трусики женские украина

На головну

Історія створення гальванічного виробництва - Історія техніки

Будрейко Е. Н.

Гальванотехніка - область електрохімічного виробництва, включаюча «гальваностегию - електрохімічні процеси нанесення покриттів металами і сплавами, які застосовують для захисту виробів від корозії, захисно-декоративної обробки, підвищення опору механічному зносу і поверхневій твердості, повідомлення антифрикційних властивостей, відбивної здатності і інших цілей; гальванопластику - виготовлення металевих копій, а також інші способи завершення обробки виробів».

Вже біля 80 років гальванічна технологія широко застосовується в різних областях індустрії, як традиційних, так і новітніх: машино- і приладобудуванні, електроніці, космічній промисловості. Сфера її використання безперервно розширялася аж до 1970-1980-х рр. У середині 1980-х рр. в зв'язку з кризовим положенням, зумовленим, з одного боку, великими об'ємами покриттів, з іншою - крайньою шкідливістю і неекономічністю виробництва, прогнозувалося, що подальший розвиток, якщо не саме існування цієї галузі, буде визначатися можливістю створення материало- і энергосберегающих технологій нанесення покриттів. Однак на рубежі сторіч на основі розвитку новітніх технологій, впровадження в традиційні виробництва сучасної техніки, комп'ютеризації вдалося знайти розв'язання багатьох проблем, що зумовлювали екологічну небезпеку гальванотехніки.

До теперішнього часу з розвитком новітніх областей техніки, високих технологій все більша увага приділяється обробці поверхні, значною мірою що обумовлює якість виробів. У зв'язку з цим отримали широкий розвиток нові, головним чином фізичні методи. Проте досі понад 80% технологій, що дозволяють отримувати поверхні високого класу, засновані на «класичних» методах - гальванотехніці, термічній обробці, забарвленню, лакуванню. Найбільш перспективною серед них залишається гальванотехніка. Її перевагами є висока якість покриттів, можливості отримання осадків різної структури і товщини на металевих і неметалічних виробах, осадження покриттів з широким діапазоном властивостей, отримання металевих сплавів різного складу і фазової будови без використання високих температур, розробки нових видів покриттів і т. д.

Довгі дискусії і спори, які відбувалися в 1970-1980-е рр. в середовищі наукових працівників і виробничників, зайнятих в області гальванотехніки, привели до радикального перегляду всієї концепції подальшого розвитку цієї області. Ці зміни знайшли своє відображення в зміні розуміння кола проблем, які включає дана галузь. У цей час гальванотехніка розуміється як комплексна науково-технічна галузь, що займається отриманням на поверхні виробу або основи (форми) шарів металів з розчинів їх солей під дією електричного струму. Вона включає: гальваностегию - нанесення на поверхню виробу тонких металевих покриттів; гальванопластику - осадження товстих, що легко відділяються від основи і добре відтворюючого її рельєф шарів металу; хімічні, конверсійні, композиційні покриття; очищення поверхонь і підготовку їх до нанесення покриття; електрохімічне і хімічне полірування; очищення стічних вод гальванічних цехів і видобування з них металів; інженерну частину, тобто обладнання гальванічних цехів, автоматизацію процесів, контрольну апаратуру електролітів, покриттів і т.п.; стандартизацію електролітів, добавок, гальванічних процесів, режимів роботи, а також самих покриттів.

Для вітчизняної гальванотехніки без перебільшення революційним кроком з'явилося визнання широкими науковими і виробничими колами того незаперечного факту, що екологічні проблеми промислового виробництва, і гальванічного зокрема, повинні вирішуватися на регіональному, а не на галузевому рівні.

За останні десятиріччя з'явилися нові тенденції розвитку гальванічної технології. Так, функціональна гальванотехніка, що зародилася в середині 1970-х рр. знайшла широке застосування в новітніх галузях промисловості і високих технологіях. Щоб відповідати запитам і рівню цих областей, вона, з одного боку, зазнає радикальних технічних переоснащение, з іншою - використовується в комбінації з іншими сучасними способами обробки поверхні. При цьому визнано, що саме гальванотехніка володіє найбільш широкими можливостями для отримання покриттів із зазделегідь заданими властивостями. У результаті на базі функціональної гальванотехніки і новітніх фізичних способів формується нова комплексна галузь, технологія і обладнання в якій значно відрізняються від вживаних в традиційному гальванічному виробництві, - технологія обробки поверхні різними методами.

Историко-науковий аналіз показує, що багато які тенденції і проблеми гальванотехніки, як що існували в недавньому минулому, так і що є досі, мають під собою конкретне історичне коріння. Деякі з них в різний час вже вирішувалися вченими і виробничниками. Узагальнення і критичний аналіз накопиченого досвіду можуть, безсумнівно, принести практичну користь.

Зародження гальванотехніки.

Аналіз еволюції понять «гальванотехніка» і її складових частин - гальваностегии і гальванопластики показує наступне. Уперше визначення гальванопластики було дане Б.С. Якобі, який озаглавив книгу, присвячену своєму винаходу «Гальванопластика або спосіб за даними зразками виробляти мідні вироби допомогою гальванізму». Поняття «гальваностегия» з'явилося дещо пізніше, ніж «гальванопластика», однак аж до 1880-х рр. воно було позбавлене самостійного статусу: «Під загальною назвою гальванопластики розуміють мистецтво покривати за допомогою гальванічного струму предмети металевими оболонками... Гальванопластика розділяється... на гальванопластику у власному значенні і гальваностегию», - і вживалося нарівні з назвою «гальванізація». Мабуть, уперше поставив питання про класифікацію електрохімічних виробництв і чітко відмежував поняття гальваностегии Э. Буан в 1895 р.: «Гальваностегия має на меті покриття металевим шаром поверхні якого-небудь тіла для запобігання його від шкідливих впливів атмосфери або для придання йому більш витонченого вигляду». Поняття «гальванотехніка» з'явилося тільки в 1910-1920-х рр. і було пов'язано з створенням механізованого гальванічного виробництва.

Історики науки по-різному виділяють основні періоди розвитку гальванотехніки на початковому етапі її розвитку. Однією з найбільш поширених періодизацій є та, в основу якої встановлено два чинники: застосування при електролізі різних джерел струму і особливості розвитку гальванопластики і гальваностегии, пов'язані з винаходом гальванопластики в 1838 р. і відмінних від особливостей перших досліджень по электроосаждению металів почала XIX в. Ця періодизація використана нами як попередня виглядає таким чином.

I період. Электроосаждение металів за допомогою гальванічних елементів (1800 - початок 1870-х рр.):

I етап (1800-1838 рр.);

II етап (1838 р.- почало 1870-х рр.).

II період. Электроосаждение металів з використанням «электромашинных генераторів» (початок 1870-х рр. - 1917 р.).

Однак аналіз историко-хімічної і спеціальної літератури, показує, що хоч періодизація, взята нами як початкова, вірно відображає загальні хронологічні рамки, межа окремих періодів і етапи ранньої історії гальванотехніки, в ній немає єдиного підходу до їх встановлення. Крім того основний критерій - застосування різних джерел струму при електролізі - хоч і є важливим, особливо для початкових періодів розвитку гальванотехніки, носить приватний характер, не враховуючи внутрішніх особливостей розвитку цієї області.

Таким чином, питання про періодизацію розвитку гальванотехніки в XIX - XX вв. значною мірою залишається відкритим. Представляється, що його можна вирішити на основі реконструкції процесу створення гальванічного виробництва; дослідження, яким областям науки і техніки, їх конкретним досягненням зобов'язане воно своїм становленням; розгляди соціально-економічних передумов виникнення і становлення гальванотехніки.

Особливої уваги вимагає аналіз обставин виникнення і становлення гальваностегии. Це було викликане тим, що якщо історія винаходу і впровадження гальванопластики описана досить детально, то про шляхи виникнення гальваностегии не існує скільки-небудь єдиної думки ні у істориків науки, ні у специалистов-гальванотехников. Найбільш поширені точки зору можна розділити на три групи.

1. Гальваностегия як результат розвитку гальванопластики: «...Якоби повідомив про метод гальванопластики, давши тим самим також початок гальваностегии» (Н.А. Ізгаришев); «...на основі гальванопластики народилася гальваностегия» (П.М. Лукьянов). З іншого боку, П.М. Лукьянов пише об гальванічну золочении: «Цей новий електрохімічний метод, можливо, був відкритий ще до винаходу гальванопластики; покриття золотом металевих предметів потрібно віднести до гальваностегии».

2. Гальваностегия як результат подальшого розвитку перших дослідів по розкладанню речовин електричним струмом, що особливо широко проводилися в перше десятиріччя XIX в.: «Гальваностегия інтенсивно розвивалася в подальші три десятиріччя і до 1840 р. промислові методи досягли такої стадії, що вже з'явилися перші спроби патентування багатьох процесів».

3. Гальваностегия як результат розвитку наукових досліджень по електриці. Дж. Бернал, маючи на увазі практичні застосування електрики, виниклі протягом XIX в., писав: «Електрика була справді першою наукою, що створила свою власну промисловість, абсолютно незалежну від традицій».

Таким чином, більшість дослідників розглядала виникнення гальваностегии в рамках однієї - наукової - традиції - досліджень по «гальванічній електриці», як її часто називали в историко-хімічній літературі. Така точка зору зберігалася аж до середини 1980-х рр. і виходила з дуже вузького розуміння гальваностегии, при якому все гальванічне виробництво зводилося до його центральної операції - электроосаждению металів, а весь розвиток цієї області - до видозміни і вдосконалення її. Відомо, однак, що процес отримання покриття являє собою складний технологічний ланцюжок операцій, в якому стадія електролізу є основною, але не єдиної Отже, якщо з усього гальванічного виробництва виділити лише технологію нанесення покриття, то і тоді її історія не може бути зведена до вивчення стадії электроосаждения металу.

Зовсім до інших результатів можна прийти, якщо провести аналіз виникнення і розвитку гальваностегии, виходячи із загальноприйнятого уявлення, згідно з яким впровадження наукових досліджень у виробництво в загальному випадку здійснюється в три етапи:

Лабораторні дослідження - Технологічний процес (технічний метод) - Виробничий процес.

Ретроспективний огляд спеціальної (XIX в.) і историко-хімічної літератури показав, що ці три етапи для гальваностегии досліджені неоднаково, а саме: детально освітлені перші досліди по электроосаждению металів, існують несистематизовані, але досить обширні відомості про початкові кроки гальванічного виробництва, але практично невідомі обставини переходу від лабораторних досліджень до технологічного процесу.

Спочатку нами був вибраний спосіб дослідження процесу, що використовувався в попередніх историко-хімічних роботах виникнення гальваностегии: реконструкція подій за допомогою послідовного аналізу першоджерел по «гальванічній електриці». Виявилося однак, що цей підхід дає можливість спостерігати лише розвиток основної операції - электроосаждения металу. У той же час вже в перших роботах по гальваностегии, що відносяться до 1840-м рр., описується технологічний процес нанесення покриттів, що включає підготовку поверхні виробів і подальшу їх обробку. Аж до цього часу послідовність і призначення операцій в ньому не зазнали практично ніяких принципових змін. Таким чином, відразу ж виникає питання: звідки цей процес з'явився?

Оскільки вже на першому етапі дослідження з'ясувалася неможливість провести реконструкцію зародження гальванічного виробництва в рамках традиційного підходу, нами було висунене припущення про імовірність виникнення його згідно з попередньою гіпотезою, в основу якої встановлена ідея виникнення нового в науці при перетині різних традицій*. При побудові даної гіпотези гальванічна технологія розглядалася як область, виникла на перетині двох традицій: технології нанесення металевих покриттів і досліджень, пов'язаних з відкриттям «гальванічної електрики». Спочатку ці напрями розвивалися абсолютно незалежно один від одного, причому електрохімічна гілка знаходилася лише на стадії лабораторних експериментів. Зустріч традицій сталася на рубежі 1830-1840-х рр. Саме ця подія і привело до зародження технологічного процесу электроосаждения металів. Що стосується гальванічного виробництва загалом, то воно було створене в останній третині XIX в. із залученням третьої традиції - електротехніки (використання в гальваностегии перших промислових джерел струму - динамомашин, що дозволило дешево отримувати великі кількості електроенергії).

Для обгрунтування правильності запропонованої гіпотези розглянемо розвиток кожної з цих традицій окремо в порядку їх виникнення.

Еволюція ранніх методів нанесення металевих покриттів

Ідея поліпшення зовнішнього вигляду виробів за допомогою нанесення на їх поверхню тонкого шара чужеродного металу не нова: перші золоті і серебрянные покриття були відомі ще древнім єгиптянам за 3000 років до н.э. Найбільш раннім з способів облагороджування, що застосовувалися була облицювання предметів найтоншою золотою фольгою. Пізніше (за III в. до н.э) з'явилося золочення шляхом нанесення золотого порошку, змішаного зі свинцевим пилом, на поверхню предмета, що обробляється і подальшого прокаливания виробу. Амальгамное золочення і сріблення або, інакше, золочення і сріблення через вогонь, в своїй найпростішій формі стало відомо не пізніше за I в. до н.э. Для покриття предметів сріблом спочатку широко застосовувався спосіб «накладного» сріблення, бувший безпосереднім попередником методу плавки, який почав вживатися з другої половини XVIII в., головним чином при виготовленні «старих шеффилдских листів».

Найстарішими захисними покриттями є олов'яні. Так, вже римлянам було добре відомо лудіння мідних судин. Їх же вважають піонерами в покритті оловом чавунного кухонного начиння, відносячи початок його до часу Плінія Старшого (I в. н.э.). У перші десятиріччя XVII в. отримав розвиток гаряче лудіння листового заліза. По видимому, одними з перших в цій області були виробництва, відкриті в Саксонії і Богемії, а дещо пізніше - в Дрездене. Звідси процес був перенесений в Англію, де приблизно до 1720 р. також був впроваджений у виробництво.

Потрібно відмітити, що спосіб гарячого лудіння, що застосовувався в XIX в., представляє особливий інтерес, оскільки в ньому уперше досить виразно переглядається технологічний ланцюжок нанесення електрохімічних покриттів, який в сильно зміненому і вдосконаленому вигляді збереглася до цього часу.

Ще одним процесом, що отримав промислове використання до моменту виникнення гальванічного виробництва, було гаряче цинкування. Перші досліди по покриттю металів цинком зробив в 1741 р. Мелуэн у Франції. Оскільки до цього часу вже існувало виробництво листового заліза, він зайнявся дослідженням процесу гарячого цинкування залізних листів. Свої результати Мелуен представив в доповіді Королівській Академії наук в Парижі. Невдовзі Ж. Б. Кемерлін, використавши їх на практиці, уперше організував виробництво оцинкованого залізного посуду, який в період 1740-1770 рр. набув у Франції значного поширення. Однак широке промислове застосування цинкування отримало тільки з 1836 р., коли М. Сорель в Франції взяв патент на процес гарячого цинкування, майже ідентичний з сучасним. У наступному, 1837 р., аналогічний патент був виданий англійцю Н. В. Крауфорду.

У Америці гаряче цинкування, як і гаряче лудіння, отримало розвиток значно пізніше, ніж в Європі, лише в самому кінці XIX в.

Потреба в захисних металевих покриттях особливо зросла в кінці XVII - XVIII вв. Вона була зумовлена, в основному, поширенням залізних виробів, що легко зазнавали корозії. Так, вже в 1725 р. Р. А. Реомюр писав: «Залізо являє собою самий метал, що легко зруйновується (окисленням). Для запобігання заліза від іржі прийнято покривати його різними речовинами: деякі вироби обмаслюються, інші - золотяться (більш цінні); деякі промисловці бронзують залізні предмети. Проте вважають, що самим простим способом буде покриття поверхні заліза шаром олова».

Таким чином, гальванопластика була не єдиним можливим джерелом технологічного процесу нанесення гальванічних покриттів, посколку до моменту її винаходу вже існували різні промислові способи отримання покриттів.

Перші досліди по электроосаждению металів

(1880 рр. - 1838 р.) Іншим напрямом, що зародився на рубежі XIX-XX вв. і також що готував передумови для створення гальванічного виробництва, були дослідження в області «гальванічної електрики» (як його називали аж до 1833 р., коли роботами М. Фарадея була остаточно встановлена єдина природа електричного струму, незалежно від способу, яким він був отриманий). На відміну від першого, чисто практичного напряму, ці роботи носили спочатку цілком науковий характер, будучи продовженням досліджень по з'ясуванню зв'язку між хімічними і електричними явищами, існування якої було передбачене в 1780 р. Однак до початку XIX в. цю ідею не вдавалося підтвердити експериментально, оскільки всі відомі джерела струму - електричні машини, электрофоры і т. п. - володіли одним загальним недоліком: давали електричну енергію високого напруження при малій кількості електрики. Оскільки саме від величини останнього параметра залежить можливість здійснення електрохімічних процесів, то якийсь час їх не вдавався зафіксувати.

Успіхи в цьому напрямі були досягнуті лише після 1800 р., відразу ж після винаходу А. Вольта нового джерела струму - вольтова стовпа. Його якісною відмінністю від відомих раніше апаратів була здатність протягом досить тривалого часу давати повільно падаючий по величині струм. Першими дослідниками, що випробували властивість «гальванічної електрики» розкладати різні розчини, стали англійці У. Ніколсон і А. Карлейль, а також учень і друг Вольта італієць Л. Бруньятеллі. Однак по мірі того, як принцип конструкції вольтова стовпа ставав відомий в різних країнах, до них приєднувалися і інші експериментатори: В. Крюйкшанк, У. Волластон (Англія); В. Бекман, І. В. Ріттер (Німеччина); І. Г. Ган (Швеція); В. В. Петров (Росія); Дж. Вудхаус (США) і інш.

Спочатку не проводили цілеспрямованих експериментів по виділенню металів електричним струмом. Електролізу піддавали самі різні розчини: кислот, лугів, солей. Проте саме в області электроосаждения металів в перші ж роки XIX в. були досягнуті найбільш вражаючі успіхи. За період з 1800 по 1804 рр. за допомогою вольтова стовпа було виділено одинадцять металів і один сплав, тобто отримані майже всі метали, які склали згодом основу гальванотехніки.

Правда, як відмічав в 1840 р. винахідник гальванопластики Б. С. Якобі, що уважно ознайомився з роботами попередників, практичної значущості ці дослідження не представляли: «Звичайно метали виходили у вигляді порошку, більш або менш дрібних кристалів у вигляді листочків і, при самих сприятливих обставинах, у вигляді шишок або бородавок, зрощених разом. Тут випадок грав завжди важливу роль або, краще сказати, тоді ще не досить відомі були складні закони цих освіт».

У цьому ряду все ж виділялися дві роботи. Перша була виконана відомим англійським дослідником, членом Лондонського Королівського суспільства У. Волластоном. У 1801 р. він отримав шар міді на сріблі, настільки щільний, що цілком міг витримувати поліровку. Однак, сама постановка його досліджень тільки підтверджує їх чисто науковий характер, оскільки з будь-якої іншої точки зору покриття срібла міддю не має ніякого практичного значення.

Іншою роботою були експерименти Л. В. Бруньятеллі. Цей дослідник провів цілу серію дослідів по виділенню різних металів електрохімічним шляхом. Протягом 1803-1805 рр. йому вдалося отримати відкладення Ag, Au, Hg, Cu, Co, Pt, As. Однак найбільшим успіхом увінчалися зроблені в 1803 р. досліди по гальванічному золочению, внаслідок яких він «відмінно визолотити» дві серебрянные медалі "навантаживши їх в насичений розчин нашатирного золота і повідомивши їх за допомогою стального дроту з негативним полюсом вольтова стовпа". Саме ці експерименти історики хімії вважають першими вдалими дослідами в області электроосаждения металів.

Таким чином, в роботах Волластона і Бруньятеллі уперше йшла мова не про осадки довільного вигляду, а про нанесення шара металу.

Згодом багато які дослідники намагалися повторити досліди Бруньятеллі. Але всі вони потерпіли невдачу і віднесли її за рахунок неясності опису умов проведення процесу: "велика частина його описів до того темна, що представляється абсолютно неможливим відтворити його досліди". Деяких експериментаторів ця обставина примусила навіть засумніватися в правдивості вченого.

Необхідно відмітити наступну важливу обставину: можливо, що саме у випадку з Бруньятеллі подальші експериментатори уперше зіткнулися з труднощами, пов'язаними з відсутністю виробленої форми опису умов проведення процесу, і тому не змогли відтворити оригінальні результати.

Перше десятиріччя XIX в. можна назвати своєрідним етапом в історії электроосаждения металів, який завершився блискучими експериментами Г. Деві, що отримав натрій і калій з розплавів їх лугів. Підведемо його підсумки.

Внаслідок дослідів У. Волластона і Л. Бруньятеллі була показана принципова можливість нанесення металевих шарів шляхом електролізу. Але в той час отримане знання ще не могло привести до створення технологічного процесу электроосаждения металів, і спроби його розробки залишилися на рівні одиничних експериментів. Це пояснювалося декількома причинами.

Перша полягала в тому, що аж до кінця 1830-х - початки 1840-х рр. в роботах по электроосаждению металів не бачили якої-небудь практичної значущості, не зв'язуючи їх з потребою, що вже існувала в металевих покриттях.

Іншою причиною була відсутність відповідних джерел струму. Єдиним доступним джерелом аж до 1830-х рр. був вольтів стовп. Цей прилад був незручний для дослідницької роботи і абсолютно не підходив для практичних цілей, оскільки давав слабий, швидко зменшуваний по величині струм. Отримання за його допомогою шара металу достатньої товщини було складною технологічною задачею і вимагало тривалого часу. Стало очевидно, що маючи в своєму розпорядженні лише вольтовым стовп, особливо його перші моделі, просунутися далі лабораторних дослідів по электроосаждению металів неможливо, оскільки, не даючи результатів, що відтворюються, він не дозволяв правильно намітити шлях проведення процесу.

Це торкалося всіх експериментів з електричним струмом, тому вже з кінця 1810-х рр. увага дослідників зосередилася на удосконаленні і розробці джерел струму.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайта http://www.portal-slovo.ru

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка