книги из ГПНТБ / Основы гальванотехники П. М. Вячеславов. 1960- 9 Мб

Анализ электролита для блестящего меднения

250 мл, добавляют 5 мл раствора крахмала и титруют 0,02 н. раствором йода до перехода окраски в темно­ синюю. Титрование лучше вести, сравнивая с кон­ трольным нетитрованным раствором; при этом переход окраски обнаруживается довольно легко.

Содержание тиомочевины подсчитывается по сле­ дующей формуле:

tан • 76

Тгл =------ ,

'п ’

где а — количество раствора йода, пошедшего на титрование, в мл;

н — нормальность раствора йода; 76 — коэффициент пересчета на тиомочевину;

п— количество электролита, взятого для анализа,

вмл.

Определение дисульфонафталиновой кислоты в мед­ ном электролите производится по такой же методике, как и при анализе никелевого электролита.

Определение меди и серной кислоты производится теми же способами, как и при анализе обычного кис­ лого электролита.

Анализ цианистого медного электролита

Определение меди. Медь может быть определена такими же способами, как и при анализе кислого мед­ ного электролита, но после предварительного разло­ жения цианидов. Для разложения цианидов к 10 мл электролита в стаканчике на 150 мл добавляется 10 мл серной кислоты (уд. веса 1,84) и 3 мл концентриро­ ванной азотной кислоты. Раствор выпаривают (под тягой) до появления густых белых паров серного ан­ гидрида. При объемном йодометрическом способе требуется полное удаление азотной кислоты, поэтому выпаривание производят дважды, причем перед вто­ ричным выпариванием стенки охлажденного стакана обмывают водой.

Определение сегнетовой соли, 5 мл электролита

89

Гл а в а VI

НИКЕЛИРОВАНИЕ

1. Свойства и область применения

Никелирование широко применяется в гальвано­ технике при защитно-декоративной отделке изделий машиностроения, приборостроения, а также предме­ тов широкого потребления. Подобное распространение никеля объясняется тем, что хотя никель и отно­ сится к числу электроотрицательных металлов, однако в обычных атмосферных условиях благодаря сильной склонности к пассивированию он длительное время сохраняет свой блеск. В гальванической паре никель — железо он является катодным покрытием и, следова­ тельно, может защищать железо лишь при условии отсутствия оголенных участков и пор. Поэтому необ­ ходимо заботиться о получении никелевых покрытий с минимальной пористостью.

Это условие может быть соблюдено при правиль­ ном ведении процесса никелирования и определенной толщине никелевого слоя. Наименьшая толщина ни­ келевых покрытий предусмотрена ГОСТ 3002—58. Тол­ щина никелевого покрытия без подслоя на стали колеблется в пределах 12—36 мк, в зависимости от условий эксплуатации.

Для уменьшения пористости никелевого покрытия на стали осаждают сначала слой меди, а затем уже никелевое покрытие. В некоторых случаях применяют трехслойное покрытие: никель—медь—никель. При этих условиях, а также при покрытии деталей из меди

91

и медных сплавов применяют никелевые покрытия меньшей толщины. При этом суммарная толщина ни­ келя и меди не должна быть меньше положенной толщины никеля. Толщина же наружного слоя никеля должна составлять не менее 50% от суммарной толщины.

Никелевое покрытие хорошо полируется и может быть легко доведено до зеркального блеска. Если же к тому же учесть, что электролитический никель в 2—3 раза тверже железа, меди и латуни и, следова­ тельно, никелированные изделия лучше противостоят истиранию, то становится понятным столь широкое распространение никелирования.

Никелирование применяют также для защиты хи­ мической аппаратуры от действия щелочных раство­ ров, в полиграфическом производстве — для повыше­ ния поверхностной твердости гартовых стереотипов и клише с целью увеличения тиражности, в гальвано­ пластике, а также в качестве подслоя при хромиро­ вании.

2. Сернокислый никелевый электролит

Важнейшей никелевой солью является сернокислый никель, или никелевый купорос. Сульфат никеля слу­ жит основой многих никелевых ванн. Для этой цели можно также применять хлористый никель, однако он не нашел у нас еще широкого распространения, так как образует более крупнокристаллические осадки, а также потому, что он реже встречается в продаже. В противоположность сульфату хлористый никель имеет свойство препятствовать пассивированию нике­ левых анодов и затрудняет последнее даже при не­ большом добавлении к раствору сульфата никеля. Способностью депассивировать анод обладают и дру­ гие хлориды, например хлориды щелочных металлов. По этим соображениям при приготовлении сернокислой ванны никелирования всегда добавляют небольшое ко­ личество хлоридов.

В никелевые электролиты вводят также соли, спо­ собствующие повышению электропроводности. Такими солями являются сернокислые соли натрия и магния.

Одной из составных частей никелевых сернокислых электролитов являются буферные добавки — вещества,

92

препятствующие изменению кислотности электролита. Концентрация ионов водорода имеет огромное значе­ ние при никелировании. Для большинства никелевых электролитов качественные осадки никеля можно по­ лучить при значениях pH от 4 до 6. Лучшие резуль­ таты получаются в более узких пределах: pH —5,0—5,5.

При pH < 4 никелевые осадки получаются блестя­ щими, но в них имеется большое количество трещин. При pH > 6 осадки никеля становятся темными и имеют склонность к отслаиванию.

Чтобы предупредить колебания концентрации ионов водорода, в никелевые электролиты вводят в качестве буфера большей частью борную кислоту.

Смесь борной кислоты и фтористого натрия характе­ ризуется лучшими буферными свойствами, чем одна

рывная фильтрация электролита.

Для блестящего никелирования рекомендуется элек­ тролит следующего состава (в г/л):

сульфонафталиновой кислоты . 2—4

93

Режим работы: pH = 5,8—6,3, температура 45—55°, плотность тока 1 —3 а^дм? (верхний предел плотности тока при перемешивании). На ряде заводов к этому электролиту добавляют еще 1-2 г/л формалина

(40°/о-ного).

При приготовлении никелевого электролита от­ дельно растворяют в горячей воде сернокислые, хло­ ристые, фтористые соли и борную кислоту, а затем после отстаивания декантируют растворы в никели­ ровочную ванну.

Свежеприготовленную ванну для блестящего нике­ лирования следует предварительно проработать током

рекомендуется вводить в электролит добавку кобальта.

3. Неполадки в работе никелевых ванн

При осаждении никелевых покрытий в большей мере, чем при осаждении других покрытий, требуется тщательность проведения подготовительных операций и прежде всего обезжиривания. Именно плохой под­ готовкой изделий перед покрытием объясняется ряд неполадок при никелировании.

Никелевый электролит очень чувствителен к ме­ таллическим примесям. Так, наличие примесей железа и цинка в электролите приводит к отслаиванию и рас­ трескиванию покрытия. Хрупкость никелевого покры­ тия может появиться также при наличии в растворе железа и органических соединений. Примеси свинца, меди и цинка вызывают образование пятнистых, полос­ чатых, темно-серых и черных осадков никеля. По

94

Цинк удаляют химическим способом. Для этого Электролит подщелачивают до pH 6,3 путем добавки углекислого кальция (обычно мел) и тщательно пере­

ляют следующим образом: электролит подкисляют до pH —4, нагревают до 70—90° и вводят 10 мл!л 3°/0-ной перекиси водорода. После окисления, которое длится 1,5—2 часа, в электролит добавляют разбавленный раствор едкого натра до pH = 6,2 и тщательно пере­ мешивают. Во время перемешивания из раствора вы­ падает осадок гидрата окиси железа. После отстаива­ ния (3—5 час.) производят отделение осадка фильтро­ ванием или декантацией.

Другой способ заключается в следующем. В элек­ тролит, нагретый до 75° С, вводят перманганат калия из расчета 0,2—0,3 г/л и выдерживают при этой темпе­ ратуре 4—5 час. при периодическом перемешивании. При комнатной температуре процесс окисления железа протекает медленнее и требует 2—3 суток. Для сильно загрязненных железом электролитов количество пер­ манганата калия приходится несколько увеличивать. Это количество определяется по окраске электролита. Последний приобретает фиолетово-красный цвет. Обесцвечивание электролита служит признаком конца окисления.

Перманганат калия обладает рядом преимуществ перед перекисью водорода. Он является более силь­ ным окислителем и в то же время, обесцвечиваясь, служит индикатором, показывающим полноту окисле­ ния. Кроме того, выпадающая в процессе окисления перекись марганца адсорбирует из электролита вред­ ные органические вещества. Органические примеси могут быть удалены также фильтрованием через активированный уголь.

Загрязнение электролита примесями железа и орга­ ническими соединениями, наличие в электролите взвешенных частиц, а также отклонение от режима электролиза (по температуре и pH) могут привести к образованию точечной пористости, или так называе­ мого питтинга. Точечная пористость является в боль­ шинстве случаев следствием прилипания к покрывае­ мой поверхности пузырьков водорода, которые экра­

95

нируют поверхность основы и не дают осаждаться в этом месте никелю.

При образовании питтинга следует произвести очистку раствора от железа и органических примесей и отфильтровать электролит. Рекомендуется добавлять перекись водорода в количестве 1 см? (10%-ный рас­ твор) на 1 л электролита. Питтинг может быть удален в некоторых случаях с помощью перемешивания электролита или простого встряхивания катодных штанг.

На изделиях, покрытых никелем, иногда наблю­ дается расслоение покрытия. Это объясняется пере­ рывом тока в процессе электролиза. Отслаивание особенно резко сказывается при наличии хотя бы небольшого количества свинца в электролите.

Очень вредной примесью является примесь ионов NO3, которые удаляют проработкой ванны током. В ваннах для блестящего никелирования покрытия никелем имеют часто желтоватый оттенок — следствие недостаточного содержания фторидов.

Следует иметь в виду, что одни и те же дефекты могут быть результатом различных причин, поэтому не всегда легко сразу установить фактическую при­ чину неполадок. Например, хрупкость никелевого по­ крытия может вызываться как плохой подготовкой основы, так и неправильным режимом электролиза (низкая температура и высокая плотность тока), а также явиться следствием присутствия в электролите железа и органических примесей.

4.Другие ванны никелирования

Впоследние годы промышленное применение по­ лучили некоторые новые электролиты: борфтористо­ водородные, сульфаминовые, электролиты на основе фосфорной и фосфористой кислот.

Наиболее характерным свойством борфтористоводо­

родных электролитов является возможность работы на интенсивном режиме с большими плотностями тока. Кроме того, этот электролит более стабилен и обла­ дает сравнительно слабой чувствительностью к при­ месям.

96

Состав электролита (в г/л) весьма прост:

Режим работы: pH = 2,7—3,5, температура 25-50° С, плотность тока 5 — 10 а)дм2, выход по току 95%.

Применение воздушного перемешивания позволяет увеличить плотность тока до 20—25 а/дм2.

В зарубежной практике нашли применение сульф­ аминовые электролиты. Они так же, как и борфто­ ристоводородные электролиты, позволяют вести про­ цесс на интенсивном режиме.

Ниже приводится состав сульфаминового электро­ лита (в г/л):

Режим работы: электролиз ведут при рН=3,5 и тем­ пературе 25—30° С, плотность тока 10—15 а/дм2.

5. Осаждение „черного никеля"

Некоторые детали приборов требуют от покрытия значительной коррозийной устойчивости в сочетании с малой отражательной способностью. Этим условиям удовлетворяют покрытия „черным никелем". Хими­ ческий анализ осадка „черного никеля" показывает, что он содержит в своем составе никель, цинк и серу. „Черный никель" обладает весьма плохим сцеплением со сталью, поэтому рекомендуется осаждение подслоя меди или цинка.

Приведем примерный состав электролита (в г/л):

Сернокислый цинк (цинковый купорос) ... 40

дается светлый никель, который обеспечивает хорошее сцепление с основой „черного никеля". Осаждение ведут с никелевыми анодами.

6. Химическое никелирование

Этот процесс в настоящее время нашел в про­ мышленности значительное распространение. Процесс заключается в химическом восстановлении ионов ни­ келя до металла с помощью гипофосфита натрия или кальция. Главным преимуществом этого способа перед электролитическим является то, что никель осаждается равномерным слоем на изделиях любой конфигурации, в том числе и на внутренних стенках трубчатых изделий. На полированной основе нике­ левое покрытие получается гладким и зеркально-бле­ стящим, причем блеск мало изменяется с толщиной слоя. Обладая малой пористостью, покрытие хорошо защищает от коррозии основной металл. Кроме того, покрытие характеризуется повышенной твердостью, увеличивающейся при термообработке. Химический анализ никелевого осадка показывает, что он пред­ ставляет собой сплав никеля с фосфором с содержа­ нием последнего около 7—1О°/о. Для химического ни­ келирования предложен следующий состав (в г/л):

Никель хлористый (шестиводный).... 30

Гипофосфит натрия . .............................10—12

Гликолевокислый, уксуснокислый или муравьинокислый натрий............... 10

Режим работы: pH—4,5—5,0, температура раствора 90—95°, скорость осаждения никеля 10—15 мк!час.

Процесс осуществляется в эмалированных, кера­ мических или стеклянных емкостях. Детали загру­ жаются на неметаллических подвесках или в неметал­ лических корзинах. В процессе никелирования раствор становится более кислым, что вызывает замедление

98