Химическое никелирование - особенности, технология и рекомендации mtlink.ru

Технологии металлизации деталей и конструкций широко распространены в разных сферах промышленности и строительства. Дополнительное покрытие защищает поверхность от внешних повреждений и факторов, которые способствуют полному разрушению материала. Одним из таких способов обработки является химическое никелирование и меднение, прочная пленка которого отличается механической и коррозионной стойкостью и способностью выдерживать температуры порядка 400°С.

Особенности технологии

Наряду с химическим покрытием на основе никеля существуют методы гальванической и электролитической обработки. К особенностям рассматриваемой техники сразу стоит отнести реакцию осаждения. Она организуется в условиях восстановления никеля на основе гипофосфита натрия в среде солевого раствора с добавлением воды. В промышленности преимущественно используются технологии химического никелирования с подключением активных кислых и щелочных составов, которые как раз запускают процессы осаждения. Обработанное таким образом покрытие обретает блестящий металлизированный вид, структура которого представляет собой комбинированный сплав никеля и фосфора. Технология, выполненная с наличием в составе последнего вещества, имеет более низкие физико-химические показатели. Кислотные и щелочные растворы могут давать разные коэффициенты содержания фосфора – первые до 10%, а вторые – порядка 5-6%.

От количества этого вещества будут зависеть и физические качества покрытия. Удельный вес фосфора может составлять порядка 7,8 г/см3, электрическое сопротивление – 0,60 ом·мм2/м, а температура плавления – от 900 до 1200°. С помощью операции термообработки в условиях 400° твердость нанесенного покрытия можно увеличить до 1000 кГ/мм2. Вместе с этим возрастет и прочность сцепки заготовки с никельфосфорной структурой.

Что касается сфер применения химического никелирования, то, в отличие от многих альтернативных методик защитной металлизации, оно оптимально подходит для работы с деталями и конструкциями сложной формы. На практике технологию часто применяют в отношении змеевиков и внутренних поверхностей разноформатных труб. Покрытие наносится равномерно и точно – без зазоров и прочих дефектов защитного слоя. Относительно доступности обработки для разных металлов ограничение касается лишь свинца, олова, кадмия и цинка. И напротив, никельфосфорное осаждение рекомендуется использовать применительно к черным металлам, алюминию и медным деталям.

Способ никелирования на щелочных растворах

Осаждение в щелочах обеспечивает покрытию высокую механическую стойкость, которая отличается возможностью легкой корректировки и отсутствием негативных факторов наподобие выпадения порошкообразного никеля. Существуют разные рецептуры, которые готовят в зависимости от вида обрабатываемого металла и его назначения. Обычно используется следующий состав раствора для химического никелирования данного типа:

• Лимоннокислотный натрий.
• Гипофосфит натрия.
• Аммоний (хлорированный).
• Никель.

При температуре порядка 80-90° процесс проходит на скорости примерно 9-10 мк/час, при этом осаждение сопровождается активным выделением водорода.

Сама процедура приготовления рецептуры выражается в растворении каждого из вышеназванных ингредиентов в отдельном порядке. Исключением в данном составе химического никелирования станет разве что гипофосфит натрия. Его в объеме порядка 10-20 г/л заливают уже к моменту, когда все остальные компоненты растворены, а температура доведена до оптимального режима.

В остальном особых требований к подготовке процесса осаждения в щелочном растворе не предусматривается. Металлическая заготовка очищается и завешивается без специальной проработки.

Подготовка поверхностей стальных деталей и конструкций к покрытию не имеет выраженных особенностей. В ходе процесса можно корректировать раствор добавлением того же гипофосфита натрия или 25-процентного аммиака. Во втором случае при условии большого объема ванны аммиак вносится от баллона в газообразном состоянии. К самому дну емкости погружается резиновая трубка и через нее производится непосредственная подача добавки в непрерывном режиме до нужной консистенции.

Никелирование на кислотных растворах

По сравнению с щелочными средами кислотные характеризуются разнообразием добавок. Модифицировать основу из гипофосфита и солей никеля можно уксуснокислым натрием, молочной, янтарной и винной кислотой, а также трилоном Б и другими органическими соединениями. Среди большого количества применяемых рецептур, наибольшей популярностью пользуется следующий раствор для химического никелирования путем кислотного осаждения:

• Гипофосфит натрия.
• Сернокислый никель.
• Углекислотный натрий.

Скорость осаждения будет составлять те же 9-10 мк/час, а водородный показатель корректируется раствором едкого натра 2%. Температура выдерживается строго в пределах 95°, так как ее повышение способно привести к саморазряду никеля с моментальным выпадением осадка. Иногда наблюдается и выплескивание раствора из емкости.

Менять параметры состава относительно концентрации основных его ингредиентов можно только при условии содержания в нем фосфита натрия порядка 50 г/л. В таком состоянии возможно выпадение никельфосфита. Когда параметры раствора достигнут вышеуказанной концентрации, раствор сливается и заменяется новым.

Когда требуется термическая обработка?

Если заготовке нужно обеспечить качества износостойкости и твердости, производится операция термообработки. Увеличение этих свойств обуславливается тем, что в условиях повышения температурного режима происходит выпадение никельфосфорного осадка с последующим формированием нового химического соединения. Оно и способствует повышению твердости в структуре покрытия.

В зависимости от температурного режима происходит изменение микротвердости с разными характеристиками. Причем корреляция вовсе не равномерна относительно повышения или понижения температуры нагрева. При термообработке в рамках химического никелирования в условиях 200 и 800°, к примеру, показатель микротвердости составит лишь 200 кг/мм2. Максимальное же значение твердости достигается при температурах 400-500°. В данном режиме можно рассчитывать на обеспечение 1200 кг/мм2.

Также следует иметь в виду, что не для всех металлов и сплавов в принципе допустима термообработка. Например, запрет накладывается на стали и сплавы, которые уже подвергались процедурам закалки и нормализации. К этому стоит добавить и тот факт, что термическая обработка в воздушной среде может способствовать образованию цвета побежалости, переходящего от золотистого до фиолетового оттенка. Минимизировать подобные факторы поможет снижение температуры до 350°. Весь процесс выполняется порядка 45-60 мин только с очищенной от загрязнений заготовкой. Наружная полировка напрямую повлияет и на вероятность получения качественного результата.

Оборудование для выполнения обработки

Для производства данной технологии вовсе не требуются узкоспециализированные и промышленные агрегаты. В домашних условиях химическое никелирование можно организовать в стальной эмалированной ванне или посуде. Иногда опытные мастера применяют для обычных металлических емкостей футеровку, благодаря которой поверхности защищаются от действия кислот и щелочей.

Применительно к емкостям литражом до 50-100 л могут использоваться и вспомогательные эмалированные баки, устойчивые к азотным кислотам. Что касается самой футеровки, то ее основа готовится из водостойкого универсального клея (например, "Момент" №88) и порошкообразной хромовой окиси. Опять же, в бытовых условиях специализированные порошковые смеси можно заменить наждачными микропорошками. Для закрепления и обработки нанесенной футеровки потребуется воздушная сушка строительным феном или тепловой пушкой.

Профессиональные же установки химического никелирования не требуют специальной защиты поверхностей и отличаются наличием съемных чехлов. Покрытия снимаются после каждого сеанса обработки и очищаются отдельно в азотной кислоте. Главной конструкционной особенностью такого оборудования можно назвать присутствие корзин и подвесок (обычно выполняются из углеродных сталей), которые облегчают манипуляции с мелкими деталями.

Процессы никелирования нержавейки и кислотоупорных металлов

Целью данной операции является увеличение показателей износостойкости и твердости поверхности заготовки, а также обеспечение антикоррозийной защиты. Это стандартная процедура химического никелирования для сталей, прошедших легирование и готовящихся к использованию в агрессивных средах. Особое место в методике покрытия будет иметь подготовка детали.

Для нержавеющих сплавов применяется предварительная доработка в анодной среде на щелочном растворе. Заготовки монтируются на подвесках с подключением внутренних катодов. Завешивание производится в емкости с раствором каустической соды на 15%, а температура электролита при этом составляет 65-70°. Для формирования равномерного покрытия без просветов электролитическое и химическое никелирование нержавеющих сплавов должно производиться в условиях поддержки плотности тока (анодного) до 10 А/дм2. Длительность процесса варьируется от 5 до 10 мин в зависимости от размера детали. Далее заготовка омывается в проточной холодной воде и декапируется в разбавленной соляной кислоте порядка 10 сек при температуре в 20°. После этого выполняется типовая процедура щелочного осаждения.

Никелирование цветных металлов

Мягкие и податливые к процессам химического воздействия металлы перед обработкой так же проходят специальную подготовку. Поверхности обезжириваются, а в некоторых случаях и полируются. Если прежде заготовка уже подвергалась никелированию, то в течение 1 мин должна производиться и процедура декапирования в 25-процентном разбавленном растворе с серной кислотой. Элементы на основе меди и ее сплавов рекомендуется обрабатывать в контакте с электроотрицательными металлами наподобие алюминия и железа. Технически такая комбинация обеспечивается подвеской или цепкой проволокой из тех же веществ. Как показывает практика, иногда в процессе реакции достаточно одного касания железной детали к медной поверхности, чтобы достичь нужного эффекта осаждения.

Есть свои особенности и у химического никелирования алюминия и его сплавов. В данном случае организуется травление заготовок в щелочном растворе или же выполняется осветление к кислоте на азотной основе. Применяется и двукратная цинкатная обработка, для которой готовят состав с окисью цинка (100 г/л) и едким натром (500 г/л). Температурный режим должен быть выдержан в пределах 20-25°. Первый подход с погружением детали продолжается 30 сек, а затем начинается процесс травления цинкового осадка в азотной кислоте. После этого следует второе, уже 10-секундное погружение. На заключительном этапе алюминий промывается холодной водой и никелируется никельфосфорным раствором.

Технология никелирования металлокерамики

Для материалов данного вида используется общая методика никелирования ферритов. На этапе подготовки деталь обезжиривается раствором с кальцинированной содой, промывается горячей водой и травится 10-15 мин в спиртовом растворе с добавлением соляной кислоты. Далее заготовка вновь промывается горячей водой и очищается мягкими абразивами от шлама. Непосредственно перед началом процесса химического никелирования металлокерамика покрывается слоем хлористого палладия. Кисточкой на поверхность наносится раствор с концентрацией 1 г/л. Процедура повторяется несколько раз и после каждого прохода заготовка сушится.

Для никелирования используют емкость с кислым раствором, в котором содержится хлористый никель (30 г/л), гипофосфит натрия (25 г/л) и янтарнокислый натрий (15 г/л). Температура раствора поддерживается в диапазоне 95-98°, а рекомендуемый водородный коэффициент составляет 4,5-4,8. После химического никелирования металлокерамическая деталь промывается в горячей воде, а затем кипятится и погружается в пирофосфатный омедненный электролит. В активной химической среде заготовка удерживается до образования слоя в 1-2 мк. Аналогичной обработке также могут подвергаться разные виды керамики, кварцевые элементы, тиконд и термоконд. В каждом случае обязательными будут процедуры покрытия хлористым палладием, воздушной сушки, погружения в кислотный раствор и кипячение.

Технология никелирования в домашних условиях

Технически организовать операции никелирования можно и без специального оборудования, как уже отмечалось. Например, в гаражных условиях она может выглядеть следующим образом:

• Готовится подходящая по размеру посуда с эмалированным внутренним покрытием.
• Заранее подготовленные сухие реактивы для электролитического раствора в эмалированной емкости смешиваются с водой.
• Полученная смесь кипятится, после чего в нее вносят гипофосфит натрия.
• Заготовка проходит очистку и обезжиривается, а затем погружается в раствор, но без касания поверхностей емкости – то есть дна и стенок.
• Особенности никелирования в домашних условиях заключаются в том, что вся оснастка будет выполняться из подручных материалов. Для того же контроля детали можно предусмотреть специальный кронштейн (обязательно из диэлектрического материала) с зажимом, который нужно будет оставить в стационарном положении на 2-3 ч.
• На вышеуказанное время состав оставляется в кипящем состоянии.
• Когда пройдет технологический период никелирования, деталь извлекается из раствора. Ее необходимо промыть под холодной струей воды, разбавленной в гашеной извести.

В домашних условиях никелировать можно сталь, латунь, алюминий и т.д. Для всех перечисленных металлов следует готовить электролитический раствор с содержанием гипофосфита натрия, сернокислого или хлористого никеля, а также с кислотными включениями. К слову, для ускорения процесса можно внести свинцовую добавку.

Заключение

Существуют разные техники и подходы к выполнению никелирования в активных химических растворах, но применение гипофосфита натрия является наиболее выигрышным методом. Обуславливается это и минимальным количеством нежелательных осадков, и сочетанием целого набора технико-физических свойств покрытия при толщине порядка 20 мкм. Конечно, химическое никелирование металла сопровождается и определенными рисками образования дефектов. Особенно это касается высокочувствительного цветмета, но и с такими явлениями можно бороться в рамках единого технологического процесса. Например, специалисты рекомендуют удалять дефектные участки в концентрированной кислотной среде на основе азота при температуре до 35°С. Эту процедуру выполняют не только в случае появления нежелательных изъянов, но и в целях штатной коррекции нанесенного защитного слоя.