pdf.php@id=6114

Устранить это явление следует также пассивированием анодов до получения на них желтовато-золотистого на­ лета.

Вообще нормальная работа станнатных ванн обеспе­ чивается поддержанием установленной концентрации олова

всвободной щелочи, а также нормальной работой анодов

иотсутствием в электролите двухвалентного олова, что

контролируется систематическими анализами. Следует остерегаться попадания в электролит анодного шлама, который вызывает получение темных шероховатых отло­ жений олова.

НИКЕЛИРОВАНИЕ

Никель — серебристо-белый металл довольно твер­ дый, хорошо противостоящий действию атмосферного воздуха, щелочей и некоторых кислот. Удельный вес никеля 8,9 Г!см3, атомный вес 58,69; электрохимический эквивалент 1,095; нормальный потенциал никеля 0,23 в, температура плавления 1452° С.

По отношению к железу никель является более благо­ родным металлом, поэтому основной металл — углеро­ дистые сплавы — защищается никелем от коррозии только при отсутствии пористости, обнаженных и непокрытых мест. Большая склонность никеля к пассивированию значительно повышает его химическую устойчивость.

Цвет никелевых покрытий серебристо-белый с желто­ ватым оттенком; они легко полируются, но со временем тускнеют. Покрытия характеризуются мелкокристалли­ ческой структурой, хорошим сцеплением со стальной и медной основой и способностью пассивироваться на воздухе. В тонких слоях (до 25 мк) покрытия никелем отличаются значительной пористостью, которая умень­ шается с увеличением толщины слоя; для снижения пористости широко применяется предварительное медне­ ние стальных изделий.

Твердость никелевых покрытий равна 300—360 еди­ ницам по Виккерсу, отражательная способность состав­ ляет 58—62%.

Покрытия никелем хорошо противостоят воздейст­ вию щелочей, но характеризуются неустойчивостью к

191

покрытия или в качестве одного из слоев в многослойных покрытиях.

Они находят применение также для защиты от корро­ зии химического оборудования, работающего в щелочной среде, и для повышения поверхностной твердости с целью упрочнения трущихся поверхностей деталей и восста­ новления их размеров. Твердость осадков никеля повы­ шается путем совместного осаждения с фосфором и кобаль­ том.

Никелевые покрытия характеризуются удовлетвори­ тельной способностью, равномерно распределяются на профилированной поверхности, легко обрабатываются, коэффициент линейного расширения никеля близок к таковому у стали.

эксплуатации 6—9 мк, для средних условий 12—15 мк. При покрытии стальных деталей никель осаждается на подслой меди; толщина покрытий для легких условий

эксплуатации должна быть 15—18 мк (в том числе толщина слоя меди 9 мк, никеля 6 мк), для средних условий тол­ щина покрытия составляет 30—36 мк (в том числе тол­ щина слоя меди 18 мк, никеля 12 мк). Для деталей, ра­ ботающих в атмосферных условиях, толщину покрытий увеличивают до 48—60 мк (в том числе толщина слоя меди не меньше 30 мк, никеля 12 мк), при этом рекомен­ дуется дополнительно наносить верхний слой хрома толщиной до 1 мк.

Никелевые покрытия применяются весьма широко для отделки изделий в самых различных областях промыш­ ленности: в автомобильной и велосипедной промышлен­ ности, в производстве изделий широкого потребления

И Т. д.

Обладая рядом несомненных достоинств, никелевые покрытия не лишены, однако, серьезных недостатков. Одним из наиболее отрицательных свойств никелевых покрытий является то, что они всегда в большей или меньшей степени пористы, что снижает противокорро­ зионную стойкость покрытия.

Электролиты для никелирования. Основной солью всех никелевых электролитов является сернокислый никель или никелевый купорос. Двойная соль никель-аммония хотя и употребляется, но имеет ограниченное применение,

192

так как обладает невысокой растворимостью (всего лишь 60—75 Г!л), что не позволяет из этой соли составлять достаточно концентрированный раствор, в котором воз­ можно было бы применять повышенную плотность тока.

Для улучшения свойств никелевого электролита к нему добавляют сернокислые соли натрия, магния или аммония, борную кислоту и хлориды.

Для увеличения электропроводности раствора приме­ няется сернокислый натрий (сульфат натрия). Серно­ кислый магний в количестве 3—5 Г/л повышает кроющую

ного никеля, способствует получению мелкозернистого покрытия и затрудняет так называемое «загорание» осадка при высоких плотностях тока. Хлористый натрий или хлористый никель вводятся для устранения пассивирова­ ния анодов. Борная кислота является буфером и регули­ рует устойчивую кислотность никелевого раствора. Все соли и кислоты для электролитов должны применяться только чистые.

марки НПАН (по ГОСТу 492—52).

В течение процесса электролиза аноды могут пасси­ вироваться, что сопровождается запахом хлора и паде­ нием pH электролита. Для устранения этого явления рекомендуется в электролит добавлять хлориды, поверх­ ность анодов очищать и увеличивать площадь.

Для никелирования в стационарной ванне широко

Режим работы: при температуре 18—20° С плотность тока DK = 0,5ч-1,0 а!дм2\ при температуре до 30—35° С плотность тока DK = 1,2-И,5 а!дм2\ pH = 5,2-ч-5,8; при воздушном перемешивании или при помощи качающихся катодных штанг плотность тока можно увеличить до 2,5 а/дм2.

В электролитах для никелирования мелких изделий в колоколах и барабанах с целью улучшения электропро­ водности увеличивают содержание сернокислого натрия до 100—125 Г/л.

Увеличение скорости осаждения никеля возможно при применении подогрева, воздушном перемешивании и не­ прерывной фильтрации в электролитах с повышенной концентрацией сернокислого никеля, например такого состава (в Г/л):

Сернокислый никель растворяют при нагреве до тем­ пературы 75—90° С. Остальные соли разводят в теплой воде, а борную кислоту — в воде, нагретой до 85° С; нагревать ее до более высокой температуры не следует, так как борная кислота переходит в метаборную с более слабо выраженными буферными свойствами.

После растворения и отстаивания растворы осторожно декантируют в рабочую ванну так, чтобы все нераство­ римые примеси и грязь остались на дне сосудов, затем добавляют воду до требуемого уровня. После перемешива­ ния электролита проверяют его кислотность по pH. •

Обычно кислотность нового электролита бывает выше нормальной и для понижения кислотности в раствор добавляют при интенсивном перемешивании щелочь в виде 3%-ного раствора едкого натра. Спустя 5—10лш«, после этого проверяют pH.

При отсутствии точного прибора (потенциометра) для определения величины pH и приближенного определения кислотности применяют индикаторные бумажки.

Б л е с т я щ е е н и к е л и р о в а н и е . Методы по­ лучения блестящих отложений никеля основаны на стрем­ лении получить структуру осадка, в котором кристаллы осаждаемого металла располагаются определенным обра­ зом в одной плоскости, т. е. определенно ориентированы.

194

Для блестящих покрытий осадки должны быть весьма мелкозернистыми. Для этого добавляют очень малые количества некоторых металлов, например кадмия и кобальта, а также органические коллоидальные вещества, соли органических кислот и др.

В результате работ Н. Т. Кудрявцева установлено, что наиболее эффективное действие при получении блестя­ щих покрытий оказывает добавка к никелевому электро­ литу натриевой соли дисульфонафталиновой кислоты. В таком электролите при перемешивании сжатым возду­ хом или без него после непродолжительной проработки током можно получать блестящие покрытия без коррек­ тирования ванн в течение длительного времени.

Эффективность блестящего никелирования заключается в следующем. Устраняется довольно трудоемкая опера­ ция — полирование (глянцовка) после никелирования и связанное с этим снятие части слоя никеля. Кроме того, при этом экономятся дефицитные материалы; хлопчато­ бумажные круги и пасты, применяемые при полировании; окись хрома; стеарин и др. Значительно (на 30—35%) уменьшается пористость никелевого покрытия против обычного матового никелирования и улучшаются защит­ ные свойства изделий. Улучшается цвет покрытия, устра­ няется желтизна. Покрытие по цвету приближается к блестящему хромовому покрытию. Блестящее никелевое покрытие обладает более высоким коэффициентом отра­ жения света, чем полированный никель.

К недостаткам блестящего никелирования относится то, что блестящее покрытие обладает повышенной хруп­ костью, однако при известной проработке электролита, при определенном режиме работы ванн, эта хрупкость исчезает, во всяком случае до толщины порядка 0,015— 0,020 мм, и только в более толстых слоях хрупкость ста­ новится заметной.

Блестящее никелирование рекомендуется для изделий из цветных металлов и изделий из стали с предваритель­ ным меднением.

Вредные примеси в никелевых электролитах с добавкой дисульфонафталиновой кислоты оказывают такое же дей­ ствие, как и в обычных никелевых электролитах. Так, например, блеск покрытия не зависит от присутствия железа, но хрупкость при наличии железа становится значительной.

195

Для блестящего никелирования широкое применение нашел электролит такого состава (в /7л):

обходимо перемешивание электролита и непрерывная фильтрация; без перемешивания плотность тока не выше 0,5—0,6 а1дм2.

Необходимым условием для получения хороших ре­ зультатов при блестящем никелировании является пра­ вильная и тщательная подготовка поверхности и без­ укоризненное соблюдение технологического режима.

Признаком ненормальной работы ванны является отсутствие блеска в никелевом покрытии при нормаль­ ных pH и режиме электролиза. Причиной может быть обеднение электролита по содержанию дисульфонафталиновой кислоты или загрязнение небольшим количеством примесей меди, цинка и свинца. В этом случае следует добавить дисульфонафталиновую кислоту (согласно ре­ цепту) и проработать ванну. Если покрытие на краях деталей блестящее, а в середине матовое, это указывает на недостаточное количество дисульфонафталиновой кис­ лоты или на малую плотность тока. Покрытие в середине детали блестящее, а на краях темное может быть при слишком высокой плотности тока или высоком pH и по­ ниженной температуре. Желтый оттенок блестящего по­ крытия бывает при отсутствии или недостатке фторидов; зеленый налет, стирающийся при протирке, наблюдается при защелачивании электролита.

Блестящие никелевые покрытия могут быть также получены в электролитах, содержащих соли кадмия. Для этих целей находит применение аммиачный электро­ лит такого состава:

196

Режим работы: плотность тока DK= 1,0-^6,0 а/дм2 (верхний предел при перемешивании электролита); тем­ пература 20—25° С; pH = 7,8-5- 7,9.

Избыток солей кадмия вреден, так как ведет к появле­ нию на покрытии темных полос.

Блестящие эластичные покрытия никелем получаются при покрытии в барабанных ваннах и в обычном электро­ лите с добавками сернокислого кадмия в количестве 0,06—0,08 Г1л за 1—2 ч до выгрузки деталей из барабана.

Рис. 53. Схема осаждения никеля с выравнива­ нием поверхности:

а — нз обычною электролита; б — из электролита с вы­ равнивающими добавками

Повышение концентрации солей кадмия вызывает появление темных пятен на покрытии, в этих случаях следует проработать (4—5 ч) барабанную ванну, загрузив ее случайными катодами (бракованными деталями).

Хорошие результаты получаются при последователь­ ном покрытии мелких деталей в двух барабанных ваннах. Сначала никелируют положенное время (2—3 ч) в обычном электролите для матового покрытия, а затем барабан перегружают в ванну с электролитом, имеющим в составе сернокислый кадмий (0,07 Г!л), и производят осаждение поверх матового блестящего никеля в течение 0,5—1 ч. Получаются блестящие эластичные покрытия.

Блестящее никелирование с выравниванием поверх­ ности. На ряде предприятий внедрен новый электролит для блестящего никелирования с выравниванием поверх­ ности. Электролит выравнивает микрогеометрические и частично макрогеометрические неровности поверхности и дает блестящие покрытия на неполированной матовой основе (рис. 53).

Осадок получается твердым, пластичным и почти беспористым, что обусловливает высокую устойчивость против коррозии. Хороший блеск покрытия позволяет хромиро­ вать его без механического полирования. Характерно, что никелевый осадок обладает свойством не смачиваться

197

водой — после промывки на покрытии остается вода в виде капель, однако это не мешает последующему хромированию.

Применение этого метода никелирования дает возмож­ ность уменьшить требуемую по стандарту толщину покры­ тия за счет экономии никеля, снимаемого при полировании.

Наиболее часто применяется электролит такого состава:

Выравнивающая добавка готовится из следующих компонентов:

Формальдегид добавляется в электролит для стабили­ зации блескообразующей добавки. Режим работы: плот­ ность тока DK = 5-ьб а/дм2; температура 55—65° С; кислотность pH = 4,5-ь5,5. Перемешивание пневматиче­ ское или при помощи качающихся, штанг. Для анодных чехлов рекомендуется применять ткань «хлорин», обла­ дающую стойкостью к кислотам и щелочам.

При толщине слоя 15—20 мк выравнивание поверх­ ности достигается с получением блестящего покрытия. При осаждении трехслойных покрытий совершенно отпа­ дает необходимость в полировании меди и никеля.

При приготовлении электролита для блестящего ни­ келирования с выравниванием поверхности все компо­ ненты, кроме добавок, растворяются, как в обычных электролитах. Так как электролит чувствителен к загряз­ нениям, раствор после приготовления фильтруют через активированный уголь, а затем проработкой при низких плотностях тока (0,1—2 а/дм2) очищают от меди и свинца. Так как катоды должны иметь при этом большую пло­ щадь, то для их изготовления лучше всего применять гофрированную жесть. Применяемый для очистки от

198

примесей электролит проводят при температуре 55" С и перемешивании в течение 40—60 ч.

В приготовленный таким образом электролит при­

ряют в части электролита при нагреве, раствор фильтруют и переливают в рабочую ванну; при этом необходимо, чтобы по всей поверхности электролита находилась тон­ кая пленка пены;

2) блескообразователь—паратолуолсульфамид—раство­ ряют по частям в малом количестве электролита притемпературе 80—90° С, фильтруют и переливают в рабочую ванну;

3)добавку для выравнивания поверхности вливают прямо в электролит;

4)формальдегид добавляют непосредственно в элек­ тролит.

Вследствие того что концентрацию добавок аналити­ ческим методом установить нельзя, при корректировании электролита прибавляют их по мере уменьшения блеска никелевого осадка,

К числу новых электролитов для получения зеркаль­ ных эластичных осадков никеля относятся такие, где в качестве выравнивающих добавок применены бутиндиол и хлорамин Б.

1,4-бутандиол (36—38%-ный) представляет собой мас­ лянистую жидкость коричневого цвета со слабым специ­ фическим запахом, удельный вес 1,055—0,65 Г/см3 (ТУУХ 57/0638—64).

Хлорамин Б — бензосульфохлорид натрия в виде порошка, известен как антисептик.

Приготовление этих электролитов несложно, так как не требуется специального растворения добавок, а также упрощается корректирование.

Хорошие результаты были получены при применении следующих двух электролитов (в Г/л):

199

Режим работы: температура 48—52° С; плотность тока

через фильтр—пресс; селективная очистка — непрерывно при плотности тока 0,1—0,2 и напряжении 0,8—1,0 в; скорость осаждения 0,3—0,4 мк/мин.

П р и г о т о в л е н и е э л е к т р о л и т а . Рассчи­ танное количество сернокислого никеля, хлористого на­ трия и борной кислоты растворяется в отдельной емкости при температуре кипения, затем вводится 1—2 Г!л акти­ вированного угля марки БАУ (ГОСТ 6217—52) для очистки от органических примесей и кипятится 2 ч при переме­ шивании. После отстаивания раствор фильтруют через фильтпресс в рабочую ванну и доливают до уровня смяг­ ченной водой. Блескообразующие и выравнивающие до­ бавки — хлорамин Б, 1,4-бутандиол и формальдегид — вводятся каждая в отдельности непосредственно в ванну.

К о р р е к т и р о в а н и е э л е к т р о л и т а . Бле­ скообразующие и выравнивающие добавки вводятся сле­ дующим образом:

а) хлорамин Б — один раз в неделю (перед выходным днем) в количестве 0,6—0,8 Г!л (в виде порошка), засы­ пается непосредственно в ванну при перемешивании;

б) бутиндиол вводится ежедневно в количестве 0,1 мл!л при перемешивании.

Электролит для блестящего никелирования, позво­ ляющий получить блестящий осадок с большой степенью выравнивания в большом интервале плотностей тока, что позволяет применять его как в стационарных ваннах, так и в автоматах для покрытия деталей разного профиля, имеет такой состав:

Фталамид в Г / л .............................. 0,08—0,1 Формальдегид (40%-ный) в мл/л . 0,001—0,05

Режим работы: температура 50—60° С; плотность тока катодная DK = 2-ь15 а!дм2\ плотность' тока анодная Da — 1-ь2 а/дм2; кислотность pH = 3,5-ь4,0; переме­ шивание сжатым воздухом; фильтрация непрерывная.

200