НИКЕЛИРОВАНИЕ , технический процесс нанесения на поверхность металлов б. или м. тонкой пленки металлического никеля или никелевых сплавов; цель этого нанесения - уменьшить коррозию металла, увеличить твердость наружного слоя, повысить или изменить отражательную способность поверхности, сообщить ей более красивый вид. Полученное впервые Беттгером в 1842 г. и промышленно осуществленное в США с 1860 г., никелирование в настоящее время сделалось одним из наиболее широко усвоенных промышленностью способов покрытия металлов.
Существующие многочисленные способы никелирования могут быть подразделены на две главные группы: способы контактные и способы гальванотехнические ; в настоящее время особенно часто прибегают к последним. Нанесение никелевой пленки применяется в отношении поверхностей различных металлов, причем в соответствии с характером никелирования их можно разделить на группы: 1) медные, латунные, бронзовые, цинковые, 2) железные, 3) оловянные, свинцовые и из сплавов типа британия-металла, 4) алюминиевые и из алюминиевых сплавов. Никелевые пленки представляют вполне удовлетворительную защиту железа от ржавления во внутренних помещениях.
Однако они недостаточны под открытым небом; кроме того на отполированные никелированные поверхности действуют горячие жиры, уксус, чай, горчица, вследствие чего столовая и кухонная никелированная посуда покрывается пятнами. В тех случаях когда требуется вполне надежная защита от воздействия непогоды и вместе с тем нарядный вид никелированной поверхности, на железо д. б. наложена двойная пленка - цинковая, а затем никелевая. Этот способ двойного покрытия (цинком, а затем никелем) применяется также в отношении т. н. корсетной стали. При необходимости получить особенно стойкие пленки, как например, на проволоках, откладывают одновременно никель и платину, причем содержание последней постепенно повышают от 25% до 100% и, наконец, прокаливают предмет в струе водорода при 900-1000°С. Крупные изделия, например, котлы для варки, барабаны центрифуг или вентиляторы, если по экономическим условиям не могут быть сделаны из чистого никеля, но недостаточно стойки при никелевой пленке по железу или меди, облицовываются слоем свинца в несколько мм, а по нему слоем никеля в 1-2 мм. Ржавление железных и стальных никелированных изделий объясняется присутствием электролита, остающегося в тонких порах никелевой пленки. Это явление устраняется, если изделия перед никелировкой выдержать в масле при 200°С, по охлаждении обезжирить, слабо омеднить, затем отникелировать в лимоннокислой никелевой ванне слабым током и наконец просушить в шкафу при 200°С; тогда влага удаляется из пор, которые закупориваются находящимся в них маслом.
Имеется ряд предложений накладывать двойные защитные пленки по литому железу, железным или стальным листам, проволокам и полосам в порядке обратном вышеуказанному, т. е. сначала покрывать изделия тонкой пленкой никеля контактным или электролитическим способом, а затем уже погружать в ванну с расплавленным цинком или оловом (Вивиен и Лефебр, 1860 г.). Предложено также добавлять некоторое количество никеля в сплав из 25-28 кг цинка, 47-49 кг свинца и 15 кг олова, служащий для покрытия железных листов горячим способом. Стойкость поверхностей алюминия и его сплавов против соли и морской воды м. б. достигнута гальваническим осаждением на них, после очистки их песчаною струей, последовательных слоев: никеля толщиною в 6 мкм, меди в 20 мкм и затем снова никеля в 50 мкм, после чего поверхность полируется. Стойкость алюминия против 15%- ной натровой щелочи достигается никелевой пленкой в 40 мкм толщиною. В некоторых случаях применяется покрытие не чистым никелем, а сплавом, например никелево-медным; для этого электролиз ведется в ванне, содержащей катионы в соотношении требуемого сплава; осажденная пленка затем переводится в сплав нагреванием изделия до краснокалильного жара.
Контактное никелирование . Стальные предметы, согласно указанию Ф. Штольба (1876 г.), после полировки и надлежащего обезжиривания кипятятся в ванне из 10-15%-ного водного раствора чистого хлористого цинка, к которому добавлено сернокислого никеля до образования зеленой мути от основной никелевой соли. Никелирование длится около 1ч. После этого предмет прополаскивается в воде с мелом, а ванна, после фильтрации и добавки никелевой соли, может применяться вновь. Получающаяся пленка никеля тонка, но держится прочно. Для повышения температуры ванны предложено или вести процесс под давлением (Ф. Штольба,. 1880 г.) или применять ванну с концентрированным раствором хлористого цинка. Во избежание ржавления предметов их выдерживают в течение 12 ч. в известковом молоке. Более сложная ванна для железных предметов, предварительно омедненных в ванне из 250 г сернокислой меди в 23 л воды с несколькими каплями серной кислоты, содержит 20 г винного камня, 10 г нашатыря, 5 г хлористого натрия, 20 г хлорного олова, 30 г сернокислого никеля и 50 г двойной сернокислой никелево-аммониевой соли.
Гальваническое никелирование . Обеднение никелевой ванны м. б. предупреждаемо достаточно легким растворением никелевых анодов. Вальцованные, и в особенности из чистого никеля, аноды растворяются трудно и потому при техническом никелировании пользуются в качестве анодов никелевыми брусками, содержащими до 10% железа. Однако такие аноды ведут к осаждению на предмете железа, а наличие железа в никелевой пленке влечет за собой целый ряд пороков никелирования. Как указано Калгане и Гаммоге (1908 г.), невозможно получить при анодах с железом осадок, вполне свободный от последнего. Но осадок никеля будет содержать уже только 0,10-0,14% железа, если в анодах содержание железа снижено до 7,5%; содержание железа в осадке можно еще уменьшить, заключая аноды в тканевые мешки, тогда как вращение электродов ведет к повышенному содержанию железа в осадке и к снижению его выхода. Присутствие железа в никелевой пленке ведет к отложению осадков с постепенно понижающимся содержанием железа и потому неоднородных в отношении механических свойств на различной глубине; К. Энгеман (1911 г.) считает эту неоднородность единственной причиной легкой отщепляемости никелевых пленок. Наличие железа м. б. причиною ряда других пороков никелирования (см. табл.), например, легкости ржавления пленок.
| Порок | Причина возникновения | Мера борьбы |
| Осаждение никеля не происходит, газообразования нет | Источник тока не работает | Проверка и возобновление источника энергии |
| Провода приключены неправильно | Переключение проводов | |
| Ванна слишком холодна | Нагрев ванны до температуры выше 15°С | |
| Ванна слишком кисла | Подливается водный раствор нашатырного спирта или водная взвесь углекислого никеля при непрерывном помешивании и частом испытании на конго-бумагу | |
| Ванна содержит цинк | Ванна делается щелочной посредством углекислого никеля, размешивается в течение нескольких часов, фильтруется и подкисляется 10%-ной серной кислотой | |
| Неполное покрытие предмета никелевой пленкой | Недостаточный ток | Предметы подвешиваются на равных расстояниях от анодов, ванна подогревается не менее как до 20°С |
| Очень глубокие вогнутости поверхности предмета | Устанавливаются небольшие вспомогательные аноды, вводимые в углубления предмета | |
| Щелочность ванны | Осторожное подкисление ванны 10%-ной серной кислотой при помешивании и постоянном испытании лакмусовой бумагой | |
| Легкая отщепляемость белой или же желто-никелевой пленки при полировке | Загрязненность поверхности предметов окислами и жиром | Дополнительная очистка поверхности предметов |
| Слишком большое напряжение (выше 4 V ) | Увеличивают число никелируемых предметов или снижают напряжение до 2,5-3 V | |
| Слишком большая кислотность ванны | Нейтрализация нашатырным спиртом или водной взвесью углекислого никеля | |
| Бедность ванны никелем | Удаление части электролита и добавка никелевой соли, пока ванна не станет нормального зеленого цвета | |
| Несоответственные вязкость и поверхностное натяжение ванны | Добавка глицерина или амилового спирта, или растительных отваров, или других коллоидов | |
| Выделение водородных ионов | Добавка окислителей или поглотителей водорода; применение несимметричного переменного тока | |
| Несоответственная подготовка поверхности предметов | Сообщение поверхностям шероховатости, механически или химически, покрытие их тонким слоем никеля из горячего раствора хлористого никеля или холодного концентрированного раствора этило-сернокислого никеля | |
| Отставание никелевой пленки или разрыв ее при изгибе и растяжении предметов | Присутствие капиллярных прослоек электролита | Просушка и нагрев предметов до 250-270°С |
| Недостаточная обрабатываемость листов, покрытых толстым слоем никеля | Вероятно та же | Промывка, просушка без доступа воздуха и наконец, нагрев до слабого краснокалильного жара |
| Поверхность в ямочках и пленка пронизана бесчисленными порами | Пыль и частички волокон, плавающие в ванне | Ванну кипятят, фильтруют и устанавливают в ней правильную реакцию |
| Образование газовых пузырьков | Постукивание по токоведущему стержню. Пузырьки удаляют; устанавливают слабокислую реакцию | |
| Грубость и неровность поверхности | Выделение водорода | Введение связывающего водород свободного хлора в газообразном виде временами пропускаемой струей или в водном растворе; с несколько меньшим успехом хлор м. б. заменен бромом; весьма рекомендуется добавление раствора хлористого кобальта |
| Недостаточная гибкость пленки | Высокое сопротивление ванны | Добавка соли натрия |
| Желтизна пленки; поверхность становится матовой, а затем получает желтый и тёмно-жёлтый цвет | Наличие примесей железа в ванне, содержание которых повышается в старых ваннах | Избегать старых ванн, не слишком двигать ванны, работать со слабыми токами |
| Чернота пленка, темные полосы в местах отставания при правильной плотности тока | Содержание в ванне посторонних металлов (до 1%) | Удаление посторонних металлов |
|
Недостаток проводящих солей |
Добавление проводящих солей в количестве 2-3 кг на 100 л ванны: нашатырь, хлористый калий и хлористый натрий дают повышение проводимости на 84,31 и 18% соответственно | |
| Бедность ванны солью никеля | Добавка никелевой соли | |
| Загар поверхности | Слишком большая проводимость ванны из-за чрезмерной крепости ее | Контроль концентрации ванны (например, постоянства плотности в 5° Вẻ) и плотности тока |
| Образование полос | Загрязнения, производимые полировальным кругом в небольших углублениях | Устранение затруднительно; достигается до известной степени мгновенным погружением в котел со щелоком или механической протиркой предметов |
| Изменения концентрации и возникновение потоков жидкости | Уменьшение плотности тока и повышение температуры ванны | |
| Образование пятен | Недостаточная очистка готовых отникелированных изделий | Тщательная промывка в проточной воде изделий после никелирования, затем погружение в кипящую вполне чистую воду, отряхивание изделий и просушка в нагретых опилках |
| Непрочное приставание никелевой пленки к железу | Наличие ржавчины | Тщательное освобождение от ржавчины. Гальваническое нанесение промежуточного слоя из цианкалиевой ванны, после чего пленка утолщается в кислой ванне |
Электролитическая ванна для никелирования составляется гл. образом из двойной никелево-аммониевой соли, причем для устранения основных солей добавляют слабые кислоты. Большая кислотность ванны ведет к более твердым пленкам. Необходимо иметь в виду, что технический никелевый купорос не пригоден для ванн, т. к. часто содержит медь; ее следует удалить пропусканием сероводорода через водный раствор купороса. Применяются также хлористые соли, но при сульфатных ваннах осадки тверже, белее и более стойки, чем при хлоридных. Высокое сопротивление никелевой ванны выгодно снижать добавкой различных проводящих солей - особенно нашатыря и хлористого натрия - и нагреванием. Нейтрализация избыточной серной кислоты в старых растворах успешно производится углекислым никелем, который получается из теплого водного раствора сернокислого никеля, осаждаемого содой. Для белизны и гладкости пленок сделано большое количество предложений добавлять к никелевой ванне различные органические кислоты (винную, лимонную и т. д.) и их соли, например, уксусно-, лимонно- и виннокислые соли щелочных и щелочноземельных металлов (Кейт, 1878 г.), пропионовокислый никель, борно-виннокислые соли щелочных металлов. При необходимости получить толстые никелевые осадки предложено добавление борной, бензойной, салициловой, галловой или пирогалловой кислот, и кроме того 10 капель серной, муравьиной, молочной кислоты на 1 л ванны, чтобы предупредить поляризацию на изделии. Как указал Пауелл (1881 г.), прибавка бензойной кислоты (31 г на ванну из 124 г сернокислого никеля и 93 г лимоннокислого никеля в 4,5 л воды) избавляет от необходимости пользоваться химически чистыми солями и кислотами. Осадок никеля имеет хорошие свойства также и при простой ванне из никелево-аммонийного сульфата, но при условии щелочности раствора, что достигается добавкой аммиака. Весьма хорошие осадки получаются из нейтрального раствора фтористо-борнокислого никеля при комнатной температуре (при температуре выше 35°С раствор разлагается с образованием нерастворимой основной соли) и плотности тока 1,1-1,65 А/дм 2 . Приводим несколько рецептов ванн. 1) 50 ч. бисульфита натрия, 4 ч. азотнокислого окисного никеля и 4 ч. концентрированного нашатырного спирта растворяют в 150 ч. воды. 2) 10-12 ч. сернокислого никеля, 4 ч. двойной никелево-аммониевой сернокислой соли, 1-3 ч. борной кислоты, 2 ч. хлористого магния, 0,2-0,3 ч. лимоннокислого аммония, доливается до 100 ч. (всего) воды. Ток плотностью 1,6 А/дм 2 отлагает пленку со скоростью 2 мкм/ч.; повышая температуру до 70°С, можно снизить сопротивление ванны в два-три раза и тем ускорить никелирование. 3) Электролит из 72 г двойной никелево-аммониевой сернокислой соли, 8 г сернокислого никеля, 48 г борной кислоты и 1 л воды особенно благоприятен для мягкости и непористости осадка, т. к. снижает выделение водорода.
Получение никелевых пленок особого вида . 1) Белая пленка по цинку, олову, свинцу и британия-металлу получается в ванне из 20 г двойной никелево-аммониевой сернокислой соли и 20 г углекислого никеля, растворенных в 1 л кипящей воды, и нейтрализованной при 40°С уксусной кислотою; ванна должна поддерживаться нейтральной. 2) Матово-белая пленка получается в ванне из 60 г двойной никелево-аммониевой сернокислой соли, 15 г перекристаллизованного сернокислого никеля, 7,4 г нашатыря, 23 г хлористого натрия и 15 г борной кислоты на 1 л воды; ванна д. б концентрирована до 10° Вẻ; напряжение от 2 до 2,5 V. 3) Черная пленка получается на поверхностях, тщательно обезжиренных или покрытых тонким слоем белого никеля путем электролиза в ванне из 60 г двойной никелево-аммониевой сернокислой соли, 1,5 г роданистого аммония и около 1 г сернокислого цинка на 1 л воды 4) Черная пленка получается также в электролите из 9 г двойной никелево-аммониевой сернокислой соли в 1 л воды с последующей добавкой 22 г роданистого калия, 15 г углекислой меди и 15 г белого мышьяка, предварительно растворенного в углекислом аммонии; глубина черного тона вырастает с содержанием в растворе мышьяка. 5) Глубоко синяя пленка получается в ванне из равных частей двойной и простой сернокислых солей никеля, доведенной до 12° Bẻ, причем на литр добавляют 2 ч. аммиачного отвара лакричного корня; электролиз длится 1 час при 3,5 V, а затем еще 1/2 часа при 1,4 V. 6) Коричневая пленка получается так: электролиз при напряжении 0,75-1 V ведется в ванне из 180 г двойной никелево-аммониевой сернокислой соли и 60 г сернокислого никеля, растворенных в возможно малом количестве кипящей воды, добавленной до 50 см 3 и смешанной затем с растворами 30 г сернокислого никеля и 60 г роданистого натрия, каждый в 0,5 л воды, после чего добавляют раствор до 4,5 л. Полученной пленке черного цвета придают коричневый оттенок, погружая изделие на несколько секунд в ванну из 100,6 г перхлората железа и 7,4 г соляной кислоты в 1 л воды: после промывки и просушки поверхность изделия для закрепления тона лакируют.
Никелирование алюминия и его сплавов . Предложено несколько процессов. 1) Подготовка поверхности алюминиевых изделий состоит в обезжиривании, затем очистке пемзой и наконец погружении в 3%-ный водный раствор цианистого калия; после электролиза в никелевой ванне изделия промываются холодной водой. 2) После промывки 2%-ным раствором цианистого калия изделия погружаются в раствор из 1 г хлористого железа (феррохлорид) на 0,5 л воды и технической соляной кислоты, пока поверхность не станет серебряно-белой, и затем никелируются в течение 5 мин. при напряжении 3 V. 3) Полировка изделий, удаление полировочного состава бензином, выдержка в течение нескольких минут в теплом водном растворе фосфорнокислого натрия, соды и смолы, промывка, погружение на короткое время в смесь из равных частей 66%-ной серной кислоты (содержащей несколько хлористого железа) и 38%-ной азотной кислоты, новая промывка и электролиз в ванне, содержащей никелевую соль, горькую соль и борную кислоту; напряжение 3-3,25 V. 4) По Ж. Канаку и Э. Тассилли: протравка изделия кипящей калиевой щелочью, чистка щеткой в известковом молоке, 0,2%-ная цианкалиевая ванна, ванна из 1 г железа в 500 г соляной кислоты и 500 г воды, промывка, никелирование в ванне из 1 л воды, 500 г хлористого никеля и 20 г борной кислоты при напряжении 2,5 V и плотности тока 1 А/дм 2 , наконец полировка матово-серого осадка. Железная ванна служит для огрубления поверхности алюминия и тем содействует прочности, с какою удерживается пленка на металле. 5) По Фишеру, ванна для никелирования составляется из 50 г сернокислого никеля и 30 г нашатыря в 1 л воды при плотности тока 0,1-0,15 А/дм 2 , за 2-3 часа получается толстый осадок, который обладает высоким блеском после полировки стеариновым маслом и венской известью. 6) Горячая ванна (60°С) составляется из 3400 г двойной никелево-аммониевой сернокислой соли, 1100 г сернокислого аммония и 135 г молочного сахара в 27 л воды. 7) Холодная ванна содержит азотнокислый никель, цианистый калий и фосфорнокислый аммоний.
Контроль никелевой пленки . Распознавание состава металлической пленки на предмете, по Л. Ловитону (1886 г.), может производиться посредством нагревания предмета в наружном пламени бунзеновской горелки: никелевая пленка синеет, получает черный отблеск и сохраняется невредимою; серебро не изменяется в пламени, но чернеет при обработке разбавленным раствором сернистого аммония; наконец оловянное покрытие быстро становится от серо-желтого до серого и исчезает при обработке указанным реагентом. Проверка качества никелевой пленки на железе и меди в отношении пор и изъянов может производиться при помощи т. н. ферроксилового испытания и с особым удобством при помощи ферроксиловой бумаги, покрытой гелем агар-агара с железисто-синеродистым калием и хлористым натрием. Наложенная в смоченном виде на испытуемую поверхность и по прошествии 3-5 мин. закрепленная в воде, эта бумага дает документальное изображение малейших пор, которое м. б. сохраняемо.
Регенерация никеля со старых изделий . Удаление никелевого покрытия с изделий из железа и других неамальгамируемых металлов производится следующими способами: а) парами ртути под вакуумом или под обыкновенным давлением; б) нагреванием обрезков с серой, после чего слой металла легко удаляется молотками; в) нагреванием обрезков с веществами, отдающими серу при высокой температуре) при внезапном охлаждении пленка никеля соскакивает; г) обработкой нагретой до 50-60°С серной или азотной кислотой; железо переходит в раствор, и никель остается почти нерастворенным; однако несмотря на свою простоту этот способ мало применим, т. к. полученный никель сохраняет еще значительное содержание железа, не удаляемое и при повторной обработке кислотою (Т. Флейтман); д) длительным нагреванием при доступе воздуха или водяного пара, после чего обрезки подвергаются механическим ударам и никель отскакивает; е) электролитическим растворением: железный покрываемый никелем предмет делают анодом в ванне, содержащей углекислый аммоний; если покрытие состоит из сплава никеля, то необходимо регулировать напряжение, причем при 0,5 V осаждается медь, а при напряжении большем 2 V - никель; при этом процессе железо не разъедается; ж) железные или стальные обрезки делают анодом в ванне из водного раствора натриевой селитры, тогда как катод состоит из угольной палки; напряжение не должно превосходить 20 V; з) с цинковых кружек никель удаляется электролизом предметов, сделанных анодом в 50°-ной серной кислоте; кислота этой концентрации обладает свойством растворять только никель, серебро и золото, но не другие металлы, если идет ток; напряжение применяется 2-5 V; в качестве катодов служат железные листы, на которых никель осаждается в виде пыли; цинк не растворяется, хотя бы кружки и оставались в электролите долгое время.
Покрывая никелем детали из цветных металлов и стали, повышают их сопротивление воздействию коррозионных процессов и механического износа. Никелирование в домашних условиях доступно каждому и характеризуется несложной технологией.
1 Никелирование металлических поверхностей – азы технологии
Никелирование заключается в нанесении на поверхность обрабатываемого изделия тонкого никелевого покрытия, толщина которого, как правило, составляет 1–50 мкм. Этой операции детали подвергают с целью их защиты или для получения характерного (матово-черного или блестящего) внешнего вида никелируемой поверхности. Покрытие, независимо от оттенка, надежно предохраняет металлические предметы от коррозии на открытом воздухе, в растворах солей, щелочей, слабых органических кислот.
Как правило, никелируют детали, изготовленные из стали или таких металлов и сплавов из них, как медь, алюминий, цинк, реже – титан, марганец, молибден, вольфрам. Нельзя обрабатывать химическим никелированием поверхности изделий из свинца, олова, кадмия, висмута, сурьмы. Никелевые покрытия используют в различных промышленных отраслях для защитно-декоративных и специальных целей или в качестве подслоя.
Эту технологию применяют при восстановлении поверхности изношенных деталей различных механизмов и автомобилей, покрытия измерительного и медицинского инструментов, предметов и изделий домашнего обихода, химической аппаратуры, деталей, эксплуатируемых под незначительными нагрузками в условиях воздействия крепких растворов щелочей или сухого трения. Существует 2 метода нанесения покрытий из никеля – электролитический и химический.
Второй несколько дороже, чем первый, однако позволяет получать равномерное по толщине и качеству покрытие на всей поверхности детали, при условии, если обеспечен доступ раствора ко всем ее участкам. Никелирование в домашних условиях является вполне осуществимой задачей. Перед началом работ изделие тщательно очищают от загрязнений и ржавчины (если есть), обрабатывают мелкой наждачной бумагой, чтобы снять оксидную пленку, промывают водой, затем обезжиривают и еще раз промывают.
2 Секреты увеличения стойкости и срока службы никелевых покрытий
Перед никелированием стали желательно выполнять меднение изделия (покрывать подслоем меди). Эта технология используется в промышленности, как отдельный процесс, а также как подготовительный перед серебрением, хромированием, никелированием. Меднение, предваряющее нанесение других слоев, позволяет выровнять дефекты поверхности и обеспечивает надежность и долговечность внешнего защитного покрытия. Медь держится на стали очень прочно, а другие металлы осаждаются на нее гораздо лучше, чем на чистую сталь. Помимо этого, никелевые покрытия не сплошные и на 1 см2 имеют сквозные (до металла подложки) поры:
- несколько десятков – для однослойных покрытий никелем;
- несколько – для трехслойных.
В результате этого коррозионным процессам подвергается металл подложки, находящийся под никелем, при этом возникают условия, провоцирующие отслаивание защитного покрытия. Поэтому, даже при предварительном омеднении, многослойном никелировании, а особенно при однослойном на чистую сталь, необходима обработка поверхности защитного покрытия из никеля специальными составами, которые закрывают поры. При самостоятельной обработке в домашних условиях возможны следующие способы:
- протереть деталь с покрытием кашицеобразной смесью воды с окисью магния и сразу же погрузить ее на 1–2 минуты в 50 % состав соляной кислоты;
- протереть 2–3 раза поверхность детали легко проникающим смазочным составом;
- сразу после обработки еще не остывшее изделие погрузить в рыбий жир (невитаминизированный, лучше старый, который уже непригоден по прямому назначению).
В двух последних случаях излишки смазки (жира) удаляют с поверхности через сутки бензином. В случае обработки больших поверхностей (молдингов, бамперов автомашин) рыбий жир используют следующим образом. В жаркую погоду им протирают деталь 2 раза с промежутком в 12–14 часов, а через 2 суток удаляют излишки бензином.
3 Электролитическое никелирование в домашних условиях
Этот способ требует подготовки электролита, состав которого следующий:
- 140 г сернокислого никеля;
- 50 г сернокислого натрия;
- 30 г сернокислого магния;
- 5 г поваренной соли (хлористого натрия);
- 20 г борной кислоты;
- 1000 г воды.
Химикаты растворяют по отдельности в воде, полученные растворы фильтруют, после чего смешивают. Готовый электролит наливают в емкость. Для гальванического никелирования необходимы электроды из никеля (аноды), которые опускают в ванну с электролитом (одного электрода недостаточно, так как полученное покрытие будет неравномерным). Между анодами на проволочке подвешивают деталь. Медные проводники, идущие от никелевых пластин, соединяют в одну цепь и подключают к положительному выводу источника постоянного тока, провод от детали – к отрицательному.
Для управления силой тока в цепь включают сопротивление (реостат) и миллиамперметр (прибор). Напряжение источника тока должно быть не больше 6 В, плотность тока необходимо поддерживать на уровне 0,8–1,2 А/дм2 (площади поверхности изделия), температура электролита комнатная 18–25 оC. Ток подают 20–30 минут. За это время образуется никелевый слой толщиной примерно 1 мкм. Затем деталь вынимают, как следует промывают водой и просушивают. Полученное покрытие будет серовато-матового цвета. Чтобы слой никеля приобрел блеск, поверхность детали полируют.
Если нет сернокислого натрия и магния, то берут больше сернокислого никеля, доводя его количество в электролите до 250 г, а также борной кислоты – 30 г, натрия хлористого – 25 г. Никелирование в этом случае проводят при значениях плотности тока в пределах 3–5 А/дм2, раствор нагревают до 50–60 оC.
Недостатки электролитического метода:
- на рельефных, неровных поверхностях никель осаждается неравномерно;
- невозможность нанесения покрытия в глубоких и узких полостях, отверстиях и тому подобного.
4 Химическое никелирование изделий в домашних условиях
Все составы для проведения химического никелирования универсальны – пригодны для обработки любых металлов. Готовят растворы, соблюдая определенную последовательность. В воде растворяют все химреактивы (исключая гипофосфит натрия). Посуда должна быть эмалированная. Затем раствор нагревают, доводя его температуру до рабочей, после чего растворяют гипофосфит натрия. Деталь завешивают в жидком составе, температуру которого поддерживают на необходимом уровне. В 1 л подготовленного раствора возможно провести никелирование изделия, площадь поверхности которого до 2 дм2.
Используют следующие составы растворов, г/л:
- Натрий янтарно-кислый – 15, никель хлористый – 25, натрия гипофосфит – 30 (кислотность раствора pH – 5,5). Рабочая температура смеси – 90–92 °С, скорость наращивания покрытия – 18–25 мкм/ч.
- Никель сернокислый – 25, натрий янтарно-кислый – 15, натрия гипофосфит – 30 (pH – 4,5). Температура – 90 °С, скорость – 15–20 мкм/ч.
- Никель хлористый – 30, кислота гликолевая – 39, натрия гипофосфит – 10 (рН – 4,2). 85–89 °С, 15–20 мкм/ч.
- Никель сернокислый – 21, натрий уксуснокислый – 10, свинца сульфид – 20, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5). 90 °С, до 90 мкм/ч.
- Никель хлористый – 21, натрий уксуснокислый – 10, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5,2). 97 °С, до 60 мкм/ч.
- Никель хлористый – 30, кислота уксусная – 15, свинца сульфид – 10–15, натрия гипофосфит – 15 (pH – 4,5). 85–87 °С, 12–15 мкм/ч.
- Никель хлористый – 30, аммоний хлористый – 30, натрий янтарно-кислый – 100, аммиак (25 % раствор) – 35, натрия гипофосфит – 25 (pH – 8–8,5). 90 °С, 8–12 мкм/ч.
- Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий лимоннокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8,5). 90°С, 18–20 мкм/ч.
- Никель сернокислый – 30, аммоний сернокислый – 30, натрия гипофосфит – 10 (pH – 8,2–8,5). 85 °С, 15–18 мкм/ч.
- Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий уксуснокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8–9). 88–90 °С, 18–20 мкм/ч.
По истечении нужного времени изделие промывают в воде, содержащей небольшое количество распущенного мела, затем просушивают и полируют. Полученное таким способом покрытие сталь и железо держат достаточно прочно.
В основе химического процесса никелирования лежит реакция, при которой никель восстанавливается из раствора солей на его основе в присутствии гипофосфита натрия и при помощи остальных химических реактивов. Применяемые составы делят на щелочные (уровень pH превышает 6,5) и кислые (показатель рН составляет 4–6,5). Последние лучше использовать для обработки черных металлов, меди, латуни, а щелочные предназначены для никелирования .
Использование кислых составов позволяет получать на полированном изделии более гладкую, равномерную поверхность, чем с помощью щелочных. У кислых растворов есть и другая немаловажная особенность – вероятность их саморазряда при превышении значений рабочей температуры меньше, чем у щелочных. Никелирование, своими руками выполненное, с использованием щелочных составов гарантирует более прочное и надежное сцепление слоя никеля с металлом, на который произведено его нанесение.
Никелирование применяется в машиностроении, приборостроении н других отраслях промышленности. Никелем покрывают детали из стали и цветных металлов для защиты их от коррозии, декоративной отделки, повышения сопротивления механическому износу. Благодаря высокой коррозионной стойкости в растворах щелочей никелевые покрытия применяют для защиты химических аппаратов от щелочных растворов. В пищевой промышленности никель может заменять оловянные покрытия. В оптической промышленности получил распространение процесс черного никелирования
При электрохимическом осаждении никеля на катоде протекают два основных процесса: Ni 2+ + 2e - → Ni и 2Н + + 2е - → Н 2 .
В результате разряда ионов водорода концентрация их в прикатодном слое снижается, т. е. электролит защелачивается. При этом могут образовываться основные соли никеля, которые влияют на структуру н механические свойства никелевого покрытия. Выделение водорода вызывает также питтинг - явление, при котором пузырьки водорода, задерживаясь на поверхности катода, препятствуют разряду ионов никеля в этих местах. На покрытии образуются ямки и осадок теряет декоративный вид. В борьбе с питтингом применяют вещества, которые снижают поверхностное натяжение на границе металл - раствор.
При анодном растворении никель легко пассивируется. При пассивации анодов в электролите уменьшается концентрация ионов никеля и быстро растет концентрация ионов водорода, что приводит к падению выхода по току и ухудшению качества осадков. Для предупреждения пассивирования анодов в электролиты никелирования вводят активаторы. Такими активаторами являются ионы хлора, которые вводят в электролит в виде хлористого никеля или хлористого натрия.
Будьте внимательны! Компания «ЛВ-Инжиниринг» не предоставляет услуги по нанесению гальванических покрытий! Наша организация осуществляет проектирование гальванических производств, изготовление гальванических ванн и линий из полипропилена, монтаж и пусконаладочные работы по данному направлению.
Сернокислые электролиты никелирования
Сернокислые электролиты никелирования получили наибольшее распространение. Эти электролиты устойчивы в работе, при правильной эксплуатации они могут использоваться в течение нескольких лет без замены. Состав некоторых электролитов и режимы никелирования:
| Состав | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 |
| Никель сернокислый | 280-300 | 400-420 | |
| Натрий сернокислый | 50-70 | - | - |
| Магний сернокислый | 30-50 | 50-60 | - |
| Кислота борная | 25-30 | 25-40 | 25-40 |
| Натрий хлористый | 5-10 | 5-10 | - |
| Натрий фтористый | - | - | 2-3 |
| Температура, °C | 15-25 | 30-40 | 50-60 |
| Плотность тока. А/дм 2 | 0,5-0,8 | 2-4 | 5-10 |
| pH | 5,0-5,5 | 3-5 | 2-3 |
Сернокислый натрий и сернокислый магний вводят в электролит для повышения электропроводности раствора. Проводимость растворов натрия выше, но в присутствии сернокислого магния получаются более светлые, мягкие и легко полируемые осадки.
Никелевый электролит очень чувствителен даже к небольшим изменениям кислотности. Для поддержания величины рН в требуемых пределах необходимо применять буферные соединения. В качестве такого соединения, препятствующего быстрому изменению кислотности электролита, применяют борную кислоту.
Для облегчения растворения анодов в ванну вводят хлористые соли натрия.
Для приготовления сернокислых электролитов никелирования необходимо растворить в отдельных емкостях в горячей воде все компоненты. После отстаивания растворы фильтруют в рабочую ванну. Растворы перемешивают, проверяют рН электролита и при необходимости корректируют 3%-ным раствором едкого натра или 5%-иым раствором серной кислоты. Затем электролит доводят водой до требуемого объема. При наличии примесей необходимо перед началом эксплуатации электролита произвести его проработку, так как никелевые электролиты чрезвычайно чувствительны к посторонним примесям как органическим, так и неорганическим.
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Дефекты при эксплуатации сернокислых электролитов никелирования и способы их устранения
| Дефект | Причина дефекта | Способ устранения |
| Никель не осаждается. Обильное выделение водорода | Низкое значение рН | Откорректировать рН 3%-иым раствором едкого натра |
| Частичное покрытие никелем | Плохое обезжиривание деталей | Улучшить подготовку |
| Неправильное расположение анодов | Равномерно распределить аноды | |
| Детали взаимно экранируют друг друга | Изменить расположение деталей в ванне | |
| Покрытие имеет серый цвет | Наличие в электролите солей меди | Очистить электролит от меди |
| Хрупкое, растрескивающееся покрытие | Обработать электролит активированным углем и проработать током | |
| Наличие примесей железа | Очистить электролит от железа | |
| Низкое значение рН | Откорректировать рН | |
| Образование питтинга | Загрязнение электролита органическими соединениями | Проработать электролит |
| Низкое назначение рН | Откорректировать рН | |
| Слабое перемешивание | Усилить перемешивание | |
| Появление черных или коричневых полос на покрытии | Наличие примесей цинка | Очистить электролит от цинка |
| Образование дендритов на кромках деталей | Высокая плотность тока | Снизить плотность тока |
| Чрезмерно продолжительный процесс никелирования | Ввести промежуточный подслой меди или уменьшить время электролиза | |
| Аноды покрыты коричневой или черной пленкой | Высокая анодная плотность тока | Увеличить поверхность анодов |
| Малая концентрация хлористого натрия | Добавить 2-3 г/л хлористого натрия |
При никелировании применяют горячекатаные аноды, а также непассивирующиеся аноды. Применяют также аноды в форме пластинок (карточек), которые загружают в зачехленные титановые корзины. Карточные аноды способствуют равномерному растворению никеля. Во избежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды следует заключать в чехлы из ткани, которые предварительно обрабатывают 2-10%-ным раствором соляной кислоты.
Отношение анодной поверхности к катодной при электролизе 2: 1.
Никелирование мелких деталей осуществляют в колокольных и барабанных ваннах. При никелировании в колокольных ваннах применяют повышенное содержание хлористых солей в электролите для предотвращения пассивации анодов, которая может возникать из-за несоответствия поверхности анодов и катодов, вследствие чего концентрация никеля в электролите понижается и уменьшается значение рН. Оно может достигнуть таких пределов, при которых вообще прекращается осаждение никеля. Недостатком при работе в колоколах и барабанах является также большой унос электролита с деталями из ванн. Удельные нормы потерь при этом составляют от 220 до 370 мл/м 2 .
Электролиты блестящего никелирования
Для защитно-декоративной отделки деталей широко применяют блестящие и зеркальные никелевые покрытия, получаемые непосредственно из электролитов с блескообразующими добавками. Состав электролита и режим никелирования:
Никель сернокислый - 280-300 г/л
Никель хлористый - 50-60 г/л
Кислота борная - 25-40 г/л
Сахарин 1-2 г/л
1,4-бутиндиол - 0,15-0,18 мл/л
Фталимид 0,02-0,04 г/л
рН = 4-4,8
Температура = 50-60°С
Плотность тока = 3-8 А/дм 2
Для получения блестящих никелевых покрытий используют также электролиты с другими блескообразующими добавками: хлорамина Б, пропаргилового спирта, бензосульфамида и др.
При нанесении блестящего покрытия необходимо интенсивное перемешивание электролита сжатым воздухом желательно в сочетании с качанием катодных штанг, а также непрерывная фильтрация электролита,
Электролит приготовляют следующим образом. В дистиллированной или деионизированной горячей (80-90°С) воде растворяют при перемешивании сернокислый и хлористый никель, борную кислоту. Доведенный водой до рабочего объема электролит подвергают химической и селективной очистке. Для удаления меди и цинка электролит подкисляют серной кислотой до рН 2-3 завешивают катоды большой площади из рифленой стали и прорабатывают электролит в течение суток при температуре 50-60°С, перемешивая сжатым воздухом. Плотность тока 0,1-0,3 А/дм 2 . Затем рН раствора доводят до 5,0-5,5, после чего в него вводят перманганат калия (2 г/л) или 30%-ный раствор перекиси водорода (2 мл/л).
Раствор перемешивается в течение 30 мин, добавляют 3 г/л активированного угля, обработанного серной кислотой, и перемешивают электролит 3-4 с помощью сжатого воздуха. Раствор отстаивается 7-12 ч, затем фильтруется в рабочую ванну.
В очищенный электролит вводят блескообразователи: сахарин и 1,4-бутиндиол непосредственно, фталимид - предварительно растворив в небольшом количестве электролита, подогретого до 70-80° С. Доводят рН до требуемого значения и приступают к работе. Расход блескообразователей при корректировании электролита составляет: сахарин 0,01-0,012 г/(А.ч); 1,4-бутнндиол (35%-ный раствор) 0,7-0,8 мл/(А.ч); фталимид 0,003-0,005 г/(А.ч).
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 2.
Таблица 2. Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения
| Дефект | Причина дефекта | Способ устранения |
|
Недостаточный блеск покрытия |
Мала концентрация блескообразователей | Ввести блескообразователи |
| Не выдерживается заданная плотность тока и рН | Отрегулировать плотность тока и рН | |
|
Темный цвет покрытия и/или темные пятна |
В электролите имеются примеси тяжелых металлов | Произвести селективную очистку электролита при низкой плотности тока |
| Питтинг | Наличие в электролите примесей железа | Очистить электролит и ввести антипиттинговую добавку |
| Недостаточное перемешивание | Увеличить воздушное перемешивание | |
| Низкая температура электролита | Повысить температуру электролита | |
| Хрупкие осадки | Загрязнение электролита органическими соединениями | Очистить электролит активированным углем |
| Пониженное содержание 1,4-бутиндиола | Ввести добавку 1,4-бутиндиола |
Мы переехали в новый офис - соседнее здание. Обращайте внимание на схему проезда в разделе контактов.
Вакуумные покрытия временно не наносим
В связи с модернизацией участка вакуумных покрытий, работы по вакуумным напылениям временно не выполняем.
Сертификат ISO 9000
Система менеджмента качества на нашем предприятии соответствует ISO 9000
Нанесение нитрида титана
Наносим вакуумным напылением нитрид титана (TiN) на изделия габаритами до 2500х2500х2500 мм.
Латунирование и бронзирование
Появилась возможность выполнения работ по декоративному нанесению латуни и бронзы
Хорошая новость! Мы переехали!
В связи с долгожданным расширением производства, мы переехали на новую площадку в г. Балашиха. Для вашего удобства - появилась возможность осуществлять забор/доставку деталей нашим автотранспортом!
Партнеры
Н - Никелирование
- Шифры наносимых покрытий: Н, Н.б., Хим.Н.тв, Хим.Н, Н.м.ч.
- Обрабатываемые стали: любые, в том числе алюминиевые и титановые сплавы
- Габариты изделий: до 1000х1000х1000 мм. Масса до 3 т.
- Нанесение покрытий на изделия любой сложности
- ОТК, паспорт качества, работа в рамках ГОЗ
Общая информация
Никелирование - это процесс гальванического или химического нанесения никеля толщиной от 1 мкм до 100 мкм.
Никелевые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью, высокой твёрдостью и хорошими декоративными свойствами.
Температура плавления никеля: 1445° С
Микротвёрдость никелевых покрытий: до 500 HV (хим. 800 HV)
Области применения деталей с никелевым покрытием зависят от того, используется ли никелевое покрытие в качестве финишного, или же никелевое покрытие выступает подслоем (подложкой) для нанесения других гальванических покрытий.
Никелевые покрытия могут быть нанесены практически на все металлы.
Основные области применения гальванического и химического никелирования:
Использование никеля как самостоятельного покрытия
- В декоративных целях.
Никелевые покрытия обладают хорошим зеркальным блеском и практически не тускнеют на воздухе. Покрытия хорошо переносят эксплуатацию в атмосферных условиях благодаря высокой коррозионной стойкости. Часто никелем покрывают декоративные изделия, ограждения, оборудование и инструмент. - В технических целях.
Для защиты от коррозии электрических контактов или механизмов, эксплуатирующихся во влажной среде, а также в качестве покрытия под пайку. В оптической промышленности получил распространение процесс черного никелирования.
- В качестве замены хромированию.
В ряде случаев возможна замена хромовых покрытий на никелевые, из-за технологических сложностях нанесения хрома на изделия со сложной геометрией поверхности. Если свойства покрытия и режимов нанесения выбраны правильно, разница в ресурсе изделий с покрытием может быть практически незаметна (узлы и детали различного назначения, в том числе и для пищевой промышленности)
Использование никеля в сочетании с другими гальванопокрытиями
- При нанесении многослойных защитно-декоративных покрытий.
Как правило, в сочетании с медью и хромом (меднение, никелирование, хромирование) и другими металлами в качестве промежуточного слоя для повышения блеска хромового покрытия, а также для коррозионной защиты и предохранения от диффузии меди через поры хрома на поверхность, что может приводить через короткое время к появлению рыжих пятен на хромовом покрытии.
Примеры деталей с никелированием
Технология никелирования
При электрохимическом осаждении никеля на катоде протекают два основных процесса: Ni 2+ + 2e - → Ni и 2Н + + 2е - → Н 2 .
В результате разряда ионов водорода концентрация их в прикатодном слое снижается, т. е. электролит защелачивается. При этом могут образовываться основные соли никеля, которые влияют на структуру н механические свойства никелевого покрытия. Выделение водорода вызывает также питтинг - явление, при котором пузырьки водорода, задерживаясь на поверхности катода, препятствуют разряду ионов никеля в этих местах. На покрытии образуются ямки и осадок теряет декоративный вид.
В борьбе с питтингом применяют вещества, которые снижают поверхностное натяжение на границе металл - раствор.
При анодном растворении никель легко пассивируется. При пассивации анодов в электролите уменьшается концентрация ионов никеля и быстро растет концентрация ионов водорода, что приводит к падению выхода по току и ухудшению качества осадков. Для предупреждения пассивирования анодов в электролиты никелирования вводят активаторы. Такими активаторами являются ионы хлора, которые вводят в электролит в виде хлористого никеля или хлористого натрия.
Сернокислые электролиты никелирования получили наибольшее распространение. Эти электролиты устойчивы в работе, при правильной эксплуатации они могут использоваться в течение нескольких лет без замены. Состав некоторых электролитов и режимы никелирования:
| Состав | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 |
| Никель сернокислый | 280-300 | 400-420 | |
| Натрий сернокислый | 50-70 | - | - |
| Магний сернокислый | 30-50 | 50-60 | - |
| Кислота борная | 25-30 | 25-40 | 25-40 |
| Натрий хлористый | 5-10 | 5-10 | - |
| Натрий фтористый | - | - | 2-3 |
| Температура, °C | 15-25 | 30-40 | 50-60 |
| Плотность тока. А/дм 2 | 0,5-0,8 | 2-4 | 5-10 |
| pH | 5,0-5,5 | 3-5 | 2-3 |
Сернокислый натрий и сернокислый магний вводят в электролит для повышения электропроводности раствора. Проводимость растворов натрия выше, но в присутствии сернокислого магния получаются более светлые, мягкие и легко полируемые осадки.
Никелевый электролит очень чувствителен даже к небольшим изменениям кислотности. Для поддержания величины рН в требуемых пределах необходимо применять буферные соединения. В качестве такого соединения, препятствующего быстрому изменению кислотности электролита, применяют борную кислоту.
Для облегчения растворения анодов в ванну вводят хлористые соли натрия.
Для приготовления сернокислых электролитов никелирования необходимо растворить в отдельных емкостях в горячей воде все компоненты. После отстаивания растворы фильтруют в рабочую ванну. Растворы перемешивают, проверяют рН электролита и при необходимости корректируют 3%-ным раствором едкого натра или 5%-иым раствором серной кислоты. Затем электролит доводят водой до требуемого объема.
При наличии примесей необходимо перед началом эксплуатации электролита произвести его проработку, так как никелевые электролиты чрезвычайно чувствительны к посторонним примесям как органическим, так и неорганическим.
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Дефекты при эксплуатации сернокислых электролитов никелирования и способы их устранения
| Дефект | Причина дефекта | Способ устранения |
| Никель не осаждается. Обильное выделение водорода | Низкое значение рН | Откорректировать рН 3%-иым раствором едкого натра |
| Частичное покрытие никелем | Плохое обезжиривание деталей | Улучшить подготовку |
| Неправильное расположение анодов | Равномерно распределить аноды | |
| Детали взаимно экранируют друг друга | Изменить расположение деталей в ванне | |
| Покрытие имеет серый цвет | Наличие в электролите солей меди | Очистить электролит от меди |
| Хрупкое, растрескивающееся покрытие | Обработать электролит активированным углем и проработать током | |
| Наличие примесей железа | Очистить электролит от железа | |
| Низкое значение рН | Откорректировать рН | |
| Образование питтинга | Загрязнение электролита органическими соединениями | Проработать электролит |
| Низкое назначение рН | Откорректировать рН | |
| Слабое перемешивание | Усилить перемешивание | |
| Появление черных или коричневых полос на покрытии | Наличие примесей цинка | Очистить электролит от цинка |
| Образование дендритов на кромках деталей | Высокая плотность тока | Снизить плотность тока |
| Чрезмерно продолжительный процесс никелирования | Ввести промежуточный подслой меди или уменьшить время электролиза | |
| Аноды покрыты коричневой или черной пленкой | Высокая анодная плотность тока | Увеличить поверхность анодов |
| Малая концентрация хлористого натрия | Добавить 2-3 г/л хлористого натрия |
При никелировании применяют горячекатаные аноды, а также непассивирующиеся аноды. Применяют также аноды в форме пластинок (карточек), которые загружают в зачехленные титановые корзины. Карточные аноды способствуют равномерному растворению никеля. Во избежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды следует заключать в чехлы из ткани, которые предварительно обрабатывают 2-10%-ным раствором соляной кислоты.
Отношение анодной поверхности к катодной при электролизе 2: 1.
Никелирование мелких деталей осуществляют в колокольных и барабанных ваннах. При никелировании в колокольных ваннах применяют повышенное содержание хлористых солей в электролите для предотвращения пассивации анодов, которая может возникать из-за несоответствия поверхности анодов и катодов, вследствие чего концентрация никеля в электролите понижается и уменьшается значение рН. Оно может достигнуть таких пределов, при которых вообще прекращается осаждение никеля. Недостатком при работе в колоколах и барабанах является также большой унос электролита с деталями из ванн. Удельные нормы потерь при этом составляют от 220 до 370 мл/м 2 .
Для защитно-декоративной отделки деталей широко применяют блестящие и зеркальные никелевые покрытия, получаемые непосредственно из электролитов с блескообразующими добавками. Состав электролита и режим никелирования:
Никель сернокислый - 280-300 г/л
Никель хлористый - 50-60 г/л
Кислота борная - 25-40 г/л
Сахарин 1-2 г/л
1,4-бутиндиол - 0,15-0,18 мл/л
Фталимид 0,02-0,04 г/л
рН = 4-4,8
Температура = 50-60°С
Плотность тока = 3-8 А/дм 2
Для получения блестящих никелевых покрытий используют также электролиты с другими блескообразующими добавками: хлорамина Б, пропаргилового спирта, бензосульфамида и др.
При нанесении блестящего покрытия необходимо интенсивное перемешивание электролита сжатым воздухом желательно в сочетании с качанием катодных штанг, а также непрерывная фильтрация электролита,
Электролит приготовляют следующим образом. В дистиллированной или деионизированной горячей (80-90°С) воде растворяют при перемешивании сернокислый и хлористый никель, борную кислоту. Доведенный водой до рабочего объема электролит подвергают химической и селективной очистке.
Для удаления меди и цинка электролит подкисляют серной кислотой до рН 2-3 завешивают катоды большой площади из рифленой стали и прорабатывают электролит в течение суток при температуре 50-60°С, перемешивая сжатым воздухом. Плотность тока 0,1-0,3 А/дм 2 . Затем рН раствора доводят до 5,0-5,5, после чего в него вводят перманганат калия (2 г/л) или 30%-ный раствор перекиси водорода (2 мл/л).
Раствор перемешивается в течение 30 мин, добавляют 3 г/л активированного угля, обработанного серной кислотой, и перемешивают электролит 3-4 с помощью сжатого воздуха. Раствор отстаивается 7-12 ч, затем фильтруется в рабочую ванну.
В очищенный электролит вводят блескообразователи: сахарин и 1,4-бутиндиол непосредственно, фталимид - предварительно растворив в небольшом количестве электролита, подогретого до 70-80° С. Доводят рН до требуемого значения и приступают к работе. Расход блескообразователей при корректировании электролита составляет: сахарин 0,01-0,012 г/(А.ч); 1,4-бутнндиол (35%-ный раствор) 0,7-0,8 мл/(А.ч); фталимид 0,003-0,005 г/(А.ч).
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 2.
Таблица 2. Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения
| Дефект | Причина дефекта | Способ устранения |
|
Недостаточный блеск покрытия |
Мала концентрация блескообразователей | Ввести блескообразователи |
| Не выдерживается заданная плотность тока и рН | Отрегулировать плотность тока и рН | |
|
Темный цвет покрытия и/или темные пятна |
В электролите имеются примеси тяжелых металлов | Произвести селективную очистку электролита при низкой плотности тока |
| Питтинг | Наличие в электролите примесей железа | Очистить электролит и ввести антипиттинговую добавку |
| Недостаточное перемешивание | Увеличить воздушное перемешивание | |
| Низкая температура электролита | Повысить температуру электролита | |
| Хрупкие осадки | Загрязнение электролита органическими соединениями | Очистить электролит активированным углем |
| Пониженное содержание 1,4-бутиндиола | Ввести добавку 1,4-бутиндиола |
Многослойное никелирование применяется для повышения коррозионной стойкости никелевых покрытий по сравнению с однослойными покрытиями.
Это достигается последовательным осаждением слоев никеля из нескольких электролитов с различными физико-химическими свойствами покрытия. К многослойным никелевым покрытиям относятся: би-никель, три-никель, сил-никель.
Коррозионная стойкость покрытий би-никель в 1,5-2 паза выше однослойных покрытий. Их целесообразно применять вместо однослойных матовых и блестящих никелевых покрытий.
Для достижения высокой коррозионной стойкости первый слои никеля (матовый или полублестящий), составляющий не менее 1/2 - 2/3 общей толщины покрытия осажденный из стандартного электролита, практически не содержит серы. Второй слой никеля осаждают из электролита блестящего никелирования; сера, содержащаяся в органических блескообразователях, входит в состав никелевого покрытия, при этом электродный потенциал второго блестящего слоя сдвигается на 60-80 мВ в сторону электроотрицательных значений по отношению к первому слою. Таким образом, блестящий слои никеля становится анодом в гальванической паре и защищает первый слой от коррозии.
Трехслойное никелирование обладает самой высокой коррозионной стойкостью. При этом методе после осаждения первого слоя никеля из того же электролита, что и при двухслойном никелировании, осаждается средний слой никеля из электролита, в состав которого входит специальная серосодержащая добавка, обеспечивающая включение большого количества серы (0,15-0,20%) в состав промежуточного слоя никеля. Затем наносится третий верхний слой из электролита для получения блестящих покрытий. При этом промежуточный слой, приобретая самый электроотрицательный потенциал, предохраняет контактирующие с ним слои никеля от коррозии.
В автомобильной промышленности применяют двухслойное никелирование типа сил-никель. Первый слой никеля наносится из электролита блестящего никелирования. Затем детали переносят во второй электролит, где происходит осаждение сил-никеля. В состав этого электролита вводят токонепроводящий высокодисперсный порошок каолина в количестве 0,3-2,0 г/л. Температура 50-60°С, плотность тока 3-4 А/дм 2 . Процесс ведут без непрерывной фильтрации. Для обеспечения равномерного распределения частиц каолина по всему объему электролита применяют интенсивное воздушное перемешивание. Слой сил-никеля повышает износостойкость покрытия и обладает высокой коррозионной стойкостью.
Сил-никель применяют как последний слой перед хромом в защитно-декоративном покрытии. Вследствие высокой дисперсности инертных частиц тонкий слой сил-никеля (1-2 мкм) не меняет декоративного вида блестящей никелированной поверхности, а при последующем хромировании позволяет получить микропористый хром, что увеличивает коррозионную стойкость покрытия.
Снятие дефектных никелевых покрытий производится анодным растворением никеля в электролите, состоящем из серной кислоты, разбавленной до плотности 1,5-1,6.103 кг/м 3 . Температура 15-25°С, анодная плотность тока 2-5 А/дм 2 .
Наряду с электролитическим никелированием широко применяют процесс химического никелирования, основанный на восстановлении никеля из водных растворов с помощью химического восстановителя. В качестве восстановителя используют гипофосфит натрия.
Химическое никелирование применяют для покрытия никелем деталей любой конфигурации. Химически восстановленный никель обладает высокой коррозионной стойкостью, большой твердостью и износостойкостью, которые могут быть значительно повышены при термической обработке (после 10-15 мин нагрева при температуре 400°С твердость химически осажденного никеля повышается до 8000 МПа). При этом возрастает и прочность сцепления. Никелевые покрытия, восстановленные гипофосфитом, содержат до 15% фосфора. Восстановление никеля гипофосфитом протекает по реакции NiCl 2 + NaH 2 PO 2 + H 2 O → NaH 2 PO 3 + 2HCl + Ni.
Одновременно происходит гидролиз гппофосфита натрия. Степень полезного использования гппофосфита принимают около 40%.
Восстановление никеля из его солей гипофосфитом самопроизвольно начихается только на металлах группы железа, которые катализируют этот процесс. Для покрытия других каталитически неактивных металлов (например, меди, латуни) необходим контакт этих металлов в растворе с алюминием или другими более электроотрицательными, чем никель, металлами. Для этой цели используют активирование поверхности обработкой в растворе хлористого палладия (0,1-0,5 г/л) в течение 10-60 с. На некоторых металлах, таких, как свинец, олово, цинк, кадмий, никелевое покрытие не образуется даже при использовании методой контактирования и активирования.
Химическое осаждение никеля возможно как из щелочных, так и из кислых растворов. Щелочные растворы характеризуются высокой стабильностью и простотой корректировки. Состав раствора и режим никелирования:
Никель хлористый - 20-30 г/л
Натрия гипофосфит - 15-25 г/л
Натрий лимоннокислый - 30-50 г/л
Аммоний хлористый 30-40 г/л
Аммиак водный, 25-% - 70-100 мл/л
рН = 8-9
Температура = 80-90°С
Покрытия, полученные в кислых растворах, отличаются меньшей пористостью, чем из щелочных растворов (при толщине выше 12 мкм покрытия практически беспористые). Из кислых растворов химического никелирования рекомендуется следующий состав (г/л) и режим никелирования:
Никель сернокислый - 20-30 г/л
Натрий уксуснокислый - 10-20 г/л
Натрия гипофосфит - 20-25 г/л
Тиомочевина 0,03 г/л
Кислота уксусная (ледяная) - 6-10 мл/л
рН = 4,3-5,0
Температура = 85-95°С
Скорость осаждения = 10-15 мкм/ч
Химическое никелирование осуществляют в стеклянных, фарфоровых или железных эмалированных ваннах. В качестве материала подвесок применяют углеродистую сталь.
В последнее время химическим путем наносят покрытие сплава никель-бор с использованием в качестве восстановителя борсодержащих соединений — борогидрида натрия и диметилбората, которые обладают более высокой восстановительной способностью по сравнению с гипофосфитом.
Полученные покрытия сплавом никель-бор имеют высокую износостойкость и твердость.
Для оценки стоимости работ, просьба выслать запрос на электронную почту
[email protected]
К запросу желательно приложить чертёж или эскиз изделий, а также указать количество деталей.
В разделе цен указана стоимость никелирования изделий
Наибольшее распространение нашли химические покрытия никелем, медью, серебром, палладием, кобальтом и реже оловом, хромом и другими металлами.
Химическое никелирование. Восстановление ионов никеля из растворов происходит за счет окисления гипофосфита по суммарной реакции
H 2 PO - 2 +H 2 O + Ni 2+ = H 2 PO - 3 + 2Н + + Ni.
При этом восстановление может протекать следующим образом:
NiCl 2 + NaH 2 PO 2 + H 2 O = Ni + 2HCl + NaH 2 PO 3
NaH 2 PO 3 + Н 2 O = NaH 2 PO 3 + Н 2
или Н 2 РO - 2 = РO - 2 + 2Н +
(разложение гипофосфита)
Ni 2+ +2H = Ni + 2H +
(восстановление никеля).
Выделяющийся водород восстанавливает также фосфит до фосфора, поэтому никелевое покрытие содержит 6 — 8% фосфора, который во многом определяет его специфические свойства (табл. 24).
24. Свойства химического и гальванического покрытия никелем
Несмотря на то, что никель, осажденный химическим способом, обладает значительной коррозионной стойкостью, он не может быть применен для защиты от коррозии в среде азотной и серной кислот. После термической обработки такой никель имеет твердость HV 1000-1025.
В основном технологический процесс никелирования сводится к следующему. Детали из стали, меди и ее сплавов подготовляют так же, как и под гальванические покрытия.
Никелирование ведут в растворе следующего состава (г/л):
Никель сернокислый 20
Гипофосфит натрия 25
Натрий уксуснокислый 10
Тиомочевина (или малеиновый ангидрид) 0,003 (1,5 — 2)
Температура 93 ± 5°С, скорость осаждения 18 мкм/ч (при 90°С и плотности загрузки 1 дм 2 /л), рН = 4,1 ÷ 4,3.
Детали в процессе никелирования необходимо встряхивать. Допускается замена тиомочевины малеиновым ангидридом в количестве 1,5 — 2 г/л.
Для инициирования осаждения никеля на деталях из меди и ее сплавов необходимо обеспечить их контакт со сталью или алюминием. Процесс ведут в фарфоровых емкостях или стальных, футерованных полиэтиленовой пленкой, а также в емкостях из силикатного стекла.
При скоростном осаждении и при большой плотности загрузки деталей несложного профиля рекомендуется применять раствор следующего состава (в г/л):
Никель сернокислый 60
Гипофосфит натрия 25
Натрий уксуснокислый 12
Кислота борная 8
Аммоний хлористый 6
Тиомочевина 0,003
Температура раствора 93 ± 5°С, скорость осаждения 18 мкм/ч (при 90°С и плотности загрузки 3 дм 2 /л), рН = 5,6 ÷ 5,7.
После химического никелирования детали промывают в уловителе, затем в проточной холодной и горячей воде, сушат при 90 ± 10°С в течение 5 — 10 мин и термически обрабатывают при 210 ± 10°С в течение 2 ч (с целью снятия внутренних напряжений и повышения прочности сцепления с основой). Далее в зависимости от условий эксплуатации детали покрывают лаком, обрабатывают гидрофобной жидкостью (ГКЖ и др.) или без обработки подают на сборку.
Основными причинами некачественного покрытия при химическом никелировании являются:
1) самопроизвольное осаждение никеля в виде черных точек из-за плохой очистки ванн, наличия следов никеля или других очагов кристаллизации на дне и стенках ванны, а также из-за перегрева раствора;
2) наличие непокрытых мест на деталях сложной конфигурации из-за образования газовых пузырей и неравномерного омывания деталей раствором;
3) частичное отложение никеля на внутренней поверхности ванны из-за касания деталями стенок или дна ванны в процессе никелирования;
4) снижение кислотности раствора (растрескивающееся, хрупкое покрытие);
5) увеличение кислотности раствора (покрытие грубое и шероховатое).
Значение рН корректируют, добавляя 10%-ный раствор уксусной кислоты или едкого натра.
Детали из кремния никелируют в щелочных растворах следующего состава (в г/л):
Хлорид никеля 30
Гипофосфит натрия 10
Цитрат натрия 100
Хлорид аммония 50
Скорость осаждения 8 мкм/ч, рН = 8÷10 (за счет введения NH 4 OH).
Порядок химического никелирования керамики: обезжиривание в щелочных растворах и химическое растравливание поверхности (смесь серной и плавиковой кислот), сенсибилизация в растворе (150 г/л) гипофосфита натрия при 90°С, никелирование в щелочной ванне. Толщина покрытий деталей в зависимости от условий их эксплуатации указана в табл. 25.
25. Значения толщины покрытий в зависимости от условий эксплуатации
Так, при рН = 5,5 в осадках содержится 7,5% фосфора, а при рН = 3,5 14,6%. Повышение твердости покрытия до 1100-1200 кгс/мм 2 при 200-300°С вызывается выделением фазы Ni 3 P, которая кристаллизуется в тетрагональной системе с постоянной кристаллической решетки а = b = 8,954. 10 -10 м и с=4,384.10 -10 м. Максимум твердости никеля соответствует 750°С. Модуль упругости при этом составляет 19000 кгс/мм 2 . Предел прочности при растяжении равен 45 кгс/мм 2 (при 20°С) и 55 кгс/мм 2 после термообработки при 200°С в течение 1 ч. Коэффициент трения покрытия (при нагрузке > 10 кгс) после его нанесения такой же, как и блестящего хрома. Удельный износ никелевого покрытия при 100°С составляет 2.10 -3 мм 3 /м.
При перемешивании кислого раствора увеличивается блеск осадков и скорость осаждения. Если процесс осаждения прерывается на несколько минут, то детали можно загружать в ванну без дополнительного активирования. При длительном перерыве (24 ч) детали следует хранить в холодном растворе никелирования, а затем переносить в рабочую ванну.
Скорость осаждения металла тем меньше, чем ниже рН раствора. Кроме того, скорость является функцией отношения Ni 2+ : Н 2 РО - 2 . Для нормальной кислой ванны оно должно колебаться в пределах 0,25 — 0,60 (для буферированной ацетатом 0,3—0,4).
При наличии солей аммония уменьшается скорость осаждения. Во вновь приготовленных растворах скорость осаждения сначала высокая, а затем по мере старения падает. Так, в ацетатных и цитратных растворах она уменьшается с 25 до 2 — 5 мкм/ч. Наиболее оптимальная скорость осаждения ~ 10 мкм/ч.
Блеск покрытия определяется качеством подготовки поверхности основы, которую следует полировать. В щелочных ваннах покрытия получается более блестящими, чем в кислых. Покрытия, содержащие <= 2% фосфора — матовые, 5% фосфора — полублестящие и => 10% фосфора — очень блестящие, но с желтоватым оттенком. Разброс по толщине покрытия 30 мкм даже на деталях сложной конфигурации составляет, например, не более 1—2 мкм. Когда ванна работает при постоянном значении рН, количество фосфора в покрытии пропорционально концентрации гипофосфита в ванне.
Нормальное содержание фосфора в покрытии 5 — 6%. Содержание фосфора тем выше, чем больше отношение H 2 PO 2:Ni 2+ . На низкоуглеродистых сталях адгезия никелевых покрытий очень высокая (2200 — 4400 кгс/см 2), но ухудшается, если температура раствора понижается до 75°С. Адгезия на сталях, легированных Al, Be, Ti, и сплавах на основе меди зависит от способа обработки поверхности и улучшается последующей термообработкой при 150-210°С.
Первым признаком нарушения стабильности состава раствора является образование белой пены вследствие чрезмерного выделения водорода во всем объеме ванны. Затем появляется очень мелкая черная взвесь Ni-P, которая ускоряет реакцию разложения раствора.
Причинами преждевременного разложения раствора могут быть: слишком быстрое введение щелочи и гипофосфита (следует добавить разбавленного водного раствора при интенсивном перемешивании); локальный перегрев; слишком высокое содержание гипофосфита (нужно понизить рН и температуру); внесение палладия в раствор с деталями, активированными в PdCl 2 , неправильное соотношение суммарной площади деталей к объему раствора.
Уровень раствора в ванне необходимо поддерживать постоянным, так как понижение его за счет испарения приводит к концентрированию раствора. В процессе покрытия деталей не следует допускать отключения нагревателей (пар, теплоэлектронагрев и др.).
В отличие от гидрозина, гипофосфит натрия обладает важным преимуществом, так как в осадке содержится в 8 — 10 раз меньше газов. Добавка тиосульфата натрия способствует снижению пористости никеля. Так, при толщине 20 мкм она снижается от 10 до 2 пор/см 2 . При выборе материала для ванны следует учитывать, что растворы испаряются при температуре, приблизительно равной температуре кипения, и имеют высокую чувствительность к различным загрязнениям. Кроме того, материал должен быть стойким к HNO 3 , так как периодически со стенок ванны приходится удалять осадки никеля. Ванны объемом 20 л изготовляют из пирекса, а большего — из полированной керамики. Внутреннюю поверхность стальных емкостей покрывают стекловидной эмалью. Ванны из коррозионно-стойкой стали необходимо пассивировать концентрированной азотной кислотой в течение нескольких часов. Для предотвращения возникновения гальванопар между стальной ванной и покрываемыми деталями ее стенки необходимо футеровать стеклом или резиной. В качестве футеровки в ваннах малой емкости используют полиэтиленовые вкладыши.
После каждой выгрузки деталей электрические нагреватели стержневого типа необходимо протравливать в HNO 3 .
Дефектные покрытия с деталей из стали, алюминия и титана следует удалять в концентрированной азотной кислоте при температуре не выше 35°С, с деталей из коррозионно-стойких сталей в 25%-ном растворе HNO 3 , а с латунных и медных — анодным растворением в H 2 SO 4 .
С целью улучшения стабильности состава раствора зарубежные фирмы рекомендуют добавлять соли хрома. Пористость покрытий, полученных в растворе, содержащем 10 г/л K 3 Fe(CN) 6 и 20 г/л NaCl, определяют в течение 10 мин. Поры совершенно отсутствуют при толщине покрытия => 100 мкм.