Изготовление тороида для теслы методом гальванопластики

Опубликовано в рубрике "Высоковольтное,Технологии", 12 июня, 2010.

Одна из самых сложных деталей при изготовлении теслы – тороид. Если нужен большой тороид, то его можно скрутить из гофротрубы, а вот если маленький — то начинаются танцы с бубнами. Один из таких танцев называется “гальванопластика”. Гальванопластика вполне легко осваиваема в домашних условиях.tor_ready

Что такое гальванопластика?

Если кратко, то это – электрохимическое наращивание толстого слоя металла в жидком электролите. Меня в этой статье будет интересовать только медь, хотя гальванопластикой можно нарастить и другие металлы.

Гальванопластику еще называют электроформингом, хотя мне не очень нравится это словечко.

Итак, есть анод и катод. Чтобы окончательно все запутать, к аноду подключается плюс, а к катоду – минус. Ионы меди двигаются от анода к катоду.

Чтобы раз и на всегда запомнить, что и куда нужно подключать, можно просто вспомнить, что положительные заряды притягиваются к отрицательными. Ионы меди положительно заряжены, следовательно они будут притягиваться к отрицательной клемме источника питания.Graphic1

 

Изготовление формы для тороида

Сначала, нужно прикинуть, как будет выглядеть наша тесла. Для этого я использую Solidworks:

coil1

Я решил делать тороид из двух половинок – верхней и нижней. Потом эти две половинки спаяются, а на места пайки можно будет еще нарастить небольшой слой меди, чтобы пайка была незаметной. (дальше я расскажу, что я забил на эту идею, терпение)

Тороид должен быть слегка выше, чем просто круглый (добавим 10мм для ровной цифры) – немного вытянутый тороид выглядит лучше, чем сплющенный, и острых краев будет меньше.

thor

По чертежу из крышки от ATX блока питания вырезаем шаблон, заворачиваем шаблон вокруг винта, который будет играть роль оси вращения:

 shablon

 

Теперь самое ужасное – кладем немного пластилина, и засыпаем его гвоздями, шурупами или любыми другими железными хреновинами. Они играют сразу три (!) роли. Во-первых, они уменьшают количество необходимого пластилина, во-вторых, они делают форму тяжелее и она тонет в электролите, в-третьих, при отделении формы от основания, пластилин порвется там, где были шурупы, и это сильно облегчит отделение. В принципе, шурупы не обязательны, просто у меня было мало пластилина.

bolts

Дальше, думаю, понятно. Облепливаем форму пластилином с избытком, и крутим наш шаблон до получения тороида.

thor1

После изготовления формы, вокруг нее нужно проложить зачищенный медный проводок, с которого и начнется наращивание меди. Его видно на фотографиях ниже.

 

Нанесение проводящего слоя

Вот тут пришлось повозиться. Я перебрал несколько способов, итак:

1. Бронзовая пудра

bronze

 

Она оказалась совсем(!)  не проводящая. В интернетах я нашел, как ее активировать, но там нужно кучу хитрых реактивов – типа хлорида олова и нитрата серебра. Я решил, что это слишком и забросил идею.

 

2. Грифель из карандашей

pen

Помимо глобального геммороя с размалыванием грифеля, так и не удалось получить совсем уж мелкой графитной пыли. Сопротивление от провода до центра получилось порядка десятков кОм, много! Тем не менее, на таком покрытии уже можно нарастить медь.

3. Контактол

Контактол – токопроводящий лак на основе графита, продается на радиорынке. Сопротивление порядка десятков кОм (возможно, потому, что нанес только один слой), и он очень густой, нужно разбавлять растворителем. На нем я довольно успешно нарастил медь. В принципе, если денег жалко, можно использовать и его. В вашем городе, скорее всего, продается что-то подобное, но называется по-другому. Нужно просто спросить в магазине.

kontaktol

4. Graphit 33, kontakt chemie

Я таки решился раскошелиться и купить дорогой графит. За что платим то и получаем. Самое лучшее качество (очень мелкие частицы графита), удобно наносить, сопротивление – сотни ом. Великолепно! Стоит, соответственно, дорого.

 gp33

Из-за мелкости частиц графита, сразу видны все неровности. Хорошо это или плохо – зависит от случая. Так как медь будет толстая, то неровности зарастут, переживать по этому поводу, думаю, не стоит.

gp33

 

Электролит и режимы

С электролитом тоже есть проблемы. В состав входит серная кислота, которая в нашей стране идиотов отнесена к прекурсорам, а значит, в свободной продаже ее не найти. Придется доставать. Достать можно как электролит для автомобильных аккумуляторов. Концентрация кислоты нам не важна.

Итак, состав электролита для работы без перемешивания из книжки Казнаячей Б. Я, “Гальванопластика в промышленности”

  • CuSO4 (медный купорос) – 200г/л
  • Серная кислота (по массе чистого H2SO4, нужно пересчитать в зависимости от концентрации) – 30г/л
  • Спирт этиловый – 5г/литр (для увеличения смачиваемости)

Режим работы – 1-3 А/дм^2 при температуре 18-20 градусов. Так как сейчас лето, и 18-20 градусов выдержать я не смогу, буду использовать низкую плотность тока – 1А/дм^2

Скорость роста меди при такой плотности тока  — 220нм(нанометров)/минуту. Тоесть, для получения 1мм меди мне понадобится 4545минут, или три дня. При в двое большей плотности тока, время получится в два раза меньше. Все просто.

 

Итак, подготавливаем все ингредиенты, я готовлюсь делать три литра электролита:

ready

Я не очень то уверен, что при использовании технического купороса необходима дистиллированная вода, но на всякий взял ее.

Растворяем. Сначала насыпаем купорос, в него заливаем воду, ждем растворения, лучше перемешивать (придется ждать довольно долго!). После этого заливаем серную кислоту. Кислоту нужно заливать вот так:

h2so4

 

Обязательно кислоту в воду, а не наоборот, и желательно по стеклянной палочке с постоянным перемешиванием. В техническом купоросе содержатся карбонаты, поэтому будьте готовы к тому, что при первом контакте в раствором кислота зашипит.

Даем раствору немного отстояться (при добавлении кислоты часть купороса может выпасть в отсадок – снижается его растворимость) и фильтруем его. Я фильтровал через обычную ХБ ткань. Знаю, что это плохо – она растворяется, но ничего другого небыло. В принципе, можно просто отстоять электролит, тогда вся грязь осядет на дно, а потом слить “вершки”.

 

filt

 

Ванна и электролиз

Саму ванну для электролиза я сделал из куска 6-литрового бутыля от минералки.

В процессе растворения анода, с него слетают меткие частицы меди – так называемый шлам. Это шлам, плавая по раствору, попадает на форму. Из-за таких включений, медь на заготовке растет не равномерно, появляются дендриды. В промышленности для того, чтобы не дать шламу попасть в общий раствор используют либо кожухи из специальной кислотостойкой ткани, либо короба из ПВХ. Я решил не уходить далеко от бутылочной тематики, и сделал короб из еще одной бутылки из-под минералки.

shield

Делается просто – сгибаем литровую бутылку до получения прямоугольного профиля и тыкаем 100вт паяльником много-много раз. Главное, чтобы, когда этот короб будет опущен в раствор, ватерлиния находилась на не истыканном дырками месте. Естественно, дно тоже не должно быть дырявым.

Погружаем заготовку. По моему, лучше сначала залить электролит в ванну, а только потом погружать форму.

Теперь – самое главное, наращиваем медь. Само наращивание состоит из двух стадий – затяжка и собственно, наращивание.

Затяжка – покрытие всей заготовки медью проводят при низких токах, обычно до 1А/дм^2. Лично я сначала вовсе начинаю со 100мА/дм^2 и постепенно довожу до ампера, ведь в начале проводимость распределена очень неравномерно и в песте залегания провода могут появиться пузырьки водорода, который попортит всю медь.

Наращивание. Тут все относительно просто – врубаем максимальный ток и ждем окончания процесса. Главное – не забывать подкармливать нашего медноядного монстрика.

Окончание процесса затяжки. Общий ток – 1А, а плотность — 0.64А/дм^2:

zat

 

Сразу после окончания гальванопластики, половина тороида выглядит вот так:

part_ready

 

Теперь срезаем канцелярским ножом половинку тороида. И греем его феном. Греть нужно с медной стороны, тогда пластилин вывалится одним куском, а не будет стекать по каплям. Обрезаем лишнюю медь (я для этого пользовался кусачками, наверняка, это можно сделать лучше) и шлифуем торец раскатанной по полу наждачной бумагой.

 

Пайка

Нужно скрепить две половинки тороида. Сначала, я думал сделать тороид блестящим, спаяв его из двух кусочков и покрыв медью еще раз. Потом я решил что это слишком геморройно, и, более того, не известно, как поведет себя олово в кислом электролите – вообщем, я решил просто спаять половинки и покрасить.

Если вы хотите блестящую медь – даже и не не думайте паять! Просто очень хорошо подгоните торцы и скрутите тороид винтом по центру! Между половинками получится аккуратная линия, которая не влияет ни на эстетику, ни на электрические качества. А еще лучше – нарастить медь сразу на готовый тороид. Такие продаются как детские игрушки.

Пайка оказалась очень гемморойной. Но я таки нашел способ хорошо спаять тороид. Способ такой – сначала тороид шлифуется местом спайки о наждак, потом наносится флюс.

Подойдет не каждый флюс – мне подошел один из трех, валяющихся у меня. Называется Tristar Brand Soldering Paste. Остальные флюсы обугливались и МЕШАЛИ паять.

paste

Зажимаем тороид в тиски и нагреваем феном до плавления припоя. Перестаем нагревать и паяем 100Вт паяльником. Шов получается довольно ровным.

 

Механическая обработка

Перед покраской нужно убрать дендридики, которые непонятно почему выросли на тороиде. Для этого я использую дремель с вот такой насадкой:

image

 

Ей-же шлифуется и все остальное. Поверхность получается ровная и шероховатая, что очень хорошо для покраски. За ночь тороид немного потемнел:

ready1

Масса – 198г. Очень прикольно осознавать, что такая масса создавалась по атому. На ощупь тороид получился крепкий, надежный и увесистый. Что и требовалось.

 

Покраска

Как оказалось, медь плохо красится! Это для меня было открытием. Специальной грунтовки для меди я не нашел, поэтому воспользовался грунтовкой для черного метала.

Я решил покрасить тороид в бескомпромиссно матово-черный – тоесть, такой-же, как и свою прошлую SSTC.

В принципе, я сделал глупость, что взял грунт того-же цвета, что и сама краска. Очень сложно определить – где грунт, а где краска на окрашенном предмете. Да, представьте, я даже не забыл обезжирить тор перед покраской.

Красил все на глазок – 3 слоя грунтовки и 2 слоя краски. В принципе, получилось неплохо.

Если кто будет красить, то в качестве подложки обязательно используйте материал, который легко отлипает от краски – я, к примеру, использовал разрезанный мусорный пакет.

Краска и грунтовка:

paints

 

 

Результат

Получился такой себе неплохой тороид. С небольшим привкусом кустарщины, но в целом – не плохо.

tor_ready

Гальванопластика только внешне кажется геморройной и сложной. Если бы не беда с серной кислотой, ничего сложного не было бы.

Все заняло у меня примерно две недели, большую часть которых ванная просто стояла и наращивала медь, а я занимался чем-то другим.




Комментарии
  1. juray написал(а) 14 июня, 2010 в 2:56

    ЗдОрово! Практическая польза.
    Я-то гальванопластикой только для прикола один раз копию рельефа монетки сделал, давно, в школьном возрасте. Именно из карандашей грифель юзал :)
    Вот травление больше юзал — плоские пружинки из бритвенных лезвий «вырезал».

    И шлифовать можно тоже электрохимическим (или просто химическим) способом. И даже окрашивать (см, например, http://sovmasteru.ru/42/).

  2. aeore написал(а) 14 июня, 2010 в 20:17

    Очередная хорошая статья, спасибо :)

    Я не совсем понял про серную кислоту — ты написал, что доставать ее нужно как электролит для автомобильных аккумуляторов. Но в качестве такого электролита, как я помню, всегда использовалась соляная кислота — HCl

    BSVi Reply:

    Нет, в качестве электролита используется серная кислота.

  3. Kenny написал(а) 6 октября, 2010 в 23:03

    нашёл в магазине спрей 99% цинка. интересно подойдёт ли он?
    да и ещё я гальвнизацию никогда не делал, не пойму, откуда берёться медь из которой образуеться тороид. в смысле нужен медный анод весом с тороид или это из медного купароса востанавливаеться медь?

    BSVi Reply:

    Цинк не подойдет — он стоит левее меди в водородном ряду, а значит, медь будет выделяться на нем не электролитически, а химически. Она получится порисой и очень фиговой.

    Медь береться из анода, который должен быть даже тяжелее тороида. Кусочки анода будут обламываться и просто падать на дно банки. В виде мелкой пыли.

  4. Vbnz написал(а) 6 ноября, 2010 в 9:50

    Круто!!!!

    BSVi Reply:

    Пасип )

  5. Aneg написал(а) 28 января, 2011 в 2:26

    А что представляет из себя анод, как и из чего он выполнен?

    BSVi Reply:

    Как не странно, из медной пластинки.

  6. Comrad1 написал(а) 7 февраля, 2011 в 23:32

    Подскажите, пожалуйста, где Вы брали дорогой графит (в магазине чего?) и для чего он применяется?

    BSVi Reply:

    В магазине электроники. Применяется для экранирования РЭА.

  7. zt-fish написал(а) 25 июня, 2011 в 20:44

    BSVi у меня к вам несколько вопросов, если можно. Скажите пожалуйста, можно ли применять в качестве катода алюминий. Дело в том, что у меня алюминиевая модель коррозирует и соответственно портится, думаю виновата кислота в растворе. Ещё объясните пожалуйста про плотность тока, так ли критична эта величина, ведь силу тока можно просто выставить, а плотность величина не измеряемая в данном случае?
    У Вас «Общий ток – 1А, а плотность – 0.64А/дм^2″, откуда цифра 0,64А/дм2? В принципе она высчитывается вроде, исходя из площади электрода или я ошибаюсь, нужно ли её знать для процесса?

    BSVi Reply:

    >можно ли применять в качестве катода алюминий
    Нет, алюминий активнее водорода. В водных растворах с ним провести электролиз невозможно.

    >так ли критична эта величина
    Да, плотность тока критична.

    >откуда цифра 0,64А/дм2?
    Ну, ток деленный на площадь.

    >нужно ли её знать для процесса?
    Да, нужно. Допустимое значение плотности зависит от электролита. Притом, есть оптимальное значение. Если плотность превысить, медь будет оседать хлопьями, если занизить, то будет хрупкой.

  8. zt-fish написал(а) 26 июня, 2011 в 19:51

    BSVi Спасибо. А Graphit 33, по идее должен защитить алюминий? И не испортил ли я электролит если в нём немного растворился алюминий?

    BSVi Reply:

    По идее, должен, но врядле удастся сделать точно ровную пленку. Поэтому, если хочется нарастить на алюминий, нужно покрыть его лаком, потом графит и на графт наращивать.

  9. rochest написал(а) 26 июня, 2011 в 20:29

    «Главное – не забывать подкармливать нашего медноядного монстрика.»
    1. Чем нужно подкармливать?
    2. И как узнать когда?

    3. Если при наращивании в вклиниться в цепь мультиметром то сколько он должен показать миллиампер ??

    BSVi Reply:

    1. Медью, естественно.
    2. Когда меди останется мало.
    3. Должен показывать значение (выбранная плотность тока*площадь объекта) дать значение для любого объекта невозможно.

  10. rochest написал(а) 5 июля, 2011 в 13:48

    выложите пожалуйста фото своего анода

    BSVi Reply:

    Его уже год как нету.

  11. rochest написал(а) 5 июля, 2011 в 14:38

    вижу человек вы толковый потому хочу предложит вам новый проект который думаю вам по силе а именно

    сделать пресс-форму для литья небольших изделий из пластмассы (крышек, колпачков или бутылочек) методом гальванопластики

    BSVi Reply:

    Мне это не нужно.

  12. RAN написал(а) 14 июля, 2011 в 10:35

    если озаботится внешним видом тора, то можно поступить следующим образом:
    в любом автомобильном магазине продается двухкомпонентная шпаклевка (бывают разные, в твоем случае лучше мелкозенистую) затем из кусочка толстой резины делаем шпатель и ровняем все неровности, окончательная обработка нулевкой мокрым способом. Краска прилипнет к такой поверхности навечно.
    Затраты небольшие, а при известной сноровке можно получить идеальную поверхность.

  13. lighting написал(а) 20 июля, 2011 в 15:54

    Несколько замечаний на основе своего опыта:
    1) Дистиллированная вода обязательна — в обычной много примесей из-за которых качество осаждаемого металла будет плохим (у меня вообще осаждался в виде бурого порошка).
    2) Для того чтобы медый купоррос хорошо растворялся воду надо нагреть.
    3) Осаждаемая поверхность становится почти зеркальной если использовать в электролите блескообразователи. Читал что проще всего использовать для этого сахарин, но сам не пробовал.
    4) в качестве анода можно использовать графитовый стержень — тогда медь будет браться из раствора, а на аноде будет выделяться кислород. Правда электролит в таком случае надо будет регулярно обновлять добавляя купорос, так что проще использовать медный лом в качестве анода. Электролит тогда будет почти вечным, если его фильтровать от шлама.

Создать новую ветку комментариев


Вы должны войти или зарегистрироваться чтобы оставить комментарий.