GALVANOSTEGIA
GALVANOSTEGIA (dal nome di L. Galvani [v.] e gr. στέγω "copro")
È l'arte di ottenere il deposito per via elettrolitica e l'aderenza di sottili strati metallici uniformi sulla superficie di oggetti metallici, a scopo di protezione o di decorazione.
Il primo riuscito esprimento di galvanostegia si deve a L.V. Brugnatelli, intimo amico di A. Volta, che nel 1802 - in una lettera diretta a H. van Mons - annunziò di avere ottenuto la doratura di grosse medaglie di argento facendole funzionare da catodi in una soluzione di ammoniuro di oro. Soltanto attorno al 1840 cominciano però le prime applicazioni industriali quasi contemporaneamente da parte di G.R. e H. Elkington e J. Wright in Inghilterra, della ditta Christofle e di W. Siemens in Germania, per ottenere l'argentatura e la doratura degli oggetti. Nel 1842 R. Böttger realizzò per primo la nichelatura, la quale doveva passare nella pratica soltanto attorno al 1870 in America.
Intanto nel 1873 il Roseleur pubblicava il suo primo trattato a Parigi, seguito poco dopo (1878) da W. Pfanhauser, direttore delle officine omonime di Vienna, con un suo classico e diffusissimo libro. Le officine di Pfanhauser, in seguito fuse con quelle di G. Langbein a Lipsia, hanno per lungo tempo rappresentato il gruppo più importante per questo genere di applicazioni. La zincatura elettrolitica si realizzò solo verso il 1890 e solo in epoca recentissima si sono avute altre applicazioni quali la cromatura, la cadmiatura, ecc.
Oggi si realizzano depositi non solo di metalli puri, ma anche di leghe diverse. Se il metallo sul quale si vuole effettuare il deposito ha una tensione di soluzione più elevata di quella corrispondente al metallo che vi deve essere sovrapposto, è anche possibile ottenere la deposizione per semplice immersione in un elettrolita opportunamente scelto; tuttavia per la maggior parte delle applicazioni si ricorre a una sorgente esterna di energia elettrica. Le dinamo per galvanostegia sono dello stesso tipo di quelle per galvanoplastica, a basso voltaggio ed elevata intensid di corrente. La tensione da applicare ai bagni è di solito piccola, essendo limitata alle polarizzazioni di concentrazione più la caduta ohmica.
La necessità di assicurare una perfetta aderenza dello strato protettore sul metallo sottostante impone un'accurata pulitura e sgrassatura di quest'ultimo. Occorre poi, una volta finita la deposizione, eliminare ogni azione chimica del bagno. Gl'impianti di galvanostegia comprendono perciò reparti accessorî di pulitura, decapaggio, sgrassatura, lavaggio, asciugamento, con l'uso di tutti gli espedienti tecnici adatti a rendere sollecite ed economiche queste diverse operazioni.
La sgrassatura in alcuni casi può convenientemente essere effettuata per via elettrolitica, adoperando bagni di carbonati alcalini con aggiunta di cianuri e anodi insolubili. La corrente agisce per la formazione catodica di alcali caustico, mentre ha azione coadiuvante l'idrogeno che si svolge. Nei reparti devono essere previsti anche adatti aspiratori per eliminare i vapori e la polvere. La fig. i rappresenta un impianto di galvanostegia dell'officina "La Precisa" in Napoli.
I bagni di galvanostegia sono muniti ordinariamente di anodi solubili e quindi non dovrebbero dar luogo a grandi cambiamenti nella composizione degli elettroliti; tuttavia occorre continua sorveglianza per conservare inalterate le caratteristiche fisiche del deposito, le quali hanno per queste applicazioni un'importanza fondamentale.
La forma degli oggetti da ricoprire ha una notevole influenza in quanto essa determina la distanza tra gli anodi e le varie parti del catodo: i punti più lontani tendono a coprirsi di meno, in quanto a essi corrisponde una minore densità di corrente, gli spigoli vivi tendono invece ad avere un deposito eccessivo. Si definisce perciò con varî criterî, che qui non è il caso d'illustrare, un potere penetrante del bagno (throwing power) a determinare il quale intervengono la conduttività e i fenomeni di polarizzazione. A ogni modo occorre preoccuparsi della disposizione degli oggetti che devono funzionare da catodi: nella maggioranza dei casi si hanno delle barre di rame disposte al disopra del livello dell'elettrolita e si sospendono a esse gli oggetti per mezzo di uncini, o anche infilati a un filo, tenendoli tra due file affacciate di anodi, per assicurare l'uniformità del deposito. Per lavorazioni di una certa entità si adoperano bagni semiautomatici, costituiti da vasche parallelepipede allungate (3 a 5 m.) lungo le pareti delle quali si trovano gli anodi; una terza fila di anodi è disposta lungo la mezzeria della vasca. Gli oggetti sono portati da una catena tesa tra due pulegge, di cui una motrice e una di tensione, e vengono sospesi nel modo solito (fig. 2). Un operaio disposto all'estremo del bagno estrae volta a volta una fila di oggetti già finiti e ne sostituisce un'altra per farle compiere l'intero percorso. Dispositivi più complicati realizzano l'automatismo completo delle lavorazioni.
Quando si tratta di eseguire la galvanostegia su piccoli oggetti che non richiedono particolari cautele nella manipolazione (chiodi, viti, ecc.) si adoperano dei tamburi girevoli attorno a un asse orizzontale che contengono i pezzi da trattare (fig. 3). Il tamburo è immerso nell'elettrolita tra due anodi o meglio di fronte a un anodo profilato: esso è costruito di materiale isolante (tela bakelizzata) ed è opportunamente forato per permettere la circolazione del liquido. Il polo negativo del generatore è collegato alla carica metallica del tamburo per mezzo di catene o di altri sistemi articolati. Ogni tamburo porta una carica di 5 a 10 kg.
Lo spessore dei depositi galvanici varia da pochi millesimi fino a 2 o 3 decimi di millimetro a seconda dei casi. L'aderenza tra l'oggetto e lo strato galvanico è con ogni probabilità assicurato dalla formazione di una lega per diffusione alla superficie di contatto. Talvolta però questo fenomeno è così cospicuo da provocare la rapida scomparsa del deposito, come avverrebbe a esempio qualora si dorassero direttamente lo zinco e il piombo. In questi casi, o anche quando manchi l'aderenza, si può quasi sempre risolvere il problema interponendo uno strato intermedio, che può essere di rame.
Quando si tratta di assicurare la protezione, due vie sono possibili. Se si sceglie come deposito un metallo nobile (nichel, argento, oro, cromo, ecc.), si deve tener conto del fatto che - in corrispondenza di un'abrasione - nasce una coppia voltaica nella quale il metallo da proteggere resta attaccato. Adoperando depositi di metalli meno nobili (zinco, cadmio, ecc.), avviene che in corrispondenza di eventuali abrasioni si forma una coppia voltaica, nella quale il deposito viene attaccato garantendo finché è presente l'integrità del pezzo da proteggere. È da notare però che il comportamento delle coppie metalliche non può essere giudicato solo dalla posizione che i singoli elementi occupano nella serie elettrochimica. Nel ferro cadmiato p. es. è il cadmio che si scioglie se si formi una coppia voltaica.
Nella preparazione dei liquidi elettrolitici che servono per la galvanostegia occorre badare anzitutto che si formi un deposito uniforme, aderente, di buona colorazione e lucentezza; occorre poi preoccuparsi di un buon rendimento catadico e - per quanto possibile - di realizzare un rendimento anodico (di dissoluzione del metallo) eguale a quello catodico affinché la composizione del bagno non si alteri con l'uso. Bisogna infine tener conto del potere penetrante, specie quando si devono ricoprire oggetti di forma molto accidentata. Si son proposte numerose formule e molte volte le ditte forniscono i bagni già preparati secondo formule brevettate.
A titolo di esempio diremo che la nichelatura si effettua spesso con bagni contenenti solfato doppio di nichel e ammonio, con aggiunte di acido borico o di citrato di sodio per mantenere costante l'acidità del mezzo il che ha un'enorme importanza per l'uniformità del deposito. La densità di corrente difficilmente supera 0,5 amp./dmq. Per la nichelatura rapida con densità di corrente più elevate si adoperano bagni riscaldati, ad alto tenore di nichel, con energica agitazione del liquido.
L'argento e l'oro in generale si depongono da bagni cianurati per evitare depositi cristallini. La densità di corrente dell'ordine di 0,3 amp. dà con l'argento circa o,01 mm. di spessore per ogni ora; con l'oro una densità di 0, 1 amp./dmq. dà in pari tempo uno spessore di 0,001 mm. circa. Con questi metalli preziosi si adoperano contatori speciali o bilance per controllare il peso del deposito.
Si usano anche bagni per la stagnatura, zincatura e piombatura elettrolitiche, le quali vanno sostituendo i vecchi metodi per immersione.
Il processo di cromatura, così come viene ordinariamente praticato, è particolarmente interessante poiché l'elemento da deporre non si trova nel bagno sotto forma di catione, bensì nell'anione dell'acido cromico. La deposizione avviene attraverso fenomeni complessi di riduzione: ogni atomo-grammo depositato richiede teoricamente 6 faraday. I rendimenti sono di solito molto bassi: essi crescono col diminuire della temperatura e col crescere della densità di corrente. Però la necessità di avere un deposito compatto e splendente obbliga di solito a scegliere condizioni di lavoro, cui corrisponde un rendimento del 15% circa; anche le tensioni sono elevate. I depositi di cromo, malgrado l'alto consumo di energia, s'impongono per la grande durezza del metallo e per la sua straordinaria resistenza agli agenti chimici.
La cromatura si adopera, tra l'altro, per diminuire l'usura delle composizioni tipografiche; ma tende oggi a soppiantare in gran parte la nichelatura. I bagni contengono circa 250 gr. per litro di CrO3 e piccolissime quantità di H2 SO4; le densità di corrente vanno da 10 a 20 amp./dmq.; la temperatura è di circa 40°. Sono stati proposti, finora con poco successo, anche bagni di altro tipo.
La cadmiatura elettrolitica si esegue di regola a partire da bagni cianurati i quali lavorano a 40°-50° con una densità di corrente dell'ordine di 0,5 amp./dmq. Come abbiamo accennato, la cadmiatura tende a prendere uno sviluppo notevole per la sua grande azione protettiva.
I progressi dell'elettrochimica permettono di allargare sempre più il campo della galvanostegia, fissando le condizioni più opportune per deporre quasi tutti gli elementi da soli o in lega. Oggi si pratica su larga scala l'ottonatura partendo da bagni di rame e zinco; ma è possibile ottenere la deposizione di svariate leghe. Il cadmio a es. viene depositato spesso insieme con l'argento e con il nichel. In questi casi si deve sorvegliare attentamente la composizione dei bagni, perché i metalli si depongono in un rapporto sensibilmente diverso da quello secondo cui sono disciolti. Depositi di arsenico e di antimonio si usano a puro scopo decorativo. Si realizzano anche con varî espedienti patine colorate, ecc.
Bibl.: V. elettrochimica; elettrolisi; galvanoplastica, e inoltre: W. Blum e P. Hogaboom, Principles of electroplating and electroforming, New York 1930; O. Macchia, Cromatura elettrolitica, Milano 1932.