiem nie jest wskazana, bo trzeba by najpewniej zabrać całość z dachu, wyszlifować szlifierką oscylacyjną lub papierem ściernym do czystego metalu i wtedy oddać ponownie do ocynkowania. Lepiej poczekać, aż całość skoroduje w miarę dobrze, wtedy łatwiej będzie zedrzeć warstwę rdzy i przemalować ją jakimś Hammeritem. Na czystą warstwę cynku oczywiście farby nie nałożymy, stąd ważne jest, aby warstwa cynku przerdzewiała choć trochę. Wydaje się to dziwne, że pozwalamy korodować naszej dachówce dla jej większego dobra, no ale cóż. Cynk używany jest wszędzie tam, gdzie blachę trzeba wystawić na ciężkie warunki atmosferyczne – na słupach wysokiego napięcia, wieżach telefonii komórkowej i tym podobne.

Dwa słowa o cynkowaniu

Do czego może się przydać nałożenie jednego metalu na drugi? Częstym przykładem jest cynkowanie. Gdy mamy stalowe elementy, na przykład kierownicę w rowerze, najczęściej po jakimś czasie potrafi ona zaśniedzieć. Robi się na niej nieładna warstwa, jakby brud. Metal koroduje, bo nie jest pokryty żadnym lakierem ani farbą antykorozyjną. Można kierownicę pomalować, jednak znacznie lepiej wygląda cynkowanie. Cynk z powietrzem, a dokładnie z tlenem, z odpowiednimi domieszkami i siatką krystaliczną, nie reaguje aż tak, jak czysta stal. Dzięki temu możemy się cieszyć typową cynkową, chropowatą powierzchnią, z którą możemy chwytać bez obawy o pobrudzenie od skorodowanego metalu. Zamiast tego można oczywiście użyć farby, pomalować kilka razy itp. Wydaje się jednak, że zakład galwaniczny zrobi to lepiej i szybciej od nas, a przede wszystkim taniej. Cynkowanie dobre jest też na blachówkę dachową. Nie trzeba jej wtedy także malować, a kwaśne deszcze jej nie straszne. Oczywiście ocynkowana blacha także w pewnym momencie skoroduje, gdy warstwa cynku skruszy się i odpadnie. Jak wszystko na tym świecie, galwanizacja też nie jest na wieki. Podobnie jak z farbą, cynk też należy zedrzeć przed malowaniem.

Do czego może przydać się galwanizacja?

Galwanostegia to generalnie „magia”, dzięki której można zrobić z metali to, co się chce. Dzięki galwanizacji można je rozlać na jakieś podłoże, najlepiej na inny metal, uformować cieńszą czy grubszą warstwę, nanieść na coś innego itp. Galwanizacja uszlachetnia i oczyszcza metal. Do tego procesu technologicznego stosuje się czasem różne domieszki, mające właśnie za zadanie uszlachetnienie. Galwanizacja nadaje się jednak nie tylko do powiedzmy cynkowania powierzchni (co pomaga zapobiegać korozji). Przydaje się ona choćby tam, gdzie potrzeba jest bardzo dobrej przewodności prądu elektrycznego. W sprzętach komputerowych na styki naniesione zostało złoto, które ma bardzo dobre własności przewodzące, choć jest też bardzo drogie, zaraz za platyną. Większość styków na złączach kart rozszerzeń jest pozłacanych bardzo cienką warstwą metalu. Pomaga to bardzo w eliminowaniu ewentualnych błędów, gdyż metoda mechanicznego stykania metali niekoniecznie się sprawdza przy przepływie prądu. Wystarczy, że metal zaśniedzieje czy zardzewieje – przy złocie obawy te nie są aż tak istotne, gdyż jako metal szlachetny nie łączy się ono tak łatwo z różnymi domieszkami i nie koroduje tak szybko, jak inne. Zwykle.

Czym właściwie jest galwanizacja

Galwanostegia jest procesem polegającym na osadzaniu jednego podłoża na drugim – to tak najprościej. Podłożami mogą być głównie metale, choć nie tylko. W elektronice czy elektrotechnice często wspomina się o połączeniu galwanicznym dwóch metali. Oznacza to, że – weźmy na przykład lutowanie – cyna stopiona grotem lutownicy zespoliła się tak bardzo z metalem, na który jest nakładana, że elektrony prądu elektrycznego są w stanie „przepychać się” z jednego metalu w inny tak, jakby całość składała się z jednego materiału. Tak wygląda galwanizacja. Jest to pewnego rodzaju uproszczenie, bo oczywiście oporności tych dwu metali będą inne, stopy cynowe mogą się grzać nieco bardziej od reszty czy nawet generować zakłócenia, jeśli mowa o połączeniach w kablach głośnikowych, szczególnie jeśli mają to być długie kable dla kina domowego (głośniki tylne w zestawie 5.1). Dlatego przewody głośnikowe powinny być o dużym przekroju fi, najlepsze są takie, jak do spawarki. Dzięki temu nie pojawiają się na nich zakłócenia elektromagnetyczne z otaczającego środowiska. Zakłócenia takie generowane są przez telefony komórkowe, mikrofalówki, telewizor, komputer i wiele innych urządzeń, które w jakiś sposób przetwarzają napięcie elektryczne.

Galwanizacja podczas całkowitych kąpieli ciała

Pierwsze sposoby zastosowania kąpieli elektrycznych wcale nie były ukierunkowane na osiągnięcie określonych celów leczniczych. J.J. Stanger wykorzystywał ową metodę do garbowania skór. Dopiero z czasem spróbował on omawianej metody do leczenia, występującej u niego, choroby reumatycznej. Okazało się wówczas, że ma ona zbawienny wpływ na zdrowie oraz samopoczucie pacjenta zmagającego się z podobnymi problemami zdrowotnymi. Galwanizacja została opatentowana jako zabieg leczniczy w 1900 roku. Od tego czasu nastąpił silny rozwój badań oraz poszukiwań nowoczesnych rozwiązań w zakresie wykorzystania omawianej metody leczenia za pomocą prądu elektrycznego. Wyprodukowane na przemysłową skalę urządzenia pozwoliły wykorzystywać ją wobec coraz większego grona społecznego. Obecnie wiadomo, że całkowite kąpiele elektryczne wymagają zastosowania odpowiednich materiałów konstrukcyjnych. Wszelkie wanny muszą zatem posiadać rozbudowany system izolacyjny zapewniający brak wystąpienia uziemiania prowadzonego prądu. Woda stosowana do przygotowania zabiegu nie może zawierać żadnych substancji dodatkowych, chyba że wystąpi w nie niewielka ilość określonej soli. Całkowite kąpiele galwanizacyjne mają na celu poprawę ogólnego stanu organizmu oraz wpływanie na niekorzystne efekty reumatyzmu, czy problemów z poszczególnymi stawami.