Никелированная сталь что это такое


Никелирование — процесс, преимущества, свойства. Зачем никелировать изделие, плюсы и минусы.

Никелирование (nickel plating — eng.) — процесс обработки материала, путём покрытия её слоем никеля от 1 до 50 микрон. Применяется для изделий из металлов, таких как сталь, медь, алюминий, цинка, меди, титана, вольфрама, марганца, молибдена. Также применяется для обработки керамики, стекла, полимеров и так далее.

Никелирование применяется для придания соответствующего внешнего вида и для защиты от коррозии, внешнего воздействия. Никелированная деталь может иметь как матовую, так и глянцевую поверхность. Чаще всего применяется глянцевая и что удобно, если предварительно провести омеднение, то не потребуется дальнейшая полировка. Также, для придания большего блеска, применяются дополнительные блескообразующие добавки.

Для нанесения никелевого покрытия, применяется гальванический метод и химический.

Для металлов в 90% случаев применяют гальванический метод с применением сернокислых электролитов. Процесс это довольно сложный, требующий повышенного внимания и немалых затрат как энергетических, так и материальных. Проводится обезжиривание, сушка и промывка детали. Изделия подключаются к катоду и опускаются в ванну с электролитом и никелевыми пластинами, посаженными на анод. Далее, частицы никеля «прилипают» к изделию через электролит.

 

Плюсы от никелирования:

  • высокая антикоррозийная стойкость против воды, многих минеральных и органических кислот, а также щелочей.
  • никелевое покрытие хорошо полируется.
  • возможность сварки никелированной детали.
  • хорошая электропроводность.
  • высокие декоративные свойства, покрытие может быть сатинированным, матовым или блестящим.
  • высокий уровень твёрдости никелевого покрытия.
  • высокая твёрдость и износостойкость. Покрытие никелем, обеспечивает более долгий срок службы изделия и сохранение декоративных свойств.

Из недостатков никелирования можно отметить:

  • высокая восприимчивость к соединениям серы и аммиаку
  • при сильных ударах, покрытие может треснуть
  • при некачественном нанесении, покрытие может со временем отслаиваться и даже смываться под воздействием жидкостей

www.xtechx.ru

что это такое, технологии, подготовка и обработка изделий

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/мм2;
  • 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 — +8900С;
  • твёрдость по Виккерсу — 550;
  • деформация продольного типа — 3–6%;
  • адгезионная прочность — от 35 до 50 кгс/мм2;
  • 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.
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 — +320С;
  • 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 +4000С с последующей закалкой в течение 3 часов. Превышение данного значения оказать негативное влияние на свойства металла. Оптимальный диапазон — от +2600С до +3100С.

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/см2 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.

metalloy.ru

Свойства и область применения никелевых покрытий | Никелирование

Никель является металлом подгруппы железа, который получил в гальванотехнике наиболее широкое применение.

По сравнению с меднением, латунированием, серебрением и др. никелирование получило промышленное применение значительно позднее, но уже с конца XIX столетия этот процесс стал наиболее распространенным методом «облагораживания» поверхности металлических изделий. Лишь в двадцатые годы текущего столетия широкое применение получил другой процесс — хромирование, который, казалось, вытеснит никелирование. Однако оба эти процесса — никелирование и хромирование для защитно-декоративных целей применяются комбинированно, т. е. изделия сперва никелируют и затем покрывают тонким слоем хрома (десятые доли микрона). Роль никелевого покрытия при этом не умаляется, напротив к нему предъявляются повышенные требования.

Широкое распространение никелирования в гальванотехнике объясняется ценными физико-химическими, свойствами электролитически осажденного никеля. Хотя в ряде напряжений никель стоит выше водорода, вследствие сильно выраженной склонности к пассивированию, однако он оказывается достаточно стойким против атмосферного воздуха, щелочей и некоторых кислот. По отношению к железу никель имеет менее электроотрицательный потенциал, следовательно, основной металл — железо — защищается никелем от коррозии лишь при отсутствии пор в покрытии.

Никелевые покрытия, полученные из растворов простых солей, имеют весьма тонкую структуру, и так как в то же время электролитический никель прекрасно принимает полировку, то покрытия могут быть доведены до зеркального блеска. Это обстоятельство позволяет широко применять никелевые покрытия для декоративных целей. При введении в электролит блескообразователей удается получать в слоях достаточной толщины блестящие никелевые покрытия без полировки. Структура нормальных никелевых осадков чрезвычайно тонка, и ее трудно выявить даже при сильном увеличении.

Чаще всего при никелировании преследуют две цели: защиту основного металла от коррозии и декоративную отделку поверхности. Такие покрытия широко применяют для наружных частей автомобилей, велосипедов, различных аппаратов, приборов, хирургических инструментов, предметов домашнего обихода и т. д.

С электрохимической точки зрения никель может быть охарактеризован как представитель металлов группы железа. В сильнокислой среде осаждение этих металлов вообще невозможно — на катоде выделяется почти один водород. Мало того, даже в растворах, близких к нейтральным, изменение рН влияет на выход по току и свойства металлических осадков.

Явление отслаивания осадка, больше всего присущее никелю, также в сильной степени связано с кислотностью среды. Отсюда и вытекает первейшая забота о соблюдении надлежащей кислотности и регулировании ее при никелировании, так же как выбор надлежащей температуры для правильного ведения процесса.

Первые электролиты для никелирования готовили на основе двойной соли NiSO4(NH4)2SO4·6H2O. Эти электролиты были впервые исследованы и разработаны профессором Гарвардского университета Исааком Адамсом в 1866 г. По сравнению с современными высокопроизводительными электролитами с высокой концентрацией никелевой соли электролиты с двойной солью допускают плотность тока, не превышающую 0,3—0,4 А/дм2. Растворимость двойной никелевой соли при комнатной температуре не превышает 60—90 г/л, в то время как семиводный сульфат никеля при комнатной температуре растворяется в количестве 270—300 г/л. Содержание металлического никеля в двойной соли 14,87%, а в простой (сернокислой) соли 20,9%.

Процесс никелирования весьма чувствителен к примесям в электролите и в анодах. Совершенно очевидно, что малорастворимую в воде соль легче освободить в процессе кристаллизации и промывки от вредных примесей, например сульфатов меди, железа, цинка и др., чем более растворимую простую соль. В значительной степени по этой причине электролиты на основе двойной соли имели доминирующее применение во второй половине XIX и в начале XX столетия.

Борная кислота, которая в настоящее время рассматривается как весьма существенный компонент для буферирования электролита никелирования и электролитического рафинирования никеля, была впервые предложена в конце XIX — начале XX в.

Хлориды были предложены для активирования никелевых анодов в начале XX столетия. К настоящему времени в патентной и журнальной литературе предложено большое разнообразие электролитов и режимов для никелирования, по-видимому, больше, чем по какому-либо другому процессу электроосаждения металлов. Однако без преувеличения можно сказать, что большая часть современных электролитов для никелирования представляет собой разновидность предложенного в 1913 г. профессором Висконзинского университета Уоттсом на основании детального исследования влияния отдельных компонентов и режима электролита. Несколько позднее в результате усовершенствования им было установлено, что в концентрированных по никелю электролитах, при повышенной температуре и интенсивном перемешивании (1000 об/мин) можно получать удовлетворительные в толстых слоях никелевые покрытия при плотности тока, превышающей 100 А/дм2 (для изделий простой формы). Эти электролиты состоят из трех основных компонентов: сульфата никеля, хлорида никеля и борной кислоты. Принципиально возможна замена хлорида никеля хлоридом натрия, но, по некоторым данным, такая замена несколько снижает допустимую катодную плотность тока (возможно из-за уменьшения общей концентрации никеля в электролите). Электролит Уоттса имеет следующий состав, г/л:
240 — 340 NiSO4 · 7H2O, 30—60 NiCl2 · 6H2O, 30 — 40 H3ВO3.

Из других электролитов, которые в последнее время все больше привлекают к себе внимание исследователей и находят промышленное применение, следует назвать фторборатные, позволяющие применять повышенную плотность тока и сульфаматные, обеспечивающие возможность получения никелевых покрытий с меньшими внутренними напряжениями.

В начале тридцатых годов текущего столетия, и в особенности после второй мировой войны, внимание исследователей было приковано к разработке таких блескообразователей, которые позволяют получать блестящие никелевые покрытия в слоях достаточной толщины не только на отполированной до блеска поверхности основного металла, но и на матовой поверхности.

Разряд ионов никеля, как и других металлов подгруппы железа, сопровождается значительной химической поляризацией и выделение этих металлов на катоде начинается при значениях потенциалов, которые намного отрицательнее соответствующих стандартных потенциалов.

Выяснению причин этой повышенной поляризации посвящено много исследований и было предложено несколько далеко не совпадающих объяснений. По одним данным, катодная поляризация при электроосаждении металлов группы железа резко выражена лишь в момент начала выделения их, при дальнейшем повышении плотности тока потенциалы меняются незначительно. С повышением температуры катодная поляризация (в момент начала выделения) резко снижается. Так, в момент начала выделения никеля при температуре 15° С катодная поляризация равна 0,33 В, а при 95° С 0,05 В; для железа катодная поляризация снижается с 0,22 В при 15° С до нуля при 70° С, а для кобальта с 0,25 В при 15° С до 0,05 В при 95° С.

Высокую катодную поляризацию в момент начала выделения металлов группы железа объясняли выделением этих металлов в метастабильной форме и необходимостью затраты дополнительной энергии для перехода их в устойчивое состояние. Такое объяснение не является общепризнанным, имеются и другие взгляды на причины большой катодной поляризации, при которой происходит выделение металлов группы железа, и связанную с поляризацией мелкокристаллическую структуру.

Другие последователи приписывали особую роль водородной пленке, образующейся в результате совместного разряда ионов водорода, затрудняющей процесс агрегации мелких кристаллов и приводящей к образованию мелкодисперсных осадков металлов группы железа, а также защелачиванию прикатодного слоя и связанным с этим выпадением коллоидных гидроокисей и основных солей, которые могут соосаждаться с металлами и затруднять рост кристаллов.

Некоторые исходили из того, что большая поляризация металлов группы железа связана с большой энергией активации при разряде сильно гидратированных ионов, расчеты других показали, что энергия дегидратации металлов группы железа примерно такая же, как энергия дегидратации таких двухвалентных ионов металлов как медь, цинк, кадмий, разряд ионов которых протекает с незначительной катодной поляризацией, примерно в 10 раз меньшей, чем при электроосаждении железа, кобальта, никеля. Повышенную поляризацию металлов группы железа объяснили и сейчас объясняют адсорбцией чужеродных частиц; поляризация заметно снижалась при непрерывной зачистке катодной поверхности.

Этим не исчерпывается обзор различных взглядов на причины повышенной поляризации при электроосаждении металлов группы железа. Можно, однако, принять, что за исключением области малых концентраций и высоких плотностей тока, кинетика этих процессов может быть описана уравнением теории замедленного разряда.

Вследствие большой катодной поляризации при сравнительно небольшом перенапряжении водорода процессы электроосаждения металлов группы железа чрезвычайно чувствительны к концентрации ионов водорода в электролите и к температуре. Допустимая катодная плотность тока тем выше, чем выше температура и концентрация ионов водорода (чем ниже водородный показатель).

Для электроосаждения металлов группы железа нет нужды прибегать к растворам комплексных солей — эти металлы вполне удовлетворительно кристаллизуются на катоде из растворов простых солей, чаще всего сернокислых или хлористых, более доступных и более экономичных, чем комплексные соли.

www.stroitelstvo-new.ru

Никелирование: виды, раствор, особености

Никель имеет серебристо-белый оттенок, хорошо полируется для зеркального состояния, ковкий и пластичный. Твердость никеля зависит от условий и химического состава электролита и колеблется в пределах 2,5–4 ГПа для матовых и 4,5–5 ГПа для блестящих осадков. За счет никелирования металлов на поверхности удается получить осадок с требуемыми параметрами. На открытом воздухе никель покрывается оксидной пленкой, происходит пассивирование металла. Если в воздухе присутствуют сернистые соединения, то никелированная поверхность быстро тускнеет и теряет первоначальные декоративные свойства. Не рекомендуется никелирование металлических деталей, имеющих контакт с морской водой, в таких условиях эксплуатации алюминий и железо быстро корродируют. Еще один недостаток – никель ускоренно поглощает газы, в результате чего резко понижаются его физические характеристики. Но электролитическое никелирование разрешается для товаров, имеющих прямой контакт с пищевыми продуктами, оно не выделяет вредных химических соединений. Никелирование можно делать на мели, железе, алюминии, титане и их сплавах и неметаллических поверхностях. На последних выполняется химическое никелирование.

Особенности технологии никелирования металлов

В любой среде эксплуатации никель по отношению к железу является катодным покрытием, в связи с этим для обеспечения качественной защиты от коррозионных процессов его необходимо наносить на медный подслой. Допускается нанесение чистого слоя никеля толщиной не менее 30 мкм, но в связи с высокой стоимостью металла такая технология не получила в промышленности широкого распространения, высококонцентрированный электролитический раствор не применяется. Комбинация из двух или трех слоев покрытия минимизирует вероятность образования микропор, доходящих до основного металла. Никелирование изменяет поведение никеля, в паре с медью никель становится растворимым электродом. Этот недостаток двухслойного покрытия устраняется за счет нанесения на алюминий третьего верхнего слоя из хрома. Обработанные таким способом детали широко применяются в автомобильной промышленности, приборостроении и машиностроении.

Изменение толщины никелирования в зависимости от назначения

В последнее время в промышленности широкое распространение получил черный никель, с его помощью создаются специальные оптические свойства поверхностей. Химическое никелирование дороже электролитического, этот фактор ограничивает применения метода для промышленного использования. Но он дает возможность получать более равномерные покрытия с улучшенными показателями физической прочности, обрабатывать сложные по профилю детали с узкими глубокими отверстиями. Толщина никелирования регламентируется положениями ГОСТ 9.303-84, электролитический раствор подбирается с учетом назначения изделий.

Анодный и катодный процессы никелирования

Электролитическое никелирование имеет несколько особенностей в сравнении с другими покрытиями. Для разряда ионов никеля необходима высокая катодная поляризация и низкое перенапряжение водорода, а это создает технологические сложности в связи с тем, что водород постоянно выделяется на катоде. Пузырьки газа задерживаются на катоде и становятся причиной появления эффекта питтинга. В результате на поверхности никеля образуются поры, осадок теряет декоративные и защитные свойства. Увеличивают негативные процессы органические соединения и гидроксиды.

Большое влияние на никелирование металла оказывает схема и режим работы. Увеличение температуры становится причиной возрастания выхода по току, при этом перенапряжение водорода почти не меняется. Показатели кислотности раствора оказывают влияние на физико-механические характеристики покрытия. Напряженные и твердые осадки получают при pH 5,5 и температуре ниже +20°С. В промышленности используется электролитический раствор с кислотностью менее 5,5, такие растворы имеют высокие показатели по рассеивающей способности и дают мелкозернистую структуру покрытия на алюминий. К недостаткам электролитов относится низкий выход по току и невозможность обрабатывать детали из алюминия и цинка.

Зависимость твердости никелирования от плотности тока и кислотности

Во время никелирования из-за растворов солей происходит пассивация анодов, что становится причиной нежелательных явлений. Во время обеднения электролита ионами никеля водород выделяется на поверхности катода и значительно уменьшает выход по току. Для запуска процесса депассивации в электролитический раствор вводят соли с содержанием ионов хлора. После разрядки на поверхности катода чистый хлор разрушает пленку пассивации.
Электролиты для никелирования металла

  1. Сульфатный электролитический раствор. В промышленности используется большой перечень сульфатных электролитов, позволяющих иметь на поверхности изделий осадки с заданными физическими показателями. Сульфат натрия характеризуется большой электропроводностью, за счет включения в раствор магния никелирование становится более пластичным и мягким. В качестве буферного химического элемента применяется борная кислота, она регулирует показатели кислотности как в общем растворе, так и в области непосредственной близости к катоду. В связи с тем, что никелевые аноды пассивируются, в электролиты обязательно добавляются ионы хлора. Строгое соблюдение технологических режимов и химических составов гарантирует надлежащее качество никелирования.

Химический состав сульфатного раствора и режимы работы при матовом никелировании

Никелирование металлических изделий должно производиться при непрерывной очистке раствора от вредных примесей, в противном случае уменьшается их устойчивость. Первый электролит используется для никелирования алюминия, для процесса применяются аноды НПА 1 и НПА 2, при необходимости может использоваться специальный непассивирующий анод.

  1. Сульфаматный раствор для никелирования. Основной компонент – сульфамат никеля, для депассивации покрытий электродов добавляется борная кислота или хлорид никеля. За счет высокой концентрации удается увеличить токи плотности никелирования. Никель осаждается равномерным гладким слоем, количество мини-пор уменьшается. Покрытия малонапряженные, никель можно осаждать толстым слоем. Электролитический раствор используется в гальванопластике и иных специальных случаях во время производства ответственных деталей. Недостатки – сложность технологии, обязательное перемешивание и очистка, высокая стоимость.

Режим обработки и состав сульфаматного электролита

Как добавка против питтинга вводится лаурилсульфат натрия. В воде растворяется сульфамат никеля, после завершения процесса добавляются остальные компоненты и раствор доводится до необходимого объема. Во время процесса температура должна выдерживаться в пределах +60°С, состав подлежит постоянной очистке. Органические примеси удаляются активированным углем, тяжелые металлы удаляются взмученным карбонатом никеля.
Блестящее никелированиеТакой эффект покрытия дает только гальваническая технология. В настоящее время более 80% вех деталей получают с блестящей поверхностью без дополнительной обработки. Гальваническая ванна с заданным электролитом обеспечивает требуемое качество обрабатываемой поверхности во время процесса никелирования. К преимуществам блестящего никелирования относятся следующие показатели:

  1. Перед никелированием детали нет необходимости шлифовать алюминий – уменьшается себестоимость производства, устраняется опасность порчи поверхностей из-за нарушения режимов шлифования или полирования.
  2. Уменьшается расход дорогостоящего металла, никель не попадает в отходы. Толщина снимаемого слоя во время шлифования может достигать 3 мкм.
  3. За счет снижения количества технологических операций появляется возможность полностью автоматизировать процесс. Электролитический раствор используется увеличенное количество времени.
  4. Более высокие показатели по току позволяют интенсифицировать никелирование металла.

К недостаткам процесса относится сильное выделение водорода на катоде, появление внутренних напряжений в покрытии и большое количество вредных примесей. Никель блестит за счет специальных блескообразователей, добавляемых в электролитический раствор. Блескообразователи могут быть двух видов:

  1. Неорганические. Применяются редко, в основном используются соли кадмия или кобальта. Соли кобальта имеют высокую стоимость, что препятствует их широкому использованию.
  2. Органические. Первым использовалась натриевая соль, с течением времени разрабатывались новые химические составы.

Самым большим потребителем деталей с блестящим никелированием считается автомобильная промышленность. Благодаря современным разработкам в состав электролитов для блестящего никелирования добавляются инновационные присадки, снижающие показатели поверхностного напряжения и удаляющие с поверхности катодов пузырьки воздуха. По фактическому воздействию все блестящие составы делятся на две большие группы: слабые и сильные. Слабые позволяют обрабатывать только предварительно полированные поверхности деталей, блеск поверхности имеет обратно пропорциональную зависимость от толщины осадка. Сильные блескообразователи дают возможность получать требуемое качество поверхностей на матовых основаниях, показатели блеска не зависят от толщины осадка. При совместном действии растворов покрытие получается с равномерным блеском и высокими показателями пластичности.

Химический состав блескообразователей

За счет использования сахарина никелирование металлических деталей происходит при уменьшенном количестве водорода, а добавка бутиндиола улучшает выравнивающие характеристики растворов и расширяет диапазон плотностей по току.

Электролитический раствор для блестящего никелирования

На гальваническое никелирование большое влияние оказывают выбранные режимы работы. При повышении плотности тока и температуры увеличивается фактический блеск покрытий и понижаются внутренние напряжения. Все электролиты во время процесса никелирования необходимо постоянно перемешивать, подвергать селективной очистке и фильтрованию. Оптимальная температура технологии осадков на алюминий +60°С
Технология приготовления растворов сульфатных электролитовТехнология приготовления всех сульфатных электролитов одинакова. Отдельно в теплой воде растворяются соли, в кипящей воде растворяются фториды и борная кислота. Для подготовки фторидов лучше пользоваться емкостями, изготовленными из винипласта, этот материал отличается полной химической устойчивостью к этим соединениям. Для повышения или понижения кислотности в электролитический раствор добавляется серная кислота.

Для очистки раствора от цинка и меди электролит подкисляется до pH 2,5–3,0, завешиваются катоды из рифленой листовой стали и предварительно прорабатываются током. При трехсменной работе производства состав электролитов должен ежедневно корректироваться на основе химического анализа. Никелевые осадки чутко реагируют к примесям, попадающим в раствор во время его приготовления.
Многослойное электролитическое никелированиеЗащитные характеристики многослойных покрытий в несколько раз превышают эти показатели при однослойном никелировании. В основе технологии положен принцип двух- или трехкратного нанесения слоя осадка на алюминий, за счет этого обеспечивается защита нижележащих слоев. Нижний полублестящий слой должен иметь минимальную напряженность и не содержать серы. Верхний слой осаждается из обыкновенного электролита, электролитический раствор должен обеспечивать блестящее покрытие. Толщина нижнего слоя на изделии составляет до 70% общей толщины.

Если никель имеет три слоя, то между полублестящим нижним и верхним зеркальным имеется промежуточный толщиной до 1 мкм с увеличенным содержанием серы.

Электролитический раствор для промежуточного слоя

Механизм осаждения никелирования состоит из нескольких этапов:

  • встреча на катодной поверхности инертных частиц;
  • задержка частиц на поверхности;
  • зарастание задержанных частиц никеля.

За чет процесса количество пор на поверхности в пределах 20000–100000 на квадратный сантиметр, такое гальваническое никелирование имеет более высокие эксплуатационные свойства, чем покрытия медь-никель-хром. Деталь лучше противостоит коррозионным процессам, имеет увеличенные характеристики твердости поверхности.
Черное никелированиеХарактеризуется невысокими показателями сцепления с основным металлом и низкой коррозионной устойчивостью, покрытая деталь используется в различных оптических приборах промышленного и бытового назначения.

Электролитический раствор для черного никелирования

Химическое никелирование

Применяется для обработки деталей сложной геометрии, технология обеспечивает равномерный осадок на поверхности. Химическое никелирование дает поверхности с улучшенными показателями износостойкости, рекомендуется для изделий, работающих в паре без смазки, может использоваться для создания декоративных элементов.

Состав растворов для химического никелирования

Никель повышает свою твердость во время термической обработки, эта технология применяется в промышленном производстве. Показатели сцепления никель-фосфорных осадков намного превышают показатели адгезии электролитического никеля, отклонение по толщине не превышает 10% расчетных параметров.

Высокие защитные характеристики и минимальная пористость позволяют использовать химическое никелирование для изделий, эксплуатирующихся в условиях перегретого воздуха и пара, максимально допустимые температуры до +700°С. Технология никелирования дает возможность увеличивать скорость осаждения до 25 мкм/ч, конкретные значения зависят от состава раствора. Схема технологического процесса допускает производство в проточных или непроточных водах. Для работы с непроточными растворами применяются ванны со съемными чехлами, материал изготовления чехлов – химически устойчивый пластик. Постоянство состава в проточных растворах поддерживается за счет их циркуляции по замкнутому технологическому циклу: из реактора в теплообменник, из теплообменника на очистку, далее в корректировочную емкость и опять в реактор. В период циркуляции никель осаждается равномерным слоем, замкнутая схема снижает себестоимость никелирования и увеличивает производительность оборудования.

plast-product.ru

Никелирование металла, алюминия, меди и латуни, обзор технологии

Никель обладает уникальными физическими свойствами — он хорошо выдерживает механическую деформацию, а также не покрывается коррозией при длительном хранении. Поэтому очень часто тонким слоем никеля покрывают различные металлические сплавы — сталь, чугун, медь, алюминий и так далее. Процедуру покрытия металла слоем никеля в промышленности называют никелированием. Но можно ли сделать никелирование в домашних условиях самому? Какие способы никелирования существуют? Ниже мы в деталях узнаем ответы на эти вопросы.

Определение

Никелированием называют комплекс процедур, в результате которых на поверхности какого-либо металлического сплава создается тонкая пленка из никеля. Слой пленки является достаточно маленьким — от 1 до 50 микрометров, а контролировать толщину никель-слоя можно путем изменения пропорции никеля в составе электролитического раствора. Никелирование металла используется для того, чтобы улучшить исходные физические характеристики основного металлического сплава:

  • Повышение коррозийной устойчивости. Никель обладает высокой химической инертностью, поэтому он не вступает в контакт с кислородом и водой. Поэтому никель будет препятствовать появлению коррозии на поверхности металлического элемента.
  • Защита от слабых кислот и щелочей. Никель также неплохо выдерживает воздействие слабых химических реагентов, поэтому с его помощью можно также создать дополнительный слой, который будет защищать основной материал от кислот и щелочей.
  • Создание прочного внешнего покрытия. При механическом повреждении меняется вид металлического изделия, а также могут ухудшатся его технико-эксплуатационные характеристики. Создание дополнительно слоя из никеля выгодно тем, что при повреждении металла всегда можно быстро нанести новый слой.
  • Никель обладает приятным серебристо-серым блеском, поэтому никелирование может выполняться и для декоративных нужд. Украшение металлических игрушек, создание красивых никелированных каркасов и так далее).

Никелировать можно практически любой металл — сталь, чугун, различные железные сплавы, медь, латунь, алюминий, титан и так далее. В качестве объекта обработки — цельные листы, детали с отверстиями, сантехнические установки, болты, шурупы, рыболовные крючки и так далее.

Существует две технологии — гальваническое и химическое никелирование. Обе технологии широко применяют на фабричном производстве. При необходимости можно сделать обработку в домашних условиях самостоятельно.

Технология гальванического никелирования

Гальваническое никелирование — популярная технология, с помощью которой можно нанести тонкий слой никеля на поверхность какого-либо металлического сплава (медь, сталь, железо, чугун, алюминий, латунь и так далее).

Принцип применения гальванического никелирования очень прост: металлический элемент подключается к катоду и помещается в водную среду с большим содержанием никеля, который выступает в растворе в качестве электролита — после этого включается электрический ток, который проходит через никелевые аноды, происходит достаточно равномерное распределение никеля по всей поверхности металлического объекта.

Перед проведением гальванического никелирования с поверхности металлического объекта нужно удалить тонкую оксидную пленку, которая будет препятствовать нанесению никеля. Для удаления пленки рекомендуется использовать грубую наждачную бумагу — с ее помощью оксидная пленка снимается очень легко, а каких-либо серьезных усилий для очистки рабочему прилагать не нужно.

После обработки наждачной бумагой нужно промыть металлический объект водой, чтобы избавиться от остатков оксидной пленки — после этого металл обрабатывается содовым раствором и снова очищается с помощью воды. Обратите внимание, что крупные жесткие детали обрабатывать наждачной бумагой сложно — для их очистки рекомендуется использовать специальное очистительное оборудование.

Хороший пример — пескоструйные аппараты, которые снимают оксидную пленку за счет воздействия на поверхность металла песка, который в данном случае выступает в качестве абразива.

Последовательность действий

После очистки можно приступать непосредственно к никелированию:

  1. Сперва нам необходимо собрать ванночку для никелирования. Для этого нам понадобится емкость на основе диэлектрика, два никелевых анода, а также провода и источник электрического тока (рабочее напряжение — 5-6 вольт).
  2. Также нам понадобится электролитический раствор. Приготовить его можно на основании двух рецептов, где первый рецепт подходит для гладких однородных деталей, а второй — для шероховатых неровных элементов с низким качеством очистки.
  3. Первый рецепт такой — сернокислый никель (250 г), борная кислота (25 г), фтористый калий и хлористый калий (по 4-5 г), а также натриевая соль (2-3 г) и формалин (1-2 г) + 1 литр воды.
  4. Второй рецепт следующий — сернокислый никель (300 г), хлористый никель (около 60-90 г), борная кислота (50 г), а также блескообразователь (2 г) и выравнивающая присадка (2 мл) + 1 литр воды (блескообразователь и выравнивающая присадка вносятся по желанию).
  5. Установка для никелирования собирается следующим образом (вне зависимости от типа электролита): в ванночку наливается электролит и в нее помещается два никелевых анода по краям ванны — в ванночку по центру помещается деталь для обработки, которая подключена к отрицательному полюсу.
  6. После этого запускается электричество на 30-40 минут. Во время работы анодный и электролитический никель под действием электрических сил перемещаются на поверхность металлического элемента, который обладает отрицательной полярностью. При прохождении электрического тока никель прочно прикрепляется к металлу, что приводит к образованию тонкой пленки на основе никеля, что нам и требовалось.

После проведения гальванического никелирования на поверхности металла может образоваться черный налет, который может испортить вид металлической детали. Для очистки детали от налета необходимо выполнить зачистку и полировку детали — в результате у детали должен образоваться равномерный серебристый блеск, на поверхности объекта образуется тонкая пленка из никеля. Зачистку рекомендуется проводить вручную без использования слишком токсичных реактивов, чтобы не повредить защитную пленку.

Технология химического никелирования металла

Также большое распространение получило химическое никелирование металла. Эта технология также является достаточно простой. Принцип проведения химического никелирования следующий:

  1. Создается электролитический раствор на основе солей никеля с добавлением различных добавок и гипофосфита натрия.
  2. В раствор помещается деталь, раствор равномерно нагревается до температуры 200-300 градусов, в течение примерно 1 часа.
  3. Во время нагрева электролита происходит восстановление гипофосфитом натрия никеля. Это приводит к образованию на поверхности металла тонкой пленки из никеля.

Обратите внимание, что нагрев раствора можно не проводить. Однако в таком случае никелевая пленка будет очень хрупкой, что сделает никелирование бесполезным. В качестве электролита могут использоваться как кислые, так и щелочные растворы. Рекомендуются именно кислотные растворы, поскольку они обладают более высокой твердостью и прочностью. Также обратите внимание, что формат никелирования напрямую зависит от того, из какого металла сделана основная деталь.

Никелирование алюминия

Начинают с двукратной цинковой обработки материала. Цель такой обработки — сделать материал плотным и прочным, чтобы частички никеля смогли равномерно покрыть поверхность металла. Цинковая обработка выполняется так:

  1. Растворите в 1 литре воды 250 г едкого натра, добавьте 50-60 г окиси цинка. Оптимальная температура раствора — 18-20 градусов по Цельсию.
  2. Поместите обрабатываемую деталь из алюминия в раствор на 3-5 секунд в раствор, а потом сразу же достаньте ее из раствора, чтобы избежать химического повреждения. Раствор не выливайте!
  3. Выполните травление детали в течение 10-15 секунд, чтобы равномерно распределить цинк по всей поверхности детали. Для травления используется азотная кислота в концентрации 15%.
  4. Повторно выполните цинковую обработку в растворе в течение 3-5 секунд, потом промойте деталь в горячей воде. Повторное травление в азотной кислоте выполнять не нужно.

Растворы

Для никелирования можно использовать различные растворы, рассмотрим несколько основных рецептов:

  • Рецепт #1. Хлористый натрий — 20 г, лимоннокислый натрий — 40 г, аммоний на основе хлора — 50 г, 25%-аммиак — 50 мл, гипофосфит натрия — 25 г, вода — 1 литр. Для приготовления раствора необходимо нагреть воду до температуры 80-90 градусов. После этого в воду помещаются все компоненты (кроме гипофосфита). Выполняется перемешивание соединения до образования однородного раствора, в конце вносится гипофосфит натрия.
  • Рецепт #2. Уксуснокислый никель — 25 г, аминоуксусная кислота — 20 г, гипофосфит натрия — 30 г, вода — 1 литр. Для приготовления раствора вода доводится до температуры 95 градусов. После этого в добавляются все компоненты (кроме гипофосфита). Производится размешивание раствора до полного растворения компонентов, в конце вносится гипофосфит натрия.

Для проведения никелирования хромированные алюминиевые детали помещаются в один из растворов. Деталь подвешиваются на проволоке, а потом она опускается в раствор на 70-80%. Она не должна касаться боковых стен и дна. После этого температура повышается до 350-380 градусов. Оптимальный срок термическо-химической обработки — 1 час.

Для ускорения никелирования можно повысить температуру раствора до 500 градусов. Однако в таком случае на поверхности детали могут образоваться желто-рыжие или фиолетовые пятна, от которых будет сложно избавиться, поэтому избыточный нагрев лучше не производить. После никелирования алюминий проходит вспомогательную обработку в машинном масле:

  1. На огонь ставится минеральное масло, которое разогревается до температуры 250 градусов.
  2. Деталь достается из электролитного раствора и сразу же помещается в минеральное масло.
  3. В масле деталь греется в течение 1 часа. После этого деталь достается, промывается под теплой водой + выполняется обезжиривание.

Обработка изделий из меди и латуни

Никелирование латуни и меди выполняется по стандартной схеме, однако помимо этого есть отличия. Процедура начинается с очистки, полировки и обезжиривания материала. После этого выполняется декапирование детали с помощью серной или соляной кислоты. Затем деталь аккуратно промывается теплой водой и подвешивается на металлической проволоке.

В качестве проволоки могут использоваться изделия только из стали либо алюминия без обмотки. В противном случае во время термохимической обработки никелирование в домашних условиях не пойдет из-за технических особенностей меди. Очень высокая электропроводность в данном случае играет злую шутку. Если медь не будет касаться другого металла, то частички никеля будут плохо приставать к детали.

Растворы

Для никелирования меди/латуни можно использовать один из таких растворов:

  • Рецепт #1. Хлористый никель — 50 г, аммоний на основе хлора — 55 г, лимоннокислый натрий — 50 г, гипофосфит натрия — 20 г, вода — 1 литр.
  • Рецепт #2. Сернокислый никель — 30 г, уксуснокислый натрий — 15 г, гипофосфит натрия — 10 г, вода — 1 литр.

Раствор готовится стандартным способом. В воду помещаются все компоненты (кроме гипофосфита) и выполняется перемешивание. После этого раствор нагревается до температуры 85-90 градусов и выполняется впрыскивание гипофосфита натрия. После этого выполняется никелирование латуни/меди обычным способом. Деталь на проволоке помещается в раствор на 70-80%, раствор доводится до температуры 350 градусов, длится не более 1 часа.

В конце обработку минеральным маслом можно не выполнять (как в случае с алюминием). Деталь просто достается из посуды с электролитом и выполняется промывка теплой водой и делается обезжиривание. Часто после обработки меди образуется тонкий слой никеля на стенках посуды. Чтобы избавиться от осадка, протрите осадок концентрированным раствором азотной кислоты.

Никелирование стали

Также никелем могут покрываться различные стальные и чугунные изделия. Процедура в данном случае будет несколько отличаться из-за физических особенностей стального сплава. Главное отличие — никелирование рекомендуется выполнять дважды по одному и тому же методу. Поскольку при одноразовой обработке есть риск растрескивания никельного покрытия спустя несколько месяцев эксплуатации детали. Поначалу обработка выполняется по стандартному алгоритму. Деталь очищается и полируется, а потом выполняется декапирование с помощью серной или азотной кислоты. После этого деталь подвешивается на проволоке из любого материала.

Растворы

Теперь Вам необходимо приготовить какой-либо раствор по одному из рецептов:

  • Рецепт #1. Хлористый никель — 30 г, 25%-аммиак — 50 мл, лимоннокислый натрий — 100 г, гипофосфит натрия — 10 г, вода — 1 литр. Вода нагревается до температуры 90 градусов, в воду добавляются все компоненты (кроме гипофосфита). После перемешивания и растворения компонентов вводится гипофосфит.
  • Рецепт #2. Хлористый никель — 30 г, гликолят натрия — 50 г, гипофосфит натрия — 10 г. В воду добавляются все компоненты (кроме гипофосфита), выполняется перемешивание. Раствор доводится до температуры 95 градусов — в раствор вводится гипофосфит и выполняется финальное перемешивание.

Обратите внимание, что перед никелированием стали необходимо обязательно узнать температуру отпуска металла. Во время никелирования раствор ни в коем случае нельзя нагревать выше этой температуры. В противном случае может произойти растрескивание и повреждение стали. Само никелирование металла выполняется стандартным способом. Деталь помещается в раствор, электролит доводится до нужной температуры (до температуры отпуска, но не выше 350 градусов). Срок обработки — 1-2 часа (чем ниже температура, тем дольше длится обработка). После проведения никелирования нужно выполнить травление детали. После этого рекомендуется выполнить процедуру еще один раз по стандартному алгоритму.

Заключение

Во время никелирования металлические объекты покрываются защитным тонким слоем никеля. Основные функции никелирования — улучшение химической и коррозийной стойкости, создание дополнительного защитного слоя против механических повреждений.

Можно выполнить никелирование любых металлов и сплавов — сталь, медь, латунь, алюминий и другие. Сегодня применяют две технологии никелирования — гальваническая и термохимическая обработка.

Используемая литература и источники:

  • Лахтин Ю. М., Арзамасов Б. Н. Химико-термическая обработка металлов. — М.: Металлургия, 1985.
  • Борисенок Г. В., Васильев Л. А., Ворошнин Л. Г. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник. — М.: Металлургия, 1981.
  • Snyder, Dr. Donald. «Nickel Electroplating»

martensit.ru

Свойства и применение никелевых покрытий

Никелирование — самый популярный гальванотехнический процесс. Привлекательный вид, высокая коррозионная стойкость и механические свойства говорят в пользу более широкого применения никеля с декоративно-защитными и функциональными целями.

Никель, нанесенный непосредственно на сталь, носит характер катодного покрытия и, следовательно, защищает только механическим путем. Несплошность покрытия способствует образованию коррозионных пар, в которых сталь является растворимым электродом. В результате этого возникает коррозия под покрытием, которая разрушает стальную подложку и приводит к отслаиванию никелевого покрытия. С целью предупреждения этого явления сталь необходимо покрывать плотным без пористости толстым слоем никеля.

Никелевые покрытия являются основой многослойных декоративно-защитных систем Ni—Сг и Сu-Ni—Сг. Применение ванн с блескообразователями значительно упрощает технологию нанесения многослойных покрытий.

Из-за высоких механических свойств никель применяют для восстановления изношенных деталей машин, гальванопластического изготовления инжекционных форм, и конструкционных элементов, которые трудно или даже невозможно изготовить обычными механическими методами. В химической промышленности толстым слоем никеля покрывают детали, подверженные воздействию крепких щелочей.

Ванны никелирования

Широко применяется в мастерских ванна, состоящая из трех основных компонентов: сульфата никеля, борной кислоты и хлорида, например, никеля.

Сульфат никеля — источник ионов никеля. Хлорид (никеля) существенно влияет на работу никелевых анодов. В безхлоридных ваннах происходит сильное пассивирование никеля, вследствие чего уменьшается содержание никеля в ванне, а результат — снижение выхода по току и ухудшение качества покрытий. В присутствии хлоридов аноды растворяются в степени, достаточной для нормального протекания никелирования. Хлориды повышают проводимость ванны и “работоспособность” ванны при загрязнениях цинком. Борная кислота облегчает поддержание рН на одном уровне. Эффективность этого действия в значительной степени зависит от концентрации борной кислоты (на практике преимущественно ~30 г/л).

Применения хлорида никеля не всеми признается желательным. Из-за высокой его цены, и часто, трудности приобретения. Однако необходимо учесть что, вводя в ванну хлорид никеля, мы вводим в ванну и ни-кель. В хлориде NiCl2•6Н2О теоретически содержится 24,69 % никеля и, следовательно, введя этот хлорид в количестве 40 г/л, мы увеличиваем содержание никеля в ванне примерно на 10 г/л, что уже имеет определенное значение.

Другим, часто дискутируемым вопросом является применение хлорида натрия как источника хлоридов. Известно, что многие гальванические мастерские успешно вводят в ванны блестящего никелирования NaСl.

Существует много причин плохой работы никелевых ванн, и утверждение, что причина — в использовании поваренной соли, мало обосновано. Даже хорошо известная среди гальванотехников английская фирма “Саnning” вводит в состав ванны для блестящего никелирования “NiSOL” хлорид натрия в количестве 28 г/л.
Вместо хлорида натрия можно применять другой хлорид, например, как в ПНР, хлорид магния.
В течение многих лет известна и повсеместно применяется сульфатная ванна Уоттса. Содержания отдельных компонентов — основы ванн Уоттса для нанесения матовых покрытий составляют, г/л: (200—350) NiS04•7Н20, (30—60) NiС12•6Н20, (25—40) h4ВО3.

Часто в состав ванны Уоттса вводят добавки так называемых электропроводных солей, повышающих электропроводность ванн и улучшающих внешний вид покрытия. Среди этих солей наиболее применяем сульфат магния (~30 г/л), в ваннах для массовой обработки мелких деталей его концентрация значительно выше.

Сульфат никеля чаще всего вводят в концентрации 250—350 г/л. В течение длительного времени считали целесообразной верхнюю границу концентрации, что позволяло проводить процесс при больших плотностях тока без опасения прижога покрытия на ребрах и на выступающих участках. В последнее время наметилась тенденция к ограничению сульфата никеля менее 200 г/л, чем заметно снижаются потери раствора.

Концентрация хлоридов в никелевой ванне точно не нормирована. В так называемых хлоридных ваннах концентрация хлорида никеля превышает 200 г/л и, следовательно, нет необходимости в добавке сульфата никеля. В условиях мастерской это не оправдывается, даже исходя из цены хлорида никеля.

Концентрация борной кислоты достигает 25—40 г/л. Ниже 25 г/л увеличивается тенденция к быстрому защелачиванию никелевой ванны. Однако превышение уровня в 40 г/л может оказаться неблагоприятным благодаря возможности кристаллизации борной кислоты в форме кристаллов, оседающих на стенках ванны и анодах. Особенно легко протекает это явление в неблагоприятных или слабо обогреваемых ваннах.

Сульфатная ванна работает в широком диапазоне температур, плотности тока и рН. При комнатной температуре никелирование применяется редко. Для покрытий, нанесенных в холодных ваннах, часто происходит при декоративном хромировании отслаивание никеля вместе с хромом. Поэтому следует нагревать ванну по крайней мере до 30 °С.

Ванна с блекообразователями работает при 50—60 °С. Плотность тока необходимо выбирать экспериментально с тем, чтобы не происходило прижога покрытий.

Сульфатная ванна работает надежно в широком диапазоне рН. Ранее в ваннах поддерживалась, как правило, величина рН = 5,4—5,8, что мотивировалось меньшей агрессивностью и лучшей кроющей способностью ванны. Однако столь высокое значение рН приводит к значительному росту напряжений в никелевых покрытиях. Поэтому в большинстве применяемых в промышленности ванн рН = 3,5—4,5.

Современные ванны требуют перемешивания, что необходимо с точки зрения интенсификации процесса никелирования и уменьшения опасности питтинга. Перемешивание ванны тянет за собой необходимость непрерывной фильтрации с целью устранения механических загрязнений.

Перемешивание с помощью подвижной катодной штанги не так эффективно, как перемешивание сжатым воздухом, и кроме того, оно требует специального ингридиента, исключающего пенообразование. Соответственно очищенный воздух служит в настоящее время в гальванических мастерских ПНР для перемешивания всех никелевых ванн, оборудованных устройствами для блестящего никелирования, изготавливаемыми в Институте точной механики.

Общая характеристика ванн блестящего никелирования.

Традиционные ванны для нанесения матовых покрытий применяются в настоящее время неограниченно. Их используют, в частности, для предварительного никелирования стальных изделий перед кислым меднением, полагая, что на матовом никеле матовое покрытие, осажденное в кислой ванне, имеет лучшую адгезию, чем на блестящем никеле. Это допущение иногда обосновано, так как в ваннах с блескообразователями накапливаются продукты распада органических добавок, приводя к пассивированию никелевых покрытий преимущественно в гальванических мастерских, работники которых пренебрегают правилами сохранения никелевых ванн, длительно эксплуатируемых без регенерации.

Однако, существует ситуация, заставляющая отказаться от никелирования в ваннах с блескообразующими добавками, по той причине, что блестящие покрытия недостаточно пластичны и разрушаются при изгибе никелированных предметов. Перед принятием решения об использовании блестящего никелирования в серийном производстве сначала необходимо проверить пригодностьэтого процесса на образцах.

Расход никелевых анодов.

Практики, занимающиеся никелированием ежедневно, знают, что расход никеля связан, в основном, с расходом никелевых анодов, обусловливающим также потребность в частом пополнении анодов; вместе с тем ванна работает целыми месяцами без надобности в добавке сульфата никеля.

Желая сэкономить на никеле, некоторые работники мастерских идут по линии наименьшего сопротивления и просто наносят тонкое покрытие, ухудшая тем самым качество изделия. Зависимость массы осажденного никеля от толщины покрытия показана в табл. 1.

ТАБЛИЦА 1

ВРЕМЯ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЕВОГО ПОКРЫТИЯ ЗАДАННОЙ ТОЛЩИНЫ, S, И МАССА ОСАЖДЕННОГО НИКЕЛЯ, mNi, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОТНОСТИ ТОКА. ВЫХОД ПО ТОКУ НА КАТОДЕ 92,5 %

s, мкм

 

mNi, г/дм2

 

t, мин, при J, А/дм2

1

2

3

4

5

2

0,181

9,3

4,7

3,1

2,3

1,9

5

0,453

26,5

13,2

8,9

6,6

5,1

7

0,680

39,7

19,8

13,3

9,9

7,9

10

0,890

52,8

26,4

17,6

13,1

10,6

15

1,330

79,5

39,7

26,5

19,8

15,8

20

1,780

105,8

52,8

35,3

26,4

21,2

25

2,230

130

66,1

43,1

32,9

26,4

30

2,670

155

77,5

51,6

38,75

31,0

40

3,560

205

102,5

68,3

51,25

41,0

50

4,500

262

131,0

87,0

65,5

52,4

Так, при толщине никелевого покрытия 10 мкм, часто используемого в качестве подслоя под декоративный хром для легких условий эксплуатации, на 1 дм2 поверхности теоретически осаждается 0,89 г никеля, но на практике его будет больше. Даже если мы примем расход никеля 2 г/дм2 и допустим, что 1 кг никеля стоит 1000 зл, то окажется, что стоимость требуемого никеля — 2 зл. Следовательно уменьшение толщины покрытия не дает большой экономии и может причинить ущерб авторитету фирмы.

Приготовление ванн никелирования.

Для приготовления ванн никелирования рекомендуется применять деминерализованную воду или в крайнем случае водопроводную. Грунтовую воду применять не следует. Рабочую и запасную ванны из стального листа футеруют изнутри твердой резиной или поливинилхлоридом. Обе ванны тщательно промывают и заполняют водой, добавляя серную кислоту ~5 г/л.

На следующий день ванны тщательно ополаскиваются и запасная ванна на половину объема наполняется водой. Воду нагревают до 60 °С и при постоянном перемешивании растворяют сначала борную кислоту, затем сульфат и хлорид никеля.

Так как обычно для приготовления ванны применяют технические химикаты, загрязненные посторонними металлами и органическими соединениями, то необходима предварительная очистка ванны. С этой целью увеличивают рН ванны до 5,0, вводя свежеосажденный карбонат никеля, полученный из сульфата никеля.

В отдельном сосуде, заполненном до половины теплой водой, растворяют сульфат никеля и заливают его водным раствором карбоната натрия до полного исчезновения зеленого осадка карбоната никеля. Осторожно сливают воду, а оставшийся осадок добавляют в ванну малыми порциями при постоянном перемешивании до pН = 5,0. Находящийся в продаже основной карбонат никеля не так хорош, как свежеприготовленный, так как он растворяется хуже.

Некоторые упрощают процесс повышения рН, вместо карбоната никеля добавляя малыми порциями в ванну 20%-ный NаОН. В течение часа раствор необходимо интенсивно перемешивать вплоть до полного растворения зеленой взвеси карбоната никеля.

После увеличения рН до 5,0 доливают малыми порциями водный раствор перманганата калия при постоянном перемешивании, вплоть до устойчивого появления бледно-розового цвета. Затем добавляют активированный уголь “Сагbороl S-ехtга” (1 г/л) и перемешивают 2 ч. Ванну оставляют в покое до следующего дня. В таком состоянии ванна должна иметь естественный цвет сульфата никеля, если же она не имеет этого цвета, то добавляют серную кислоту до рН = 3,8—4,0; на катодную штангу до исчезновения фиолетового цвета.

Дальнейшая очистка состоит в проработке ванн при малой плотности тока. Предварительно очищенный в запасной ванне раствор перекачивают в рабочую ванну, доводят деминерализованной водой до заданного уровня, добавляют серную кислоту до рН = 3,8—4,0; на катодную штангу подвешивают максимально возможное количество волнистых стальных пластинок и включают ток плотностью сначала ~0,5 А/дм2, а после нескольких десятков минут его уменьшают до 0,2—0,3 А/дм2. Электролиз длится 6 ч при постоянном перемешивании и температуре ~ 60 °С. По доведении рН до нормы очищенная ванна готова к эксплуатации. В ней никелируют пробные загрузки с целью выбора оптимальных условий обработки. При блестящем никелировании добавляют соответствующие вещества.

Эксплуатация и регенерация никелевых ванн. Стабилизация ванн для никелирования состоит в поддержании заданных концентраций отдельных составляющих и регуляторном устранении загрязнений.

Легче всего регулировать состав, исходя из химического анализа, однако опытный гальваник решает эти проблемы самостоятельно.

Особое внимание следует обратить на контроль и корректирование рН — ежедневную обязанность персонала, отвечающего за надежную работу никелевой ванны. Заметим, что это не очень сложно, так как ванна постепенно защелачивается, и, следовательно, возникает необходимость добавки чистой серной кислоты. Готовят раствор, содержащий 25 % (объемн.) концентрированной кислоты и 75 % (объемн.) дистиллированной воды, и добавляют его малыми порциями в ванну при постоянном перемешивании. Для контроля рН достаточно иметь индикаторную бумагу ограниченного набора, например, трех — пяти диапазонов производства ПНР.

Цветовая шкала на этой бумаге не так выразительна, как на бумажках Мерка, но после определенного времени обслуживающий персонал приобретет опыт и будет делать отсчет значений рН с достаточной точностью. Несоблюдение необходимой величины рН повлечет за собой заметное ухудшение качества покрытий.

При очень большом значении рН, т. е. при недостаточной кислотности, покрытия становятся хрупкими и склонными к шелушению, а также приобретают желтый оттенок; легко также возникает прижог покрытия в местах больших плотностей тока. При рН менее 4 ослабляется блеск покрытия.
Никелевая ванна легко загрязняется металлическими примесями, особенно при обработке латунных и цинковых изделий: наиболее часто — медью, цинком, железом и свинцом. Медь придает никелевому покрытию темный цвет.

Малая концентрация цинка приводит к появлению на никелевом покрытии черных точек, большая концентрация цинка проявляется в виде почернения покрытий в местах малых плотностей тока; сильное загрязнение цинком может привести к распространению черных полос по всей поверхности.

Загрязнение железом приводит к росту внутренних напряжений в покрытии, следствием чего является хрупкость никеля. Коллоидальная взвесь соединений железа, появляющаяся в никелевой ванне, может служить причиной появления сильного питтинга.

Загрязнение свинцом проявляется в виде бурого или чернобурого слоя в местах малой плотности тока. Свинец может попасть в ванну из свинцовых труб, применяемых для нагрева, или с погружаемых нагревателей, помещаемых в свинцовый кожух. Это исключительно вредно для ванн с блескообразователями.

Примесные металлы удаляют электролитически при малой плотности тока методом, описанным при составлении ванны. Время очистки зависит от степени загрязнения ванны и может длиться от нескольких часов до нескольких их десятков. Через определенное время стальные листы следует вынуть из ванны, очистить стальной щеткой и снова поместить в ванну. Не следует оставлять обесточенные листы в ванне, так как это приводит, по крайней мере, к частичному растворению в ней загрязнений.

Современные ванны для никелирования перемешиваются воздухом и, следовательно, механические загрязнения, оседающие на дне, распределяются по всему объему ванны и часть из них попадает в покрытие, придавая ему шероховатость. Таким образом возникает необходимость непрерывной фильтрации ванны, хотя в большинстве мастерских избегают этого, ограничиваясь периодической фильтрацией, и не жалуются на шероховатость покрытий. Это свидетельствует об умении поддержания ванны в надлежащей чистоте, прежде всего, о невозможности попадания анодного шлама в ванну вследствие хорошей задержки его анодным мешком.

По поводу фильтрации ванн блестящего никелирования с помощью активированного угля существуют разные мнения. Теоретически при каждой фильтрации ванны следовало бы применять уголь с целью удаления вредных органических загрязнений, к которым относят, между прочим, продукты разложения блескообразующих добавок. В действительности уголь поглощает также и некоторые необходимые для нормальной работы органические добавки, в результате чего увеличивается расход довольно дорогих препаратов, например, таких как “DF-Ьis”.

Несмотря на такую неблагоприятную ситуацию для потребителя, необходимо здесь выбирать золотую середину, заключающуюся в том, что фильтрация через свежий активированный уголь происходит раз в неделю и, наконец, частоту замены угля можно установить, исходя из собственных наблюдений. Полный отказ от угля является технической ошибкой, так как с течением времени ванна загрязняется органическими соединениями настолько сильно, что покрытия становятся хрупкими и пассивированными, что затрудняет их декоративное хромирование.

Необходимо, однако, обратить внимание на сорт активированного угля. В ПНР применяют уголь Саrbороl S-ехtга в пылеобразном виде. Случайные сорта могут принести больше вреда, чем пользы, так как они загрязнены примесными металлами, например, цинком.

Несмотря на большую заботу о никелевой ванне, она так может так загрязниться органическими веществами, что возникает необходимость капитальной регенерации с использованием перманганата калия.

Содержимое ванны, нагретой до 60 °С, перекачивают в запасную ванну и доводят рН с помощью карбоната никеля до 5,5—5,8. Растворенный в воде перманганат добавляют малыми порциями до получения бледнорозового цвета. Во время введения перманганата обязательно тщательное перемешивание.

На каждый литр таким образом обработанной ванны добавляют 3 г активированного угля и сильно перемешивают в течение нескольких часов. Затем оставляют ванну на 10—12 ч, после чего прозрачный раствор отфильтровывают осторожно в рабочую ванну, не трогая осадок на дне. Если розовый цвет остается и далее, то добавляют пергидроль, разбавленный в дистиллированной воде в соотношении 1:5 до получения нормального зеленого цвета ванны. С целью предупреждения избытка пергидроля его добавляют небольшими порциями. После корректировки рН никелируют пробные изделия, помня, что блеск будет хуже, так как часть блескообразующего раствора была уничтожена и лишь после дополнения блескообразователей будет получен желаемый декоративный вид.

Железо, загрязняющее никелевую ванну, устраняют, в основном, во время описанной выше обработки при малой плотности тока, однако, для более полного удаления этого металла поступают следующим образом:

электролит переливают в запасную ванну, нагревают до температуры 60 С и подщелачивают до рН = 6 карбонатом никеля или едким натром, причем необходимо перемешивание. Затем добавляют пергидроль в количестве 1 см3/л, перемешивают 3 ч и оставляют в покое до следующего дня. Светлый раствор отфильтровывают осторожно в рабочую ванну, наблюдая, чтобы, осадок на дне ванны не попал в чистую ванну.

После доведения рН до нормы проводят пробное никелирование и дополняют блескообразующие добавки до получения желаемого блеска.

Правильная дозировка блескообразующих веществ является основным условием успеха при блестящем никелировании. Производители блескообразователей дают приблизительный расход вещества в зависимости от прохождения количества электричества в ампер-часах, но лишь в немногих мастерских есть электросчетчики, а регистрация нагружения ванны в виде подробных записей — не столь простое дело, как кажется.

При длительной эксплуатации ванны возникают разные ситуации, которые сопровождаются значительной потерей блескообразователей, например, при регенерации ванн, описанных выше. Это происходит за пределами электричества.

Содержание блескообразователя в ванне можно определить аналитически, однако для этого надо иметь соответствующее оборудование и основательное знание лабораторной методики. Можно пользоваться услугами специальных лабораторий, однако это не всегда возможно. Следовательно, остается собственная инициатива гальваника, обслуживающего ванну, или другого более грамотного человека.

Если получим полублестящее покрытие, то это значит, что в ванне очень мало блескообразователя, На 100 л ванны можно добавить 25 см3 добавки “DF-bis”. Если это не приведет к улучшению блеска, то причина лежит в самой ванне. Следует определить рН и температуру ванны и, если после корректировки этих параметров и дальше нет улучшения, то необходимо приступить к очистке ванны с помощью активированного угля и электролиза при малой плотности тока, что подробно описано при рассмотрении ванн.

Очень трудная ситуация возникает в случае избыточного введения блескообразователей. В этом случае покрытия становятся хрупкими в местах очень малой плотности тока; например, в местах контакта изделия с подвесками образуются видимые черные пятна и может быть даже окончательный брак покрытий. Следовательно, необходимо избавиться от избытка блескообразователя, прорабатывая ванну в нормальных условиях, повесив на катодную штангу отходы стального листа, соответственно обезжирив их и протравив.

Одним из часто встречающихся дефектов никелевых покрытий является пористость — так называемый питтинг — небольшие углубления в покрытии, напоминающие наколы, возникающие при никелировании в результате прилипания пузырьков водорода к поверхности катода. Это объясняется большим поверхностным натяжением, в особенности в ваннах для никелирования. В месте расположения пузырька покрытие не образуется, возникает кратер.

Кроме водорода на поверхности катода могут оседать и пузырьки воздуха, содержащегося в ванне. Не работающая ванна охлаждается и поглощает определенное количество воздуха. При нагревании ванны воздух выделяется в виде пузырьков, часть из которых оседает на поверхности катода, приводя к питтингу. Перед началом никелирования ванну следует нагреть до температуры на несколько градусов выше обычно применяемой, выключить нагрев и подождать, пока температура не снизится до нормы. Кроме того, воздух может попасть в ванну вследствие неплотности фильтрующего насоса. Неплотность насоса, безусловно следует устранить.

Большое влияние на образование питтинга имеет также и состояние подложки, пористость которой, неметаллические включения и всякого рода загрязнения поверхности способствуют образованию питтингов. Таким же образом влияют загрязнения ванны взвесью или продуктами распада органических веществ.

С целью предупреждения образования питтинга в ванну добавляют окисляющие или смачивающие вещества. К первым относится пероксид водорода, добавляемый в обычные ванны в виде пергидроля в количествах 0,2—0,5 см3/л.

В ванны с блескообразователями пергидроль не добавляют, так как он действует разрушающе на органические вещества. В таких случаях добавляют смачивающие вещества, например, лаурилсульфат натрия, в количестве 0,1—0,2 г/л.

Пероксид водорода и смачивающее вещество не являются радикальными противопиттинговыми средствами. Устранить газовые пузырьки помогает механическое встряхивание изделий на подвесках в ванне. Подвижная катодная штанга, а еще лучше перемешивание ванны сжатым воздухом, намного облегчает борьбу с питтингом. При устойчивом питтинге следует применять очистку ванны активированным углем.

Никелевые аноды

Никелевые аноды изготовляют в соответствии со стандартом PN-82/Н-92914 размерами 25х25х(3-8) мм и листов шириной 100—300 мм, длиной 600—1000 мм и толщиной 6—12 мм.

Химический состав анодов должен соответствовать стандарту PN-79/Н-8181, а листов — стандарту PN-79/82180. Аноды в виде листов имеют марки № 2, № 3 и № 6А. Для блестящего никелирования применяют аноды № 2.
Пример обозначения анодов при размещении заказа: анод никелевый № 2 8Х300Х600 в соответствии со стандартом РН-82/Н-92914. Кубики размещаются в титановых корзинах.

Снятие никелевых покрытий

Никелевые покрытия на стали и сплавах меди, как правило, удаляются в ванне с разбавленной серной кислотой. К 20 л холодной воды добавляют при постоянном перемешивании порциями 30л концентрированной серной кислоты, наблюдая, чтобы температура не была выше 60 °С. После охлаждения ванны до комнатной температуры ее плотность должна быть ~ 1,63.

С целью снижения опасности затравливания материала подложки в ванну добавляют глицерин 50 г/л. Ванны изготовляют из винипласта. Изделия навешиваются на средней штанге, соединенной с положительным полюсом источника тока. Боковые штанги, на которых навешаны свинцовые листы, соединяют с отрицательным полюсом источника тока.
Температура ванны не должна превышать 30 °С, так как горячий раствор действует агрессивно на подложку. Плотность тока достигает 4 А/дм2, но можно изменять напряжение в пределах 5—6 В.
Через определенное время следует добавлять концентрированную серную кислоту для поддержания плотности, равной 1,63. С целью предупреждения разбавления ванны необходимо изделия в ванну погружать после их предварительной сушки.
В случае латунных изделий контроль процесса не представляет труда, так как в момент полного удаления никеля плотность тока резко падает.

Черные никелевые покрытия

Черные никелевые покрытия применяются с декоративной и специальной целью. Их защитные свойства очень низки, поэтому их наносят на подслой из цинка, кадмия или обычного никеля. Стальные изделия предварительно оцинковывают, а латунь и медь — никелируют.

Черное никелевое покрытие твердо и хрупко особенно при большой толщине. В практике удовлетворяются обычно толщиной в 2 мкм. Ванна для нанесения таких покрытий содержит значительное количество цинка и роданида. В покрытии содержится ~50 % никеля, а остальное составляют цинк, сера, азот и углерод.
Ниже приведены типичные составы ванн черного никелирования, г/л:

Ванна

1

2

3

NiSO4•7h3O

75

144

NiSo4•(Nh5)2SO4•6h3O

45

ZnSO4•7h3O

38

NaSCN•2h3O

15

15

NiCl2•6h3O

75

Nh5Cl

30

ZnCl2

30

(Nh5)6•Mo7O24•4h3O

30

h4BO3

23

Ванна 1 работает при комнатной или слегка повышенной температуре, J = 0,1—0,5 А/дм2, рН = 5,6—5,9. Ванна 2 хлоридная и, следовательно, агрессивная более сульфатной. Она работает при комнатной температуре, рН = 5,0 и J = 0,2 А/дм2. Ванна 3 содержит молибдаты и, следовательно, дороже первой и второй ванн. Ее преимуществом является большая кроющая способность и стабильность, так как она содержит борную кислоту. Недостатком является более высокая рабочая температура, как правило, выше 50 °С. Плотность тока составляет 0,2—0,5 А/дм2, рН = 4,3—4,7.

Ванны черного никелирования готовят, растворяя все составляющие в теплой воде и фильтруя через фильтровальную бумагу. Если возникают трудности растворения борной кислоты в ванне 3, то ее растворяют отдельно в воде, нагретой до 70 °С.

Стабильность ванн заключается в основном в контроле и регулировании рН посредством h3SO4 или NaОН. Получение глубоко черного цвета зависит в основном от правильного выбора плотности тока. Никелированные изделия смазывают горячим маслом.

Химическое никелирование

Этот процесс был в свое время одним из главных в технической специальной литературе, и казалось, что он создает сильную конкуренцию для традиционного электролитического никелирования. В настоящее время его оценивают более спокойно и применяют, когда для этого есть техническое и материальное обеспечение.

Основным преимуществом никелевых покрытий, нанесенных химическим путем, является однородная толщина независимо от формы изделия. Это характерно для всех процессов осаждения металла без применения тока.

Особенностью химического никелирования является непрерывное осаждение слоя, что создает возможность образования покрытий любой толщины.

Ванны для химического никелирования состоят из соли никеля, гипофосфита натрия и добавок. Основой являются соли никеля и гипофосфит натрия.

Существуют две разновидности ванн для химического никелирования — кислая и щелочная. В качестве солей никеля, в основном, применяют сульфат или хлорид никеля относительно небольшой (~5 г/л) концентрации. Содержание гипофосфита достигает 10—30 г/л. Добавки вводятся в виде комплексообразующих соединений, ускоряющих осаждение никеля, и стабилизаторов, препятствующих разложению электролита.

В качестве комплексообразующих соединений в специальной литературе упоминаются гликолевая, молочная, лимонная и аминоуксусная кислоты. Ускоряющими являются янтарная, малоновая, пропионовая, масляная, валериановая и другие кислоты. Для стабилизации служат в основном соединения свинца, тиосульфат, тиомочевина и т.д.

Ниже приведены примеры двух ванн для химического никелирования, г/л:

Ванна

1

2

Сульфат никеля (NiS04•7Н2О)

20 – 30

Ацетат натрия (Ch4•COONa•3h3O)

10 – 15

Молочная кислота (Ch4CHOHCOOH)

25 – 30

Тиомочевина (h3NCSNh3)

0,0005 – 0,001

Гипофосфит натрия (Na2HPO2•h3O)

15 – 20

15—25

Хлорид аммония (Nh5Cl)

30—40

Цитрат натрия (Na3C6H5O7•5,5h30)

30—50

Аммиак (Nh5OH)

70-100

Хлорид никеля (NiCl2•6h3O)

20—30

Ванна 1 кислая, лучше всего работает при рН = 4,3—4,8. Рабочая температура ванны 85—90 °С должна поддерживаться во время всего процесса никелирования. Для регулирования рН служит разбавленный (например, 5 %-ный) раствор едкого натра.

Готовят ванну 1 следующим образом: в дистиллированной воде, нагретой до температуры 60 °С, сначала растворяют ацетат натрия, затем сульфат никеля и добавляют молочную кислоту, предварительно нейтрализованную едким натром до рН = 3,5—4,0. Нагрев ванну до 85 °С, добавляют гипофосфит натрия. После этого можно приступить к никелированию.

Концентрация тиомочевины очень мала и в условиях мастерской нет возможности взвешивания с точностью до долей грамма. Так как избыток тиомочевины может привести к полной задержке процесса никелирования, лучше полностью отказаться от этого стабилизатора и воспользоваться ванной без тиомочевины.

Ванна 2 щелочная. В дистиллированной воде, нагретой до 60 °С, растворяют цитрат натрия, хлориды аммония и никеля, добавляют порциями при постоянном перемешивании раствор аммиака с целью достижения рН = 8—9. При этом происходит заметное изменение цвета раствора с зеленоватого на голубой. После подогрева до 80 °С добавляют гипофосфит и ванна готова к эксплуатации.

Приведенная информация очень общая и мало отражает практическую сторону никелирования.

При менее 80 °С эффективность ванны очень низка. При 90 °С получают в течение 1 ч слой никеля толщиной 10—20 мкм. При дальнейшем повышении температуры, например, до 95°С получают более толстые слои, но стабильность ванны снижается. В определенный момент может наступить внезапное разложение ванны, что сопровождается появлением черного порошка на дне и стенках ванны. Такая ванна непригодна для дальнейшего использования.

Серьезной проблемой является выбор соответствующих рабочих емкостей . В промышленных условиях применяют сложные установки из коррозионностойкой стали, тогда как для никелирования в малом объеме в основном служат стеклянные, фарфоровые или эмалированные емкости.

Наилучшим способом нагрева малых и средних емкостей является водяная рубашка. Опустим 5 л стеклянный сосуд в эмалированный 10 л бак с водой, мы можем получить водяную рубашку, пригодную для газо- или электронагрева ее до температуры кипения. В стеклянном сосуде можно достичь температуры 83—85 °С, достаточной для проведения процесса.

Высокая температура и сильное газовыделение на поверхности изделий фиксируется обслуживающим персоналом по сильному неприятному запаху. Очевидно, что вся установка должна находиться под вытяжкой.

Как видно, вся процедура непроста, вследствие чего применение химического никелирования ограничено теми случаями, когда неприменимы электролитические методы. Например, металлические сильфоны в виде цилиндрической гармошки, применяемые для измерения давления при пневморегулировке, невозможно никелировать электролитически из-за сложной геометрической формы. Химическое никелирование является прекрасным решением этой проблемы.

Стальные изделия можно никелировать химически без затруднений. На меди и латуни осаждение никеля начинается после кратковременного контакта с менее благородным металлом, например, железом или алюминием. Для никелирования алюминиевых сплавов обычно применяют щелочные ванны (например ванну 2).

На стенках и дне сосуда, применяемого для химического никелирования, могут оседать мелкие частички никеля, в особенности, если поверхность сосуда не очень гладка, имеет царапины. Перед дальнейшим использованием такого сосуда необходимо устранить осевшие частички никеля, растворяя их в азотной кислоте.

Свойства покрытий

Никелевое покрытие, полученное химическим путем, содержит кроме никеля в значительных количествах фосфор в зависимости от состава ванны и условий осаждения.

Установлено, что в кислых растворах получают более богатые фосфором покрытия, чем в щелочных растворах. Фосфор оказывает заметное влияние на магнитные свойства и, следовательно, определение толщины слоя никеля магнитными методами сопряжено с заметными ошибками.

Твердость свежеосажденного покрытия ~ 5 кН/мм2. Нагрев до 400 °С в течение 1 ч повышает твердость до 8—10 кН/мм2, что ненамного уступает твердости хромовых покрытий. При 400 °С химические покрытия приобретают цвет от желтого до гранатового. Во избежание этого покрытые детали следует нагревать в защитных средах.

Нагрев до 400 °С может отрицательно влиять на механические свойства подложки, поэтому некоторые применяют более низкие температуры, значительно увеличивая время обработки, например, 290 °С в течение 10 ч. Кроме того, не установлено, что максимальная твердость очень полезна, так как например, в химических покрытиях твердостью выше 9 кН/мм2 наблюдались трещины. Рекомендуется термическая обработка в температурной области 250—290 °С, что должно обеспечить твердость ~ 8 кН/мм2.

Довольно своеобразные результаты были получены при исследовании механической износостойкости. Лучшие результаты были получены на покрытиях, термически обработанных при 650 °С в течение 2 ч и, следовательно, имеющих твердость около 6 кН/мм2.

В отношении коррозионной стойкости химического никеля имеются многочисленные высказывания, отдающие предпочтение химическим покрытиям перед электролитическими. Некоторые конструкторы, подкрепленные этими высказываниями, согласились на антикоррозионную защиту стальных изделий химическим никелем толщиной 2—3 мкм. Однако такое покрытие не защищает от коррозии грубо обработанную поверхность стали.

vskproekt.ru

Никелирование. Применение никелевых анодов и катодов при нанесении покрытий. Статья

ПРОДУКЦИЯ


 

Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

Вам понравилась эта статья?! Добавьте ее в свои закладки.

 

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

(800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
e-mail: [email protected]

Нихром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Фехраль

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нихром в изоляции

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Титан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Вольфрам

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Молибден

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Кобальт

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Термопарная проволока

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Провода термопарные

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Никель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Монель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Константан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Мельхиор

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Твердые сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Порошки металлов

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нержавеющая сталь

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Жаропрочные сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ферросплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Олово

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Тантал

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ниобий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ванадий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Хром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Рений

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

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.

Целью данной статьи является обзор методов нанесения никеля на поверхности различных изделий

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.

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

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.

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.

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(~5 г/л).

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.

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.

www.metotech.ru

Химическое никелирование деталей – всё о процессе и особенностях + Видео

Никелирование химическое - это сложный процесс, позволяющий покрыть изделия из практически любого металла тонким защитным слоем никеля, повысить при этом коррозионную стойкость и придать поверхности блестящий вид и твердость.

1 Процесс химического никелирования деталей

Свойство никеля создавать на своей поверхности тонкую оксидную пленку, устойчивую к действию кислот и щелочей, позволяет использовать его для антикоррозионной защиты металлов.

Основной метод, применяющийся в промышленности - гальваническое никелирование, но оно требует наличия достаточно сложного оборудования и подразумевает работу с кислотами и щелочами, пары которых выделяются во время работы и могут сильно навредить здоровью человека. Для покрытия стали, алюминия, латуни, бронзы и других металлов может быть применен химический способ, так как он прост в использовании, и этот процесс можно проводить в домашних условиях.

На сегодняшний день существует два основных метода покрытия металлических деталей никелем: гальваническое и химическое. Первый метод требует наличия источника постоянного тока - электролитической ванны с электродами и большого количества химических реактивов. Второй способ намного проще. Для его проведения требуется наличие мерной посуды и эмалированной емкости для нагрева реактивов. Несмотря на всю кажущуюся простоту, это довольно сложный процесс, который требует большого внимания и соблюдения правил безопасности. По возможности проводите реакции в хорошо проветриваемом помещении. Идеальным вариантом будет оборудование рабочего места вытяжкой, ни в коем случае не соединенной с общедомовой вентиляцией. При работе пользуйтесь защитными очками, не оставляйте емкость с реактивами без присмотра.

Покрытие металлических деталей никелем

Основные стадии для произведения химического никелирования следующие:

  1. Для того чтобы никель покрыл поверхность тонким и равномерным слоем, изделие предварительно шлифуют и полируют.
  2. Обезжиривание. Поскольку даже тончайшая пленка жира на поверхности обрабатываемого изделия может вызвать неравномерное распределение никеля по площади детали, последнюю обезжиривают в специальном растворе, состоящем из 25-35 г/л NaOH или KOH, 30-60 г кальцинированной соды и 5-10 г жидкого стекла.
  3. Деталь или изделие, которое необходимо покрыть никелем, промывают в воде, после чего на 0,5-1 минуту погружают в 5% раствор HCl. Данный шаг предпринимается для того, чтобы удалить с поверхности металла тонкий слой окислов, который будет значительно снижать адгезию между материалами. После протравки деталь снова промывают в воде, затем немедленно переносят в емкость с раствором для покрытия никелем.

Собственно никелирование производят при помощи кипячения металлического изделия в специальном растворе, который готовят следующим образом:

  • берут воду (желательно - дистиллированную) из расчета 300 мл/дм2 площади поверхности детали, включая как внутреннюю, так и внешнюю;
  • воду нагревают до 60°С, после чего растворяют в ней 30 г хлористого никеля (NiCl2) и 10 г уксуснокислого натрия (CH3COONa) на 1 л воды;
  • температуру поднимают до 80°С и добавляют 15 г гипосульфита натрия, затем в емкость с раствором погружают обрабатываемую деталь.

Кипячение металлического изделия

После погружения детали, раствор нагревают до 90-95°С и поддерживают температуру на таком уровне в течение всего процесса никелирования. Если вы увидели, что количество раствора сильно уменьшилось, можно добавить в него предварительно нагретую дистиллированную воду. Кипячение должно проходить не менее 1-2 часов. Иногда для получения многослойного покрытия, изделия из металла подвергают серии коротких (20-30 минут) кипячений, после каждого из которых деталь достают из раствора, промывают и высушивают. Это дает возможность получить слой никеля из 3-4 прослоев, которые суммарно имеют большую плотность и качество, чем одинарный слой той же мощности.

Особенность покрытия стальных изделий в том, что никель осаждается самопроизвольно вследствие каталитического воздействия железа. Для осаждения защитного слоя на цветных металлах используется другой состав.

2 Никелирование цветных металлов и сплавов

Химическое никелирование цветных металлов позволяет создавать защитную пленку на поверхности латуни, меди и бронзы. Для этого деталь сначала обезжиривают раствором, состав которого указан в первом способе, причем снимать оксидную пленку с металла не обязательно. Раствор для никелирования готовят следующим образом: в эмалированную емкость наливают 10% раствор хлористого цинка (ZnCl2), который более известен под названием «паяльная кислота». К нему понемногу добавляют сернокислый никель (NiSO4) до такой концентрации, при которой раствор окрашивается в зеленый цвет. Состав доводят до кипения, после чего погружают деталь в него на 1,5-2 часа. После того как реакция закончится, изделие достают из раствора и помещают в емкость с меловой водой (готовится способом добавления 50-70 г мела в порошке на 1 литр воды), а затем промывается.

Раствор сернокислого никеля

Никелирование алюминия проходит по схожей технологии, но состав раствора немного другой:

  • 20 г сернокислого никеля;
  • 10 г натрия уксуснокислого;
  • 25 г натрия фосфорноватистокислого;
  • 3 мл тиомочевины концентрацией 1 г/л;
  • 0,4 г фтористого натрия;
  • 9 мл уксусной кислоты.

Обработка деталей из алюминия

Перед обработкой изделия из алюминия погружают в раствор каустической соды, концентрацией 10-15%, и нагретом до температуры 60-70°С. При этом происходит бурная реакция с выделением водорода, пузырьки которого очищают поверхность от окислов и загрязнения. В зависимости от степени загрязненности, детали выдерживают в очищающем растворе от 15-20 секунд до 1-2 минут, после чего промывают в проточной воде и погружают в никелирующий раствор.

3 Применение никелированных изделий

Вследствие никелирования значительно повышаются физико-механические и декоративные свойства металлических изделий. Никель имеет серебристо-белый цвет, на воздухе быстро покрывается незаметной человеческому глазу пленкой окислов, которые практически не меняют его внешнего вида, но при этом надежно защищают от дальнейшего окисления и реакций с агрессивной средой. Никелирование используется для защиты сталей, бронзы, латуни, алюминия, меди и других материалов.

Защита металлических изделий от окисления

Является катодной защитой. Это значит, что при повреждении целостности покрытия, металл начинает реагировать с внешней средой. Для повышения механических свойств защитного слоя, нужно наносить его, точно придерживаясь технологии и последовательности действий. Никель, нанесенный на поверхность со следами загрязнения и ржавчины, с большим количеством неровностей, может начать вспучиваться и отслаиваться в процессе эксплуатации.

Изделия, покрытые никелем, почти ни в чем не уступают хромированным - имеют похожий блеск и твердость. При больших размерах емкостей для химической реакции никелем можно покрывать довольно большие детали, например, автомобильные диски.

4 Основные выводы по теме

Никелирование придает металлу красивый блестящий вид, высокую коррозионную стойкость и повышает твердость поверхности. Детали, покрытые никелем, можно использовать для украшения столбов ограды, если такую предусматривает проект участка. Красиво выглядят и имеют длительный срок эксплуатации различные метизы - крепежные болты, скобы, элементы мебельной фурнитуры. Они могут быть использованы в условиях повышенной влажности, температуры и нагрузки - в местах, где сталь быстро ржавеет и теряет свойства.

Химическое никелирование можно произвести собственноручно, в условиях хорошо проветриваемого гаража или мастерской.

Красивый блестящий вид поверхности

Нежелательно делать описанные технологические операции на кухне, так как испарения любых химических веществ могут быть опасными для здоровья.

Покрытие никелем с помощью химических реактивов не требует высоких энергозатрат, в отличие от гальванического, но позволяет получить достаточно качественное, блестящее и твердое покрытие.

tutmet.ru

Никелирование в домашних условиях: химическое, гальваническое

Никелирование изделий из металлов позволяет не только защитить их поверхности от коррозии, но и создать на них блестящее покрытие. Такие изделия широко применяются при изготовлении сантехники, автомобильных запчастей, медицинских инструментов и т. д. В связи с этим многие люди задаются вопросом, можно ли выполнить никелирование стали в домашних условиях?

Технология никелирования металлов

Никелирование осуществляется путем нанесения на металлический предмет тонкого слоя никелевого покрытия. Покрыть никелем можно изделия из различных металлов, таких как:

  • сталь;
  • медь;
  • титан;
  • алюминий.

Существуют металлы, которые нельзя никелировать:

  • олово;
  • свинец;
  • кадмий;
  • сурьма.

Никелевое покрытие обеспечивает защиту изделия от воздействия влаги и различных агрессивных веществ. Часто его наносят в качестве слоя-основы перед хромированием деталей. После нанесения тонкой пленки никеля, напыления из серебра, золота и других металлов держатся более прочно.

В домашних условиях применяются способы, не требующие использования специализированного оборудования. Благодаря этому, никелирование стали, меди, алюминия в бытовых условиях доступно практически каждому человеку. Чтобы получить равномерное покрытие, необходимо предварительно подготовить деталь.

Преимущество никелирования

Как подготовить изделие к никелированию?

Подготовка изделия довольно трудоемкий процесс. Следует полностью исключить наличие коррозии, окислений и т. п. Подготовка проводится в несколько этапов.

Обработка пескоструйным аппаратом

Данный вид обработки можно выполнять как специализированным пескоструйным аппаратом, так и самодельным. Во время обработки нужно постараться убрать как можно больше посторонних наслоений с поверхности заготовки. Особое внимание следует обратить на труднодоступные места. Они должны быть очищены так же, как и другие участки поверхности.

Общая схема пескоструйного аппарата

Шлифовка

Чтобы никелевое покрытие получилось равномерным, нужно максимально выровнять поверхность. Шлифовка дает возможность очистить предмет от оксидной пленки. Для выполнения этого этапа используется наждачная бумага, а также различные инструменты и приспособления, предназначенные для шлифовки.

До и после пескоструйной обработки

Совет: не стоит пренебрегать шлифовкой заготовок, неправильная подготовка может привести к отслоению покрытия.

Следующий этап подготовки металла — шлифовка

Устранение жировых загрязнений

После того, как процесс шлифовки окончен, следует смыть образовавшиеся загрязнения под проточной водой. Затем потребуется провести обезжиривание заготовки. Для этого можно использовать как готовые, так и самодельные растворители. После нанесения растворителя деталь нужно еще раз промыть водой и тщательно просушить.

Внимание: при выборе растворителя необходимо учитывать степень его воздействия на металл, из которого выполнено изделие. Запрещается применять обезжиривающие растворы, вступающие в химическую реакцию с поверхностью.

Обезжиривание металла

Омеднение

Никелирование изделия лучше проводить с предварительным омеднением заготовки. Этот этап не является обязательным, но никелирование стали и других металлов будет более качественным, если покрытие наносится на тонкий слой меди.

Омеднение в домашних условиях

Для омеднения детали необходимо поместить ее в стеклянную емкость с водным электролитом, состоящим из медного купороса и серной кислоты. Предмет подвешивается на проводе таким образом, чтобы он не касался стенок и дна емкости. По обе стороны от заготовки размещаются медные пластины, являющиеся электродами. После этого к электродам и заготовке подключается источник постоянного тока. Степень омеднения прямо зависит от времени проведения процесса.

Способы нанесения никелевого покрытия

Никелирование изделия в домашних условиях можно выполнить двумя способами: химическим и электролитическим.

Электролитический метод

Нанесение покрытия с использованием электролита называется гальваническим никелированием. Сначала потребуется подготовить водный раствор (электролит). Для этого необходимы следующие компоненты:

  • сернокислый никель – 70 г;
  • сернокислый магний – 15 г;
  • поваренная соль – 2.5 г;
  • сернокислый натрий – 25 г;
  • борная кислота – 10г;
  • вода – 500г.

Каждый из компонентов нужно отдельно растворить в воде и профильтровать. Полученные растворы смешивают и заливают в стеклянную емкость. Для гальванического никелирования в сосуд с электролитом помещают никелевые электроды. Чтобы покрытие на заготовке было равномерным, со всех сторон устанавливают не менее двух электродов.

Подготовленную заготовку помещают в сосуд между электродами таким образом, чтобы она не касалась стен и дна емкости. Электроды соединяют между собой медными проводниками, и подключают к плюсовому контакту источника постоянного тока. Токопроводящий провод подключают к минусовому выводу.

Схема установки для электролитического никелирования

В процессе никелирования стали напряжение питания не должно превышать 6 Вольт. Следует контролировать плотность тока, она не должна превышать 1,2 А. Процесс занимает около 30–40 минут. По его окончании, предмет нужно промыть проточной водой и тщательно просушить. Нанесенное покрытие должно получиться матовым и гладким. Чтобы поверхность изделия приобрела блеск, потребуется выполнить ее полировку.

Химический метод

Никелирование стали и других металлов химическим способом отличается от гальванического прочностью покрытия. При помощи химического никелирования можно легко нанести вещество даже на самые труднодоступные места.

Для выполнения процесса потребуется:

  • янтарно-кислый натрий – 7.5 г;
  • хлористый никель – 12.5 г;
  • гипофосфит натрия – 15 г;
  • вода – 500 мл.

В эмалированную посуду наливают воду и растворяют в ней янтарно-кислый натрий и хлористый никель. Затем раствор нагревают до температуры 90 градусов. По достижению требуемой температуры добавляется гипофосфит натрия. Изделие аккуратно подвешивается над емкостью с раствором. Количество жидкости рассчитывается исходя из того, что в 1 литре раствора можно покрыть поверхность площадью 2дм2.

Никелирование контролируется визуально: когда деталь равномерно покроется пленкой, процесс завершается. По окончании, деталь нужно промыть в растворе, изготовленном из воды и небольшого количества мела. После этого осуществляют сушку и полировку детали.

Как увеличить срок службы покрытия?

Полученное покрытие имеет пористую структуру. Поэтому металл изделия подвержен коррозии. Чтобы снизить риск ее возникновения, слой никеля покрывают смазочными составами. После их нанесения предмет погружают в емкость с рыбьим жиром. Спустя 24 часа, его излишки убирают при помощи растворителя.

Если изделие имеет крупные габариты, и погрузить его в емкость невозможно, то его поверхность просто натирают рыбьим жиром. Данную процедуру потребуется проводить дважды, с промежутком времени около 12 часов. Через 48 часов после обработки остатки жира нужно удалить.

Никелирование защищает металл от коррозии

Выполнить никелирование стали в домашних условиях можно двумя способами. Данный процесс является несложным, но требует тщательной подготовки и предельной аккуратности при выполнении. Необходимо приобрести качественные компоненты для приготовления раствора, заранее подготовить рабочую зону, емкости, инструменты и устройства.

В процессе работы важно соблюдать меры безопасности: защитить глаза и кожные покровы от попадания химических веществ, обеспечить достаточную вентиляцию помещения, предотвратить возможность воспламенения смеси и электрической установки.

Видео по теме: Химическая металлизация — никелирование

vtorexpo.ru

Никелирование, серебрение и золочение | Так делают

Установить в гараже аппаратуру для электрохимического покрытия металлами других металлов и диэлектриков (трансформатор, выпрямитель, измерительные приборы, ванна и т. п.) довольно проблематично.

Сейчас применяется метод химического покрытия металлов и диэлектриков (пластмасс, стекла, фарфора и т. п.) другими металлами.

Процесс химического покрытия отличается своей простотой. Действительно, для того чтобы покрыть металлическую деталь, например, никелем, не нужно городить сложную установку. Достаточно располагать источником огня (газ, примус и т.п.), эмалированной посудой и подходящими химикатами. Час, два- и детали покрыты плотным и блестящим слоем никеля.

В этой статье мы рассмотрим только: никелирование, серебрение и золочение металлов. Однако существует много рецептов химического покрытия металлов и диэлектриков медью, кадмием, оловом, кобальтом, бором, двойными и тройными сплавами.

Никелирование

В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей гипофосфитом натрия.

Плёнка никелевого покрытия получается блестящая или полублестящая. Структура покрытия — аморфная, из сплава никеля и фосфора. Плёнка никеля без термообработки слабо держится на поверхности основного металла, хотя ее твердость близка к твердости хромового покрытия.

Термическая обработка детали с никелевым покрытием, полученным химическим путем, в значительной степени увеличивает сцепление пленки никеля с основным металлом. Одновременно растет и твердость никеля, достигающая твердости хрома.

Термическая обработка детали с никелевым покрытием производится при температуре около 400°С в течение часа. При термической обработке закаленных стальных деталей с никелевым покрытием необходимо учитывать, при какой температуре эти детали отпускались, и не превышать ее. В этом случае термическую обработку производят при температуре 270- 300 °С с выдержкой до 3 ч.

Растворы для химического никелирования могут быть щелочными (рН- выше 6,5) и кислыми (рН- от 4 до 6,5).

Щелочные растворы. Их применяют при нанесении покрытий на коррозионностойкую сталь, алюминий, магний и диэлектрики. Покрытия, осаждаемые из щелочных растворов, имеют менее блестящую поверхность, чем полученные из кислых растворов. Но зато покрытия из щелочных растворов более прочно связаны с основой, чем из кислого.

У щелочных растворов есть еще один существенный недостаток- явление саморазряда. Оно наступает при перегреве раствора. Это мгновенное выпадение губчатой массы никеля из раствора, сопровождающееся выбросом кипящего раствора из ванны!

Регулировку температуры при отсутствии термометра можно вести по интенсивности газовыделения. Если газ выделяется не интенсивно, то можно быть уверенным, что саморазряда не будет.

Кислые растворы

Они находят применение при нанесении покрытий на детали из черных металлов, меди, латуни, особенно когда требуется высокая твердость, износостойкость и коррозионно защитные свойства поверхности, покрытой никелем.

Для справки. Воду для никелирования (и при нанесении других покрытий) берут дистиллированную (можно использовать конденсат из бытовых холодильников). Химреактивы должны применяться как минимум чистые (обозначение на этикетке — Ч).

Подготовка детали. Перед нанесением на основной металл каких-либо металлических пленок необходимо осуществить ряд подготовительных операций. Отполированную деталь обезжиривают, травят и декапируют.

Обезжиривание. Процесс обезжиривания металлических деталей проводят, как правило, когда эти детали только что обработаны (отшлифованы или отполированы) и на их поверхности нет ржавчины, окалины и других посторонних продуктов.

С помощью обезжиривания с поверхности деталей удаляют масляные и жировые пленки. Для этого применяют водные растворы некоторых химреактивов, хотя для этого можно использовать и органические растворители (трихлорэтилен, пентахлорэтан, растворители № 646 и № 648 и др.).

Обезжиривание в водных растворах проводят в эмалированной посуде. Заливают воду, растворяют в ней химреактивы и ставят на малый огонь. При достижении нужной температуры загружают в раствор детали. В процессе обработки раствор перемешивают. Ниже приводятся составы для обезжиривания (все дано в граммах на литр воды — г/л), а также рабочие температуры растворов и время обработки деталей.

Внимание! От качества проведения подготовительных операций в сильной степени зависит конечный результат всех работ.

Черные металлы обезжиривают в одном из растворов:

  1. Жидкое стекло (канцелярский силикатный клей) — 3—10, едкий натр (калий) — 20- 30, тринатрийфосфат — 25—30. Температура раствора — 70—90 °С, время обработки — 10—30 мин.
  2. Кальцинированная сода — 20, калиевый хромпик — 1. Температура раствора — 80—90°С, время обработки — 10—20 мин.

Медь и ее сплавы обезжиривают в одном из растворов:

  1. Едкий натр — 35, кальцинированная сода — 60, тринатрийфосфат — 15, препарат ОП-7 (или ОП-10). Температура раствора — 60—70 °С, время обработки 10—20 мин.
  2. Едкий натр (калий) — 75, жидкое стекло — 20. Температура раствора — 80—90 °С, время обработки — 40—60 мин.

Алюминий и его сплавы обезжиривают в следующих растворах:

  1. Жидкое стекло — 20—30, кальцинированная сода — 50—60, тринатрийфосфат — 50—60. Температура раствора — 50— 60 °С, время обработки — 3—5 мин.
  2. Кальцинированная сода — 20—25, тринатрийфосфат — 20—25, препарат ОП-7 (или ОП-10) — 5—7. Температура раствора — 70—80 °С, время обработки — 10— 20 мин.

Серебро, никель и их сплавы обезжиривают в растворах:

  1. Жидкое стекло — 50, кальцинированная сода — 20, тринатрийфосфат — 20, препарат ОП-7 (или ОП-10) — 2. Температура раствора — 70—80 °С, время обработки — 5-10 мин.
  2. Жидкое стекло — 25, кальцинированная сода — 5, тринатрийфосфат — 10. Температура раствора — 75—80 °С, время обработки — 15—20 мин.

Травление. Стандартная подготовка деталей под покрытие, обычно состоящая в обезжиривании и декапировании, вполне достаточна для большинства случаев. Однако для деталей, имеющих глухие отверстия, пазухи и т.п., необходимо проводить процесс травления.

Черные металлы травят в растворах:

  1. Серная кислота — 90—130, соляная кислота — 80—100, уротропин — 0,5. Температура раствора — 30—40 °С, время обработки — до 1 ч.
  2. Соляная кислота — 200, уротропин — 0,5. Температура раствора — 30—35 °С, время обработки — 15—20 мин.

Медь и ее сплавы травят в растворах:

  1. Серная кислота — 25—40, хромовый ангидрид — 150—200. Температура раствора — 25 °С, время обработки — 5—10 мин. 
  2. Хромовый ангидрид — 350, хлористый натрий — 50. Температура раствора — 18— 25 °С, время обработки — 5—15 мин.

Алюминий и его сплавы травят в растворах:

  1. Едкий натр — 50—100. Температура раствора — 40—60 °С, время обработки — 5-10 с.
  2. Азотная кислота — 35—40. Температура раствора — 18—25 °С , время обработки — 3—5 с.

Декапирование. Этот процесс представляет собой удаление с поверхности металла различных пленок, мешающих осаждению металлов. Декапирование проводят непосредственно перед покрытием основного металла соответствующей пленкой другого металла.

Черные металлы декапируют в следующих растворах:

  1. Серная кислота — 30—50. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 20—60 с.
  2. Соляная кислота — 25—45. Температура раствора — 20 °С, время обработки 15— 40 с.

Медь и ее сплавы декапируют в растворах:

  1. Серная кислота — 5. Температура раствора — 18—20 °С, время обработки — 20 с.
  2. Соляная кислота — 10. Температура раствора — 20—25 °С, время обработки — 10-15 с.

Алюминий и его сплавы декапируют в растворах:

  1. Азотная кислота — 10—15. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 5-15 с.
  2. Едкий натр — 150, хлористый натрий — 30. Температура раствора — 30—40 °С, время обработки — 5—10 с.

После каждого процесса подготовки деталь промывают в горячей, а затем в холодной воде.

Никелирование меди и ее сплавов

Подготовленную (обезжиренную, протравленную и декапированную) деталь подвешивают в раствор для никелирования. Здесь есть одна тонкость, и если ею пренебречь, то процесс осаждения никеля не пойдет. Деталь должна быть подвешена в раствор на алюминиевой или железной (стальной) проволоке. В крайнем случае при опускании детали в раствор ее необходимо коснуться железным или алюминиевым предметом.

Эти «священнодействия» нужны для того, чтобы дать старт процессу никелирования, так как у меди меньший электроотрицательный потенциал по отношению к никелю. Только присоединение или касание детали более электроотрицательным металлом дает старт процессу.

Приводим состав некоторых известных растворов для химического никелирования меди и ее сплавов (все дано в г/л):

  1. Хлористый никель — 21, гипофосфит натрия — 24, уксуснокислый натрий — 10, сульфид свинца — 15 мг/л. Температура раствора — 97 °С, рН — 5,2, скорость наращивания пленки — 15 мкм/ч.
  2. Хлористый никель — 20, гипофосфит натрия — 27, янтарнокислый натрий — 16. Температура раствора — 95 °С, рН — 5, скорость наращивания — 35 мкм/ч.
  3. Сернокислый никель — 21, гипофосфит натрия — 24, уксуснокислый натрий — 10, малеиновый ангидрид — 1,5. Температура раствора — 83 °С, рН — 5,2, скорость наращивания — 10 мкм/ч.
  4. Сернокислый никель — 23, гипофосфит натрия — 27, малеиновый ангидрид — 1,5, сернокислый аммоний — 50, уксусная кислота — 20 мл/л. Температура раствора — 93 °С, рН — 5,5, скорость наращивания — 20 мкм/ч.

Здесь (и далее) сернокислый никель, хлористый никель и гипофосфит натрия — кристаллогидраты.

Для приготовления раствора для никелирования нужно растворить все компоненты, кроме гипофосфита натрия, и нагреть его до нужной температуры. Гипофосфит натрия вводится в раствор непосредственно перед завешиванием детали для никелирования. Этот порядок касается всех рецепторов, где имеется гипофосфит натрия.

Раствор для никелирования разводят в любой эмалированной посуде (миска, глубокая сковорода, кастрюлька и т.п.) без повреждений на поверхности эмали. Возможный осадок никеля на стенках посуды легко удаляется азотной кислотой (50%-ный раствор).

Допустимая плотность загрузки ванны — до 2 дм2/л.

Никелирование алюминия и его сплавов

Учтите, что для алюминия и его сплавов перед химическим никелированием проводят еще одну обработку (после всех подготовительных операций) — так называемую цинкатную.

Ниже приведены рецепты растворов для цинкатной обработки.

Для алюминия:

  1. Едкий натр — 250, окись цинка — 55. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 3—5 с.
  2. Едкий натр — 120, сернокислый цинк 40. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 1,2 мин.

Для литейных алюминиевых сплавов (силуминов):

  1. Едкий натр — 10, окись цинка — 5, сегнетова соль (кристаллогидрат) — 10. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 2 мин.

Для деформируемых алюминиевых сплавов (дюралей):

  1. Хлорное железо (кристаллогидрат) — 1, едкий натр — 525, окись цинка — 100, сегнетова соль — 10. Температура раствора — 25 °С, время обработки — 30—60 с.

При подготовке растворов для цинкатной обработки поступают следующим образом. Отдельно в половине воды растворяют едкий натр, в другой половине — остальные химреактивы. Затем оба раствора сливают вместе.

После цинкатной обработки деталь промывают в горячей, а затем в холодной воде и завешивают в раствор для никелирования.

Ниже приведены четыре раствора для химического никелирования алюминия и его сплавов:

  1. Хлористый никель — 45, гипофосфит натрия — 20, хлористый аммоний — 45, лимоннокислый натрий — 45. Температура раствора 90 °С, рН — 8,5, скорость наращивания — 20 мкм/ч.
  2. Хлористый никель — 35, гипофосфит натрия — 17, хлористый аммоний — 40, лимоннокислый натрий — 40. Температура раствора — 80 °С, рН — 8, скорость наращивания — 12 мкм/ч.
  3. Сернокислый никель — 20, гипофосфит натрия — 25, уксуснокислый натрий — 40, сернокислый аммоний — 30. Температура раствора — 93 °С, рН — 9, скорость наращивания — 25 мкм/ч.
  4. Сернокислый никель — 27, гипофосфит натрия — 27, пирофосфат натрия — 30, карбонат натрия — 42. Температура раствора — 50 °С, рН — 9,5, скорость наращивания — 15 мкм/ч.

Говоря о химическом никелировании, нельзя не отметить следующее. Никелевое покрытие имеет хорошую смачиваемость припоями, что позволяет получить доброкачественную пайку с помощью мягких припоев. Обладая высокими защитными свойствами, они позволяют получать стойкие к коррозии паяные соединения.

Никелирование стали

Для никелирования стали можно использовать один из следующих рецептов:

  1. Хлористый никель — 45, гипофосфит натрия — 20, хлористый аммоний — 45, уксуснокислый натрий — 45. Температура раствора — 90 °С, рН — 8.5, скорость наращивания — 18 мкм/ч.
  2. Хлористый никель — 30, гипофосфит натрия — 10, хлористый аммоний — 50, лимоннокислый натрий — 100 Температура раствора — 80—85 °С, рН — 8.5, скорость наращивания — 20 мкм/ч.
  3. Сернокислый никель — 25, гипофосфит натрия — 30, янтарнокислый натрий — 15. Температура раствора — 90 °С, рН — 4.5, скорость наращивания — 20 мкм/ч.
  4. Сернокислый никель — 30, гипофосфит натрия — 25, сернокислый аммоний — 30. Температура раствора — 85 °С, рН — 8.5, скорость наращивания — 15 мкм/ч.

Внимание! Однослойное (толстое!) покрытие никелем на один квадратный сантиметр имеет несколько десятков сквозных пор. Естественно, что на открытом воздухе стальная деталь, покрытая никелем, быстро покроется «сыпью» ржавчины.

Автомобильный бампер, к примеру, покрывают двойным слоем (подслой меди, а сверху — хром) и даже тройным (медь — никель — хром). Но и это не спасает деталь от ржавчины, так как и у тройного покрытия имеется несколько пор на 1 см2 . Что делать? Выход — в обработке поверхности покрытия специальными составами, закрывающими поры.

В домашних условиях можно рекомендовать следующие операции:

  1. 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.
  2. После термообработки, еще не остывшую деталь, опустить в невитаминизированный рыбий жир (лучше старый, непригодный по прямому назначению).
  3. Протереть 2—3 раза отникелированную поверхность детали легко проникающей смазкой.

В последних двух случаях излишки жира (смазки) через сутки удаляют с поверхности бензином.

Обработку рыбьим жиром больших поверхностей 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 обработки характеризует такой 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.

При химическом никелировании возможны некоторые неполадки в ходе процесса. Это касается никелирования не только стали, но и меди, алюминия и их сплавов.

Слабое газовыделение (при нормальном ходе процесса по всей поверхности детали идет выделение газа средней интенсивности) есть первый признак малой концентрации в растворе гипофосфита натрия, и его необходимо добавить в раствор.

Просветление раствора (нормальный раствор — синего цвета) показывает на понижение количества хлорного (сернокислого) никеля.

Бурное газовыделение на стенках и дне сосуда и отложение на них никеля (темно-серый налет) объясняются местным перегревом сосуда. Чтобы избежать этого, надо нагревать раствор постепенно. Между сосудом и огнем желательно положить какую-либо металлическую прокладку (круг).

Серый или темный слой никеля на детали образуется при низкой концентрации в растворе третьих составляющих (компонент) — солей, кроме хлористого (сернокислого) никеля и гипофосфита натрия.

При плохой подготовке детали могут появиться вздутия и отслоения пленки никеля.

И, наконец, может быть и такое. Раствор составлен правильно, а процесс не идет. Это верный признак того, что в раствор попали соли других металлов. В этом случае делают другой (новый) раствор, исключая попадание нежелательных примесей.

Никелевое покрытие можно пассивировать — покрыть антикоррозийной (труднорастворимой пленкой). При этом деталь (изделие) длительное время не тускнеет. Пассивирование ведут в 5—8%-ном растворе натриевого хромпика.

Серебрение

Серебрение металлических поверхностей поделок — пожалуй, самый популярный процесс среди умельцев, который они применяют в своей деятельности. Можно привести десятки примеров. Например, восстановление слоя серебра на мельхиоровых столовых приборах, серебрение самоваров и других предметов быта.

Для чеканщиков серебрение вместе с химическим окрашиванием металлических поверхностей — способ увеличения художественной ценности чеканных картин. Представьте себе отчеканенного древнего воина, у которого посеребрена кольчуга и шлем.

Сам процесс химического серебрения можно провести с помощью растворов и паст. Последнее предпочтительнее при обработке больших поверхностей (например, при серебрении самоваров или деталей крупных чеканных картин).

Серебрят обычно латунные и медные поверхности, хотя в принципе можно посеребрить сталь, алюминий, другие металлы и их сплавы.

Опыт показал, что серебряное покрытие лучше смотрится на латунной поверхности,

чем на медной или стальной. Это объясняется тем, что на более темной меди (стали) тонкий слой серебра просвечивает и поверхность выглядит более темной. При слое серебра более 15 мкм это явление не наблюдается. Если медь (сталь) покрыть предварительно тонким слоем никеля, то этого явления тоже не будет.

Вначале рассмотрим процесс получения хлористого серебра, так как оно является основным компонентом почти для всех рецептов серебрения.

В 1 л. воды растворяют 7—8 г. ляписа-карандаша (продается в аптеках, представляет собой смесь азотнокислого серебра и азотнокислого калия, взятых в соотношении 1:2 по массе). Вместо ляписа-карандаша можно взять 5 г. азотнокислого серебра.

К полученному раствору понемногу добавляют 10%-ный раствор хлористого натрия до прекращения выпадения творожистого осадка. Осадок (хлористое серебро) отфильтровывают и тщательно промывают в 5—6 водах. Затем хлористое серебро сушат.

Растворы для серебрения:

  1. Хлористое серебро — 7,5, железистосинеродистый калий (желтая кровяная соль) — 120, углекислый калий — 80. Температура раствора — около 100 °С.
  2. Хлористое серебро — 10, хлористый натрий — 20, виннокислый калий — 20. Температура раствора — кипение.
  3. Хлористое серебро — 20, железистосинеродистый калий — 100, углекислый калий — 100, хлористый натрий — 40. Температура раствора — кипение.
  4. Сначала готовится паста из хлористого серебра — 30 г, виннокаменной кислоты — 250 г, хлористого натрия — 1250 г, и все разводится до густой сметаны. 10—15 г пасты растворяют в 1 л воды. Обработка в кипящем растворе Детали завешивают в раствор на цинковых проволочках.

Все четыре раствора позволяют получить за час слой серебра около 5 мкм.

Внимание! Растворы с солями серебра нельзя долго хранить, так как при этом могут образовываться взрывчатые компоненты. Это же касается всех жидких паст.

Пасты для серебрения:

  1. В 100 мл воды растворяют 20 г тиосульфита натрия (гипосульфита). В полученный раствор добавляют хлорное серебро до тех пор, пока оно не перестанет растворяться. Раствор фильтруют и добавляют в него отмученный мел (можно — зубной порошок) до консистенции жидкой сметаны. Этой пастой с помощью ватного тампона натирают (серебрят) деталь.
  2. Ляпис-карандаш — 15, лимонная кислота — 55, хлористый аммоний — 30. Каждый компонент перед смешиванием растирают в порошок.
  3. Хлористое серебро — 3, хлористый натрий — 3, углекислый натрий — 6, мел — 2.
  4. Хлористое серебро — 3, хлористый натрий — 8, виннокислый калий — 8, мел — 4.
  5. Азотнокислое серебро — 1, хлористый натрий — 2, мел — 2.

В последних четырех пастах компоненты даны в частях по массе. Применяют их следующим образом. Тонкоизмельченные компоненты смешивают. Мокрым тампоном, припудривая его сухой смесью химреактивов, натирают (серебрят) нужную деталь. Смесь все время добавляют, постоянно увлажняя тампон.

При серебрении алюминия и его сплавов детали сначала цинкуют (см. «Никелирование алюминия и его сплавов»), а затем серебрят в любом составе для серебрения. Однако лучше серебрить алюминий и его сплавы в специальных растворах (все в г/л):

  1. Азотнокислое серебро — 100, фтористый аммоний — 100.
  2. Фтористое серебро — 100, азотнокислый аммоний — 100.

Температура обоих растворов — 80— 100°С.

Золочение

Покрытия золотом, несмотря на его высокую стоимость, широко применяются благодаря высокой декоративности и коррозионной стойкости.

Во всех растворах детали для золочения подвешивают на цинковых проволочках.

Растворы для золочения (все дано в г/л):

  1. Дицианоаурат калия — 8, двууглекислый натрий — 180. Температура раствора — 75 °С.
  2. Дицианоаурат калия — 5, лимоннокислый аммоний — 20, мочевина — 25, хлористый аммоний — 75. Температура раствора — 95 °С.
  3. Дицианоаурат калия — 3, лимоннокислый натрий (трехзамещенный) — 45, хлористый аммоний — 70, гипофосфит натрия — 8—10. Температура раствора — 80— 85 °С.
  4. Хлорное золото — 3, железосинеродистый калий (красная кровяная соль) — 30, углекислый калий — 30, хлористый натрий — 30 Температура раствора — кипение.
  5. Хлорное золото — 2, пирофосфат натрия — 80. Температура раствора — 90 °С.
  6. Хлорное золото — 1, тринатрийфосфат — 80. Температура раствора — 25—30 °С.
  7. Смешать в равных объемах три состава:

A. Хлористое золото — 37, вода — 1 л.
B. Углекислый натрий — 100 г, вода — 1 л.
C. Формалин (40%) — 50 мл, вода — 1 л.

Температура раствора 25—30 °С.

В растворе 3 гипофосфит натрия вводится последним. Для всех растворов для золочения скорость наращивания пленки — 1—2 мкм/ч. При золочении меди необходимо дать подслой никеля, иначе пленка золота будет темной.

При необходимости получить толстые слои золота (это особенно необходимо при ремонте ювелирных изделий) можно воспользоваться старинным процессом. Он на языке ювелиров называется наводкой, или сортучкой. Процесс прост по исполнению, но вреден для здоровья, так как приходится пользоваться ртутью. Поэтому его проводят или на открытом воздухе или в вытяжном шкафу!

Глиняный тигель обмазывают влажным отмученым мелом. Сушат. В него помещают чистое золото, прокатанное как можно тоньше и свернутое в рулончик. Греют золото до светлого каления, добавляют шестикратное количество ртути (осторожно!). Греют все, постоянно перемешивая. Остужают и выливают в воду. Полученную золотую амальгаму прессуют, удаляя излишнюю ртуть. Хранят амальгаму под слоем воды.

Подготовленную поверхность предмета, подлежащего золочению, покрывают амальгамой. Ее все время размазывают медным шпателем по поверхности предмета. Затем предмет начинают медленно нагревать. Между горелкой и предметом помещают лист асбеста.

Предмет все время поворачивают, чтобы нагрев был равномерным. Образующуюся при нагреве жидкую пленку постоянно размазывают и разглаживают по поверхности кисточкой или ваткой. Сначала поверхность становится белой и матовой. По мере испарения ртути она начинает желтеть.

Надо иметь в виду, что при перегреве детали вся пленка золота может уйти в основной металл!

Сделай сам №4, 97

Л.А.Ерлыкин

takdelayut.ru

Никелевая сталь — Знаешь как

Сталь, легированная  никелем.   Используется с 80-х гг. 19 в. Различают Н. с, легированную только никелем, и сложно легированную никелевая сталь в к-рую, помимо никеля, добавляют хром, молибден, вольфрам и др. хим. элементы. Никель значительно увеличивает прокаливаимость и уменьшает критическую скорость закалки, что дает возможность   глубоко   прокаливать изделия больших размеров, а также использовать для закалки, уменьшая закалочные напряжения, более мягкие среды, чем для углеродистой стали.

 

Никель повышает также способность стали к улучшению (даже при больших сечениях изделий) и уменьшает чувствительность к перегреву,  что очень важно для конструкционных сталей. Однако стали, содержащие более 4% Ni, склонны к образованию трещин при охлаждении, особенно в литом состоянии.  У цементуемых никелевая сталь переход от цементованного слоя к ненауглероженной сердцевине более плавный, чем у углеродистых. Скорость цементации этих сталей практически одинакова, но содержание углерода в поверхностном слое Н с. значительно меньше, и грубая цементитная сетка встречается очень редко. При длительных выдержках никель   препятствует   укрупнению зерна в цементованном слое. Никелевая сталь содержащие   0,5—1,0%   Ni,   отличаются   повышенной   коррозионной стойкостью при длительных выдержках в воде (в т. ч. и морской), в разбавленных солях и к-тах. Стали, содержащие 5—7% Ni, коррозионно-стойки в щелочах.

 

При введении в железоуглеродистый сплав до 30% Ni снижается   теплопроводность,    повышаются теплоемкость и температурный коэфф. линейного расширения. При большем содержании никеля теплопроводность увеличивается, а  теплоемкость   и  температурный коэфф. линейного расширения уменьшаются. Если в углеродистой стали содержится 30% Ni, электропроводность минимальна, а магн. насыщение близко к нулю. Никелевая сталь отличается от углеродистой стали более высокой вязкостью  при  одинаковой прочности.

 

Если никель содержится более 20%, наблюдается увеличение пластичности при некотором уменьшении прочности. Свойства никелевая сталь в поперечном сечении такие же, как в продольном. Улучшают их термообработкой. Сталь марки 21H5A (0,18— 0,25%   С;  0,3-0,62%   Мn;  0,17-0,37% Si; не более 0,03% S; 0,03% Р; 0,3% Сr и 4,5—5,0% Ni) закаливают в масле при т-ре 780 ± 20° С и отпускают при т-ре 150—170° С, охлаждая на воздухе.  После такой термообработки предел прочности на растяжение составляет 120 кгс/мм2, предел текучести 95 кгс/мм2, удлинение 9%, сужение 40%, ударная вяз-кость 5 кгс • м/см2, твердость 380— 440 НВ. Из стали марки 21Н5А изготовляют катаные, холоднотянутые и кованые прутки. Стали марок 0Н6 и 0Н9 содержат до 0,06% С; 0,45—0,60% Мn; 0,17-0,37% Si и соответственно 6,5—7,0 и 8,5—9,5% Ni. Сталь марки 0Н6 используют после двойной нормализации (950 ± ± 10 и 820 ± 10° С) и отпуска при 580 — 600° С в течение 2,5 — 3 ч, охлаждая на воздухе, или после закалки при температуре 820 ± ± 10° С в воде и отпуска при т-ре 580—600° С в течение 2,5—3 ч, также охлаждая на воздухе. Сталь марки 0Н9 используют только после двойной нормализации (т-ры 900 ± 10 и 790 ± 10° С) и отпуска при т-ре 550—580° С в течение 2,5—3 ч, охлаждение на воздухе. Прочность и пластичность стали марки 0Н9 при т-рах 20 и —196° С выше, чем стали марки 0Н6 .

 

Из стали марок 0Н6 и 0Н9 изготовляют изделия, эксплуатируемые под давлением при т-ре — 196° С. Сложнолегированные Н. с. используют в качестве конструкционных и инструментальных сталей, а также сталей с особыми физическими и химическими св-вами. Конструкц. хромоникелевая сталь (марок 20ХН, 45НХ и 12 ХНЗА) отличается высокой твердостью, прочностью и ударной вязкостью. В инструментальных хромоникелевых сталях (марок 5ХНМ и 5ХНВ) никель уменьшает критическую скорость охлаждения, увеличивая прокаливаемость, а хром, как карбидо-образуюпщй элемент, повышает износостойкость. Для устранения отпускной хрупкости в эти стали обычно вводят молибден (0,4%) и вольфрам (до 1%). Жаропрочные и коррозионностойкие хромоникелевые стали (марок 12Х18Н9Т, 10Х17Н13МЗТ и 03Х16Н15МЗБ) дополнительно легируют титаном, молибденом, ниобием и бором. Из сложнолегирован-ных Н. с. изготовляют арматуру печей, трубы, сопловые лопатки, муфели и др. изделия.

 

Лит.: Конторович И. Е. Термическая обработка стали И чугуна. М., 1950; Вязников Н. Ф. Легированная сталь.

Вы читаете, статья на тему никелевая сталь

znaesh-kak.com


Смотрите также