Galvanoplastia

Galvanoplastia de un metal con cobre en un baño de sulfato de cobre.

La galvanoplastia es la aplicación tecnológica de la deposición mediante electricidad, o electrodeposición. El proceso se basa en el traslado de iones metálicos desde un ánodo a un cátodo, donde se depositan, en un medio líquido acuoso, compuesto fundamentalmente por sales metálicas y ligeramente acidulado. Etimológicamente, proviene de galvano, proceso eléctrico, en honra a Galvani, y -plastia, del epíteto griego πλαστός (plastós): ‘figura’, ‘tallado’, es decir, “dar una figura mediante la electricidad”.

De forma genérica bajo el nombre de galvanoplastia se agrupa diversos procesos en los que se emplea el principio físico anterior, la electrodeposición, de diferentes formas. Dependiendo de autores y profundización de estudio se considera un único proceso o se desglosa en varios, incluso en subprocesos. Algunas veces, procesos muy semejantes recibe un nombre distinto por alguna diferencia tecnológica. Generalmente las diferencias se producen en la utilización del sustrato.

  • La aplicación original a gran escala de la galvanoplastia era reproducir por medios electroquímicos objetos de detalles muy finos y en muy diversos metales. El primer empleo práctico fueron las planchas de imprenta hacia el 1839. En este caso, el sustrato se desprende. Como se describe en un tratado de 1890, la galvanoplastia produce "un facsímil exacto de cualquier objeto que tiene una superficie irregular, ya se trate de un grabado en acero o placas de cobre, un trozo de madera,...., que se utilizará para la impresión, o una medalla, medallón, estatua, busto, o incluso un objeto natural, con fines artísticos"[1]
  • El electroformado (en inglés: electroforming) es un método para reproducir piezas de metal mediante deposición eléctrica. Es un proceso muy parecido a la aplicación original. La diferencia es su ámbito de utilización, centrándose más en la mecánica de precisión y no en las artes plásticas. Se deposita una capa de metal sobre un sustrato que posteriormente se hará desaparecer quedando sólo el metal depositado.
  • El proceso más utilizado a partir de la década de 1970 es la electrodeposición, o chapado electrolítico, de un metal sobre una superficie para mejorar las características de esta. Inicialmente se utilizó por cuestiones estéticas, pero posteriormente se usó para conseguir mejorar las propiedades mecánicas de los objetos tratados: su dureza, o su resistencia, etc. Debe señalarse que existen métodos para conseguir el mismo recubrimiento sin emplear electricidad, como en el caso del niquelado. En este caso, el sustrato se mantiene, y lo que se intenta es mejorar alguna característica de la superficie. Pero existe una variación de la galvanoplastia, empleada en escultura, en la que el metal se adhiere al sustrato.

Historia

Nickel plating.

Aunque solo son hipótesis, la batería parta puede haber sido el primer sistema utilizado para la deposición eléctrica. Aunque también hay quien lo sitúa en el antiguo Egipto.[2]

La electroquímica moderna fue inventada por el químico italiano Luigi V. Brugnatelli en 1805. Brugnatelli utilizó el invento que cinco años antes realizó su colega Alessandro Volta, la pila voltaica, para realizar la primera electrodeposición. Las invenciones de Brugnatelli fueron ignoradas por la Academia Francesa de Ciencias, y no se utilizaron en la industria durante los treinta años siguientes.

En 1839, científicos de Gran Bretaña y Rusia, idearon de forma independiente procesos de deposición de cobre electrolítico para las planchas de imprenta similares al método de Brugnatelli.

En la actualidad, la mayoría de las fuentes acreditan a Moritz Hermann Jacobi con inventor de la "galvanoplastia" o electrotipia en 1838. Jacobi era un científico prusiano que estaba trabajando en San Petersburgo, Rusia.[3]

Boris Jacobi en Rusia no sólo redescubrió la electrodeposición, sino que desarrolló la galvanoplastia y la escultura galvanoplástica. La galvanoplastia se puso rápidamente de moda en Rusia, atrayendo a personalidades como el inventor Peter Bagrationi, el científico Heinrich Lenz y el autor de ciencia ficción, Vladímir Odóyevski. Todos ellos contribuyeron a un mayor desarrollo de esta tecnología. Entre los casos más destacados del empleo de galvanoplastia de mediados del siglo XIX en Rusia, se pueden citar las gigantescas esculturas galvanoplásticas de la Catedral de San Isaac en San Petersburgo y el oro de la cúpula de la Catedral de Cristo Salvador en Moscú, la iglesia ortodoxa más alta del mundo.[5]

Escultura galvanoplastica en la Catedral de San Isaac en San Petersburgo.

Poco después, John Wright de Birmingham, Inglaterra, descubrió que el cianuro de potasio es un electrolito adecuado para la galvanoplastia del oro y de la plata. A los socios de Wright, George Elkington y Henry Elkington, se les otorgaron las primeras patentes para la galvanoplastia en 1840. Ambos fundaron posteriormente una industria de galvanoplastia en Birmingham, desde donde se extendió por todo el mundo.

La Norddeutsche Affinerie en Hamburgo fue, en 1876, la primera planta moderna de galvanoplastia en entrar en producción en Alemania.[6]

A medida que la ciencia de la electroquímica se desarrolló, el proceso de electrodeposición llegó a conocerse en profundidad, y se desarrollaron otros procesos de electrodeposición de metales no decorativos. La galvanoplastia comercial de níquel, latón, estaño y zinc se desarrolló sobre la década de 1850. Baños galvánicos y equipos basados en las patentes de los Elkington se ampliaron para dar cabida a las planchas de numerosos objetos a gran escala, para la fabricación de piezas específicas y para aplicaciones de ingeniería.

Varias importantes esculturas de "bronce" creadas en el siglo XIX son en realidad de cobre electrolítico y no de bronce.[4]

En la impresión, la electrotipia se había convertido en el método estándar para la producción de planchas de impresión tipográfica hacia finales del siglo XIX. Se complementa con la tecnología más antigua de los estereotipos, que requiere de la fundición de metales.[13]

La industria de la galvanoplastia y del electrorrevestimiento estuvo limitada durante décadas por la debilidad de las fuentes de corriente eléctrica disponibles para activar la deposición de películas de metal. La tasa de crecimiento de la película es proporcional a la magnitud de esta corriente. Inicialmente, se empleó la pila Daniell para proporcionar estas corrientes. La célula de Daniell se complementó, y en cierta medida, fue sustituida, por la célula Smee (zinc y plata en ácido sulfúrico), después de la invención de este último sistema por Alfred Smee en 1840. Ambas células son precursoras de baterías eléctricas contemporáneas. En la década de 1870, empezaron a utilizarse generadores mecánicos, dado que las corrientes más grandes aportadas por estos generadores permitieron incrementos sustanciales de la tasa de deposición del metal.[8]

La industria de los revestimientos también recibió un gran impulso con el advenimiento del desarrollo de generadores eléctricos. Con intensidades de corriente más elevadas, se podían procesar a escala industrial componentes metálicos para maquinaria, piezas de ferretería y, comenzado el siglo XX, piezas de automóvil que requieren protección contra la corrosión y mejores propiedades frente al desgaste, junto con una mejor apariencia.

Hacia 1930 uno de los principales empleos de la galvanoplastia, la creación de esculturas, cayó en desuso.

Las dos guerras mundiales y el auge creciente de la industria de la aviación, dieron un nuevo impulso a sucesivos avances y mejoras, incluyendo procesos tales como el cromado duro, bronce, chapa de aleación, niquelado sulfamato... junto con numerosos otros procesos de deposición. Los equipos de revestimiento fueron evolucionando desde procesos manuales mediante moldes de madera forrados de alquitrán en tanques electrolíticos, hasta llegar a los equipos automáticos, capaces de procesar miles de kilogramos de piezas por hora.

Uno de los primeros proyectos del físico estadounidense Richard Feynman fue el desarrollo de la tecnología para la galvanoplastia de metal sobre plástico.[14]

En la década de 1980, el otro gran campo de la galvanoplastia, la impresión, también fue abandonado debido a nuevos avances tecnológicos.

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