pdf.php@id=6114

Приведенные электролиты и режимы работы успешно применяются и дают хорошие результаты на ряде заводов.

Ч е р н о е н и к е л и р о в а н и е . В производстве оптических приборов, а также для декоративных целей находят применение никелевые покрытия черного цвета. Черный цвет покрытия объясняется образованием сер­ нистого никеля в смеси с цинком и металлическим нике­ лем. Для покрытия применяется электролит следующего состава (в Г/л):

Режим работы: плотность тока DK = 0,1 а/дм2\ напря­ жение 0,5—0,7 в.

Для улучшения противокоррозионных свойств реко­ мендуется покрытие черным никелем осаждать поверх слоя обычного никеля.

К о р р е к т и р о в а н и е н и к е л е в ы х э л е к ­ т р о л и т о в . Как правило, не реже одного раза в ме­ сяц следует производить анализ раствора на содержание никеля, сульфата, хлора, магния и борной кислоты. В случае неполадок, вызванных загрязнением, аналити­ чески определяется содержание в электролите железа, меди, цинка, азотной кислоты и свинца.

Основное при корректировании — это поддержание в требуемых пределах кислотности электролита, т. е. контроль pH. При чрезмерно повышенной кислотности никель вовсе не осаждается. Электролит при этом ста­ новится прозрачным, изумрудного цвета. При низкой кислотности в электролите образуется гидрат окиси ни­ келя, способствующий отслаиванию покрытия и вызываю­ щий его хрупкость. Электролит становится мутным. Осадок никеля при этом приобретает желтоватый оттенок.

Величину кислотности электролита следует определять ежедневно. При повышенной кислотности в раствор до­ бавляют углекислый никель (не более 0,5 Г/л) или 3%-ный раствор едкого натра при интенсивном перемешивании. Спустя 5—10 мин, после добавления снова проверяют кислотность и так поступают до тех пор, пока значение pH не достигнет требуемого.

Если электролит защелочился, т. е. кислотность его ниже нормальной, то добавляют 3%-ный раствор чистой

201

серной кислоты (не более 0,05 Пл), после чего электролит перемешивают и снова проверяют кислотность.

Не следует корректировать ванну «на глаз» и спешить с введением в ванну добавок, а предварительно проверить pH и привести раствор к нормальной кислотности, а также проверить режим никелирования.

Необходимо иметь в виду, что большинство неполадок и осложнений при никелировании происходит по причине плохой подготовки поверхности деталей перед покрытием

ветствии с данными анализа, необходимо предварительно уточнить способ исправления и проверить его в небольшой пробе раствора в отдельной ванночке емкостью 15—20 л.

Вредные примеси (соли железа цинка и меди) уда­ ляются химическими способами.

При очистке электролита от солей железа поступают так: электролит подкисляют до pH = 4 и добавляют 10%- ную перекись водорода из расчета 3 мл на 1 л электролита, раствор нагревают до 70—75° С и перемешивают в тече­ ние 1—2 ч. После этого добавляют в раствор измельчен­ ный мел или известь, и при перемешивании железо в виде нерастворимого гидрата окиси выпадает на дно. Через несколько часов, когда раствор отстоится, его фильтруют, подкисляют до нормального pH, после чего приступают к работе.

Примесь меди в электролите удаляется проработкой ванны в течение смены при плотности тока 0,2 а/дм2. В качестве катодов в ванну завешивают несколько сталь­ ных протравленных листов. Предварительно необходимо подкислить электролит до pH = 2-^-2,5. Медь оседает на катоде в виде черного неплотного осадка.

Для удаления цинка к электролиту добавляют измель­ ченный мел до установления pH = 6,3 -ь 6,5 и тщательно перемешивают. Раствору дают отстояться, после чего декантируют, а выпавший на дно осадок удаляют, затем раствор подкисляют слабой серной кислотой до нормаль­ ного значения pH.

При наличии загрязнений электролита органическими примесями, о чем свидетельствует блестящий вид осажден­ ного никеля и его хрупкость, в электролит вводят активи­ рованный древесный уголь и прорабатывают ванну током.

202

Более полную очистку электролита от примесей железа рекомендуется производить при помощи раствора перман­ ганата калия, при этом осаждаются также органические вещества, имеющиеся в электролите и ухудшающие ка­ чество осадков. Процесс очистки производят следующим образом: растворяют в теплой воде перманганат калия в количестве 0,1—0,2 Г!л, вливают раствор в никелевый электролит и перемешивают, соли железа реагируют с перманганатом калия, при этом образуется сернокислый марганец, который реагирует с избытком перманганата, образуя бурый осадок перекиси марганца, адсорбирую­ щий органические вещества.

Перманганат добавляют до тех пор, пока электролит не окрасится в фиолетово-красный цвет. Затем электролит нагревают до 70—75° С и выдерживают при этой темпе­ ратуре 4—5 ч при перемешивании; соли железа при этом переходят в осадок, а электролит обесцвечивается, что указывает на окончание реакции окисления.

При отсутствии возможности нагреть электролит его выдерживают при комнатной температуре 2—3 суток, изредка перемешивая.

Если в течение указанного времени электролит не обес­ цветился и не принял естественного цвета, то для устранения избытка перманганата добавляют 0,4 Г!л перекиси водорода при интенсивном перемешивании. После того как электро­ лит приобрел естественный цвет, ему дают отстояться 10— 12 ч, затем декандируют или фильтруют в рабочую ванну.

Электрохимический метод очистки никелевых электро­ литов. В виду того что химический способ удаления вред­ ных примесей из никелевых электролитов довольно тру­ доемок, кропотлив и требует наличия запасных емкостей, фильтров и других приспособлений, большой практиче­ ский интерес представляет электрохимический метод уда­

на изогнутом стальном катоде.

Экспериментально было установлено, что оптимальная плотность тока для удаления цинка при перемешивании электролита и его нагреве должна быть 0,4—0,5 а!дм2.

В случае отсутствия нагрева и перемешивания удале­ ние цинка из электролита можно проводить при плот­ ности тока не выше 0,2 а!дм2.

203

Железо удаляют при плотности тока 0,5—0,6 а!дм~. При этой плотности в катодном осадке осаждается макси­ мальное количество железа.

Так как медь и свиней являются металлами с более положительным зарядом, чем никель, то они осаждаются быстрее никеля. Оптимальная плотность тока для их удаления 0,5 а!дм2.

Электрохимическое удаление примесей из электролита никелирования производят следующим образом. Электро­ лит никелирования подкисляют до нижнего предела значения pH. В качестве катода применяют хорошо обезжиренную и декапированную стальную пластину с поверхностью не менее 10 дм2 на каждые 30 см длины катодной штанги.

Для создания разных плотностей тока на поверхности пластины ее несколько раз изгибают параллельно катод­ ной штанге, под углом 50°, с тем чтобы расстояние между вершинами было примерно 15 см. Преимущество такого катода состоит в том, что во впадинах, где плотность тока меньше, создаются благоприятные условия для выделения меди, свинца и цинка, а на выступах — для железа. Процесс желательно вести при перемешивании и подогреве до 50—55° С.

Очистку начинают при плотности тока 0,05—0,1 а!дм%. При этой плотности тока удаляется медь и катодная пластина приобретает красноватый оттенок. Затем скач­ кообразно повышают плотность тока, постепенно доводя ее до 0,5 а!дм2.

По мере повышения плотности пластина чернеет, а за­ тем (когда удалены все примеси) приобретает серый цвет, свойственный никелевому осадку.

Пластину, покрытую осадком с примесями, нельзя оставлять в ванне без тока, так как примеси могут вновь раствориться.

Для поддержания нормальной работы ванны электро­ лит рекомендуется периодически очищать, используя для этого перерывы в работе ванны. Такую очистку необходимо проводить при плотности тока 0,1 а!дм2, при которой никель почти не осаждается, а выделяются металлические

примеси.

В случае загрязнения ванны солями одного из пере­ численных металлов следует производить очистку при режиме, указанном для данного металла.

204

Простота этого метода, так называемой селективной очистки, позволяет рекомендовать его для широкого применения в гальванических цехах.

Обычно рядом с рабочими ваннами устанавливают ванну для селективной очистки и фильтпресс. Электролит при помощи специального насоса непрерывно подается из рабочей ванны в ванну очистки и оттуда через фильтр­ пресс очищенный возвращается в рабочую ванну.

Х а р а к т е р н ы е д е ф е к т ы н и к е л е в ы х п о к р ы т и й . Отслаивание никелевого покрытия — наиболее часто встречающийся вид брака при никелиро­ вании, особенно при многослойном покрытии. Причины отслаивания разнообразны и уточнить их не всегда пред­ ставляется возможным. Отслаивание никелевого покры­ тия чаще всего бывает при плохой предварительной очистке поверхности и недостаточно хорошо выполненном обезжиривании и декапировании. Отслаивание слоя ни­ келя в результате плохого сцепления с основным металлом может наблюдаться спустя значительное время после никелирования.

Перерыв в подаче тока или резкое изменение плотности тока в течение процесса покрытия также могут вызвать отслаивание никеля.

Отслаивание никеля в виде мелких блестящих чешуек, осыпающихся от прикосновения, может быть при низком pH, т. е. увеличенной кислотности, при завышенной плот­

содержании проводящих солей тоже может быть причиной отслаивания.

Повышенная хрупкость и растрескивание никелевого покрытия могут наблюдаться при наличии в электролите солей железа и загрязнений органическими примесями.

Часто при многослойном покрытии недостаточная толщина первого слоя меди из цианистой ванны или подслоя никеля и их пористость ведут к дальнейшему отслаиванию последующих покрытий, потому что при меднении в кислом электролите может происходить ча­ стично контактное осаждение неплотного слоя меди, обладающего плохим сцеплением с основным металлом.

205

тинг) и сопутствующая им пористость. Борьба с этими дефектами заключается в следующем:

1)применяют движущиеся катоды или встряхивают их, что способствует отрыванию газовых пузырьков от катодной поверхности;

2)прорабатывают ванну анодным током с возможно большей плотностью тока, для чего часть анодов пере­ вешивают на катодную штангу, а один-два анода остав­ ляют на анодных штангах. Процесс проводят в течение 2—4 ч.

3)удаляют из раствора взвешенные твердые частицы

ипыль, что достигается периодическим или непрерывным фильтрованием;

4)добавляют в электролит окислители.

Рекомендуется добавлять 3%-ный раствор перекиси водорода в количестве 6 мл/л раствора и в дальнейшем ежедневно по 4 мл этого раствора до исчезновения пятни­ стости.

Благоприятное действие на устранение пятнистости оказывает добавка хлористого калия, а также порошка «Новость» (0,01—0,03 Г/л).

Иногда при никелировании наблюдается « з а г а р » — так называют осаждение серого шероховатого никеля на углах и выступающих частях деталей в местах преоблада­ ния тока высокой плотности, т. е. детали «пригорают». Для избежания этого следует немедленно отрегулировать режим процесса, соответственно понизив плотность тока, а также проверить температуру раствора, потому что часто «загар» наблюдается при пониженной (меньше 16° С) температуре.

П о р и с т о с т ь никелевых покрытий выше допу­ стимой также является дефектом покрытия, потому что очень пористые осадки не создают необходимой защиты изделий от коррозии. Пористость покрытия в основном

уменьшается с увеличением толщины слоя и практически, начиная от толщины 0,025 мм, никелевые покрытия имеют минимальное количество пор.

Повышенная пористость никеля получается, когда раствор загрязнен солями железа в количестве свыше 0,2—0,3 Г на 1 л раствора, а также при завышенной плотности тока и кислотности ванны. Для уменьшения

206

сквозной пористости применяют многослойные покры­ тия.

Качество никелевых покрытий контролируют по таким основным показателям: внешний вид, толщина покрытия, отсутствие пор и прочность сцепления с основным ме­ таллом.

Химическое никелирование. Химическое (безэлектро­ лизное) никелирование стальных деталей и деталей из меди и ее сплавов осуществляется из растворов, содер­ жащих соли никеля, под действием гипофосфита натрия или кальция, являющегося восстановителем.

Этот способ не требует наличия источников тока и электрического оборудования. Химическим путем можно покрывать никелем детали любого профиля, причем тол­ щина отложений никеля получается одинаковой на любом участке поверхности, в том числе и на внутренних поверх­ ностях. Осадки никеля получаются гладкими и блестящими при значительной толщине слоя и обладают повышенной твердостью, обусловленной наличием в них до 10% фосфора. Покрытия обладают хорошим сцеплением с основ­ ным металлом, повышающимся еще более после термиче­ ской обработки при температуре 350 ± 50° С. Внешний вид покрытий при этом не изменяется.

В течение 1 ч осаждается слой никеля толщиной около 10 мк. Стальные детали покрываются лучше, чем медные. Для ускорения покрытия последних их приводят в кон­ такт с железом, алюминием, никелем на 0,5—1 мин. Свинец и кадмий, а также сплавы, содержащие более 1—2% этих металлов, химическому никелированию не поддаются. Эти металлы, а также олово являются вред­ ными примесями в растворе. При содержании их в ко­ личестве 0,01—0,02 Г!л никелирование прекращается. В процессе никелирования раствор закисляется, что замедляет процесс. В этом случае раствор защелачивают 1—2%-ным раствором едкого натрия. Расход гипофосфита составляет 5 Г на 1 Г выделившегося никеля. Химическое никелирование проводится в стеклянных или керами­

и внедряется в ряде других отраслей, особенно для покрытия тонких труб и деталей сложной конфигурации. Составы растворов и режимы химического никелирования приведены в табл. 28.

207

ниях медь может быть одновалентной и двухвалентной. Азотная кислота легко растворяет медь. Концентри­ рованная серная и хромовая кислоты хорошо реагируют с медью, особенно при нагревании. Соляная кислота слабо действует на медь даже при нагревании. Щелочи, за

исключением аммиака, на медь почти не действуют. Медь на воздухе легко окисляется, особенно при

нагревании, в результате чего она теряет свой обычный цвет и блеск.

Покрытие медью железоуглеродистых сплавов — стали

208

в числе электроположительных металлов. Нормальный потенциал меди 4-0,34 в. Разность потенциалов меди и стали значительна, поэтому при повреждении медного покрытия сталь начнет корродировать быстрее, чем неомед-

мии никеля как подслой при никелировании и хромиро­ вании. Вследствие промежуточного покрытия стали и чугуна медью достигается лучшее сцепление между основ­ ным металлом и металлом покрытия и уменьшается вред­ ное влияние водорода. Медные покрытия широко при­ меняются также для местной защиты при цементации и в гальванопластике. Медные отложения хорошо поли­ руются, что имеет значение при декоративно-защитных покрытиях.

Аноды для меднения изготовляются из меди марки М-1 в соответствии с ГОСТом 767—41.

Медные покрытия характеризуются высокой электро­ проводностью, эластичностью, высокой прочностью сцеп^ ления с металлами, выдерживают глубокую вытяжку и развальцовку, хорошо полируются и в свежем состоя­ нии их легко паять.

Толщина медных покрытий, применяемых в специаль­ ных целях, такова: для деталей, подвергаемых глубокой вытяжке, 9—12 мк, для деталей дугогасительных устройсть 12—15 мк, для придания притирочных свойств поверх­ ности деталей станков и машин, а также шестерням и другим зубчатым соединениям 18—24 мк (до 30 мк), для защиты деталей от науглероживания при цемента­ ции 48—60 мк.

Свойства медных покрытий — твердость, эластичность и прочность сцепления, а также структура — зависят главным образом от составов электролитов, из которых они были получены.

Электроосаждение меди практически производят из! электролитов двух типов: кислого и щелочного — циани­ стого, но осваиваются и другие электролиты на основе комплексных соединений меди.

Медные кислые электролиты. Наиболее простым элек­ тролитом служит раствор сернокислой меди с добавле­ нием, для улучшения электропроводности, серной кис­ лоты. В этих электролитах медь осаждается из двух­

209

валентных ионов, электрический эквивалент ее 1,186 Г1ч. Кислые электролиты обладают плохой рассеивающей способностью, но устойчивы в работе и позволяют при­ менять высокие (до 30 а/дм2) плотности тока. Основным недостатком кислых электролитов является то, что в них нельзя производить осаждения непосредственно на сталь и чугун. При погружении этих металлов в раствор на поверхности их выделяется контактная (без действия тока) медь, имеющая плохое сцепление с основным ме­ таллом и обладающая большой пористостью. Поэтому изделия из железных сплавов должны быть предвари­ тельно покрыты медью в цианистом электролите или никелем толщиной не менее 3 мк, после чего наращивание меди производится в кислом электролите.

Вредными примесями являются мышьяк и сурьма, придающие отложению большую хрупкость и являю­ щиеся причиной появления коричневых и черных полос. Примеси железа, цинка и никеля не опасны, потому что потенциал выделения меди значительно выше потенциала указанных металлов, поэтому они не будут осаждаться. По этим же причинам в кислых электролитах выделения водорода, вредно действующего на отложения, не про­ исходит.

Электропроводность медных электролитов зависит от содержания серной кислоты и возможности повышения плотности тока при осаждении. Применение сравнительно высоких плотностей тока необходимо для получения мелко­ зернистых осадков меди.

Для меднения в кислом электролите широко приме­ няется электролит такого состава (в /7л):

Сернокислая медь . . . . 240—260 Серная кислота................50—60

Режим работы: плотность тока без перемешивания DK = 2-^4 а/дм2, а с перемешиванием 5—10 а/дм2\ тем­ пература 20—25° С.

Для улучшения качества медного осадка — придания ему большей плотности и мелкозернистости — рекомен­ дуется добавлять в электролит спирт или фенол в коли­ честве 1 Г!л.

В нормальных условиях процесс осаждения в кислых ваннах протекает очень спокойно. Выход металла по току почти всегда близок к 100%.

2 10