|
Galvanisatie is een techniek waarmee u een geleidend materiaal kunt bedekken met een uiterst dun laagje van een ander geleidend materiaal. Door te galvaniseren kunt u bijvoorbeeld een dun laagje goud aanbrengen op de contacten van schakelaars en andere elektronische onderdelen.
|
Het principe van galvanisatie
Elektrolytische dissociatie
Ook het principe van galvanisatie berust natuurlijk op de elektrolytische dissociatie. U kunt bepaalde elektrolyten in een bad dissociëren door er twee elektroden in op te hangen die aangesloten worden op een gelijkspanning. De ene elektrode is het voorwerp dat gegalvaniseerd moet worden, de andere elektrode bestaat uit het metaal waarmee u het voorwerp wilt bedekken. Negatieve ionen gaan naar de positieve plaat, positieve ionen naar de negatieve plaat. Op de platen verbinden de ionen zich met elektronen en vormen weer atomen. Deze atomen gaan bindingen aan, waardoor dunne laagjes goud, zilver, tin, etc. op een van de elektroden worden neergeslagen.
Indeling
Het algemene begrip galvanotechniek wordt in de praktijk ingedeeld in:
- Galvanostegie:
Hierbij is het de bedoeling zeer dunne laagjes (50 µm tot 100 µm) van een edel metaal neer te slaan op een minder edel metaal. - Galvanoplastiek:
Bij deze techniek worden dikkere lagen metaal (van millimeters tot zelfs centimeters) neergeslagen op een voorwerp, om zodoende een mal te maken waarmee men dit voorwerp kan kopiëren. - Eloxeren:
Een speciale techniek die alleen bij aluminium wordt toegepast om het aluminium betere oppervlakte-eigenschappen te geven.
Galvanostegie
Een voorbeeld: het verkoperen van een ijzeren voorwerp
Aan de hand van onderstaande figuur wordt een voorbeeld van deze techniek behandeld, namelijk het bedekken van een voorwerp uit ijzer met een dun laagje koper. In principe kunt u dat thuis ook doen, er komen weinig chemicaliën aan te pas. U maakt een bad bestaande uit gedestilleerd water waarin u kopersulfaat CuSO4 oplost. Vervolgens moet u het ijzeren voorwerp uiterst zorgvuldig schoonmaken en ieder vetvlekje er op verwijderen. U hangt het voorwerp in het bad en via een draad verbindt u het met de negatieve pool van een regelbare gelijkspanningsbron. Als tweede elektrode hangt u een plaat koper in het bad en verbindt u deze met de positieve pool.
 |
| Het principe van galvanostegie. (© 2018 Jos Verstraten) |
U schakelt vervolgens de spanningsbron in en stelt deze in op een dusdanige spanning dat er een kleine stroom door het bad vloeit. Door de elektrolytische dissociatie ontbindt het kopersulfaat in positieve koper ionen Cu++ en negatieve sulfaat ionen S04--. Onder invloed van het elektrisch veld gaan de positieve ionen naar het ijzeren voorwerp migreren en de negatieve naar de koperplaat. De koper ionen nemen uit het ijzer overbodige elektronen op, waardoor de ionen worden omgezet in volwaardige koperatomen. Deze atomen slaan neer op het ijzer, waardoor het ijzeren voorwerp langzaam maar zeker wordt bedekt door een zeer hecht, maar uiterst dun koperlaagje. De sulfaat ionen geven hun negatieve lading af aan de koperen plaat, waardoor uiteindelijk weer kopersulfaat ontstaat.
Voorwaarden
Het is niet zo dat iedere combinatie van geleidende materialen met ieder mogelijk elektrolyt bruikbaar is om bijvoorbeeld goud neer te slaan. Hiervoor hebt u in ieder geval een gouden elektrode nodig als positieve elektrode en zeer bepaalde goud bevattende chemische zouten, die erg duur zijn.
De wetten van Faraday
De elektrochemische wetten van Faraday
Galvaniseren is geen nieuwe ontdekking. In de tijd dat de elektriciteitsleer echt tot bloei kwam was dit verschijnsel al bekend. Het zal wel duidelijk zijn dat het publiek in die tijd zeer onder de indruk was van dit soort aan tovenarij grenzende gebeurtenissen. Het verschijnsel galvanisatie werd dan ook uitvoerig bestudeerd omdat zelfs aan het einde van de negentiende eeuw het middeleeuws geloof dat goud goedkoop gemaakt kon worden niet helemaal verdwenen was. Lukte het niet met de alchemistische middelen van de middeleeuwen, dan kon het misschien met de nieuwe verschijnselen die met elektriciteit te maken hadden! Een man als Faraday heeft uitvoerige experimenten uitgevoerd rond het thema galvanisatie, met als gevolg dat er een paar belangrijke wetmatigheden werden ontdekt, die door het leven gaan als 'de elektrochemische wetten van Faraday'.
Eerste wet van Faraday
De hoeveelheid neergeslagen stof is alleen afhankelijk van de stroomsterkte die door het bad vloeit en van de tijd die de bewerking duurt. Het elektrochemisch equivalent g van een stof is het gewicht van deze stof die in een galvanisch bad per seconde wordt neergeslagen bij een stroomsterkte van 1 A. Een stroomsterkte van 1 A die gedurende één seconde vloeit komt overeen met een elektrische lading van 1 Q. U kunt dus ook stellen dat g de hoeveelheid metaal is die per coulomb wordt neergeslagen.
Tweede wet van Faraday
De hoeveelheid neergeslagen stof G kan gegeven worden door de formule:
G = g • I • t
In de tabel van onderstaande figuur is het elektrochemisch equivalent van enige stoffen gegeven. Hieruit blijkt dat een stroom van 1 A per seconde (= 1 Q) 0,32938 mg zuiver koper op een elektrode kan neerslaan.
 |
| De elektrochemische equivalenten van enige vaak bij galvanisatie toegepaste metalen. (© 2018 Jos Verstraten) |
Galvanoplastiek
Kopieën maken van kleine voorwerpen
Stel dat een museum een zeer zeldzaam archeologisch beeldje heeft en er kopieën gemaakt moeten worden voor andere musea en universiteiten. Natuurlijk bestaan er verschillende moderne methoden om een dergelijk probleem op te lossen, bijvoorbeeld 3D-printing. Eén van de oude maar vertrouwde manieren is echter de galvanoplastiek. Het beeldje wordt voor de helft bespoten met een dunne laag grafiet: in alcohol opgeloste zeer fijn verpoederde zuivere koolstof.
Hierdoor ontstaat op het beeldje een zeer dunne laag van een elektrisch geleidende stof. Het beeldje wordt nu in een elektrolytisch bad gehangen als negatieve elektrode. Als positieve elektrode wordt een koperen plaat gebruikt, als elektrolyt kopersulfaat. Na het inschakelen van de stroom zal het reeds beschreven proces plaatsvinden, waardoor het grafiet op het beeldje langzaam bedekt wordt met een laagje koper. Als men maar lang genoeg galvaniseert, wordt de koperen laag zo dik als men wil. Als de laag is aangegroeid tot 1 à 2 mm haalt men het beeldje uit het bad en verwijderd de koperen halve mal. Men herhaalt het proces nu, waarbij de tweede helft van het beeldje wordt behandeld. Men krijgt dus twee zeer nauwkeurig gevormde, stevige koperen mallen, die men kan gebruiken om zoveel exemplaren van het beeldje te gieten als men nodig heeft.
Eloxeren
Een oppervlaktebehandeling voor aluminium
Eloxeren is een specifieke toepassing van de galvanostegie, waarmee men het zachte, kwetsbare oppervlak van aluminium kan verstevigen. Men brengt een aluminium werkstuk, bijvoorbeeld een raam, als positieve elektrode in een galvanisch bad aan. Als negatieve elektrode wordt een plaat lood gebruikt, als elektrolyt verdund zwavelzuur. Door de elektrolytische dissociatie ontstaat aan de positieve elektrode zuivere zuurstof. Deze bindt zich onmiddellijk met het aluminium, waarbij zeer zuiver aluminiumoxide wordt gevormd. Het zal duidelijk zijn dat dit proces in alle hoeken en gaten van het aluminium werkstuk plaats vindt, zodat het aluminium met een egale laag oxide wordt bedekt. Aluminiumoxide heeft enige zeer gunstige eigenschappen. Het is zeer hard, zodat het zachte aluminium afdoende wordt beschermd tegen mechanische beschadigingen. Bovendien is aluminiumoxide uitstekend bestand tegen allerlei externe invloeden, zoals koude, hitte, regen, UV-straling, etc. Tot slot kan aluminiumoxide heel gemakkelijk ingekleurd worden, waardoor het eloxeren toelaat zeer specifiek gekleurde aluminium ramen op de markt te brengen.
Electroplater
Lage spanningen, flinke stromen
Het zélf verkoperen en vernikkelen van allerhande kleine metalen voorwerpen kan een leuke hobby zijn. U hebt er niet erg veel spullen voor nodig:
- Een gegoten glazen bak, dus zonder metalen randverbindingen.
- Een paar platen van diverse metalen, zoals koper en nikkel.
- Een paar zouten, zoals kopersulfaat (CuSO4) en nikkelsulfaat (NiSo4).
- Een regelbare gelijkspanningsvoeding.
Voor het galvaniseren hebt u een vrij lage gelijkspanning maar een vrij grote stroom nodig. Diverse fabrikanten hebben voor deze toepassing speciale voedingen ontwikkeld, die door het leven gaan onder de naam 'electroplater'. In onderstaande figuur is zo'n voeding voorgesteld, die u voor ongeveer € 40,00 kunt bestellen bij Aliexpress. Het apparaat levert een gelijkspanning van 0 V tot 15 V bij een instelbare stroom van 0 A tot 10 A. Ook een 12 V acculader, waarvan u de stroom kunt instellen, is voor dit doel bruikbaar.
 |
| Een electroplater levert de spanning en stroom die u nodig hebt voor het zélf verkoperen of vernikkelen. (© Aliexpress) |
|
|
Koop uw oscilloscoop bij Amazon
