Источники тока для гальваники своими руками

Простой источник питания гальванотехника
из компьютерного БП

В статье рассмотрена конструкция источника питания, разработанного для использования в гальванотехнике. Он изготовлен на основе компьютерного блока питания АТХ и позволяет выдавать в нагрузку стабилизированный ток до 20А в течение времени, заданного с помощью таймера.

Тема любительской гальванотехники довольно популярна. Технология гальваники требует наличия источника стабильного тока довольно высокого качества. Использование радиолюбительских лабораторных блоков питания средней мощности не всегда приемлемо для этой цели, так как обычно в них стараются сбалансировать характеристики таким образом, чтобы получить большой диапазон выходного напряжения при небольшом токе. С другой стороны, всевозможные зарядные устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов позволяют получать большой ток, часто стабилизированный, но имеют плохое качество выходного напряжения, что не позволяет получить гладкое покрытие изделия металлом.

Таким образом, автор решил изготовить специализированный источник питания для использования в гальванотехнике (ИПГ), имеющий следующие основные технические характеристики:

напряжение питания сети

230В;

два взаимосвязанных канала с плавно регулируемым стабилизированным выходным напряжением постоянного тока:

• в первом канале — от 0 до 20 В при токе до 10 А;
• во втором канале — от 0 до 8 В при токе до 20 А;

плавно регулируемое ограничение тока (токовая стабилизация) в диапазоне от 0 до 20 А;

пульсация выходного напряжения постоянного тока — не более 20 мВ;

измерение выходного напряжения/тока с помощью цифрового мультиметра (в формате 0,00-19,99 В/А);

светодиодная индикация перехода в режим ограничения тока;

возможность использования таймера отключения ИПГ с помощью аналоговых часов — до 11,5 часов.

О переделке компьютерных блоков питания (БППК) написано очень много статей, в том числе, автором. Особенностью этой конструкции является использование 5-вольтового выхода БППК для получения большого выходного тока, измененная схема управления и индикации, и наличие возможности подключения таймера отключения.

Описание схемы устройства

Принципиальная электрическая схема ИПГ представлена на рисунке. За основу ИПГ был взят блок питания АТХ мощностью 300 Вт с датчиком температуры для управления скоростью вращения вентилятора охлаждения. В исходном БППК использовался ШИМ-контроллер типа DR-B2005, поэтому для его переделки была использована дополнительная плата управления на контроллере TL494 (DA3). Подробнее о такой замене ШИМ-контроллера можно почитать в статье «Переделка компьютерных БП с ШИМ-контроллерами типа DR-B2002, DR-B2003, SG6105 в лабораторные источники питания». Схема управления аналогична описанной в статье «Двухполярный источник питания – зарядное устройство из компьютерного БП». Для обеспечения индикации перехода ИПГ в режим ограничения тока, согласно рекомендациям, приведенным в статье В. Андрюшкевича «Переделка компьютерного блока питания в лабораторный и зарядное устройство» (Радио — 2012, №3), в схему управления добавлен компаратор DA2, выход которого нагружен на светодиод HL2.

Схема модуля питания цепей управления на основе трансформатора Т1 «дежурного» режима БППК аналогична описанной в статье «Переделка компьютерных БП с ШИМ-контроллерами типа DR-B2002, DR-B2003, SG6105 в лабораторные источники питания».. В исходном БППК имелся датчик температуры и автор решил его оставить, так как автоматическая регулировка скорости вращения вентилятора охлаждения заметно снижает шум. Поэтому в схему питания вентилятора М1 добавлен интегральный стабилизатор DA1, подающий на терморегулятор стабилизированное напряжение =12 В.

Модуль силового питания имеет два канала, так как используется 12-вольтовый и 5-вольтовый выходы силового трансформатора Т2 с соответствующими выпрямителями. Использование 5-вольтового выхода позволяет при необходимости получить больший ток, чем при использовании 12-вольтового выхода. Схемы выпрямления и фильтрации обеих каналов особенностей не имеют и соответствуют штатной схеме БППК. Датчик тока Rш1 включен в разрыв общего провода, поэтому не имеет значения, какой из каналов нагружен, ограничение тока будет работать в любом случае.

Для индикации уровня выходного напряжения и тока использован широко распространенный малогабаритный цифровой мультиметр типа DT830В, из которого удалены все штатные делители, а собрана входная цепь R6, R8, C7, установлен конденсатор развязки C8, шунт Rш2 и добавочное сопротивление R5. Измерения производятся на пределе 20V, что позволяет отображать значение напряжения и тока с двумя знаками после запятой, то есть от 0,00 до 19,99. С помощью переключателя SA1 выбирается канал измерения напряжения, а переключателем SA3 – род работ. Питание мультиметра берется от отдельного, гальванически не связанного с остальными элементами схемы, стабилизатора на элементах Т3, VD5, VD10, С3.

Таймер отключения ИПГ сделан на основе популярных китайских электронно-механических часов с будильником. Часы запитаны от источника питания дежурного режима БППК через контакт K1.1 реле К1. Схема питания представляет собой параметрический стабилизатор на элементах R4, HL1 с напряжением стабилизации около 2 В. Затем это напряжение нормализуется до номинального (около 1,5 В) с помощью диода VD11 и фильтруется конденсатором C6. Емкость конденсатора подобрана таким образом, чтобы во время работы часов светодиод VD11 мигал, индицируя таким образом их ход. Контакт SA2 часов, включающий сигнал будильника, при замыкании ставит под ток реле К1, контакт К1.1 размыкается, отключая питание схемы управления и часов. Таким образом управление ключевыми транзисторами не производится и напряжение с выхода ИПГ снимается.

Конструкция, детали и наладка ИП

Все элементы ИПГ кроме часов расположены в корпусе БППК, в одной из сторон которого вырезано большое отверстие для размещения передней панели с органами управления и индикации. Часы подключаются к основному блоку через разъем, расположенный на задней стенке ИПГ с помощью кабеля.

Отдельные функциональные блоки конструкции собраны либо на отдельных печатных платах, либо навесным монтажом. Чертежи печатных плат не приводятся, так как в процессе разработки они претерпевали значительные изменения. Кроме того размеры и форма блоков будет зависеть от конструкции исходного БППК.

Выпрямительные диоды (диодные сборки) VD3, VD4 12-вольтовой цепи и VD7, VD8 5-вольтовой цепи не менялись, так как выходное напряжение ИПГ не превышает их максимально допустимые параметры. В оригинальном БППК для обеспечения большей нагрузочной способности в 5-вольтовой цепи было установлено две параллельно включенные диодные сборки: VD7,VD8 и VD6,VD9, одной из которых достаточно и вторую можно демонтировать. Дроссель групповой стабилизации L1 оставлен без изменений. Конденсаторы фильтров C4, C5 заменены в соответствии с номиналами, указанными на схеме. Также следует установить нагрузочные резисторы R1, R2. Датчик тока Rш1 изготовлен из нескольких параллельно включенных отрезков латунного провода диаметром 0,8 мм (ранее служившим шунтом старого комбинированного прибора) и запаян в разрыв общего провода прямо на плате БППК.

За основу платы блока управления на TL494 можно взять конструкцию, описанную здесь, добавив на нее компаратор DA2. Подробно о наладке схемы управления описано в оригинальной статье В. Андрюшкевича. Средние выводы переменных резисторов R9, R12 рекомендуется зашунтировать на землю конденсаторами емкостью 0,01-0,1 мкФ. Следует отметить, что для обеспечения более точной настройки ограничения тока полезно будет добавить в схему и вывести на переднюю панель еще один переменный резистор сопротивлением в 10 раз меньше R9, включенный потенциометром в разрыв провода, соединяющего вывод R9 с общим проводом. Подбором резистора R11 выставляется максимальное напряжение первого канала ИПГ (0…20 В), которое и контролируется схемой управления. Напряжение низковольтного канала (0…8 В) регулируется опосредовано путем контроля напряжения первого канала.

Переделка мультиметра типа DT830 заключается в укорачивании печатной платы до минимально возможного размера и установке необходимых элементов, показанных на схеме. В зависимости от способа установки мультиметра, следует также обрезать и сформировать его корпус. В данной конструкции было удобнее вынести мультиметр наружу передней панели, поэтому нижняя часть корпуса была аккуратно отрезана и переклеена выше.

Схема питания часов расположена в нише установки элемента питания, причем светодиод HL1 выведен на циферблат. Вывод контакта включения будильника SA2, идущий в схему часов следует перерезать и подключить к нему проводник. Второй конец контакта находится на минусе питания часов. Схема, расположенная в часах подключается к основному блоку трехпроводным кабелем с установленным на конце «аудио» штекером (TRS). Это удобно, так как позволяет легко заменить часы в случае выхода их из строя, или же отключить за ненадобностью. К основанию часов приклеена магнитная лента, с помощью которой они надежно прикрепляются к корпусу источника питания.

Для коммутации питания схемы управления использовано малогабаритное реле K1 типа РЭС-15. Вместо него можно использовать любое другое реле с одним нормально замкнутым контактом и номинальным напряжением не более 15 В. Токоограничивающий резистор R3 подбирают опытным путем для обеспечения нормального режима работы реле под током. Вместо реле также можно использовать маломощный полевой транзистор с изолированным затвором.

Шунты Rш1, Rш2 следует разместить внутри корпуса таким образом, чтобы они хорошо обдувались вентилятором охлаждения, так как на них может рассеиваться большая мощность. Использование в конструкции ИПГ двух шунтов связано с тем, что автор использовал ранее изготовленные и отлаженные мультиметр и плату управления. В новой конструкции проще использовать только шунт мультиметра, как это сделано в конструкции, описанной в статье «Двухполярный источник питания – зарядное устройство из компьютерного БП».

За исключением ранее описанных случаев, особых требований к деталям устройства не предъявляется, и могут быть использованы любые доступные элементы с параметрами, аналогичными элементам, указанным в схеме.

Заключительные замечания

Кроме использования ИПГ в процессе гальваники, наличие в описанной конструкции таймера отключения позволяет автоматизировать и другие задачи, например, производить зарядку аккумуляторных батарей стабильным током в течение заданного времени.

Источник

Гальваника своими руками в домашних условиях: технология и оборудование

Гальваника – это и раздел прикладной науки «Электрохимия», в котором изучаются процессы, протекающие при осаждении катионов металла на катоде, помещенном в электролитический раствор, и технологический процесс. Гальваника в домашних условиях или выполняемая на производстве позволяет наносить на поверхность обрабатываемого изделия тонкий слой металла, который может выступать в роли защитного или декоративного покрытия.

Домашняя гальваническая установка

Методы реализации такого технологического процесса, отличающегося достаточно высокой сложностью, уже хорошо отработаны, поэтому сегодня его активно используют не только производственные предприятия, но и многие домашние мастера.

Особенности процесса

Покрытие, формируемое на обрабатываемой детали при помощи гальваники, может наноситься в технологических целях либо выполнять декоративные, защитные или сразу обе функции. В декоративных целях создают тонкий слой золота или серебра, а чтобы обеспечить надежную защиту поверхности обрабатываемой детали от коррозии, выполняют цинкование или гальваническое меднение.

Схема процесса электролиза

Сделать гальванику даже в домашних условиях несложно. Выполняют такую процедуру следующим образом.

• В диэлектрическую емкость с электролитом опускают два анода, подключаемые к плюсовому контакту источника электрического тока. Материалом изготовления таких анодов должен быть металл, слой из которого необходимо сформировать.
• Само обрабатываемое изделие, подключаемое к минусовому контакту источника электрического тока и, таким образом, выступающее в роли катода, помещается в электролите между анодами.
• Гальванизация, то есть процесс переноса молекул металла с электролита на изделие-катод, начинает происходить в тот момент, когда замыкается полученная электрическая сеть.

В результате на обрабатываемой поверхности формируется тонкий и однородный слой металла, который изначально содержался в химическом составе электролита.

Схема гальванической установки

Необходимое оборудование

Гальваника своими руками может быть качественно выполнена с использованием даже самого простейшего оборудования, которое есть в арсенале многих мастеров. В первую очередь следует подобрать источник постоянного тока, который обязательно должен быть оснащен регулятором выходного напряжения. Наличие такого регулятора необходимо для того, чтобы иметь возможность плавно и в широких пределах изменять мощность вашего самодельного устройства для гальваники.

В качестве источника питания в домашних условиях очень удобно использовать выпрямитель электрического тока, который можно собрать самостоятельно (или приобрести серийную модель). Многие умельцы, выполняющие нанесение гальванического покрытия в домашних условиях, в качестве источника тока применяют серийные сварочные аппараты.

Для домашней гальваники подойдет стабилизированный блок питания с регулируемым напряжением (1,5–12 В)

Гальваническая ванна своими руками также может быть изготовлена без особых проблем. В качестве такой ванны можно использовать любую емкость из стекла или пластика, при этом необходимо учитывать, что в такую емкость для гальваники должна помещаться как обрабатываемая деталь, так и требуемое количество электролита. Очень важно также, чтобы ванна была достаточно прочной и могла выдерживать высокую температуру, величина которой может доходить до 80°.

Аноды, используемые для осуществления гальваники в домашних условиях, выполняют сразу несколько важных функций:

• подводят в электролит электрический ток и обеспечивают равномерное распределение последнего по обрабатываемой поверхности;
• возмещают убыль наносимого на изделие металла, расходуемого из химического состава электролита;
• способствуют протеканию некоторых окислительных процессов.

Выбирая аноды для своего гальванического аппарата, следует соблюдать одно важное правило: их площадь должна быть больше, чем площадь обрабатываемой поверхности.

Гальваника дома не может быть осуществлена без использования нагревательного прибора, при помощи которого электролит доводится до требуемой рабочей температуры. Очень удобно, когда интенсивность нагрева, обеспечиваемого таким устройством, может регулироваться. Если ориентироваться на опыт домашних умельцев, которые уже имеют опыт нанесения гальванических покрытий в домашних условиях, можно порекомендовать использовать в качестве нагревательного прибора небольшую электроплитку или обычный утюг с регулировкой степени нагрева подошвы.

Что потребуется для приготовления электролита

Чтобы безопасно хранить в домашних условиях химические реактивы, из которых будет готовиться электролит для гальваники, а также сам готовый раствор, вам потребуется стеклянная посуда с притертыми крышками. Количество химических реактивов, из которых готовится электролитический раствор, необходимо отмерять с точностью до одного грамма. Для решения такой задачи в домашних условиях подойдут даже недорогие электронные весы, которые можно приобрести в любом хозяйственном магазине.

Готовый электролит можно слить и в пластиковую бутылку, но для кислотных составов нужно использовать стеклянную посуду

Если вы решили заняться нанесением гальванических покрытий на различные изделия в домашних условиях, то наверняка столкнетесь с проблемой приобретения химических реактивов, из которых готовится электролитический раствор. Дело в том, что организации, производящие и реализующие такие химические вещества, могут продавать их только тем, кто имеет соответствующие разрешительные документы. Приобрести такие химические реактивы частному лицу или даже организации, не обладающим такими документами, проблематично.

Для нанесения декоративных металлизированных покрытий можно приобрести специальные комплекты, состоящие из всех необходимых компонентов

Как правильно подготовить изделие к процедуре

После того как вы изготовили свой гальванический аппарат, нашли все необходимое оснащение и химические составляющие, можно приступать к такому важному процессу, как подготовка изделия, которое будет подвергаться гальванике. Важность такого процесса очень сложно переоценить, так как именно от качества его выполнения во многом зависит то, какими характеристиками будет обладать готовое покрытие.

В большинстве случаев подготовка изделия к гальванике не ограничивается только очисткой его поверхности от загрязнений и ее обезжириванием. Выполняются также пескоструйная обработка и последующая шлифовка с использованием наждачной бумаги и специальных паст.

Гальваническое покрытие выделяет все недостатки поверхности, поэтому обрабатываемая деталь должна быть идеально подготовлена, то есть устранены все сколы, царапины и раковины

Для того чтобы обезжирить обрабатываемую поверхность перед гальваникой, можно использовать органические растворители в чистом виде или приготовить для этих целей специальный раствор. В частности, для эффективного обезжиривания стали или чугуна в домашних условиях готовят растворы, в состав которых входят едкий натр, жидкое стекло, карбонат натрия и фосфат натрия. Обезжиривание изделий из таких металлов выполняют в нагретом до 90° растворе. Цветные металлы можно эффективно обезжирить растворами, содержащими в своем составе хозяйственное мыло и фосфорнокислый натрий.

Составы щелочных обезжиривающих растворов

Чтобы получить качественное гальваническое покрытие как в домашних, так и в производственных условиях, с обрабатываемой поверхности необходимо также удалить окисную пленку, для чего используют специальные декапирующие растворы с серной или хлороводородной кислотой.

Требования техники безопасности

Любая гальваническая операция (цинкование, хромирование, никелирование, меднение и др.) является опасным технологическим процессом, поэтому при ее выполнении в домашних условиях необходимо строго следовать требованиям техники безопасности. Опасной гальванику делают как токсичные химические вещества, так и высокая температура нагрева электролита, а также риски, связанные с любыми электрохимическими процессами.

Для проведения гальваники в домашних условиях лучше отвести нежилое помещение, в качестве которого может выступать гараж или мастерская. В нем обязательно должна быть организована качественная вентиляция. Все электрическое оборудование, которое вы будете использовать для того, чтобы сделать гальванику, необходимо заземлить.

Резиновые перчатки, очки и респиратор – минимум необходимых защитных средств

Личная безопасность – самое важное правило, которого следует строго придерживаться при осуществлении гальваники в домашних условиях. К мерам, которые способны обеспечить такую безопасность, следует отнести:

• использование респиратора для защиты дыхательных путей;
• защита рук при помощи мягких и прочных резиновых перчаток;
• использование при работе клеенчатого фартука и обуви, способной защитить от ожогов кожу ног;
• защита органов зрения при помощи специальных очков.

Кроме того, во время процедуры гальваники не следует ничего есть и пить, чтобы случайно не наглотаться и вредных испарений.

Чтобы быть готовым к любым неожиданностям, которые могут возникнуть в процессе выполнения такой операции, лучше предварительно почитать специальную литературу или даже посмотреть обучающее видео на данную тему.

Никелирование

Покрытие металла слоем никеля в домашних условиях могут выполнять в качестве финишной обработки или перед хромированием. Такой процесс получил название «гальваностегия», так как наносимый на поверхность изделия слой никеля повышает ее устойчивость к негативным факторам внешней среды. Кроме высоких защитных свойств, никелевый слой отличается и декоративной привлекательностью.

Температура электролита при выполнении никелирования не превышает 25°, а плотность тока находится в пределах 1,2 А/дм 2 . Электролит, кислотность которого должна находиться в пределах 4–5 pH, представляет собой водный раствор, в состав которого входят такие химические элементы, как сульфат никеля, магний, натрий, пищевая соль, борная кислота.

После завершения процесса гальваники изделие извлекают из электролитического раствора, промывают в воде, тщательно просушивают и полируют.

Хромирование

Гальваническое хромирование в домашних условиях или на производственном предприятии позволяет придать поверхностному слою обрабатываемого изделия более высокую твердость, устойчивость к коррозии, а также декоративность. Поскольку хромовое покрытие отличается достаточно высокой пористостью, его выполняют после гальванического нанесения меди на обрабатываемую деталь (либо никелирования). Для выполнения такой технологической операции используют аноды, которые изготовлены из сплава свинца, олова и сурьмы.

Установка гальванического хромирования

На конечный результат хромирования, выполнить которое в домашних условиях достаточно сложно, так как для этого необходимо использовать токи высокой плотности – до 100 А/дм 2 , оказывают влияние различные факторы. К наиболее значимым из них следует отнести:

• температуру используемого электролита – от данного параметра зависит оттенок формируемого покрытия, которое может быть матовым (температура ниже 35°), блестящим (35–55°) и молочным (выше 55°);
• химический состав электролита, оказывающий влияние на защитные свойства формируемого покрытия, а также на его цвет, который может быть темно-голубым, синим, агатовым.

Заключительным этапом хромирования после извлечения детали из электролитического раствора является промывка обработанной поверхности водой, последующая нейтрализация в растворе пищевой соды, еще одна промывка, просушка и полировка с использованием специальных паст.

Меднение

Меднение с использованием гальваники в домашних условиях необходимо для того, чтобы создать на поверхности обрабатываемого изделия токопроводящий слой, отличающийся небольшим значением электрического сопротивления, а также для того чтобы защитить деталь от негативного воздействия внешней среды.

Наносить слой меди на стальные и чугунные изделия, предварительно не покрыв их слоем никеля, смертельно опасно, так как для этого необходимо использовать цианистый электролит.

После предварительного никелирования металл покрывают слоем меди с использованием раствора сернокислой меди, концентрированной серной кислоты и воды комнатной температуры.

Золочение и серебрение

Покрытие металла слоем серебра или золота – это не только гальванопластический метод обработки, при котором с поверхности обрабатываемого изделия получают точную копию, но и технология, позволяющая создать на детали защитный и токопроводящий слой. Чтобы нанести на деталь из черного металла серебро, ее необходимо предварительно покрыть никелем.

Электролит для выполнения серебрения включает в свой состав железноцианистый калий, карбонат натрия и дистиллированную воду. Рабочая температура такого раствора не должна превышать 20°. В качестве анодов при выполнении серебрения методом гальваники используются пластины из графита.

Для серебрения детали опускаются в электролит, содержащий соль металла, например, нитрат серебра

Возможна также гальванопластика дома, в процессе выполнения которой поверхность изделия формируется при помощи слоя золота. Кроме того, при помощи такой технологии может быть выполнено и простое золочение детали. При этом для гальваники применяется водный раствор золота с синеродистым калием. Работать с таким электролитическим раствором можно только в помещениях с хорошей вентиляционной системой.

Многие домашние мастера задаются вопросом о том, как сделать процесс золочения более безопасным для человеческого здоровья. Для решения этой задачи ядовитую кислоту можно заменить на железистосинеродистый калий, который также называют кровавой солью. Перед выполнением золочения в домашних условиях изделие тщательно очищают и покрывают медью, если оно изготовлено из стали, свинца, олова или цинка. Для улучшения адгезии слоя золота с обрабатываемой поверхностью изделие перед обработкой окунают в раствор азотнокислой ртути.

При выполнении золочения в электролит вместе с анодами помещают листик золота. После окончания гальваники изделие просушивают в опилках, а затем полируют.

Источник