L’industria galvanica si occupa del rivestimento di superfici metalliche con materiali come Rame, Nichel, Cromo, Titanio; ci occuperemo qui di processi e impianti nell’industria galvanica. In questo modo il prodotto ottenuto conserva le proprietà meccaniche della base, ma acquista proprietà proprie del rivestimento come resistenza alla corrosione e all’usura, saldabilità, conducibilità.

Impianti di galvanica

In qualsiasi trattamento galvanico la soluzione elettrolitica è contenuta in una vasca realizzata in PVC o in PP; questi materiali, infatti, hanno la caratteristica di essere inerti rispetto alla soluzione. Ai lati della vasca sono fissate le barre metalliche a cui sono appesi gli anodi che possono essere di tipo attivo o inerte.

I primi si ossidano durante l’elettrolisi fornendo ioni alla soluzione mentre i secondi (come titanio o titanio platinato) fanno solo da supporto alla reazione anodica. Sopra la vasca, disposta centralmente rispetto alle due barre anodiche, viene posizionata la barra catodica su cui vengono disposti i pezzi da trattare.

Se la soluzione opera a caldo la vasca sarà dotata di un sistema di riscaldamento che può essere costituito, per esempio, da uno scambiatore a piastre in grafite in grado di resistere all’ambiente corrosivo. Per mantenere la omogeneità della temperatura nella soluzione questa viene agitata mediante una pompa di ricircolo esterna che ha una portata oraria di 10-20 volte il contenuto della vasca. A tale pompa è collegato un sistema filtrante con filtri in carta o in polipropilene che asportano in continuo dalla soluzione eventuali particelle solide.

Anche il controllo del liquido nella vasca, realizzato grazie ad appositi sensori di livello, è molto importante perché evita che i pezzi da trattare o le serpentine di riscaldamento risultino scoperti. Un altro elemento a corredo della vasca di trattamento è il dosatore automatico dei brillantanti, che vanno dosati in maniera opportuna per mantenere costante la finitura.

La ramatura

Il rame viene depositato per diversi motivi, ma in particolare:

  1. come substrato per il nickel, specie su leghe di zinco, per evitare che queste subiscano l’attacco da parte della soluzione di nichelatura
  2. come substrato su ferro prima della nichelatura
  3. per mascherare le parti di un pezzo di acciaio per le operazioni di carburazione nella produzione di circuiti stampati.

Due sono le tipologie di soluzioni di ramatura più utilizzate: quelle basiche al cianuro e quelle acide al solfato. I vantaggi delle prime sono la facile gestione, i costi contenuti, l’alto potere penetrante che li rende adatti anche a pezzi complessi e l’elevato peso per unità di corrente. Di contro questi bagni presentano alcuni problemi di sicurezza legati alla tossicità del cianuro.

Con la ramatura acida, invece, si possono ottenere alti spessori ad elevate densità di corrente e quindi i tempi risultano contenuti. Inoltre la soluzione è molto più stabile rispetto a quella al cianuro, la sua composizione è meno critica e non presenta grossi problemi ambientali. Gli svantaggi sono, però, il basso potere penetrante e la difficoltà nella ramatura di ferro e acciaio.

La cromatura

Il cromo forma con il nickel la coppia di metalli più importanti nella deposizione galvanica. Come per il nickel anche per il cromo si possono avere essenzialmente due tipologie di deposito:

1. Cromo decorativo: sottile strato minore di 1m con aspetto lucido;
2. Cromo duro: usato in applicazioni industriali, ha come caratteristiche la resistenza all’ossidazione a caldo, all’usura, all’abrasione, all’erosione e un basso coefficiente di frizione.

Il cromo ha caratteristiche positive, come l’elevata resistenza alla corrosione atmosferica, il basso coefficiente di attrito e l’elevata durezza dei depositi, ma anche alcuni aspetti negativi:

  1. La soluzione elettrolitica è molto aggressiva anche a basse concentrazioni. L’impianto deve essere progettato tenendo conto delle emissioni sia in aria, sia negli scarichi idrici.
  2. Il basso rendimento di corrente associato all’elevato voltaggio richiesto comporta un alto costo per unità di peso di deposito.
  3. La necessità di lavorare ad alte densità di corrente comporta l’utilizzo di generatori di corrente continua d’elevata potenza e conduttori di collegamento alle vasche di elevata sezione.
  4. L’elevata produzione di idrogeno come reazione secondaria al catodo causa la produzione di un aerosol contenente la soluzione, che va eliminato o con una forte aspirazione o mediante soppressori adatti.
  5. L’elevato assorbimento di idrogeno, sia nel deposito che nel metallo base, causa tensionamenti nei manufatti cromati.
  6. Il processo condotto con anodi insolubili comporta un continuo reintegro del cromo depositato.

La nichelatura

La deposizione elettrolitica di nichel è uno dei processi di finitura più comuni sia in campo ingegneristico che decorativo. Il processo comprende la dissoluzione di un elettrodo (anodo) e la deposizione del nichel metallo sull’altro elettrodo (catodo).

Questo è possibile grazie all’applicazione di una tensione fra l’anodo (positivo) ed il catodo (negativo). La conducibilità elettrica fra i due elettrodi è supportata da una soluzione acquosa di sali di nichel. Quando il pezzo da nichelare viene polarizzato catodicamente (-) rispetto all’anodo (+) gli ioni nichel Ni2+ migrano sul catodo assorbono due elettroni e si depositano come atomi metallici.

Tutti questi processi sono caratterizzati da soluzioni elettrolitiche aggressive e corrosive: i bagni per il rivestimento con Nichel sono costituiti da Solvato di Nichel, Cloruro di Nichel e acido Bromico, quelli per la cromatura hanno come componenti Acido Cromico e Solvato mentre per i rivestimenti in rame vengono utilizzati bagni contenenti rame solfato, acido solforico e cloruri. In queste condizioni tutti i componenti a contatto con le soluzioni elettrolitiche devono essere realizzati in materiali resistenti alla corrosione come PP, PVDF, PVC.