2.6. Электролитическое никелирование

2.6.1. Физико-химические свойства и назначение никелевых покрытий

Никель – металл серебристо-белого цвета. Микротвёрдость гальванически осажденных никелевых покрытий зависит от состава электролита и колеблется от 200 до 800 кГс/мм² (20–80×10^–6 Па) за счёт введения добавки в состав покрытия.

Покрытия легко полируются до зеркального блеска и приобретают красивую декоративную внешность, стойкую во времени благодаря образованию тончайшей поверхностной пассивной плёнки. В зависимости от температуры и продолжительности нагрева поверхность никелевых покрытий при высоких температурах покрывается твердой и эластичной плёнкой окиси никеля NiO с изменением оттенков от жёлтого и фиолетового до тёмно-зелёно-го. Вследствие своей пассивности никель обладает коррозионной стойкостью в растворах ряда органических кислот и минеральных солей. Никель устойчив в растворах щелочей при всех концентрациях и температурах.

Никель с атомной массой 58,7 обладает переменной валентностью 2 и 3, имеет электрохимический эквивалент 1,095 и 0,730 г/(А·ч) соответственно.

Никель ослабляет диффузию некоторых компонентов материала основы, например олова, меди, и поэтому его применяют в качестве подслоя перед золочением или лужением медных сплавов. Являясь главным образом защитно-декоративным покрытием, никель способен надёжно защищать железо от коррозии лишь при условии полной беспористости покрытия. Поэтому никелирование как защитно-декоративное покрытие применяют обычно с подслоем меди.

Гальванические покрытия всегда обладают определённой пористостью. Поэтому для получения беспористых покрытий применяют последовательное осаждение нескольких слоёв одного и того же или других металлов (сталь (основа) - Cu-Ni-Cr).

Применяются сернокислые, сульфатные, фторборатные, сульфаматные, дифосфатные, а в последнее время – ацетатные и цитратные электролиты. Первые из них преобладают в производственной практике.

2.6.2. Сернокислые электролиты никелирования

Этот вид электролитов наиболее распространён и изучен. Они характеризуются значительными величинами анодной и катодной поляризаций. На величину поляризации, а, следовательно, на структуру осадков большое влияние оказывает состав электролита и режим осаждения. Чем выше температура, тем ниже величина поляризации, тем крупнее кристаллы в покрытии, тем хуже его механические свойства. Сильно влияние рН. При низких рН значительно выделение водорода вплоть до полного прекращения осаждения никеля. При высоких рН – покрытия хрупкие, тёмные и шероховатые. При этом защелачивается прикатодный слой, что приводит к совместному осаждению зелёной пленки основных гидратированных солей никеля.

Сернокислые электролиты весьма чувствительны к отклонениям от принятого режима и к наличию примесей. Поэтому при их эксплуатации необходимо соблюдать следующие правила:

1. Ванны и штанги перед загрузкой тщательно вычищены.

2. Корректировка электролита во время процесса исключается.

3. Загрузка производится быстро, при включенном токе с постепенным повышением силы тока до заданной величины.

4. Выключение тока или изъятие деталей при работе приводит к отслаиванию покрытий.

5. Пластинчатые аноды очищаются стальными щетками и заключаются в чехлы из химостойкой ткани.

6. Медь загрязняет электролит. Поэтому аноды должны быть без присутствия меди, а подвесные крюки не медные.

7. Соотношение площади анодов к площади покрываемых деталей не меньше 2:1.

Основной компонент – сернокислый никель. Буферные соединения (растворы с рН слабо зависят от кислотности среды) – обычно борная кислота или уксуснокислый натрий.

Таблица 2.1