Химическое никелирование стали

Водные растворы для химического никелирования.

Водные растворы для химического никелирования.

В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей с помощью гипофосфита натрия и некоторых других химреактивов. С помощью химического никелирования нельзя покрывать такие металлы, как олово, свинец, кадмий, цинк, висмут и сурьму.

Воду для химического никелирования и при нанесении других покрытий берут дистиллированную, но можно использовать и конденсат из бытовых холодильников. Химреактивы подойдут как минимум чистые (обозначение на этикетке «Ч»).

  • чистая азотная кислота 1,4 г/см 3 = 0,71 см 3 /г
  • чистая серная кислота 1,84 г/см 3 = 0,54 см 3 /г
  • чистая соляная кислота 1,19 г/см 3 = 0,84 см 3 /г
  • чистая ортофосфорная кислота 1,7 г/см 3 = 0,59 х см 3 /г
  • чистая уксусная кислота 1,05 г/см 3 =0,95 см 3 /г

Процесс никелирования металлов и сплавов заключается в следующем.

  • Обработанную деталь обезжиривают в одном из водных растворов,
  • Затем деталь декапируют = обезжиривают и активируют в одном из перечисленных в данном разделе растворов.
  • Для алюминия и его сплавов перед химическим никелированием проводят еще одну, так называемую, цинкатную обработку. Ниже приведены растворы для цинкатной обработки.После цинкатной обработки детали промывают в воде и завешивают их в раствор для никелирования.
  • Никелерование. Все растворы для никелирования универсальны, то есть годны для всех металлов (где лучше, где чуть хуже). Последовательность приготовления: все химреактивы (кроме гипофосфита натрия) растворяют в воде обязательно в эмалированной посуде. Затем раствор разогревают до рабочей температуры и только после этого растворяют гипофосфит натрия и завешивают детали в раствор. Для прикидки: 1 л раствора можно отникелировать поверхность площадью до 2 дм 2 . Растворы, применяемые для химического никелирования, подразделяются на кислые (рН 4-6,5) и щелочные (рН выше 6,5). Кислые растворы предпочтительнее применять для покрытия черных металлов, меди и латуни. Щелочные — для нержавеющих сталей. Кислые растворы (по сравнению с щелочными) на полированной детали дают более гладкую (зеркальную) поверхность, у них меньшая пористость, скорость протекания процесса выше. Еще немаловажная особенность кислых растворов — у них меньше вероятность саморазряда при превышении рабочей температуры. (Саморазряд — это мгновенное выпадение никеля в раствор с расплескиванием последнего.) У щелочных растворов основное преимущество — более надежное сцепление никелевой пленки с основным металлом.
  • ! Наличие в никеле фосфора делает пленку близкой по твердости пленке хрома!. К сожалению, сцепление пленки никеля с основным металлом сравнительно низкое. Решить проблему помогает — термическая обработка пленок никеля = низкотемпературная диффузия — процесс заключается в нагреве отникелированных деталей до температуры 400°С и выдержке их при этой температуре в течение 1 часа. Если покрываемые никелем детали закалены (пружины, ножи, рыболовные крючки и т.п.), то при температуре 400°С они могут отпуститься, то есть потерять свое основное качество — твердость. В этом случае низкотемпературную диффузию проводят при температуре 270-300°С с выдержкой до 3 ч. Такая термообработка повышает и твердость никелевого покрытия.
  • Полученное таким образом однослойное покрытие никелем на 1 см 2 имеет несколько десятков сквозных (до основного металла) пор. Естественно, что на открытом воздухе стальная деталь, покрытая никелем, быстро покроется «сыпью» ржавчины.Даже тройное покрытие (медь — никель — хром) не спасает деталь от ржавчины, так как и у тройного покрытия имеется несколько пор на 1 см 2 . Выход — в дообработке поверхности покрытия специальными составами, закрывающими поры. В домашних условиях можно рекомендовать следующие операции: Протереть деталь с никелевым (или другим) покрытием кашицей из окиси магния и воды и сразу же опустить ее на 1-2 мин в 50%-ный раствор соляной кислоты. После термообработки еще не остывшую деталь опустить в невитаминизированный рыбий жир (лучше старый, непригодный по прямому назначению). Протереть 2-3 раза отникелированную поверхность детали составом ЛПС = легко проникающей смазкой. В последних двух случаях излишки жира (смазки) через сутки удаляют с поверхности бензином. Обработку рыбьим жиром больших поверхностей (бамперов, молдингов автомашин) проводят так. В жаркую погоду протирают их рыбьим жиром два раза с перерывом в 12-14 ч. Затем через 2 суток излишки жира удаляют бензином. Эффективность такой обработки характеризует следующий пример. Никелированные рыболовные крючки начинают покрываться ржавчиной сразу же после первой рыбалки в море. Обработанные рыбьим жиром те же крючки не корродируют почти весь летний сезон морской ловли.

Составы растворов для декапирования

Что такое никелирование и как проводится этот процесс?

Никелирование — это покрытие поверхности металла никелем. Проводится для защиты конструкции от негативных атмосферных воздействий. Покрытие отличается высокой прочностью, герметичностью, долговечностью.

Никелированный диск (Фото: Instagram / aqua__decor)

Описание метода

Никелевое покрытие формируется на различных металлических конструкциях из чёрных и цветных металлов. Повышает коррозионную стойкость, защищает от износа, повышенной влажности, некоторых химически активных веществ.

Никелевые покрытия отличаются высокой твёрдостью, стойкостью к окислению, отличной отражательной способностью.

Толщина покрытия — от 0,8 до 55 мкм. Применяется для нанесения на следующие изделия:

  • металлические конструкции, эксплуатация которых предполагается в неблагоприятных атмосферных условиях или в кислых средах;
  • кузовные детали транспортных средств;
  • спецоборудование или инструменты, которые используются в медицине;
  • ограждения и опорные стальные или алюминиевые конструкции;
  • металлические изделия, эксплуатируемые в кислотных или щелочных средах.

Никелевый слой бывает матовым, глянцевым или чёрным.

Невозможно никелирование заготовок из кадмия, свинца, олова, висмута, сурьмы. Перед проведением работ нужно учитывать данную особенность.

Технология

Никелирование деталей выполняется путём нанесения тонкослойных покрытий на металл. Данная технология применяется для защиты стали, меди, алюминия, титана.

Методы обработки

Чтобы выполнить покрытие никелем металла, нужно выбрать способ нанесения защитного слоя. Технологии:

  • электролитическая;
  • химическая.

Химическое никелирование (Фото: Instagram / chromgoldastra)

Электролитический метод

Покрытие никеля наносится в ванне с электролитом, в которую погружены электрод и заготовка. Между деталью и анодом пропускается ток, подаваемый от лабораторного источника питания или понижающего трансформатора.

Образуемое покрытие отличается высокой однородностью, минимальным количеством дефектов на поверхности, отсутствием пор. Приготовление электролита в домашних условиях достаточно простое.

Гальваническое никелирование позволяет получать защитные слои с такими характеристиками:

  • температура плавления — +1450 градусов;
  • твёрдость по Виккерсу — 250;
  • деформация продольного типа — 10–30%;
  • адгезионная прочность — от 35 до 45 кгс/мм 2 ;
  • удельное сопротивление —8,510 -5 Ом•м;
  • магнитная восприимчивость — 37.

Нанесение защитного слоя:

  1. Подготовить ёмкость, подходящую под размеры детали.
  2. В ёмкости положить электрод, а на кронштейне разместить заготовку. Важно, чтобы они не касались стенок сосуда.
  3. Внутрь ёмкости залить электролит.
  4. Подобрать источник питания, на выходе которого формируется напряжение до 6 В и ток до 1,2 А.
  5. Подключить к аноду положительный контакт источника питания, а к заготовке — отрицательный.
  6. Подать на электроды напряжение.
  7. Толщина наносимого покрытия зависит от времени подачи напряжения на электроды.
  8. После получения слоя никеля требуемой толщины отключить источник тока и достать деталь.
  9. При необходимости покрытие можно отшлифовать.

Химический метод

Химический способ нанесения покрытия позволяет создавать на заготовках прочные никелевые слои. Отличается простотой реализации, эффективностью. Не требует наличия навыков или опыта выполнения подобных работ.

Химический способ не подходит для нанесения защитного слоя на поверхности с шероховатостью или сложной геометрией. Наносить равномерный слой в труднодоступных местах не представляется возможным.

Химическое никелирование позволяет получать покрытия со следующими свойствами:

  • температура плавления — +890 0 С;
  • твёрдость по Виккерсу — 550;
  • деформация продольного типа — 3–6%;
  • адгезионная прочность — от 35 до 50 кгс/мм 2 ;
  • удельное сопротивление — 6010 -5 Ом•м;
  • магнитная восприимчивость — 4.

Нанесение защитного слоя:

  1. Подготовить раствор для никелирования путём смешивания реактивов с водой в ёмкости, стойкой к данным химическим компонентам.
  2. Нагреть раствор до закипания, а потом добавить NaPO2H2.
  3. Подготовить эмалированную металлическую емкость. Изготовить диэлектрический держатель. Его конструкция должна быть такой, чтобы при опускании в ёмкость деталь не касалась стенок.
  4. Залить в ёмкость электролит, опустить заготовку на кронштейне.
  5. Подогреть конструкцию до такой температуры, чтобы электролитический состав закипел. Выдерживается в растворе течение 1–3 часов, в зависимости от химсостава, требований к толщине покрытия.
  6. Извлечь готовую деталь, промыть в растворе гашёной извести.
  7. При необходимости отполировать.
Читайте также  Обработка нержавеющей стали на токарном станке

Никелированные болты (Фото: Instagram / galvanika74)

Ванны для проведения обработки

Покрытие заготовок никелем выполняют в ваннах с добавлением:

  • хлорида Na, Mg или Zn — предназначается для растворения анодного материала, лучшего протекания реакции в присутствии Zn и других загрязнителей;
  • сульфата никеля — используется в качестве источника ионов для покрытия;
  • борной кислоты — регулирует кислотный уровень в ванне на требуемом уровне.

Оптимальные условия для протекания химических реакций:

  • температура состава — +32 0 С;
  • кислотность pH — от 5,3 до 5,9;
  • количество сульфата никеля — до 360 г/л.

Никелевые слои с металлическими поверхностями имеют малую прочность закрепления. Поэтому необходимо выполнять их термообработку при температурах до +400 0 С с последующей закалкой в течение 3 часов. Превышение данного значения оказать негативное влияние на свойства металла. Оптимальный диапазон — от +260 0 С до +310 0 С.

Внутри ванной устанавливается специальное перемешивающее оборудование, позволяющее достигать однородности раствора. Для удаления различных загрязнений используются фильтры.

Производительные ванны для промышленного использования требуют добавления пеноподавляющих веществ либо сжатого воздуха.

Подготовка изделия

Процесс никелирования в домашних условиях требует правильной подготовки:

  • абразивными инструментами снимается оксидная плёнка или поверхностный слой ржавого металла;
  • щёткой убираются опилки с поверхности заготовки;
  • водой смывают следы грязи, если они есть;
  • заготовку обезжиривают растворителем или содовым составом;
  • следы обезжиривателей смывают водой, затем просушивают.

Абразивный материал (Фото: Instagram / to4kacveta)

Нанесение защитного слоя

Чтобы выполнить никелирование стали, на её поверхность нужно нанести слой меди. Проведение работ:

  1. Подобрать стеклянную ёмкость.
  2. Приготовить электролит. Для этого нужно подготовить 20% CuSO4, 2% H2SO4, 78% H2O.
  3. Поместить заготовку в емкость. С противоположных сторон разместить аноды.
  4. Собрать электрическую цепь на основе лабораторного источника тока. Его мощность определяется на основе площади никелирования — если нужно обработать 10–15 мА/см 2 поверхности детали, напряжение должно быть в диапазоне от 5,8 до 6 В.
  5. Подать напряжение на подключённую схему. Оптимальная толщина покрытия достигается в течение 30 минут.

Наносить защитный слой можно и кисточкой:

  1. Из многожильного медного провода изготавливается кисточка путём удаления изоляционного слоя. Для удобства её фиксируют на деревянном бруске с удобным для работы сечением.
  2. Заготовку очищают, обезжиривают, затем отмывают от растворителей.
  3. Берут лабораторный источник питания. К положительному контакту подсоединяют кисточку, а к отрицательному — заготовку.
  4. Подготавливают раствор электролита.
  5. Включают питание на источнике тока.
  6. Кисточку погружают в электролитический раствор, затем вынимают и проводят над заготовкой.
  7. Последовательно и равномерно покрывают всю заготовку медным покрытием. Толщина определяется временем воздействия на определённый поверхностный участок.

Как повысить стойкость покрытия?

Для повышения стойкости никелированных покрытий к негативным воздействиям необходимо:

  • омеднить деталь для снижения шероховатости;
  • в установку для химического никелирования залить раствор MgO и H2O и HCl или H2SO4;
  • нанести смазку глубокого проникновения, затем погрузить деталь в ёмкость с очищенным рыбьим жиром, достать наружу и удалить остатки состава;
  • нанести многослойное никелированное покрытие;
  • дважды выполнить обработку рыбьим жиром с интервалом в 12 часов.

Удаление покрытия

Удалить никелированный слой можно следующими способами:

  • электрохимическим травлением в 30% растворе H2SO4;
  • механической обработкой абразивными инструментами;
  • пескоструйной обработкой.

Чтобы при добавлении кислоты не снять слой металла с подложки, нужно в раствор добавить глицерин в количестве 50 г/л.

Никелевый слой может защищать металл от окисления, выполнять декоративную роль или быть подложкой для хромового покрытия. Технология проста в реализации, не требует дорогого оборудования, специального образования.

Химическое никелирование

Основой процесса химического никелирования является реакция восстановления никеля из водных растворов его солей. Осаждение никеля возможно из щелочных и кислых растворов. Щелочные растворы характеризуются высокой стабильностью, простотой корректирования, отсутствием склонности к бурному и мгновенному выпадению порошкообразного никеля (явление «саморазряда») и возможностью их более длительной эксплуатации.

Для футеровки ванн, применяемых при химическом никелировании, наиболее целесообразно пользоваться съемными пластиковыми чехлами, сваренными методом горячего проглажива-ния. При очистке ванн растворы выкачивают насосом, а чехлы извлекают и обрабатывают в азотной кислоте. В качестве материала для подвесок и корзин следует применять углеродистую сталь. Изоляцию отдельных участков деталей и подвесок производят перхлорвиниловыми эмалями или пластикатом. Для нагревания раствора следует применять электрические нагреватели с передачей теплоты через водяную рубашку.

Методом химического никелирования создают никельфосфорные покрытия. Покрытие имеет полублестящий металлический вид и является сплавом никеля с фосфором. Никельфосфорному покрытию подвергаются детали из черных металлов, меди, алюминия и никеля, или покрытые этими металлами. Этот метод покрытия непригоден для осаждения на таких металлах или покрытиях, как свинец, цинк, кадмий и олово.

Содержание фосфора в покрытии зависит от состава раствора и колеблется от 4-6 % для щелочных и до 8-10 % для кислых растворов.

Из многочисленных составов можно рекомендовать следующий раствор (г/л) и режим работы:

  • хлористый никель — 20-50;
  • хлористый аммоний — 35-55;
  • лимоннокислый натрий — 35-55;
  • гипофосфит натрия — 10-25;
  • аммиак (25%-ный водный) добавляется в раствор до достижения синего цвета;
  • температура, °С — 78-88;
  • скорость осаждения, мкм/ч — 10-15.

Процесс идет с интенсивным выделением водорода на поверхности деталей.

Кислые растворы характеризуются большим разнообразием добавок к растворам солей никеля и гипофосфита. Так, для этой цели могут применяться уксуснокислый натрий, янтарная, винная и молочная кислоты и прочие органические соединения. Например, возможно применение следующего состава раствора (г/л) и режимом работы:

  • сернокислый никель — 20-30;
  • уксуснокислый натрий — 10-15;
  • гипофосфит натрия — 20-25;
  • тиомочевина — около 0,03;
  • уксусная кислота ледяная, мл/л — 6,0-10 температура, °С — 85-95;
  • величина рН — 4,3-5,0;
  • скорость осаждения, мкм/ч — 10-15.

Величину рН следует корректировать 2%-ным раствором едкого натра. Плотность загрузки составляет 1-2 дм 2 /л. Перегревание раствора сверх 95 °С может привести к саморазряду раствора с мгновенным выпадением темного губчатого осадка никеля и с выбрасыванием раствора из ванны. Раствор используют до накопления в нем фосфита натрия до 55 г/л. При более высоком содержании происходит выпадение соли в осадок, и раствор становится непригодным для употребления и подлежит замене.

С целью увеличения поверхностной твердости, износостойкости и прочности сцепления детали после химического никелирования подвергают термообработке. При этом аморфное покрытие превращается в кристаллическое. Наибольшее повышение твердости происходит в диапазоне температур 400-500 °С.

При выборе температурного режима следует учитывать, что для ряда сталей, прошедших закалку или нормализацию, высокие температуры не всегда допустимы. Кроме того, термообработка, проводящаяся в воздушной среде, вызывает на поверхности деталей появление цветов побежалости, переходящих от золотисто-желтого цвета до фиолетового, что ухудшает декоративный вид покрытия. По этим причинам температуру нагрева часто ограничивают 350-380 °С, при продолжительности 1 ч. Термообработку деталей производят в инертной атмосфере в термостатах.

После термообработки микротвердость никельфосфорного покрытия возрастает вдвое, составляя 10 000 — 11 000 МПа, сравниваясь таким образом с твердостью хромовых покрытий.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

Кустарные и промышленные способы никелирования

Никелирование в домашних условиях: возможности, особенности и используемое оборудование. Что такое никелирование. Химическое и электрохимическое покрытие деталей. Видео процесса обработки своими руками.

Никелирование изделий из металлов и сплавов — это процесс нанесения на их поверхности защитных и декоративных слоев никеля. У народных умельцев данный вид гальванотехники является одним из самых популярных. Это объясняется тем, что для никелирования в домашних условиях не требуется сложного оборудования, все реагенты доступны и не очень дороги, а сам никель и его соединения неагрессивны и нетоксичны. Широкое использование никелирования в промышленном производстве главным образом связано с тем, что никелевые покрытия обладают одним из самых высоких уровней устойчивости к коррозии, а их твердость выше, чем у защиты из кадмия, цинка и олова. Но никель намного дороже всех этих металлов, поэтому его чаще всего применяют в тех случаях, когда требуется защитить изделия от коррозии и одновременно придать ему эстетичный вид. Внешне никелевые покрытия очень похожи на хромовые, но имеют более теплый оттенок (см. рис. ниже).

Читайте также  Температура плавления стали 12х18н10т

Специфика, определение и назначение никелирования

Защитное никелевое покрытие может наноситься практически на все виды металлов и их сплавов, а также на стекло, пластмассу и керамику. Но чаще всего никелирование используют для защитно-декоративной обработки изделий из стали, меди, цинка, алюминия и их сплавов. В домашних условиях изделия чаще всего покрывают одним никелевым слоем, а в промышленном производстве никель обычно входит в состав многослойных покрытий. Это связано с его пористостью, которая полностью исчезает только при толщине слоя более 30 микрон. По этой причине никель чаще всего накладывают на подслой меди, а снаружи защищают слоями хрома или кадмия.

Никелирование деталей с предварительным омеднением несложно осуществить даже в домашней мастерской, а вот использование хрома и кадмия требует особых условий и мер предосторожности в связи с высокой токсичностью соединений этих металлов. При промышленном и домашнем никелировании с помощью электролитных добавок и различных режимов электролиза можно получить следующие виды поверхностей:

  • блестящие;
  • матовые;
  • полублестящие;
  • двух- и трехслойные;
  • композиционные;
  • черные;
  • велюровые;
  • износостойкие.

На рисунке ниже изделия с матовым и черным никелевыми покрытиями.

«Черный» никель применяют в оптических приборах и при создании военной техники. В его состав входит до трех четвертей неметаллических компонентов — сульфидов никеля и гидроксидов цинка. Нанести такие покрытия в домашних условиях очень сложно, т. к. для этого требуются профессиональные знания и специальные реагенты.

Плюсы и минусы никелированных покрытий

Главный недостаток никелевого покрытия, который связан с особенностями осаждения этого металла, — это его пористость, которая имеет глубину до 25–30 микрон. Поэтому никелирование, как правило, выполняют по подслою из меди, что несложно реализовать даже в домашней мастерской при наличии минимальных навыков в гальванотехнике. Другой способ защиты от пористости — это дополнение никелевого покрытия защитным слоем из фосфорных соединений, хрома и пр.

Для нанесения никеля на поверхность алюминия изделие предварительно подвергается цинкатной обработке, после чего по поверхности цинка выполняется гальваническое никелирование. Как и предварительное омеднение, эта технология легко реализуется даже в домашней мастерской.

Методы нанесения никелевого покрытия

Электролитический метод

Электролизное покрытие изделий никелевым слоем осуществляется по традиционной технологии. В емкость с электролитом помещается обрабатываемая деталь, которая выступает в роли катода, и анод из чистого никеля. При подаче положительного напряжения на анод и отрицательного на изделие начинается электрохимический процесс, в результате которого анионы никеля отрываются от анода и через электролитический раствор двигаются к катоду, оседая в виде тонкой пленки металла на поверхности изделия. В домашних условиях для электролитического никелирования обычно используют стеклянные емкости объемом в несколько литров, а в качестве источника тока — автомобильные аккумуляторы или бытовые блоки питания напряжением 12 В.

Химический метод

Технология никелирования металлов

  1. Погружение на статической подвесной оснастке. Применяется для габаритных деталей. Этот метод пригоден как для промышленного, так и домашнего применения.
  2. Никелирование движущегося катода. Таким способом покрывают проволоку и ленты, сматываемые с одной катушки на другую с прохождением через электролит.
  3. Натирание. Покрытие наносится с помощью ручного приспособления с никелевым стержнем, обернутым в пористый материал с электролитом. Применяется для восстановления небольших участков поверхностей и в домашних мастерских.
  4. Погружение во вращающихся барабанах (см. рис. ниже). Используется для одновременного никелирования большого количества мелких деталей. Традиционной способ обработки метизов.

Гальваническое никелирование позволяет создавать защитные и декоративные слои, состоящие из композитных материалов, в которых никель может составлять меньшую часть. Наглядным примером этого является «черное никелирование» — нанесение на изделия композита из никеля и солей других металлов. Такое покрытие обладает повышенным светопоглощением, т. к. имеет почти абсолютно черный цвет.

Проведение никелирования в домашних условиях

  • стеклянную или пластиковую емкость для электролита;
  • приспособления для подвески никелевого анода (или анодов) с клеммой;
  • траверсу для подъема и опускания изделия в электролит с клеммой (обычно это медная трубка или прут);
  • источник питания или аккумулятор с выключателем и провода;
  • подогреватель и термометр.

Кроме того, может потребоваться сосуд большего размера для помещения домашней гальванической емкости в водяную баню. Для химического никелирования не нужны никелевые аноды, источник питания, провода и клеммы.

Процесс домашнего никелирования включает в себя следующие этапы:

  • механическая очистка всех поверхностей;
  • обезжиривание;
  • промывка в проточной воде;
  • никелирование;
  • промывка и сушка готового изделия.

В зависимости от потребностей домашнего мастера перед никелированием может потребоваться создание медного подслоя, которое также выполняется гальваническим способом.

Подготовка изделия

Состав ванны для никелирования

В промышленном производстве применяется множество разнообразных растворов для гальванического и химического никелирования. При этом основным компонентом в любой рецептуре является сульфат никеля, который обеспечивает перенос анионов никеля от анода к покрываемой детали. Остальные реагенты служат для повышения электропроводности, а также повышения качества и создания особых свойств никелевых покрытий. В домашних и небольших производственных мастерских, как правило, используют трехкомпонентный раствор, включающий в себя сульфат и хлорид никеля, а также борную кислоту.

Как увеличить стойкость покрытия

В домашних мастерских для повышения коррозионной стойкости никелируют изделия по подслою из меди или цинка, а также обрабатывают их поверхности полимерными материалами.

Как удалить никелевое покрытие

Удаление никелевого покрытия возможно механическим, химическим и электрохимическим способами. В первом случае покрытия снимаются с помощью ручных шлифмашинок с применением абразивоструйного оборудования или галтовочных аппаратов. Поскольку никелем покрывают различные металлы, причем с использованием подстилающих и защитных слоев из меди, цинка, кадмия и хрома. Универсальных методов удаления никелевых покрытий попросту не существует. При этом в каждом случае ставится вопрос о возможности повреждения подстилающего слоя или основного металла детали. Чаще всего в состав реагентов для химического и электрохимического удаления никеля входят азотная, соляная и серная кислоты в совокупности с различными добавками. Для таких методов требуется хорошо оборудованная химическая мастерская, и в домашнем гальваническом производстве они, как правило, неприемлемы.

Нанесение защитных покрытий после никелирования связано с применением токсичных и агрессивных реагентов. А может, все-таки существуют какие-то современные способы укрепления никелевых покрытий, которые безболезненно можно применять в домашних условиях? Если кто-нибудь знает, как это делается, — поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.

Никелирование. Применение никелевых анодов и катодов при нанесении покрытий

Статья «Никелирование. Применение никелевых анодов и катодов при нанесении покрытий» рассказывает о процессе никелирования, в результате которого на поверхность какого-либо изделия наносится тонкий слой металла никель. Рассмотрены 2 способа нкелирования: гальваническое и химическое.

Никелирование

Никелированием называют обработку поверхностей путем их покрытия слоем никеля. Обычно никелевыйслой имеет толщину, варьируемую в пределах от 1 до 50 мкм. Никелированию подвергают, главным образом, стальные, а также другие металлические поверхности: медные, цинковые, алюминиевые, иногда молибденовые, марганцевые, вольфрамовые, титановые и поверхности металлов.

Существует и практикуется также никелирование неметаллических поверхностей – в частности, полимерных, стеклянных, керамических и т.д.

Никелирование отличается целым рядом преимуществ. С его помощью удается эффективно защищать поверхность от воздействия атмосферной коррозии, растворов органических кислот, солевых и щелочных сред. Кроме того, никелированная поверхность имеет эстетичный внешний вид, являясь блестящей и гладкой на ощупь. Положительным фактором здесь является также и то, что как никель, так и его соединения совершенно безопасны в экологическом отношении.

Читайте также  Науглероживание стали графитом

Известны два наиболее распространенных метода, посредством которых осуществляется никелирование. Это никелирование гальваническое (электролитическое) и никелирование химическое. Рассмотрим каждый из них несколько более подробно.

Никелирование гальваническим методом

Для начала вспомним описание процесса электролиза, известного каждому по школьным учебникам физики.

Итак, электролиз представляет собой процесс упорядоченного движения в электролитах положительно и отрицательно заряженных ионов, происходящий под воздействием постоянного тока в электрическом поле, создаваемом между положительным (анод) и отрицательным (катод) электродами, соединёнными с соответствующими полюсами источника электроэнергии. При этом катионы (положительно заряженные ионы металлов, водорода, аммония и др.) — устремляются по направлению к катоду, анионы же (несущие отрицательный потенциал ионы гидроксильной группы и кислотных остатков) — движутся в сторону анода. В результате на поверхности анода происходит реакция электрохимического окисления, а на катоде – реакция электрохимического восстановления частиц химических элементов. Иными словами, ионы металла оседают на катоде, образуя металлическое покрытие. Анод, в свою очередь, постепенно растворяется.

Процесс гальванического никелирования происходит в полном соответствии с вышеописанными закономерностями, включая в себя ряд технологических операций: химическое обезжиривание при помощи органического растворителя, декапирование (декапирование — обработка поверхности металлов для удаления грязи, ржавчины, окалины и окислов), промывку в холодной, а затем в горячей воде, сушку, и, наконец, непосредственно никелирование в специальных гальванических ваннах, чаще стальных, имеющих кислотостойкую футеровку.

Методом гальваники осуществляют никелирование поверхностей из стали либо сплавов меди, цинка, алюминия и др. В частности, данный вид никелирования используется при изготовлении химической аппаратуры, медицинских инструментов, деталей декоративной отделки автомобилей, а также конструктивных элементов, эксплуатируемых в условиях сухого трения. Благодаря использованию новейших технологий сегодня методом гальваники производят и никелирование неметаллических поверхностей. Распространены два вида никелевых покрытий – неглянцевые (матовые) и глянцевые.

Существует множество разновидностей электролитов для гальванического никелирования, хотя в промышленных целях наиболее часто применяют электролиты сернокислые. Качество никелевых покрытий, нанесенных гальваническим методом, контролируют по их толщине, внешнему виду, а также на отсутствие пор и прочность сцепления с базовой никелируемой поверхностью.

Электроосаждение никеля всегда сопровождается значительной анодной и катодной поляризацией (поляризация электрохимическая — отклонение потенциала электрода от равновесного значения), на интенсивность которой влияют как состав электролита, так и режим ведения самого процесса. Поляризация негативно влияет на процесс никелирования.

Анодную поляризацию удается предотвратить путем введения в электролит ионов Cl, которые, разряжаясь на поверхности анода, растворяют образующуюся на ней пассивную пленку окислов. Однако следует помнить, что чрезмерная концентрация в электролите ионов Cl способствует увеличению растворимости анода, что приводит к повышению pH в катодном пространстве и дестабилизирует работу ванны.

Некоторые типы никелевых анодов подвержены пассивации – образованию на поверхности анода тонкой пленки окисла, имеющей высокое электрическое сопротивление и уменьшающей концентрацию ионов никеля в прикатодном пространстве, что приводит к снижению скорости процесса вплоть до его полного прекращения. Существуют марки никеля, которые не подвержены пассивации, например, НПАН.

Наряду с электроосаждением самого никеля, на никелевых катодах из кислых растворов выделяется также водород, способствующий повышению pH в прикатодном пространстве, и, как следствие, образованию в нем чрезмерной концентрации основных солей. В результате никелевое покрытие может стать недопустимо хрупким и шероховатым, утрачивая свои прочностные и декоративные свойства.

Вместе с тем, при увеличении кислотности электролита наблюдается снижение его рассеивающей способности и выхода по току, вследствие того, что восстановление водородных ионов сопровождается высоким расходом энергии. Вот почему при никелировании гальваническим методом столь важен постоянный контроль pH электролита и поддержание данного параметра в строго фиксируемом диапазоне значений от 4,0 до 5,5. Для обеспечения требуемой технологической чистоты никелевые электролиты подвергаются непрерывной фильтрации, селективной и регулярно химической очистке.

Процесс гальванического никелирования весьма сложен, энергоемок и требует немалого количества расходных материалов. Залогом качества здесь является неукоснительное соблюдение технологии, наличие всех необходимых для проведения никелирования условий, верно рассчитанная сила тока, постоянная корректировка химического состава электролита и многие другие определяющие факторы.

Никелевые катоды и аноды

Подлежащие никелированию детали укрепляются на катоде. Как никелевый катод, так и никелевый анод чаще всего имеют вид листа (пластины), изготавливаемого согласно ГОСТ 2132-90 и утвержденным для каждой конкретной ситуации технологическим условием (ТУ).

Для гальванического никелирования применяются аноды, изготавливаемые из чистого катодного никеля, который, в свою очередь, также получают методом электролиза. Это так называемый электролизный катодный никель марки Н-0, марки Н-1 и Н-1у, а также марки Н-2 и т.п. При этом, например, в никеле марки Н0 содержится как минимум 99,99 % (Ni+Co), а в никеле марки Н2 — как минимум 99,8 % (Ni+Co). Катодный никель (никелевые катоды) получают с помощью электролиза из пластин анодного никеля, который содержит 88-92% Ni и до 17 примесей. В этом процессе пластина анодного никеля является анодом, который выделяет ионы никеля. Данные ионы оседают на катоде, образуя тем самым чистый катодный никель (никелевый катод), который в зависимости от марки может содержать до 99,99% никеля. В процессе никелирования листы катодного никеля (никелевые катоды) становятся анодами — они растворяются, выделяя при этом ионы никеля, которые оседают на поверхности предмета, подвергающегося никелированию.

Для изготовления анодов используют полуфабрикатный никель, получаемый методом электровакуумной плавки. Непосредственно аноды выполняют из никеля марок НПА1, НПА2 (никеля полуфабрикатного анодного, с содержанием никель + кобальт, соответственно, не менее 99,7 и 99,0%), а также марки НПАН (никеля полуфабрикатного анодного непассивирующегося, с содержанием никель + кобальт не менее 99,4%) (ГОСТ 492-2006).

Свойства никелевых катодов и анодов находятся в прямой зависимости от наличия в их составе тех или иных инородных примесей. В наибольшей степени механические и технологические характеристики ухудшают включения серы, цинка, сурьмы, висмута и свинца.

В целях стабильного функционирования и равномерного растворения никелевые анодные пластины подвергаются специальной термообработке с последующим приданием им ромбовидной либо эллиптической формы. Это позитивно сказывается на скорости растворения никеля и, как следствие, на качестве осадков, получаемых в ходе процесса.

Никелирование химическим методом

Наряду с электролитическим в промышленности широко применяется метод химического никелирования, в основу которого заложена реакция восстановлении никеля из различных водных растворов с применением химических восстановителей, главным образом гипофосфита натрия.

Осуществляют химическое никелирование в специальных ваннах из фарфора, стекла или эмалированного железа. Материалом для изготовления подвесок служит углеродистая сталь. Процесс химического никелирования может происходить в ваннах кислого и щелочного состава, а в качестве компонентов, используемых для химического восстановления никеля, применяют, главным образом, хлорид либо сульфат никеля сравнительно невысокой концентрации(

В последнее время все большее распространение получает нанесение химическим путем покрытия из сплава никель-бор с применением в качестве восстановителя таких содержащих бор соединений, как борогидрид натрия и диметилборат, обладающих, по сравнению с гипофосфитом, значительно лучшей восстановительной способностью.

Метод химического никелирования используют для покрытия слоем никеля поверхностей каких угодно конфигураций. Слою никеля, восстановленного химическим путем, присущи высокая твердость, коррозионная стойкость и сопротивляемость износу – неоценимые эксплуатационные качества, которые, к тому же, можно значительно оптимизировать за счет термической обработки (твердость никеля, осажденного химически, увеличивается до 8000 МПа после нагрева до температуры 400°С и выдерживания в данном режиме до 10-15 мин). Значительно возрастают при этом и показатели прочности сцепления с основной поверхностью.

Рисунок 1. Химическое никилирование

Безусловным преимуществом нанесенных химическим путем никелевых покрытий является также их однородная толщина вне зависимости от геометрической конфигурации изделия. Еще одним важнейшим достоинством метода химического никелирования является непрерывность осаждения слоя, что делает возможным создание покрытий требуемой толщины. Впрочем, эти свойства в равной мере присущи всем процессам нанесения металлических покрытий методом химического восстановления, без использования электротока.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95