Kuparipinnoitus on prosessi, jossa kuparikerros levitetään eri metallien (alumiini, teräs, nikkeli, messinki) pinnalle. Kuparipinnoitus antaa metalleille visuaalisen vaikutelman, jota voidaan käyttää erilaisissa suunnitteluprojekteissa. Lisäksi kuparikerros pystyy parantamaan metallituotteiden sähkönjohtavuutta, mikä lisää merkittävästi pintakäsittelyn mahdollisuutta.
Jokainen, joka on ainakin hieman perehtynyt kemiallisten reaktioiden perusteisiin, voi hallita alumiinin kuparipinnoitustekniikan kotona.
Kuparin löytämisen historia
Kupari on ensimmäinen metalli, joka valloitti ihmisen ja jolla oli suurin rooli sivilisaation kehityksen historiassa. Tämä tapahtuma tapahtui useita vuosituhansia eKr., eikä tämän ainutlaatuisen metallin käytön tarkkaa alkamispäivää voitu määrittää.
Muinaisina aikoina kuparihippuja käytettiin pääasiassa aseiden ja taloustyökalujen luomiseen. Punainen-vihreitä metallihippuja käytettiin alun perin samalla tavalla kuin tavallisia kiviä. Tulevaisuudessa empiirisesti ihmiset huomasivat, että tämän materiaalin käsittely vasaralla antaa sille erityisiä ominaisuuksia. Näin syntyi kylmätakoinen metalli.
Myöhemminkin havaittiin, että metalli sulaa ja saa jäähtyessään muita muotoja ja ominaisuuksia. Tämä vaihe oli metallien kuumamuovauksen kehityksen ensimmäinen vaihe.
Kuparin ominaisuudet ja koostumus
Kupari on ruusunpunainen raskasmetalli, joka on erittäin pehmeää ja sulaa yli 1080 ℃:n lämpötilassa. Kuparipinnoitteen sähkönjohtavuus on 1,7 kertaa korkeampi kuin alumiinin. Kuparilla on myös korkea lämmönjohtavuus.
Monet metallin erityisominaisuudet johtuvat sen koostumuksessa olevista erilaisista epäpuhtauksista. Joten kuparin koostumuksessa olevan hapen mukaan metalli jaetaan seuraavasti:
- kupari ilman happea sisältää alle 0,001 % epäpuhtauksia;
- puhdistettu kupari sisältää 0,001–0,01 % happea;
- puhdas kupari sisältää noin 0,03–0,05 % happea;
- Yleiskäyttökuparissa on 0,05-0,08 % happea.
Lyijyn tai vismutin läsnäolo kuparissa heikentää materiaalin plastisuusominaisuuksia. Hieman liukenevat epäpuhtaudet (rikki, lyijy, vismutti) lisäävät metallin haurautta.
Elektrolyysiprosessissa kupariseosten koostumukseen voi päästä hapen lisäksi vetyä.
Fysikaaliset ominaisuudet
Kuparin tärkein laatu on alhainen ominaisvastus ja sen seurauksena korkea sähkönjohtavuus. Eri metallien epäpuhtauksien lisääntyminen kupariseoksessa vähentää merkittävästi materiaalin sähkönjohtavuutta.
Puhtaan kuparin korkea lämmönjohtavuus heikkenee merkittävästi, kun sen koostumukseen lisätään erilaisia seosaineita.
Teollisuudessa käytetään usein myös kuparituotteita, jotka kestävät hyvin korroosiota erilaisissa ympäristöissä paitsi orgaanisia happoja, ammoniakkia ja ammoniumsuoloja. Epäpuhtauksien määrän lisääntyminen kuparin koostumuksessa johtaa metalliseosten korroosionkestävyyden huomattavaan heikkenemiseen.
Metallien kuparipinnoituksen käytännöllinen sovellus
Alumiinin ja muiden metallien kuparipinnoitusmenetelmällä on melko laaja käytännön sovellus kotikäytön lisäksi myös teollisessa mittakaavassa. Monien metallien päälle kuparipinnoite voidaan levittää sekä itsenäisenä pääkerroksena että alikerroksena seuraavan pääpinnoitteen tehokkaan tarttumisen varmistamiseksi tuotteen perusmetalliin.
Useimmissa tapauksissa alumiinin kuparointi kotipajoissa tehdään seuraaviin tarkoituksiin:
- korujen koristelu;
- metalliosien suojaaminen korroosiolta ja hiiltymiseltä;
- vaurioiden ja pintavirheiden poistaminen monimutkaisen muodon ja kohokuvion tuotteissa;
- eri materiaaleista valmistettujen tuotteiden kopioiden tuotanto;
- alustojen luominen alumiinin juottamiseen ilman happokoostumusta;
- osien alustava pintakäsittely ennen kromausta,hopeointi, nikkelipinnoitus.
Metallipinnan kuparipinnoitustyypit
Alumiinin kuparointia kotona ei ole vaikea tehdä itse. Ei ole tarpeen käyttää erikoislaitteita ja aktiivisia kemikaaleja. Laadukas pinnoitus varmistetaan tiukasti noudattamalla alumiinikuparipinnoitusteknologiaa ja tuntemalla käynnissä olevat prosessit.
Metallipintojen kuparipinnoitusta on kahta päätyyppiä:
- Kun työkappale upotetaan elektrolyyttiin, jossa tuote on osittain tai kokonaan upotettu kylpyyn, jossa on kemiallista reagenssia. Tämän menetelmän käyttö on perusteltua, jos kuparikerros on levitettävä tasaisesti koko tuotteen päälle.
- Kuparipinnoitus upottamatta osaa kemialliseen liuokseen. Tämä menetelmä on vaikeampi suorittaa. Sen käyttö on erittäin tehokasta, jos vaaditaan kuparipinnoitusta tietyltä tuotteen alueelta.
Molemmissa tapauksissa alumiinikemiallisen kuparipinnoitusaineen aktivointi tapahtuu sähköisesti, mikä edellyttää jatkuvan jännitelähteen käyttöä.
Dip-kuparilaitteet
Alumiinikuparipinnoituksen teknisten toimintojen laadukkaan suorituskyvyn varmistamiseksi on tarpeen valmistella yksinkertaisia laitteita. Sopivat työkalut ja materiaalit voi ostaa joko jakeluverkosta tai valmistaa itse.
Työn suorittamiseksi tarvitset seuraavat materiaalitja kalusteet:
- 6-8 voltin tasavirtalähde tasaisella virransäätölaitteella ja ampeerimittarilla. Jos säätöä ei ole, on toivottavaa sisällyttää piiriin reostaatti ja ampeerimittari. Niitä tarvitaan prosessin ohjaamiseen. Jos kiinteää virtalähdettä ei ole, voidaan käyttää Krona-tyyppistä akkua.
- Erikoiskylpy, joka on valmistettu materiaalista, joka ei altistu elektrolyyttiselle vaikutukselle (lasi, muovi). Säiliön mitat valitaan työkappaleen mittojen mukaan.
- Kuparielektrodit, jotka syöttävät sähkövirtaa elektrolyyttiin alumiinin kuparoinnin aikana ja myös korvaavat metallihäviön reaktion aikana.
- Elektrolyytti, jonka koostumus riippuu alkuperäisen työkappaleen materiaalista.
Kuparipinnoitusliuoksen valmistus
Valmiin ratkaisun löytäminen alumiinikuparointiin jakeluverkosta on vaikeaa. Yleensä valmistajat sallivat valmiin aineen myynnin asiaa koskevien asiakirjojen esittämisen jälkeen. Siksi useimmat ihmiset valmistavat itse alumiinikuparointiratkaisunsa kotona kuparisulfaatista.
Näihin tarkoituksiin tarvitset:
- sininen vitrioli;
- tislattu vesi;
- suolahappo.
Voit valmistaa ratkaisun vain, jos reseptiä noudatetaan oikein. Tätä varten kuparisulfaatti (20 g) on liuotettava 1 litraan vettä. Lisää sitten ohuena nauhana 2-3 ml happoa. Koostumus sekoitetaan perusteellisesti, kunnes kaikki kiteet ovat täysin liuenneet.
Valmiin elektrolyytin alumiinin kuparointiin kuparisulfaatilla tulee olla hajuton ja kirkkaan sininen.
Kastokuparipinnoitustekniikka
Alumiinimetallin kuparipinnoitus menetelmällä, jossa työkappale upotetaan kokonaan elektrolyyttiin, suoritetaan seuraavan tekniikan mukaisesti:
- Työkappaleen pinta puhdistetaan hiekkapaperilla tai harjalla, sitten poistetaan rasva kuumalla soodaliuoksella ja pestään juoksevan veden alla.
- Kaksi elektrodia on ripustettu valmisteltuun astiaan, jotka on kytketty virtalähteen positiiviseen napaan.
- Elektrodien väliin asetetaan aihio, joka on kytketty virtalähteen negatiiviseen napaan.
- Valmistettu elektrolyytti kaadetaan työsäiliöön. Liuostason on oltava elektrodien yläosan yläpuolella.
- Säätölaitteen avulla asetetaan käyttövirran arvo. Parametrin arvo perustuu laskelmaan 10-15 mA per 1 cm2 työstettävän työkappaleen pinta-alasta.
- 20 minuutin kuluttua virta katkaistaan ja työkappale poistetaan kylvystä.
- Elektrolyyttijäämät pestään pois vedellä ja osa kuivataan.
Prosessin suoritusaika on likimääräinen, sitä voidaan ohjata visuaalisesti pinnoitteen värin ja sen jakautumisen tasaisuuden perusteella. Mitä pidempään virta on kytkettynä, sitä paksumpi alumiinikuparikerros on.
Dipless Copper Plating Tools
Kuparointi toimiimetalliaihiot ilman elektrolyyttiin upottamista suoritetaan suurille tuotteille, joita ei voida upottaa kokonaan kylpyyn. Tämä menetelmä on myös tehokkaampi, kun käsitellään tuotteen yksittäisiä osia.
Kuparipinnoituksen teknisten toimenpiteiden suorittamiseen ilman elektrolyyttiin upottamista tarvitaan seuraavat laitteet:
- Kemiallinen harja on valmistettu kierretystä kuparilangasta. Tätä tarkoitusta varten sinun on kuorittava eristys johtimen toisesta päästä ja erotettava sitten yksittäisiä johtimia hieman. Jotta harjasta olisi mukava pitää kiinni, on parempi sitoa se puutikkuun tai kynään.
- On parempi laittaa aihio työskentelyä varten mihin tahansa astiaan, jossa ei ole korkeita sivuja. On kätevää käyttää tavallista posliini- tai lasilevyä. Lisäksi tarvitset elektrolyytille astian, johon harjaa kastetaan jatkuvasti. Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää lasia.
- Virtalähde ei eroa parametreiltään upotustekniikassa käytetystä virtalähteestä.
Dipless kuparipinnoite
Teknologia alumiinikuparipinnoituksen suorittamiseksi upottamatta työkappaletta elektrolyyttiin on seuraava:
- Ennakkoon valmistettu harja on kytketty virtalähteen positiiviseen napaan.
- Elektrolyyttiliuos, joka on koostumukseltaan samanlainen kuin osien kastokotelossa käytetty koostumus, kaadetaan harjan kostutussäiliöön.
- Tyhjä,aiemmin puhdistettu ja rasvaton, sijoitettu tyhjään astiaan. Liittimen avulla osa liitetään virtalähteen miinuskohtaan.
- Sivellin upotetaan elektrolyyttiin ja ajetaan sen paikan yli, johon kuparikerros levitetään. On erittäin tärkeää, että harja ei kosketa osan pintaa.
- Kuparikerroksen levittämisen jälkeen työkappale pestään juoksevan veden alla ja kuivataan.
Työtä tehdessäsi on varmistettava, että työkappaleen ja harjan välissä on aina elektrolyyttikerros. Tätä varten harja on upotettava jatkuvasti liuosta sisältävään astiaan.
Työturvallisuus
Kaikki kemikaaleja ja sähkölähdettä koskevat työt on suoritettava tarvittavilla varotoimilla.
Alumiinin kuparointi asuinalueella on ehdottomasti kielletty. Näihin tarkoituksiin on parempi käyttää kodinhoitohuonetta, autotallia tai työpajaa. Sähkölaitteet on maadoitettava.
Ihmisten terveyden suojelemiseksi on noudatettava seuraavia suosituksia:
- hengityksensuojainta on käytettävä;
- että kemikaaleja ei pääse silmiin, on työskenneltävä suojalaseissa;
- kaikki työt tulee tehdä erikoisvaatteissa (kumihanskat, öljykangasesiliina, erikoiskengät).
Alumiinituotteiden pinnoitus kuparikerroksella ei ole erityisen vaikeaa edes kemiallisten reaktioiden kulkua vähän tuntevalle henkilölle. Osta taiasianmukaisten laitteiden valmistaminen ei myöskään aiheuta erityisiä ongelmia. Mutta monet tuotteet, jotka näyttävät menettäneensä houkuttelevan ulkonäön, saavat toisen elämän.
