Химическое никелирование деталей из стали меди и медных сплавов можно выполнить одним из следующих способов. Поверхность детали шлифуют, полируют, а затем обезжиривают.
Для обезжиривания стальных деталей применяют водный раствор такого состава (в граммах на литр): — едкий натр или едкий калий-20-30; — сода кальцинированная-25-50; — жидкое стекло (или силикатный клей)-5-10.
Водный раствор для обезжиривания меди и медных сплавов (в граммах на литр): — тринатрийфосфат-100; — жидкое стекло-10-20.
Обезжиривание в растворе комнатной температуры длится 40-60 мин. При нагревании раствора до 75-85°С процесс значительно ускоряется. Обезжиренную деталь тщательно промывают в проточной воде и погружают в 5 %-ный раствор соляной кислоты на 0,5-1 мин для декапирования. Температура раствора должна быть не выше 20°С. Затем деталь тщательно промывают и сразу переносят в раствор для никелирования (на воздухе деталь быстро покрывается оксидной пленкой).
Раствор для никелирования приготовляют следующим образом: В одном литре воды, нагретой до 60°С, растворяют 30 г хлористого никеля и 10 г уксуснокислого натрия. Температуру раствора доводят до 80°С, добавляют 15 г гипосульфита натрия и погружают в раствор деталь. Раствор с деталью подогревают до температуры 90-95°С, которую поддерживают до конца никелирования. При температуре ниже 90°С процесс никелирования протекает медленно, а при нагревании выше 95°С раствор портится.
Объем раствора в литрах численно должен быть равен одной трети площади детали в квадратных дециметрах. Скорость наращивания пленки приблизительно 10 мкм/ч. Другой способ позволяет никелировать медные, латунные и бронзовые детали, обеспечивает плотную блестящую пленку, обладающую хорошими антикоррозийными свойствами. Способ не требует сложного оборудования и особых затрат на материалы.
Деталь зачищают, полируют. Обезжиривают в растворе, рецепт которого приведен выше. Декапировать при этом необязательно. В эмалированную посуду наливают 10 %-ный раствор хлористого цинка («паяльной кислоты») и к нему добавляют сернокислый никель до тех пор, пока раствор не станет густо зеленого цвета. Полученный раствор нагревают до кипения и опускают в него деталь. В кипящем растворе деталь должна находиться 1-2 ч, затем ее переносят в меловую воду (50-75 г мела на литр воды) и слегка протирают ветошью. Далее деталь промывают и протирают ветошью насухо.
Для повторного применения раствор может храниться в течение 6 мес. в плотно закупоренной посуде. Химическое никелирование алюминия почти не отличается от химического никелирования стали, за исключением того, что декапирование алюминия производят погружением детали на 2-3 мин в 50 %-ный раствор азотной кислоты.
Для чего необходимо химическое никелирование?
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
СОДЕРЖАНИЕ
Процесс химического никелирования деталей
Никелирование цветных металлов и сплавов
Применение никелированных изделий
Основные выводы по теме
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.
Основные стадии для произведения химического никелирования следующие:
Для того чтобы никель покрыл поверхность тонким и равномерным слоем, изделие предварительно шлифуют и полируют.
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.
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/дм2площади 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.
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.
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.
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.
Никелирование
10.02.2013
Никелирование деталей Никелевые покрытия отличаются красивым внешним видом, стойкостью к атмосферным воздействиям, не вызывают трудностей при нанесении на металлические детали. Никелирование применяется в машиностроении, приборостроении н других отраслях промышленности. Никелем покрывают детали из стали и цветных металлов для защиты их от коррозии, декоративной отделки, повышения сопротивления механическому износу. Благодаря высокой коррозионной стойкости в растворах щелочей никелевые покрытия применяют для защиты химических аппаратов от щелочных растворов. В пищевой промышленности никель может заменять оловянные покрытия. В оптической промышленности получил распространение процесс черного никелирования
При электрохимическом осаждении никеля на катоде протекают два основных процесса: Ni2+ + 2e- → Ni и 2Н+ + 2е- → Н2.
В результате разряда ионов водорода концентрация их в прикатодном слое снижается, т. е. электролит защелачивается. При этом могут образовываться основные соли никеля, которые влияют на структуру н механические свойства никелевого покрытия. Выделение водорода вызывает также питтинг - явление, при котором пузырьки водорода, задерживаясь на поверхности катода, препятствуют разряду ионов никеля в этих местах. На покрытии образуются ямки и осадок теряет декоративный вид. В борьбе с питтингом применяют вещества, которые снижают поверхностное натяжение на границе металл - раствор.
При анодном растворении никель легко пассивируется. При пассивации анодов в электролите уменьшается концентрация ионов никеля и быстро растет концентрация ионов водорода, что приводит к падению выхода по току и ухудшению качества осадков. Для предупреждения пассивирования анодов в электролиты никелирования вводят активаторы. Такими активаторами являются ионы хлора, которые вводят в электролит в виде хлористого никеля или хлористого натрия.
Сернокислые электролиты никелирования
Сернокислые электролиты никелирования получили наибольшее распространение. Эти электролиты устойчивы в работе, при правильной эксплуатации они могут использоваться в течение нескольких лет без замены. Состав некоторых электролитов и режимы никелирования:
Наиболее востребован сульфатный електролит для никелирования состава: грамм/литр
Состав |
Электролит №1 |
Электролит №2 |
Электролит №3 |
Никель сернокислый |
140 |
140-200 |
|
Натрий сернокислый |
50 |
60-80 |
- |
Магний сернокислый |
30 |
- |
- |
Кислота борная |
25 |
25-30 |
|
Натрий хлористый |
5 |
10 |
- |
Хлористый никель |
- |
30-40 |
|
Температура, °C |
15-25 |
18-25 |
|
Плотность тока. А/дм2 |
0,5-1,0 |
0,5-0,8 |
|
pH |
5,0-5,5 |
5,0-5,8 |
|
Сернокислый натрий и сернокислый магний вводят в электролит для повышения электропроводности раствора. Проводимость растворов натрия выше, но в присутствии сернокислого магния получаются более светлые, мягкие и легко полируемые осадки.
Никелевый электролит очень чувствителен даже к небольшим изменениям кислотности. Для поддержания величины рН в требуемых пределах необходимо применять буферные соединения. В качестве такого соединения, препятствующего быстрому изменению кислотности электролита, применяют борную кислоту.
Для облегчения растворения анодов в ванну вводят хлористые соли натрия.
Для приготовления сернокислых электролитов никелирования необходимо растворить в отдельных емкостях в горячей воде все компоненты. После отстаивания раствора проверяют рН электролита и при необходимости корректируют 3%-ным раствором едкого натра или 5%-иым раствором серной кислоты. Затем электролит доводят водой до требуемого объема. При наличии примесей необходимо перед началом эксплуатации электролита произвести его проработку, так как никелевые электролиты чрезвычайно чувствительны к посторонним примесям как органическим, так и неорганическим.
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Дефекты при эксплуатации сернокислых электролитов никелирования и способы их устранения
Дефект |
Причина дефекта |
Способ устранения |
Никель не осаждается. Обильное выделение водорода |
Низкое значение рН |
Откорректировать рН 3%-иым раствором едкого натра |
Частичное покрытие никелем |
Плохое обезжиривание деталей |
Улучшить подготовку |
Неправильное расположение анодов |
Равномерно распределить аноды |
|
Детали взаимно экранируют друг друга |
Изменить расположение деталей в ванне |
|
Покрытие имеет серый цвет |
Наличие в электролите солей меди |
Очистить электролит от меди |
Хрупкое, растрескивающееся покрытие |
Загрязнение электролита органическими соединениями |
Обработать электролит активированным углем и проработать током |
Наличие примесей железа |
Очистить электролит от железа |
|
Низкое значение рН |
Откорректировать рН |
|
Образование питтинга |
Загрязнение электролита органическими соединениями |
Проработать электролит |
Низкое назначение рН |
Откорректировать рН |
|
Слабое перемешивание |
Усилить перемешивание |
|
Появление черных или коричневых полос на покрытии |
Наличие примесей цинка |
Очистить электролит от цинка |
Образование дендритов на кромках деталей |
Высокая плотность тока |
Снизить плотность тока |
Чрезмерно продолжительный процесс никелирования |
Ввести промежуточный подслой меди или уменьшить время электролиза |
|
Аноды покрыты коричневой или черной пленкой |
Высокая анодная плотность тока |
Увеличить поверхность анодов |
Малая концентрация хлористого натрия |
Добавить 2-3 г/л хлористого натрия |
При никелировании применяют горячекатаные аноды, а также непассивирующиеся аноды. Во избежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды следует заключать в чехлы из ткани,(хлорированая ткань) которые предварительно обрабатывают 2-10%-ным раствором соляной кислоты.
Отношение анодной поверхности к катодной при электролизе 1:1 или 2:1
Никелирование мелких деталей осуществляют в колокольных и барабанных ваннах. При никелировании в колокольных ваннах применяют повышенное содержание хлористых солей в электролите для предотвращения пассивации анодов, которая может возникать из-за несоответствия поверхности анодов и катодов, вследствие чего концентрация никеля в электролите понижается и уменьшается значение рН. Оно может достигнуть таких пределов, при которых вообще прекращается осаждение никеля. Недостатком при работе в колоколах и барабанах является также большой унос электролита с деталями из ванн. Удельные нормы потерь при этом составляют от 220 до 370 мл/м2.
Одним из самых важных условий получения качественного гальванического покрытия является предварительная подготовка пескоструйка, шлифовка, обезжиривание и изделия.
Шлифовку осуществляют механическим способом с помощью карцовочной щетки, шлифовочных паст и наждачных шкурок.
- Обезжиривание
- Гарячая промывка водой
- Холодная промывка водой
- Травление
- Холодная промывка
Никелирование После того как процесс никелирования закончен изделие промывают в воде, и высушивают
Обезжиривание подготавливаемых деталей производят в органических растворителях: спирте, бензине, ацетоне, бензоле, трихлорэтилене. Подготавливаемую деталь тщательно промывают в растворителях, обращая внимание на труднодоступные места к которым сложно подобраться. Показатель качественного обезжиривания — хорошее смачивание водой поверхности детали. Или
Едкий натр 10—20 г
Кальцинированная сода 50 г
Жидкое стекло 5—15 г
Вода 1000 г