Гальваническое покрытие металла никелем

Обновлено: 20.09.2024

1. Общие сведения о химическом никелировании (Ni-P, Хим.Н).

Внешне Ni-Р покрытие имеет желтовато-белый цвет и легкий блеск. Присутствие фосфора в покрытии приводит к заметному отклонению свойств покрытия от чистого никеля. Так, плотность покрытия, в зависимости от содержания фосфора в сплаве, колеблется в пределах от 7,9 до 8,2 г/см 3 . По электропроводности и магнитным характеристикам сплав Ni-Р уступает чистому Ni тем сильнее, чем выше в нем концентрация Р. Покрытия имеют минимальную пористость и высокие декоративные свойства (особенно при осаждении из свежеприготовленного раствора), поэтому применяются в качестве защитно-декоративных.

Процесс химического никелирования позволяет осаждать покрытия равномерной толщины с отклонениями не более 10% на деталях сложной конфигурации. По сравнению с никелевыми покрытиями, полученными гальваническим способом они обладают более высокой твердостью и износостойкостью, поэтому могут применяться для деталей, работающих в условиях трения, особенно при отсутствии смазки.

ENP (Electroless Nickel-Phosphorus)

6-50мкм (возможна и большая толщина)

11000 МПа - в случае термообработки покрытия

Удельное электрическое сопротивление при 18°C

Допустимая рабочая температура

Содержание фосфора в сплаве Ni-P

0-4% (кристаллические покрытия),

4-8% (имеют 2 фазы: кристаллическую и аморфную),

Высокие защитные свойства наряду с небольшой пористостью позволяют применять никель-фосфорные покрытия в качестве защитных, в том числе в условиях перегретого пара и воздуха, вплоть до 700 °С. Для увеличения износоустойчивости и снижения коэффициента трения никель-фосфорное покрытие наносят на трущиеся поверхности. Незаменимо покрытие в полевых условиях и в небольших мастерских для восстановления размеров изношенных деталей. Целесообразно нанесение покрытия на крупногабаритные детали.

Сцепление никель-фосфорных покрытий сильнее сцепления электролитического никеля, так как осаждение происходит равномерно как внутри, так и снаружи детали, заполняя все микроуглубления и неровности. Отклонения толщин не превышают 10%, поэтому химический никель наносят на прецизионные детали, например на плунжерные пары топливных насосов двигателей, мелкие детали в часовой и оптической промышленности и т.п. Недостатком покрытия является его хрупкость, которая начинает проявляться при толщине слоя около 10 мкм и выше.

Химическое никелирование — автокаталитический топохимический процесс.

Реакция восстановления никеля является автокаталитической, т.е. для ее начала необходимо наличие катализатора на покрываемой поверхности. Каталитическими свойствами обычно обладает металл основы, например железо, титан, алюминий, а в дальнейшем - само никелевое покрытие (отсюда и название "автокаталитический" т.е. никель сам провоцирует свой рост на покрываемой детали).

Наносить химический никель можно и на те металлы, которые не являются катализаторами восстановительной реакции: медь, серебро и др. В этом случае необходим предварительный контакт детали с более отрицательным металлом, например с алюминием, или подача короткого импульса тока.

На свинце, кадмии, олове химникелевое покрытие получить невозможно.

Химический никель наносят и на неметаллические материалы: стекло, керамику и пластмассу. Перед нанесением покрытия поверхность подвергают активированию известными методами.

2. Составы растворов для химического никелирования и условия проведения процесса.

Ход процесса химического никелирования очень сильно зависит от температуры, рН и концентрации компонентов.

Кислые растворы по сравнению со щелочными имеют ряд преимуществ: они более стабильны, имеют более высокую скорость осаждения и обладают более высокими защитными свойствами. Кислые растворы используют главным образом при нанесении покрытий на черные и некоторые цветные металлы (медь, латунь, бронза и др.), особенно когда покрытие должно обладать высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной устойчивостью. Кислые растворы обеспечивают хорошую скорость металлизации. При рН5,5 без лигандов начинается гидролиз солей никеля, при этом частицы гидроксида никеля становятся центрами разложения рабочего раствора и может произойти «саморазряд» ванны - выделение металлического никеля во всем объеме раствора.

Щелочные растворы кроме солей никеля и гипофосфита натрия содержат лиганды - аммиак и лимонную кислоту, что позволяет вести процесс осаждения длительное время. Накапливающийся фосфит не оказывает вредного влияния при концентрации менее 340 г/л.

Щелочные растворы применяют в основном для покрытия металлов, имеющих на своей поверхности оксидную пленку: нержавеющей стали, алюминия, титана и пр. и для металлизации непроводящих материалов. Растворимость фосфитов в щелочных растворах значительно выше, чем в кислых.

Содержание фосфора в покрытии также зависит от кислотности раствора, снижаясь с понижением рН. Возможно, это связано с тем, что скорость восстановления ионов никеля с ростом рН увеличивается быстрее, чем скорость восстановления фосфора.
На скорость химического никелирования оказывают влияние температура, концентрация компонентов, соотношение гипофосфита натрия и ионов никеля, природа и количество органических добавок.
Температуру рабочего раствора поддерживают равной 80-97° С. При повышении температуры с 80 до 90° С скорость осаждения увеличивается в 1,5 раза, а при снижении ее ниже 70° С процесс осаждения полностью прекращается.

Из чего состоит раствор для химического никелирования? (реактивы для никелирования)

• Основным компонентом в составе раствора является соль-носитель ионов никеля. В этом качестве используют либо сульфат в концентрации 0,05-0,1 моль/л , либо хлорид в концентрации 0,15-0,25 моль/л. Увеличение концентрации Ni повышает скорость осаждения покрытия.

• Так как во время химического никелирования все время выделяется кислота, необходимо вводить различные буферные добавки. В кислых растворах для поддержания постоянства рН используют ацетат натрия, органические кислоты (молочную, янтарную и пр.), в щелочных — хлорид аммония, аммиак и др. Помимо буферных свойств, некоторые из них сильно влияют на скорость нанесения покрытий. Например, с ростом концентрации CH₃COONa от 0 до 20 г/л скорость никелирования меняется от 2 до 10 мкм/ч.

• Введение в раствор комплексообразователей препятствует образованию фосфита никеля, который, выпадая в осадок, делает его непригодным для дальнейшего использования.

• Кроме буферных добавок и комплексообразователей в растворы вводят в очень малых количествах специальные добавки-стабилизаторы. Стабилизаторы — это вещества, предотвращающие спонтанное протекание реакции в объеме раствора, благодаря чему удлиняется его срок службы. Стабилизаторами могут служить сульфид и хромат свинца, тиосульфат натрия, тиомочевина, катионы сурьмы, висмута, мышьяка и др. Их вводят в весьма малых концентрациях (порядка 10-4 - 10-3 г/л). Некоторые из добавок, например, соли свинца, одновременно со стабилизацией раствора улучшают внешний вид осадка. Это, как правило, каталитические яды, которые адсорбируются на образующихся в растворе микрочастицах взвесей и препятствуют их росту. Особенностью действия стабилизирующих добавок является то, что они тормозят образование зародышей металлической фазы на начальной стадии их образования, в особенности в объеме раствора. Стабилизаторами могут являться вещества самой разной природы, соответственно и механизм их действия может быть различным, например, связывание в комплекс или окисление продуктов, выпадающих в осадок. При удачном подборе стабилизаторов они полностью тормозят реакцию в объёме и лишь частично снижают скорость реакции на рабочей поверхности. Наибольшего эффекта добиваются при одновременном использовании нескольких стабилизаторов разного типа.

• В процессе работы ванны в ней копятся фосфиты. Они оказывают решающее негативное влияние на процесс осаждения: взвешенные частицы труднорастворимых фосфитов оседают на деталях, делая поверхность серой и шероховатой.

Химическое никелирование может выполняться в одноразовом и многоразовом растворе:

• В первом случае процесс ведется в ограниченном объеме раствора без корректировки по основным компонентам. В результате их выработки скорость реакции постепенно падает, раствор приходит в негодность. При этом 10-15% исходных компонентов теряется, а буферные добавки пропадают полностью. Для характеристики одноразовых растворов вводят термин “коэффициент использования”, т.е. отношение того количества металла, которое реально осадилось из данного раствора к исходному количеству металла в растворе. До недавнего времени однократная организация процесса использовалась повсеместно.

• Более прогрессивным является непрерывный (многоразоовый) процесс, когда проводится периодическая или непрерывная корректировка раствора по расходуемым реагентам. В этом случае срок службы раствора может быть продлен до нескольких недель, а в идеале - и месяцев.

Скорость осаждения при химическом никелировании колеблется в зависимости от состава электролита составляет от 10 до 25 мкм/ч.

Химическое никелирование проводят в проточных и непроточных растворах. В проточных растворах постоянство состава поддерживается при помощи циркуляции раствора по замкнутому циклу: из реактора, в котором происходит осаждение, в теплообменник, где раствор охлаждается до 55 °С. Затем насосом раствор перекачивается через фильтр, оттуда самотеком стекает в корректировочный бак и возвращается в реактор. Установка снабжается приборами автоматического регулирования рН и температуры.

3. Кинетика процесса химического никелирования.

В ходе химического никелирования зависимость между массой получаемого металла и временем осаждения имеет сложный вид (рисунок 1). После погружения детали в раствор в течение некоторого времени отсутствуют внешние признаки протекания реакции (участок 1). Видимое протекание реакции ХОМ начинается с некоторого момента Τ0.

Рисунок 1 — Схематичная зависимость массы осаждаемого никеля при химникелировании от времени.

Кривую можно разбить на несколько участков:

Индукционный период (I). Отрезок времени между 0 и Τ0. Это время, необходимое для того, чтобы образовались устойчивые малые частицы твердого продукта, обладающие каталитической активностью.
Период активного роста покрытия (II). После его образования скорость осаждения быстро возрастает.
Период торможения процесса (III). Объясняется изработкой реагентов в ограниченном объёме раствора. Если проводится периодическая корректировка раствора, торможения может и не быть.

3.1 Кислые растворы.

В настоящее время для описания процесса химического никелирования предложены два основных механизма: химический и электрохимический.

Химический механизм заключается в химическом взаимодействии восстановителя с восстанавливаемым ионом, при котором происходит непосредственный переход электронов от первого ко второму:

• Гипофосфит натрия гидролизуется в воде с образованием фосфита натрия и атомарного водорода по химической реакции:

• Атомарный водород, адсорбированный на поверхности покрываемой детали, восстанавливает ионы никеля по химической реакции:

Ni 2+ + 2Нат → Ni + 2Н +

• Одновременно атомарный водород взаимодействует с анионами Н₂РО 2- и Н₂РО 3- , восстанавливая фосфор до элементарного состояния, который в последствии входит в состав покрытия.

• При химическом никелировании всегда выделяется водород:

На эту реакцию расходуется более 60% выделяющегося по реакции атомарного водорода.

Электрохимический механизм (более вероятный) предполагает протекание на каталитической поверхности отдельных электрохимических реакций (анодного окисления восстановителя и катодного восстановления ионов металла) путем их сопряжения (рисунок 2)

Рисунок 2 — Сопряжение катодного и анодного процессов в ходе химического никелирования: 1 — катодное восстановление металла; 2 — анодное окисление восстановителя; Есм — смешанный потенциал (|ik|=|ia|).

Передача электронов осуществляется с обязательным участием поверхности. Движущей силой процесса является анодное окисление восстановителя, создающее отрицательный потенциал для восстановления ионов металла. Скорость всего процесса определяется способностью данного металла катализировать процесс анодного окисления восстановителя.

При сопряжении катодного и анодного процессов в отсутствие внешнего тока в системе устанавливается стационарное состояние, при котором абсолютные значения катодной и анодной плотности тока равны:

а металл приобретает смешанный потенциал Есм.

Эта плотность тока и определяет скорость реакции химического никелирования. Если скорость процесса, найденная при сопряжении поляризационных кривых, равна реальной скорости металлизации, это служит подтверждением электрохимического механизма процесса. Однако в ряде случаев скорость осаждения металла в модельных системах заметно отличается от реальной, что свидетельствует о частичном или полном протекании процесса по иному механизму.

Весь процесс восстановления никеля гипофосфитом по электрохимическому механизму может быть представлен двумя сопряженными реакциями:

• Анодный процесс окисления гипофосфита:

H ₂ PO 2- + 2 H ₂ O → H ₂ PO 3- + H адс + H 3 O + + e (2)

• Катодный процесс восстановления никеля:

На катоде протекают побочные процессы:

Сопряжение реакций (2) и (3) дает суммарную реакцию окислительно-восстановительного процесса:

Cопряжение реакций (2) и (4) дает реакцию образования фосфора:

Сопряжение реакций (2) и (5) – реакцию разложения гипофосфита.

Непосредственное электрохимическое моделирование каталитического процесса показало, что скорость как реакции (2), так и реакции (3) в разделенных системах значительно ниже скорости каталитического восстановления Ni(II) из раствора. Однако при совместном протекании в условиях, при которых проводится никелирование, эти реакции взаимоускоряются, и можно полагать, что каталитический процесс в основном идет путем сопряжения реакций (2) и (3).

Гидрофосфит-ион H₂PO₃ 2- , образующийся по реакции (2), (7), (в кислой среде реакция идет с образованием фосфит-иона РО₃ 2- ), реагируя с ионами Ni 2+ , образует нерастворимый осадок, что ухудшает качество покрытия и ведет к разложению раствора. Для предотвращения выпадения фосфита никеля в раствор вводят лиганды, например, цитрат натрия, глицин, соли аминокислот – в кислые растворы, хлорид аммония, пирофосфат натрия – в щелочные.

3.2 Особеннсти химического никелирования из щелочных растворов.

На рисунке 3а и 3б приведена диаграмма Е-рН (Е - окислительно-восстановительный потенциал системы). Линии на диаграмме отражают равновесия определенных ОВ реакций в зависимости от рН раствора. На диаграмму нанесены состояния никеля (рисунок 3а), цитратного комплекса никеля (рисунок 3б) и гипофосфита, отвечающие равновесным реакциям, приведенным в таблице 2.

На рисунке 3 заштрихована область — это область, где никель находится в восстановленном (металлическом) состоянии, в гипофосфит — в окисленном, т. е. область возможного протекания реакций химического восстановления. Сравнение рисунков показывает, что в присутствии лиганда (цитрат-иона) исчезают оксидные соединения никеля, а область протекания реакции заметно расширяется как по потенциалам, так и по интервалам рН.

Рисунок 3 — Диаграмма Е-рН: а - для системы никель - вода, гипофосфит-вода, б - для системы никель - вода, цитратный комплекс никеля - вода, гипофосфит-вода. Номера кривых на диаграмме соответствуют номерам равновесий в табл. 2 состояния никеля (1 - 9) и состояния гипофосфита (10-14).

Гальваническое никелирование

В данной статье мы рассмотрим области применения гальванического никелевого покрытия, гальванические ванны для его нанесения, материалы, нагревательные элементы, а также передовые методы работы и устранение неполадок.

Для чего нужно никелирование?

Никелем покрывают по многим причинам. Прежде всего, никель придает декоративный вид благодаря своей способности скрывать дефекты основного металла (выравнивание). Отложения никеля можно сделать блестящими, а при покрытии тонким слоем декоративного хрома они сохранят свой блеск даже в неблагоприятных условиях. Сатиновый никель под блестящим или темным хромом предлагает широкий спектр декоративных эффектов. При нанесении нескольких слоев никеля также может быть достигнута превосходная защита от коррозии. Для этого требуется покрытие двух (дуплексных) или более различных видов никеля (полублестящий и блестящий никель для дуплекса; высокопотенциальный и порошковый никель). Никелевые покрытия также обеспечивают большую износостойкость, чем более мягкие металлы, такие как медь или цинк, и поэтому могут использоваться, когда требуется износостойкость. Поскольку никель магнитен, иногда его можно покрыть там, где требуется способность намагничиваться. Наконец, никель можно превращать в пластины с небольшим напряжением или вообще без него, и поэтому он используется для гальванопластики или аэрокосмических отраслей, где напряжение должно быть сведено к минимуму. В зависимости от сферы применения многие из этих требований указываются одновременно, так что никелевое покрытие часто используется более чем по одной причине.

Блестящее или сатинированное никелирование, используемое само по себе или с другими никелевыми покрытиями, широко используется в автомобильной промышленности, например, на колесах с покрытием, яркой отделке, выхлопных газах грузовиков, бамперах и при реставрации. Один или несколько слоев никеля также используются на мотоциклах и велосипедах, а также на таких металлических изделиях, как ручные инструменты. В быту блестящий или сатинированный никель используется для сантехники, светильников, приборов и изделий из проволоки (стойки). Никель также используется для изготовления труб, таких как мебель и инвалидные кресла. Большинство из этих приложений для никеля / хрома основаны на этих отложениях для достижения декоративного внешнего вида детали с защитой от коррозии и износостойкостью.

Никель также используется в технических целях, где яркость не является основным фактором. Например, никель используется в пресс-формах для обеспечения износостойкости. В качестве барьерного слоя никель наносится на монеты, ювелирные изделия и печатные платы. На полосовой стали и в аэрокосмической промышленности он используется для снижения напряжения или изменения размеров. Никель также используется в композитах, где совместно осаждается диспергированное неорганическое вещество (например, карбид кремния). В большинстве технических приложений используется сульфамат никеля, хотя в никелированной полосовой стали используется ванна с хлоридом никеля / сульфатом никеля.

Состав для нанесения никелевого гальванопокрытия

Для никелирования применяют сульфатные, хлоридные, сульфаминовые, борфторидные, щавелевокислые и другие электролиты, в которых никель находится в виде двухвалентного катиона. Чаще всего используют сульфатный электролит Уоттса, так как вещества, которые в него входят, наиболее доступны, он прост в приготовлении и обслуживании.

Компоненты электролита Уоттса

Типичный состав электролита Уоттса содержит сульфат никеля, хлорид никеля и борную кислоту.

Сульфат никеля. Сульфат никеля является источником большинства ионов никеля и обычно поддерживается в диапазоне 150-300 г/л. Это самая дешевая соль никеля, а сульфатный анион мало влияет на свойства отложений.

Хлорид никеля. Хлорид никеля необходим для хорошей коррозии анода и улучшает проводимость гальванической ванны. Типичный рабочий диапазон составляет 30–150 г/л. Концентрация хлорида никеля 30 г/л считается минимальной для коррозии анода, если в качестве деполяризаторов не используются специальные формы материала анода, содержащие сульфид никеля или оксид никеля.

Общий никель. Это выражение используется для объединенных ионов никеля из сульфата никеля и хлорида никеля. Типичный состав будет содержать 82 г/л общего никеля. Эта концентрация, как правило, достаточна, но по мере увеличения требований к плотности тока повышенная скорость истощения должна быть компенсирована увеличением концентрации ионов никеля.

Борная кислота. Борная кислота буферизирует концентрацию ионов водорода (pH) в катодной пленке. Если бы не это буферное действие, pH катодной пленки в областях с более высокой плотностью тока быстро превышал бы 6,0, а гидроксид никеля осаждался бы и осаждался вместе с водородом, что приводило бы к образованию зеленых узелков или обожженному отложению.

Органические отбеливатели. Для получения требуемых физических свойств, таких как равномерный блестящий осадок, в ванну Уоттса необходимо добавлять добавки. Обычно это органические соединения, которые модифицируют отложения никеля для достижения желаемых свойств. Отбеливатели для полублестящего никеля предназначены для получения однородного отложения никеля, при котором сера не осаждается вместе с никелем.

Блестящий и полублестящий никель. Для большинства никелированных покрытий требуется стойкое блестящее покрытие, и, следовательно, в большинстве применений используется покрытие хромом поверх составов блестящего никелирования. Однако покрытия блестящего никеля содержат достаточно соосажденной серы, поэтому они более электрохимически активны, чем никель без серы, вызывающий коррозию с повышенной скоростью. В агрессивных средах это может привести к раннему проникновению блестящего никелевого покрытия и последующей быстрой коррозии основного металла. Чтобы решить эту проблему, перед нанесением блестящего (или сатинированного) никеля можно нанести слой никеля, не содержащего серы.

Условия эксплуатации никелевых ванн

Уровни рН. Яркие или полусветлые ванны обычно работают при pH 3,5-4,2. Большинство органических добавок дают оптимальную яркость и выравнивание в этом диапазоне. Более высокие значения pH всегда представляют опасность неблагоприятных последствий от осаждения металлических загрязнителей и повышенного расхода отбеливающих компонентов.

Перемешивание и температура. Перемешивание и температура увеличивают скорость диффузии ионов в катодную пленку. Это необходимо для предотвращения горения, а также для того, чтобы добавки достигли катодной пленки.

Воздушное перемешивание от воздуходувки низкого давления было общепринятым и является фактором, способствующим многим улучшениям в никелировании, особенно в декоративной области. Механическое и/или эжекторное перемешивание можно использовать отдельно или в сочетании с воздушным перемешиванием.

Диапазон температур важен с точки зрения физических свойств и, наряду с перемешиванием, помогает поддерживать смешивание, растворение и правильное функционирование компонентов ванны. Если температура слишком высока, увеличивается расход добавки, что увеличивает эксплуатационные расходы и возможные проблемы с покрытием. Если температура слишком низкая, борная кислота начнет выпадать в осадок, и добавки могут не реагировать эффективно. Поэтому для гальванической ванны важно правильно выбрать нагреватель и обеспечить верный режим нагрева. В гальванических ваннах для никелирования могут использоваться обычные металлические погружные нагреватели или же надежные керамические сухие ТЭНы в защитной колбе.

Фильтрация. Значение адекватной непрерывной фильтрации для предотвращения шероховатости и точечной коррозии невозможно переоценить. Активированный уголь не удаляет большинство блестящих присадок к никелю. Таким образом, хорошая фильтрация через фильтр с активированным углем позволяет свести к минимуму концентрацию посторонних органических веществ, продуктов разложения отбеливателя и твердых частиц.

Устранение неполадок в гальванических ваннах для никелирования

Шероховатость. Шероховатость обычно является результатом взвешенных в растворе твердых частиц, которые прилипают к изделию, особенно на полках. Хром, железо и алюминий могут осаждаться в виде гидратов в областях с более высокой плотностью тока, где pH пленки обычно выше, чем pH тела раствора. В таких случаях может оказаться полезным более низкий рабочий pH. Иногда шероховатость с высокой плотностью тока также была связана с магнитным состоянием изделия. Еще одним источником шероховатости может быть воздуходувка, используемая для перемешивания воздуха. Осмотр фильтра воздуходувки может выявить его неисправность или отсутствие, либо загрязнение источника всасываемого воздуха.

Адгезия. Плохая адгезия проявляется во многих формах: никель с основным металлом; никель из никеля; или последующая хромированная пластина из никелевой пластины.

Отделение от основного металла обычно указывает на наличие нежелательных поверхностных пленок и, следовательно, на неадекватную подготовку поверхности. Проблемы с очисткой обычно требуют много проб и ошибок, чтобы определить их источник.

Пластичность и напряжение. Плохая пластичность и высокое напряжение в первую очередь свидетельствуют о плохом уходе за раствором для покрытия. На эти свойства влияют металлические и органические примеси, неправильный баланс химических веществ или отбеливателей, а в некоторых случаях и продукты разложения добавок.

Во всех процессах блестящего никеля требуется баланс первичных и вторичных добавок, поскольку они действуют синергетически для поддержания минимального напряжения и максимальной пластичности при оптимальной степени выравнивания и белизны.

Тупые отложения. Отсутствие белизны может быть результатом грубого основного металла, плохой очистки, загрязнения раствора, неравномерного перемешивания, неправильного баланса химикатов или отбеливателя или несоблюдения надлежащего контроля за условиями эксплуатации. Низкий pH или низкая температура могут вызвать общую потерю яркости и плохое выравнивание.

Металлические примеси. Медь, свинец, цинк и кадмий, даже в относительно небольших количествах (20-50 частей на миллион), создают тусклую, черную или пропускающую пластину в областях с низкой плотностью тока. Эти металлы могут быть удалены с помощью фиктивного покрытия с низкой плотностью тока.

Очистка раствора никеля. В никелировании, особенно в блестящем никеле, достигнут такой значительный прогресс, что длительные и частые процедуры очистки стали редкостью. Обычно достаточно простой обработки углеродом, которая может включать перекись, и ее можно проводить с некоторым удобным производственным интервалом. Во время нанесения покрытия можно проводить непрерывную обработку смоляным блоком. Когда указана необходимость очистки, а причина проблемы не очевидна, всегда следует проводить химический анализ и тесты посева, чтобы определить наилучший план действий. Если тесты дублируют результаты посева, задача несколько упрощается, но если нет, то необходимы дальнейшие исследования в других

Нагреватели гальванических ванн для никелирования

Нагрев гальванических ванн может осуществляться разными способами: электронагревателями напрямую или же теплоносителями, такими как пар или вода.

Компания Полимернагрев производит электронагреватели для гальванических ванн различных конструкций. У нас вы можете заказать изготовление стандартных погружных металлических ТЭНов для гальванических ванн, устанавливаемых вдоль стенки ванны, или же использовать более надежный метод нагрева керамическими сухими ТЭНами в защитных колбах. Керамические сухие ТЭНы не контактируют с агрессивными жидкостями напрямую, поэтому срок службы нагревателей значительно больше, чем в погружных ТЭНах. К тому же, если нужно будет заменить ТЭН, вам не придется сливать жидкость – доступ к нагревательному элементу осуществляется снаружи ванны.

Никелирование в домашних условиях

Содержание статьи:

Никелирование сегодня распространено во многих сферах — от промышленности и машиностроения, до пищевой отрасли, может применяться в технических или декоративных целях. Данная технология используется для восстановления автозапчастей, покрытия оптики и медицинских инструментов, а также многих других деталей, подверженных условиям сухого трения или воздействия щелочей. Нанесение никелевого покрытия также в некоторых случаях может стать заменой хромированию (например, при работе со сложными геометрическими поверхностями). Многие предпочитают не обращаться за помощью к специалистам, а проводить никелирование своими руками в домашних условиях. Разобраться в этом хоть и сложном, но увлекательном процессе, вам поможет данная статья.

Никелирование своими руками в домашних условиях

Процедура покрытия никелем поверхности подразумевает за собой нанесение на деталь никелевого слоя толщиной от 1 до 50 мкм. Слой может быть матовым или блестящим, вне зависимости от этого он НЕ обеспечит надежную защиту детали от воздействия агрессивных сред (кислотных, щелочных), высокой температуры, а также возникновения коррозии. Это нужно обязательно иметь ввиду! Для достижения защитных свойств, покрытие должно быть подвергнуто обязательной постобработке.

Важным моментом процедуры никелирования в домашних условиях является правильная подготовка обрабатываемого изделия. Для этого с изделия необходимо удалить оксидную пленку, протерев наждачной бумагой, а затем щеткой, затем тщательно промыть под водой, обезжирить в нагретом содовом растворе, еще раз промыть.

Чтобы предупредить возникновение неприятных последствий неполной подготовки при никелировании в домашних условиях, металлические детали всегда следует покрывать более-менее толстым слоем никеля.

В качестве металлов для никелирования в домашних условиях обычно используют медь, железо, их сплавы. Категорически не рекомендуется наносить покрытие на свинец, олово, висмут и сурьму. Если обрабатываются стальные детали, принято наносить медный подслой.

Проведение никелирования в домашних условиях

На практике обычно применяются несколько типов никелирования — электролитическое и химическое. Химическое покрытие хоть и более затратно, но способно обеспечить лучшие результаты и качественное равномерное покрытие на всех участках поверхности.

Электролитическое покрытие никелем в домашних условиях

Обработанные электролитом покрытия отличает пористость, которая зависит от качества основы и толщины никелевого слоя. Чтобы обеспечить надежную защиту от возникновения коррозии, потребуется полностью исключить возможность появления пор. Добиться этого поможет меднение детали перед проведением процедуры никелирования или же нанесение покрытия в несколько плотных слоев.

Самый простейший электролит никелирования содержит:

соль никеля (хлорид и/или сульфат);
кислоту (соляную, серную или борную);
буферную добавку.

Обрабатываемое изделие подвешивается на проволоке между электродами. Следует также соединить проволоки, которые идут от никелевых анодных пластин. Детали подключаются к «минусу» источника тока, а проволочки пластин — к «плюсу». Воздействие током должно происходить 15-20 минут. Далее деталь достают, тщательно промывают и высушивают. Если процедура прошла с учетом всех требований, изделие будет покрыто матовым слоем никеля серого оттенка. Для достижения блеска поверхности, изделие нужно будет отполировать. Стоит также учитывать, что электролитическое никелирование в домашних условиях не всегда проходит идеально, особенно при отсутствии знаний используемых технологий и необходимого оборудования. В таком случае, никель может неравномерно осесть на рельефе детали, и не покроет изделие целиком.

Химическое никелирование в домашних условиях

Вариант нанесения химического никелирования в домашних условиях более удобен, легок, а также производителен, позволяет покрыть изделие равномерным прочным металлическим слоем. Для проведения процедуры Вам потребуется любой электролит для химического никелирования (кислотный, щелочной или нейтральный). Жидкость нагревается до кипения, в качестве сосуда лучше всего использовать посуду из химического стекла. В кипящую смесь на 40-60 минут опускается обрабатываемое изделие, которое было предварительно очищено и обезжирено. По мере выпаривания жидкости, добавляется дистиллированная вода.

Если в процессе проведения никелирования в домашних условиях жидкость приобрела слабо-зеленый оттенок, следует равномерно добавлять сернокислый никель, пока смесь не будет нужного окраса. По завершении процедуры, достаньте изделие, промойте его в воде, просушите.

Растворы никелирования делятся на два вида:
Кислотные растворы обычно применяются для нанесения никеля на черные металлы или медные сплавы, так как дают более ровную поверхность. Щелочные растворы используют для покрытия нержавеющих сталей, гарантируют качественное сцепление никеля с металлической поверхностью. Реактивы потребуются чистые – у таких на этикетке обозначена буква «Ч».

Черное никелирование

Черное никелевое покрытие наносится как в технических, так и в декоративных целях. Такой слой не отличается высокими защитными характеристиками, он имеет глубокий черный цвет, но покрытие не стойко к истиранию и поэтому не подходит для изделий, которые требуют механической стойкости покрытия. При подготовке электролиты в ванны для черного никелирования добавляется большое количество цинка. Если нанесение покрытия будет проводиться на поверхность стального изделия, то потребуется фильтрация готового раствора через слой фильтровальной бумаги. Насыщенного черного цвета можно добиться правильно задав значение плотности тока. Полученное в результате процедуры покрытие будет лишь наполовину содержать никель, остальная половина состоит из азота, углерода, цинка и серы.

Ванны для никелирования

Сцепление никелевого слоя с металлической поверхностью является относительно невысоким, но эту проблему можно устранить путем обработки никелевого покрытия при температуре. В процессе низкотемпературной диффузии, отникелированные детали нагреваются до 400 о С, выдерживаются еще 1 час при такой температуре, что делает такое никелирование опасным в домашних условиях.

Осуществляя эту процедуру, следует помнить, что многие закаленные никелированные детали (например, пружины, рыболовные крючки и т.д.) при таких высоких температурах теряют свою твердость. Поэтому подобные детали рекомендуется обрабатывать в температурном диапазоне 270-300 о С, выдерживая не менее 2-3 часов. Такая термообработка значительно повысит качественные характеристики изделия с никелевым покрытием.

Для проведения процедуры никелирования и приготовления растворов потребуется специальное оборудование.

Удаление никелевого покрытия

Никелевые покрытия следует снимать в растворе с разбавленной серной кислотой. Для приготовления соответствующей ванны, необходимо смешать 200 мл воды с 300 мл концентрированной серной кислоты. Важно отслеживать температурный уровень — он не должен подниматься выше 60 о С. Когда ванна остынет, ее плотность должна достигать 1,6.

Чтобы снизить риск затравливания изделия, рекомендуется также в полученный состав добавить глицерин (50 г/л). Обрабатываемая вещь подвешивается между свинцовыми катодами. Снятие никеля происходит на обратной полярности. Через некоторое время нужно будет восполнить уровень серной кислоты в составе, поддерживая в ванне необходимую плотность. Чтобы состав не был чрезмерно разбавлен, изделия следует погружать в ванну только после их тщательной просушки. Проконтролировать этот процесс не сложно, так как при удалении никеля плотность тока упадет.

Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что никелирование сегодня — один из наиболее актуальных гальванотехнических процессов, обучиться которому при желании может абсолютно каждый. Научно-производственная компания «6 микрон» проводит обучение по направлению «Гальваника» для всех желающих! Вы сможете выбрать удобную для Вас программу обучения, которая лучше всего подойдет под Вашу техническую задачу. На занятиях Вы получите все необходимые знания для работы с электролитами, покрытию поверхностей золотом, серебром, узнаете, как проводить никелирование, меднение и родирование, удалять нежелательные покрытия, а также многое другое! Все интересующие вопросы можно задать по телефону или по электронной почте (на главной странице), наши технологи помогут Вам определиться с подходящим курсом для обучения.

Гордиенко Анастасия Вадимовна
Автор материалов
Должность: главный технолог ООО «6 микрон»
Образование: высшее
Опыт работы в гальванике: 13 лет

При оформлении заказа онлайн скидка 10 %!

Наш приоритет — индивидуальный подход к каждому заказу и качество выполняемых работ!

Никелирование

Особенности процесса гальванического покрытия никелем

Никелирование — процесс нанесения тонкого слоя металлического никеля на изделие для придания ему необходимых свойств.
Гальваническое никелирование – один из основных процессов обработки поверхности любого гальванического производства. Область применения таких покрытий очень широка. Нанесение никеля, также как и меди, является одним из обязательных процедур при подготовке изделия под целевое финишное покрытие. Электролитов для нанесения никеля существует множество. Он разнятся по способам применения, режимам, качеству покрытия и составам. Если Вы решили заниматься гальваникой, без никелирования Вам не обойтись.

В каких случаях используется никелирование поверхностей:

для технических изделий,
промышленных материалов,
декоративных поверхностей
и защитных целей.

Сам по себе никель не часто является целевым покрытием. В качестве антикоррозионного покрытия он не является лучшим кандидатом, в этом случае больше подойдут цинк и хром, ввиду их химических свойств и способности «оттягивать» окисление железа, склонного к ржавчине, на себя. Как декоративное покрытие никелирование поверхностей используется чаще, но в ввиду его химической нестойкости, при необходимости наносить цвет «белого» металла, чаще выбирают покрытие палладием или родием.

Виды никелирования

На нашем предприятии используются гальванический никель и химический (иммерсионный) никель.
Гальванический с использованием анодов, электродов, с приложением внешнего тока, иногда с необходимостью нагревания.
Второй метод – химический, в этом случае не требует приложение внешнего тока (достаточно разности потенциалов, возникающих в растворе между ионами солей (+ восстановителя) и погруженной деталью. В случае нанесения химического никеля обязательно требуется дополнительный подогрев электролита.

Гальванический метод нанесения

В результате покрытия из раствора в ванне получается плотный ровный слой никеля, чистотой 999. Конечно, нужно принимать во внимание исходную поверхность (обработка исходного металла очень сильно влияет на качественные свойства никеля), здесь имеем ввиду идеальную обработку подложки. Никель наносится со скорость от 1 мкм/минуту, при этом расходуется анодный материал, а не соли из раствора.

Недостатки электролитического метода

— неравномерное нанесение металла на поверхности различных частей изделий;
— плохая рассеивающая способность электролита не позволяет обрабатывать изделия сложной формы. Иными словами, у раствора плохая укрывистость;
— сложно подобрать подходящую рецептуру и условия нанесения для нового материала.

Химический метод нанесения

В химическом никеле можно получать на поверхности блестящие, матовые или полуматовые осадки. При этот состав осадка может существенно отличаться. При работе с химическими электролитами, никель расходуется из объема раствора, требуется поддерживать постоянную высокую температуру от 80 до 95 градусов, а также следить за концентрацией реагентов, солей никеля, поддерживать рН раствора и уровень жидкости, так как при нарушении этих параметров процесс замедляется или останавливается. Ошибки в расчете количества восстановителя влекут разрушение раствора, бесконтрольное выпадение осадка на поверхность сосуда и в объем электролита. Химический метод позволяет наносить покрытие очень равномерно, плотным слоем на сложные детали. Хорошо защищает от коррозии, стабилен при использовании покрытий.

Минусы процесса химического никелирования:

требует постоянной корректировки и наблюдения;
нестабилен. Электролит работает на площади до 10 кв дм 1 литр;
требуется специальная посуда, постоянный нагрев и термурегулировка;
в составе покрытия много фосфора.

Как понятно из вышеизложенных рассуждений, для каждой отдельной задачи требуется свой раствор для покрытий. Важен исходный металл, обработка поверхности, обязательна очистка поверхностей от жира, масел, органических остатков предыдущих операция. Часто можно или требуется применить сразу два метода химического и гальванического никелирования. Совместное использование двух методик дает наилучшие результаты в сложных задачах гальваники.

Электролиты для нанесения

Мы используем несколько видов химического никелирования: щелочное и кислотное. Принцип работы у них одинаковый, качество покрытия, составы и режим работы значительно отличаются. Какой раствор для химического никелирования использовать, решается в зависимости от изделия.

Раствор кислого (подслойного) никелирования

Наиболее простой раствор для никелирования поверхностей. Электролит кислого никелирования применяется в качестве первого металлического покрытия после очистки и полировки изделия. Его можно считать «клеем» или основой, на которую потом положим все остальные металлы. Толщина покрытия из такого раствора не превышает 1 мкм, а скорость осаждения 1-2 мкм/мин. Длительность выдержки в ванне кислого никелирования не больше 1 минуты. Это связано с тем, что кислый никель дает хрупкие и темные осадки на больших толщинах. Но, тем не менее, положить тонкий слой кислого никеля необходимо. Некоторые компоненты его состава обеспечивает микроразрушения поверхности для качественной адгезии покрытия, вместе с тем, нанося тонкий слой свежего никеля, мы обеспечиваем хорошее качество адгезии для следующего покрытия медью или блестящим никелем. Электролит кислого никелирования очень стабилен во времени и стоек к загрязнениям.

Электролит блестящего никелирования

Электролит блестящего никелирования применяют для микровыравнивания поверхности изделия. По сравнению с блестящей медью, он дает менее зеркальные осадки. Скорость нарастания толщины и рабочая плотность тока также значительно ниже, но этот электролит необходим для финишной обработки изделий. Его обязательно используют для получения финишных осадков толщиной до 15 мкм. Или, при толщине покрытия 3-6 мкм как качественную подложку под гальваническое или иммерсионное золото.
Очень хорошие результаты этот раствор демонстрирует в барабанных и колокольных ваннах.

Электролит химического (иммерсионного) никелирования

Химическое никелирование применяется при обработке сложнопрофильных изделий. Работает без приложения внешнего тока. Равномерное наращивание ненапряженного никеля во всех точках поверхности изделия, обеспечивает твердое, полублестящее покрытие. Часто этот раствор применяют для защиты от коррозии путем наращивания никеля в толщину 6-30 мкм. Применение химического никелирования ограничивается исходным материалом детали. Химическое никелирование – раствор горячий, что не всегда позволяет использовать его для пластиков. Также, в процессе работы, химический никель может высаживать металл в объеме жидкости, а не только на деталь, т.е. может оказаться, что весь объем раствора – одноразовый.

Черный никель

Черный никель – самое черное покрытие из всех, которые можно получить гальваническим путем. Черный хром, черный родий, черный рутений – все эти покрытия темно-серого цвета. Действительно черное покрытие – только черный никель. Если рассматривать состав этого покрытия, это не вполне никелевый осадок, для получения темного покрытия, в раствор солей никеля вводятся дополнительные компоненты. Если хотите получить черный цвет – это Ваш вариант. Если один огромный минус у черного никеля: это покрытие совершенно не стойкое к истиранию. Настолько, что если несколько раз взять в руки изделия покрытое черным никелем, гальваническое покрытие можно стереть. Так что самый красивый черный цвет из всех гальванических покрытия нужно обязательно защитить лаком. Или поставить на полку и издалека любоваться совершенством черного никеля.
Существует еще несколько видов гальванического никеля. Их используют не постоянно, а только по мере надобности. С основными задачами вполне справляется перечисленная линейка ванн для никелирования.

Никелирование финишное

Финишным называется слой металла, который является целевым или конечным. Финишное покрытие обладает хорошими отражающими свойствами, высокой твердостью, плотностью и хорошей адгезией. Скорость нанесения позволяет обеспечивать толщину конечного слоя до 100 мкм, это очень много для гальваники в целом и для такого твердого металла. В среднем на ответственные поверхности технических деталей наносят не более 20-30 микрометров, декоративные изделия покрывают толщиной до 10 микрометров. Для обеспечения максимальной твердости поверхности детали после гальваники никелем, изделия выдерживают в печи при температуре 200-400 градусов, нагревание вызывает перекристаллизацию осадка, уплотнение его структуры. На микроуровне спеченный осадок выглядит на поверхности как плотная чешуя, структура молекул практически не сохраняется. Необходимость спекания определяется из требований заказа. В общем случае спекание не делают.

Состав электролитов обычного никелирования

Химикаты	Электролит №1	Электролит №2	Электролит №3	Электролит №4
«Сернокислый никель г/л	140	—	280-350	420
Сернокислый натрий г/л	50	120	15-20	150
Сернокислый магний г/л	30	—	—	—
Хлористый натрий г/л	5	20	—	5
Борная кислота г/л	20	30	25-30	50
Хлористый никель г/л	—	—	—	30
Фтористый натрий г/л	—	—	3-5	—
Формалин 40% мл/л	—	1	5-3	1
«Борофтористоводородный никель г/л	—	300	—	—
Эмульгатор ОП-7 г/л	—	0	2-0	3

Для чего применяется никелирование металла?

Нанесение никеля на драгоценные покрытия

– это профиль компании ООО «6 микрон». Практически вся работа начинается с нанесения никеля на поверхность.
Хочу объяснить это на примере: на оборонных предприятиях, где технику изготавливают от чертежа до ракеты, гальваника – один из самых дорогих участков производства, поэтому для удешевления процесса покрытия выбирают наиболее простой материал для производства контактных групп – медный сплав или медь. Физические свойства меди позволяют легко обрабатывать ее, кроме того любые покрытия хорошо держатся на медной поверхности.
Очень хорошо показывает себя процесс нанесения золота на медь и ее сплавы. Чаще всего именно золотом покрывают ответственные узлы, пользуясь свойствами инертности, пластичности, проводимости. Было бы легко и удобно нанести золото прямо на медь, но кристаллическая решетка меди очень близка к золоту, происходит процесс диффузии тонкого золотого покрытия с поверхности детали в объем меди. Во избежание этого нежелательного процесса, медь перед золочением покрывают никелем-разделителем, таким образом удается получить свойства золота на детали на долгий срок, избежать диффузии и обеспечить хорошую адгезию золота к контактам.
Никелирование дает тонкий, хорошо закрепленный слой свежего (это очень важно) металла на различных поверхностях, на него хорошо и быстро нарастают покрытия из золота, родия, палладия. Любой заказ, поступающий на обработку в обязательном порядке подвергается первичной обработке в растворе химического или электрохимического нанесения этого неприхотливого металла.

Декоративное никелирование

Тонкий блестящий слой никелирования обладает высокими отражающими свойствами, он стоек к механическим воздействиям, хорошо полируется, хорошо держится на поверхности изделий.

Для сувенирной продукции, наградных изделий, медалей и т.д это покрытие очень хорошо подходит по соотношению стоимости расходных материалов к качеству осадка. Он дешевый и красивый. Никелевое покрытие часто заменяет серебро в комплектах медалей, так как серебро темнеет со временем, а никель остается неизменным. Высокие отражающие свойства позволяют получить никелевое зеркало для различных технических задач. Хорошие результаты мы получали при обработке окладов, потиров и другой церковной атрибутики. Никель предпочтителен из-за его стойкости, а также отсутствия окисления.
Толщина покрытия в декоративных целях обычно не превышает 5 мкм. Нужно отметить, что на вид изделия покрытые 1 микроном и 20 микронами никак не отличаются. Толщину покрытия всегда выбирают исходя из требований к стойкости: чем тверже нужен осадок, тем толще нужно наносить металл. Для целей красоты и парадности изделия не нужно наносить больше 5 микрон.

В компании ООО «6 микрон» мы всегда ориентируемся только на запрос заказчика, и наносим никель на толщину от 3 до 50 микрон. Наши клиенты сами выбирают сколько никеля будет достаточно в том или ином случае. Если возникают вопросы, специалисты-технологи нашей компании всегда готовы дать рекомендации по толщине финишного слоя для конкретных условий использования детали.

Из чего складывается стоимость никелирования

Стоимость обработки таким металлом не высока, обычно это около 1 рубля/кв см поверхности. Розничная цена всегда значительно выше оптовой. Для покрытия золотом или другими драгоценными материалами никель считается обязательным и не включен в стоимость, так как это неотъемлемое условие технического процесса. Цена на покрытие драгоценными металлами по умолчанию считается с учетом никелированием.
Финишные никель может стоить дороже, чем технический. Он обычно включает предварительную механическую обработку изделия (шлифовку, полировку, травление). Цена на работу определяется индивидуально. Она складывается из стоимости расходных материалов, затраченного времени, необходимости первичной механической обработки и толщины финишного покрытия.

Если необходимо нанести этот простой металл на изделия любого назначения обращайтесь за консультацией и услугой в ООО «6 микрон». Наши специалисты подберут необходимые растворы для химического или гальванического нанесения, отработают технологию и выполнят работу в кратчайшие сроки. Если изделия уже были покрыты некачественно, либо нужно обновить металл, зачистить и отшлифовать поверхность — все это наша работа. Решение сложных вопросов никелирования – наш профиль. Обращайтесь за бесплатной первичной консультацией технолога, мы ответим на все вопросы.

Читайте также: