Výzkum hlavních zákonitostí technologií galvanoplastiky

Galvanický proud je stejnosměrný elektrický proud nízkého napětí a nízké pevnosti. Průchod proudu biologickou tkání je doprovázen řadou primárních fyzikálně-chemických změn, které jsou základem fyziologického a terapeutického účinku faktoru.

Galvanizace – použití pro terapeutické a profylaktické účely konstantního trvalého elektrického proudu nízkého napětí (30-80 V) a nízkého napětí (do 50 mA), nazývaného galvanický.

Způsob a typ takového proudu byly pojmenovány po italském fyziologovi Luigi Galvani. K léčebným účelům byl poprvé použit po vynálezu galvanického článku v 19. století. V Rusku tuto metodu studovali ruští lékaři a vědci – A. T. Bolotov, I. K. Gruzinov, A. A. Kabat, V. I. Vartanov (dizertace „Galvanické jevy v kůži žáby“) a mnoho dalších.

Galvanický proud – stejnosměrný elektrický proud nízkého napětí a nízké pevnosti. Neporušená lidská kůže má vysoký ohmický odpor a nízkou elektrickou vodivost, takže proud proniká do těla především vylučovacími kanály potních a mazových žláz a mezibuněčnými mezerami. Vzhledem k tomu, že jejich celková plocha nepřesahuje 1/200 povrchu kůže, je většina současné energie vynaložena na překonání epidermis, která má největší elektrický odpor. Proto se zde rozvíjejí nejvýraznější fyzikálně-chemické reakce na expozici stejnosměrným proudem a výraznější je podráždění nervových receptorů. Po překonání odporu kůže se proud dále šíří po cestě nejmenšího ohmického odporu, především mezibuněčnými prostory, krevními a lymfatickými cévami, nervovými obaly a svaly.

Průchod proudu biologickou tkání je doprovázen řadou primárních fyzikálně-chemických změn, které jsou základem fyziologického a terapeutického účinku faktoru.

Fyziologické a terapeutické účinky

Pod vlivem vnějšího elektromagnetického pole působícího na tkáně v nich vzniká vodivý proud. Kladně nabité částice (kationty) se pohybují směrem k zápornému pólu (katodě) a záporně nabité částice (anionty) směrem ke kladně nabitému pólu (anodě). Při přiblížení ke kovové desce elektrody obnovují ionty svůj vnější elektronový obal (ztrácejí náboj) a mění se v atomy s vysokou chemickou aktivitou (elektrolýza) (obr. 1). Při interakci s vodou tyto atomy tvoří produkty elektrolýzy. Pod anodou vzniká kyselina (HCI) a pod katodou zásada (KOH, NaOH). Jedna z variant takových reakcí je uvedena v diagramu

H2 + NaOH ← 2 H2O + Na – + → Na+ Cl- ← + 4CI + 2 H2O → 4HCI + O2

Produkty elektrolýzy jsou chemicky aktivní látky a v dostatečné koncentraci mohou způsobit chemické popáleniny podložních tkání. Aby se tomu zabránilo, jsou pod elektrody umístěny těsnění navlhčené vodou, což umožňuje dostatečné naředění chemicky aktivních sloučenin.

Galvanizace používané při léčbě:

1. Úrazy a onemocnění periferního nervového systému: plexitida, radikulitida, mono- a polyneuropatie, neuralgie.

2. Úrazy a onemocnění centrálního nervového systému: traumatická poranění mozku a páteře, poruchy prokrvení mozku a míchy, meningitida, encefalitida.

3. Vegetativní dystonie, neurastenie a další neurotické stavy.

4. Nemoci trávicího systému, které se vyskytují s poruchou motorických a sekrečních funkcí: chronická gastritida, kolitida, cholecystitida, biliární dyskineze, peptický vřed žaludku a dvanáctníku.

5. Arteriální hypertenze a hypotenze, angina pectoris, ateroskleróza v počátečních stadiích.

6. Chronické zánětlivé procesy v různých orgánech a tkáních.

7. Některá onemocnění chrupu: periodontální onemocnění, glossalgie.

8. Oční choroby: keratitida, uveitida, glaukom.

9. Chronická artritida a periartritida traumatického, revmatického a metabolického původu, chronická osteomyelitida.

Kontraindikace pro galvanizaci jsou:

Novotvary nebo podezření na ně, akutní zánětlivé a hnisavé procesy, systémová onemocnění krve, výrazná ateroskleróza, srdeční dekompenzace, horečka, ekzém, dermatitida, rozsáhlé narušení celistvosti kůže a poruchy citlivosti kůže v místech přiložení elektrod, těhotenství , kachexie, individuální nesnášenlivost galvanický proud.

Literatura

1. Učebnice „Obecná fyzioterapie“. V.S. Ulaščik, I.V. Lukomsky, 2004.
2. „Techniky a metody fyzioterapeutických postupů“ Příručka editora V.M. Bogolyubova, 2004.
3. http://www.physiotherapy.ru/factors/electro/galvanization-electrophoresis.html

Ještě užitečnější informace na našem kanálu Telegram

Výzkum hlavních zákonitostí technologií galvanoplastiky

Ivanov D.V. 1 Solovjev A.S. 1

1 Městský rozpočtový všeobecně vzdělávací ústav „Střední střední škola č. 1“ s UIOP

1 Městský rozpočtový všeobecně vzdělávací ústav „Střední střední škola č. 1“ s UIOP

Autor práce byl oceněn diplomem vítěze III. stupně

Text práce je umístěn bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je k dispozici v záložce „Job Files“ ve formátu PDF

Relevance tématu

Elektrolytické procesy pro nanášení kovových povlaků (galvanotechnika) se používají k ochraně výrobků před korozí, poskytují ochranné a dekorativní úpravy, zvyšují odolnost proti mechanickému opotřebení a tvrdosti povrchu, propůjčují antifrikční vlastnosti, odrazivost a další účely (galvanické pokovování) a také k výrobě kovových kopií (galvanoplastika). Spolu s povlaky se zlepšenými antikorozními a mechanickými vlastnostmi jsou požadovány povlaky s vysokými optickými (lesk) a speciálními magnetickými vlastnostmi, supravodivostí, tepelnou odolností, schopností zachovat pájitelnost po dlouhodobém skladování na vzduchu atd. Nezbytná je také intenzifikace a automatická regulace procesu, automatizace řízení a monitorování elektrolytických procesů atd.
Účel: studium základních zákonitostí a procesů technologie galvanoplastiky

studium možnosti pomědění různých typů povrchů;

studium vlivu proudové síly na konečný výsledek nátěru;

studium vlivu koncentrace elektrolytu na kvalitu povlaku;

Ověření Faradayových zákonů elektrolýzy.

Teoretická část

Historie vzniku galvanické výroby

Podle článku Budreiko E.N. „. Galvanotechnika je obor elektrochemické výroby, včetně „galvanostegie – elektrochemické procesy nanášení povlaků s kovy a slitinami, které se používají k ochraně výrobků před korozí, poskytují ochranné a dekorativní úpravy, zvyšují odolnost proti mechanickému opotřebení a tvrdost povrchu, propůjčují antifrikční vlastnosti, odrazivost a další účely; „galvanoplastika – výroba kovových kopií, stejně jako další způsoby povrchové úpravy výrobků.“
Již asi 80 let je galvanická technologie široce používána v různých oblastech průmyslu, tradičních i nových: strojírenství, výroba přístrojů, elektronika a kosmický průmysl. Rozsah jeho využití se kontinuálně rozšiřoval až do 1970. a 1980. let 1980. století. V polovině XNUMX. let XNUMX. století. V souvislosti s krizovou situací, způsobenou na jedné straně velkými objemy nátěrů a na straně druhé extrémní škodlivostí a nehospodárností výroby, se předpovídalo, že další rozvoj, ne-li samotná existence tohoto odvětví, bude určována možností vytvoření materiálově a energeticky úsporných technologií nanášení nátěrů. Na přelomu století se však na základě vývoje nejnovějších technologií, zavádění moderních technologií do tradiční výroby a informatizace podařilo najít řešení mnoha problémů, které způsobily ekologické riziko galvanického pokovování.
V dnešní době, s rozvojem nejnovějších oblastí techniky a špičkových technologií, je stále více pozornosti věnováno povrchové úpravě, která do značné míry určuje kvalitu výrobků. V souvislosti s tím byly široce vyvinuty nové, především fyzikální metody. Dosud je však více než 80 % technologií, které umožňují získat vysoce kvalitní povrchy, založeno na „klasických“ metodách – galvanotechnika, tepelné zpracování, lakování, lakování. Nejslibnější z nich zůstává galvanotechnika. Jeho předností je vysoká kvalita povlaků, možnost získávat povlaky různých struktur a tlouštěk na kovových i nekovových výrobcích, nanášet povlaky s širokou škálou vlastností, získávat slitiny kovů různého složení a fázových struktur bez použití vysokých teplot, vyvíjet nové typy povlaků atd. “

Co je to galvanizace? Pojem „galvanický povlak“. Klasifikace a účel galvanických povlaků.

Galvanické pokovování— je elektrochemická metoda nanášení kovových a chemických povlaků na vodivé a nevodivé materiály za účelem dodání určitých vlastností: ochranného antikorozního, ochranného a dekorativního, dekorativního, speciálního: proti tření, pro dodání tvrdosti, odolnosti proti opotřebení atd. Galvanizace je nanášení kovové vrstvy pod vlivem elektrického proudu z elektrolytu na jakýkoli vodivý povrch za účelem dodání různých vlastností výrobku:
– ochranný;
– ochranné a dekorativní;
– dekorativní;
– speciální.

Galvanické pokovování – je kovový film o tloušťce od zlomků mikronu do desetin milimetru, nanášený na povrch nekovových a kovových výrobků galvanickou metodou, aby jim dodal tvrdost, odolnost proti opotřebení, antikorozní, protitřecí, dekorativní vlastnosti.

Galvanické povlaky byly objeveny v roce 1836 ruským fyzikem a vynálezcem v oboru elektrotechniky B. S. Jacobim a jsou založeny na elektrokrystalizaci – elektrochemické depozici na katodě (která je hlavním produktem) kladně nabitých iontů kovů při průchodu stejnosměrného elektrického proudu vodným roztokem jejich solí. V tomto případě se soli kovů pod vlivem elektrického proudu rozpadají na ionty a směřují k různým pólům: záporně nabité – k anodě a kladně nabité ionty kovů – ke katodě, tedy k produktu, jehož povrchovou vrstvu chceme změnit nanesením galvanického povlaku.

Již v roce 1836, když byl profesorem civilní architektury na univerzitě v Dorpatu, Jacobi B.S. vyvinul originální design měděno-zinkového galvanického článku. Součástí prvku byl měděný válec (katoda) s roztokem síranu měďnatého a zinku (anoda) ponořený do roztoku chloridu sodného nebo amonného, ​​přičemž roztoky byly odděleny semipermeabilní přepážkou v podobě býčího měchýře. Při vystavení takovému prvku přešel zinek do roztoku za vzniku odpovídajících solí a měď se uvolnila v kovovém stavu (redukovaná na katodě) ve formě hustých plátů měděného sedimentu, které se daly snadno oddělit od válce (katody). Nejprve si myslel, „že to bylo proto, že měď, z níž byl válec vyroben, byla možná špatně zploštělá, nebo že obsluha, která neměla pláty mědi dostatečně silné, je zdvojnásobila.“ „Pohnut prvním impulsem,“ píše B.S. Jacobi, „Zavolal jsem ministrovi a nařídil mu, aby mi řekl pravdu, vyčítal jsem mu, že mi špatně slouží. Jeho vzrušený protest mi vnukl nápad vyřešit otázku původu těchto kusů porovnáním jejich vnitřního povrchu s vnějším povrchem válce. Jakmile jsem začal toto vyšetřování, viděl jsem několik téměř mikroskopických škrábanců na obou površích, které si navzájem přesně odpovídaly: „konkávní vyvýšený plát válce na povrchu válce.“ , „byl výsledkem tohoto pečlivého výzkumu“. 3. února 1837 Jacobi napsal slavnému fyzikovi, akademikovi E. Lenzovi, že si všiml usazování mědi při průchodu elektrickým proudem.

V souladu s jejich účelem Galvanické povlaky lze rozdělit do následujících hlavních skupin:
1) odolný proti korozi nebo ochranný;
2) ochranné a dekorativní;
3) odolný proti opotřebení;
4) speciální.

Toto téma nás zaujalo a rozhodli jsme se prostudovat základní principy technologie galvanoplastiky hlouběji.

Praktická část

Zařízení a konstrukce

Měli jsme k dispozici: multimetr, napájecí zdroj, elektrolyt (na bázi síranu měďnatého), měděnou desku, ocelovou desku (vodič), tloušťkoměr, nevodivý polymerní film (polyvinylchlorid), grafitový lak, váhy, nádobu na práci a skladování materiálu a rezistory.

Obr. 1 Zařízení

Obr. 2 Krystalický hydrát síranu měďnatého a kyseliny sírové

Obr. 3. Schéma galvanického zařízení

Do obvodu jsme zařadili napájecí zdroj, zapojili svorky, kterými následně přidržíme měděnou desku a vodiče v roztoku, čímž obvod uzavřeme.

Studium možností povlaků (vodivých a nevodivých)

Vyzkoušeli jsme možnost pomědění různých typů substrátů. Jako vodivý substrát byl zvolen ocelový plech a jako nevodivý substrát byl zvolen polymerní film s nízkou hodnotou elektrické permeability, který jsme upravili grafitovým lakem.

Obr. 4 Ocelové desky a modrá fólie (nevodivá) Obr.

Obr. 5 Film potažený grafitovým lakem (vodič) a

modrý film (nevodivý)

Příprava roztoku elektrolytu

Pro přípravu elektrolytu jsme rozpustili 400 g síranu měďnatého ve 80 gramech vody, přidali 10 g alkoholu a dalších 0,5 g thiomočoviny. Poté se roztok zahřeje a postupně se přidá 64 g kyseliny sírové. Výstupem byl elektrolyt.

6 Příprava síranu měďnatého (elektrolytu) Obr.

Studium vlivu proudové síly na konečný výsledek povlaku

Pro tuto studii jsme použili Faradayův zákon elektrolýzy:

Kde m je hmotnost látky nanesené na elektrodě, F je Faradayova konstanta, M je molární hmotnost látky, n je uvolněné množství látky, I je síla proudu, t je doba depozice látky.

Strukturu jsme ponořili na 20 minut do elektrolytu při napětí 15 voltů a proudu 0,4 ampéru.

Poté jsme snížili proud na 0,2 ampéru zahrnutím 2 induktorů do obvodu.

Experiment 1:
Ideální m = (0,4*1200) /96,485* 64/2 = 159,1957 mg

Ideální m = (0,2*1200) /96,485* 64/2 = 79 mg

Ideální m = (0,4*1200) /96,485* 64/2 = 159,1957 mg

Obr. 7 Měděná deska

Obr. 8 Tři typy ocelových plátů

Studium vlivu koncentrace síranu měďnatého

Pro tuto studii jsme snížili koncentraci elektrolytu přidáním 50 g vody do roztoku. Strukturu jsme ponořili na 20 minut do elektrolytu při napětí 15 voltů a proudu 0,4 ampéru. Nakonec jsme dostali kvalitnější nátěr.

Obr. 9 Dvě desky

Nevodivé povrchy natírat nemůžete, ale pokud je potáhnete vodičem, ano

Se zvyšujícím se proudem se kvalita povlaku zhoršuje.

Snížením koncentrace roztoku elektrolytu při zachování původní proudové síly se zlepšuje kvalita povlaku.

Získali jsme menší hmotnost, než bylo vypočteno kvůli odporu a ztrátě energie. Podle vzorce je hmotnost indikována za ideálních podmínek (bez odporu, ztráty energie a dalších vnějších faktorů).

Použití kovových (galvanických) povlaků je jednou z nejběžnějších metod ochrany výrobků před korozí ve strojírenství a výrobě nástrojů. Kvalita kovových povlaků do značné míry určuje kvalitu výrobků, jejich životnost, výkon a spolehlivost v provozu. Galvanické povlaky slouží nejen jako prostředek ochrany proti korozi, ale také jako způsob, jak zvýšit odolnost dílů proti opotřebení, elektrickou vodivost a další důležité vlastnosti povrchu.

https://www. wikipedie. org

Galvanické povlaky ve strojírenství, ed. M.A. Shlugera, sv. 1, M., 1985. PM Visholshskis.;

Vložka V.I. Moderní galvanotechnika. M.: „Hutnictví“, 1967;

Odnoralov N.V. Zábavná galvanotechnika: Příručka pro studenty. — 3. vyd. — M.: Vzdělávání, 1979. — 106 s., ill.;