Диплом Султан.output

1.4. Сравнительный анализ различных типов электролитов никелировании

Сернокислые электролиты

Этот вид электролитов наиболее известен и изучен. Сернокислые электролиты весьма чувствительны к отклонениям от заданного режима и к наличию посторонних примесей. Поэтому при эксплуатации никелевых электролитов, особенно сернокислых, следует соблюдать некоторые обязательные условия.

11

1.Ванны никелирования к моменту загрузки деталей должны быть полностью подготовлены. Катодные и анодные штанги должны быть тщательно вычищены, исправность реостатов и амперметров должна быть проверена, а системы перемешивания и фильтрования, если таковые имеются, должны быть включены.

2.Корректировка электролитов по составу и по величине pH во время процесса покрытия исключается. Загрузку деталей следует производить быстро, при включенном токе с постепенным повышением силы тока до заданных величин.

3.Выключение тока в процессе никелирования или изъятие подвесок из ванны для осмотра приводят к отслаиванию покрытия.

4.Поворачивание деталей в приспособлениях для перемещения точек контакта и прочие исправления в расположении деталей в ванне следует производить только в резиновых перчатках, так как, если касаться деталей незащищенными руками, в местах касания образуются непокрытые участки.

5.Для удаления налета масел, ворсинок и прочих посторонних частиц с

поверхности никелевого электролита необходимо оборудовать ванны автоматическим устройством или периодически снимать налет сеткой из марли или листом фильтровальной бумаги.

6.Аноды должны быть предварительно очищены от шлама стальными щетками, заключены в чехлы из льняной ткани и погружены в электролит так, чтобы их подвесные крюки не касались электролита даже при перемешивании.

7.Внутренние аноды должны быть в чехлах из льняной ткани, а места их электрического контакта с проводником не должны касаться электролита.

8.Для подвесных крюков к анодам и проводников к внутренним анодам не следует применять медь, так как при анодном растворении медь загрязняет электролит. Более пригодно железо.

9.Нормальное соотношение площади анодов к площади покрываемых деталей должно быть 2:1.

Переходя к выбору состава электролитов следует указать, что основным компонентом сернокислых электролитов является сернокислый никель. Концентрация его колеблется от 60—70 до 300—400 г/л.

Если принятая концентрация сернокислого никеля не превышает

150—200

г/л, то в электролит вводят соли, повышающие его электропроводность. Для этой цели применяют сернокислый натрий Na2SО4-10Н2О, сернокислый магний MgSО4-7H2О, способствующие получению пластичных и легко полируемых никелевых покрытий.

12

Вкачестве буферных соединений, создающих устойчивость pH, применяют обычно борную кислоту, но возможно применение и других, более дешевых соединений, например уксуснокислого натрия. Для электролитов с низким значением pH более эффективны добавки буферных соединений в виде

NaF, Na(BF4) и других фторидов.

Для улучшения растворимости никелевых анодов в электролиты вводят

активаторы — NaC1 или КС1, а иногда и NiC12 6Н2О.

Все компоненты растворяют отдельно, фильтруют или декантируют и сливают в ванну никелирования. Затем доливают ванну водой до расчетного уровня, проверяют pH и приступают к эксплуатации.

Втабл. 3 приведены составы и режимы работ для нескольких, наиболееприменяемых электролитов.

Таблица 3

Составы и режимы работы сернокислых электролитов

Примечание:” +” –применение,” -/+” – не обязательное применение, ” —” –отсутствие применение.

Указанные электролиты устойчивы в работе и при их правильной эксплуатации и систематической очистке от вредных примесей могут использоваться в течение нескольких лет без замены. Корректирование их состава по содержанию основных компонентов производится главным образом вследствие потерь электролита при уносе его покрываемыми деталями. Эти потери зависят от концентрации электролита, конфигурации деталей и аккуратности работающих. Для деталей, покрываемых на подвесках, удельные нормы потерь электролита на унос колеблются в пределах 120—200 мл электролита на 1 м~ площади покрываемых деталей, а для мелких деталей, покрываемых, в колоколах и барабанах, составляют от 220 до 370 мл/м2.

Для последних наиболее пригоден электролит № 2, указанный в табл.1.12. Остальные электролиты этой таблицы применяются при покрытии деталей на подвесках и выбор электролита для них определяется заданной толщиной слоя, программой цеха и необходимой скоростью наращивания.

При пользовании электролитами, содержащими фтористый натрий, непрерывное фильтрование их затрудняется засорением фильтровальной ткани коллоидальными сгустками фторидов, содержащих продукты их гидролиза при высоких значениях pH. Для устранения этого явления следует поддерживать возможно более низкое значение pH или вводить фтористые соединения в форме бор фтористоводородных солей.

Никелирование деталей химического оборудования с большой толщиной слоя наиболее целесообразно производить из однокомпонентного электролита. Для него рекомендуются следующие состав и режим осаждения (г/л):

14

Сернокислый никель ……………350—400 Рабочая температура………………40—50°

Величина pH………………………. 1,5—2,5

Плотность тока при движении катодных штанг…………………. 3—5 А/дм2

Плотность тока при перемешивании……8—10 Выход по току………………… ...70—80%

Электролит позволяет получать светлые эластичные и легко полирующиеся никелевые покрытия толщиной 0,2—0,3 мм.При электролизе выделение водорода и кислорода происходит достаточно интенсивно, что обеспечивает хорошее перемешивание электролита в при катодном слое. Проработки электролита не требуется. Величина pH, составляющая вначале 4—5, в процессе электролиза постепенно снижается до 1,5—2,5. При этом значении pHнаиболее устойчив и не требует корректировки длительное время. Аноды в процессе электролиза покрываются черной пленкой окислов, растворяющихся в электролите по выключении тока.

Электролит обладает низкой рассеивающей способностью и наиболее пригоден для покрытия деталей несложного профиля.

Никелевые электролиты весьма чувствительны к понижению температуры и при снижении ее до +10° С фактически непригодны для эксплуатации.

Для ускорения процесса и повышения качества покрытий ванны оснащают автоматическими устройствами для покачивания катодных штанг, очистки зеркала электролита, непрерывного перемешивания и фильтрования [8].

Электролиты блестящего никелирования

При никелировании, имеющем своей целью защитно-декоративную отделку изделий, никель должен иметь зеркально-блестящую поверхность.

Механическая полировка, применяемая для этого, является трудоемкой операцией и требует высокой квалификации рабочих. Кроме того, при полировке никелевых покрытий безвозвратно теряется слой никеля толщиной

2—4 мк.

Поэтому широкое применение получили электролиты блестящего никелирования, содержащие различные блеск образователи. Так, из неорганических соединений некоторое применение для этой цели получили сернокислые соли кобальта и кадмия. Несмотря на простоту получения и равномерный блеск покрытий добавки кобальта нецелесообразны вследствие их высокой стоимости.

Добавки хлористого или сернокислого кадмия в количестве 0,03—0,10 г/л применяются особенно при покрытии крепежных деталей в колокольных и барабанных ваннах. Наилучшие результаты получаются при их введении за 1—

15

2часа до выгрузки деталей. Действие кадмиевых добавок непродолжительно и не превышает 8—10 час непрерывной загрузки ванн.

Широкое применение получили электролиты с добавками органических блеск образователей в виде натриевых солей сульфированного нафталина. Большое распространение получил следующий электролит (г/л):

Сернокислый никель……………….......200—300 Борная кислота ………………………25—30 Фтористый натрий ……………………4—6 Хлористый натрий. ……………………3—15 Сульфокислоты 2,6 или 2,7……………2—4

Формалин…...…………………………1—1,5

Рабочая температура…………………20—30°С

Величина pH…………………………5,8—6,3

Плотность тока DK……………………………………1—2 А/дм2 Выход по току…………………………95—96%

При перемешивании электролита плотность тока может быть повышена до 4—5 А/дм2.

В зависимости от качества блеск образователя электролит иногда требует предварительной проработки для получения покрытий с наибольшим блеском. Лучше всего пользоваться блеск образователем заводского изготовления. При отсутствии готового продукта блеск образователь готовят в цехе путем сульфирования нафталина серной кислотой. Электролит сохраняет способность к образованию блестящих покрытий в течение длительного времени без дополнительных добавок блеск образователя. После добавления в электролит блеск образователя раствор следует прогреть или прокипятить.

Рекомендуется прогревать электролит перед добавкой блеска образователя. Из неполадок, характерных для электролитов блестящего никелирования, следует отметить матовость в средней части деталей при удовлетворительном блеске на их кромках. Это явление может иметь место при недостатке блеск образователя, а также мри низкой плотности тока. Блеск в средней части деталей с темным покрытием на кромках получается при высокой плотности тока Dка также в за щелоченном электролите при низких температурах.

Общее отсутствие блеска может быть связано с недостатком блеск образователя или с присутствием в электролите солей меди и цинка. Удаление меди, цинка и железа, а также устранение прочих неполадок производятся, как это указано для сернокислых электролитов.

Из других электролитов блестящего никелирования следует особо отметить так называемый выравнивающий электролит, позволяющий получать блестящие покрытия с гладкой поверхностью даже в тех случаях, когда покрывае-

16

мая поверхность имеет сравнительно низкий класс чистоты обработки. Этот электролит не получил еще широкого производственной применения, но является весьма перспективным.

Для электролита приняты следующие состав и режим работы (г/л):

Никель сернокислый… ……………. 300 Никель хлористый…………………. 80 Борная кислота ……………………… 40 Смачивающая добавка ………………. 0,05 Блеск образователя……………………. 2 Выравнивающая добавок…...…………. 4 мл/л Рабочая температура ……………… 55±5°

ВеличинаpH………………………. 4,5—5,5

Плотность тока DK…………….4—6 А/дм2

Необходимо перемешивание электролита сжатым воздухом и непрерывное фильтрование через активированный уголь.

Блеск образователем служит паратолуолсульфамид, который растворяют в отдельной порции электролита или в воде при 90°. Для этой цели возможно применение и других блеск образователей типа диосульфонафталинновых.

Высокий блеск покрытий достигается ежедневными добавками 40процентного раствора формалина, вводимого в количестве 0,02 мл/л. Выравнивающая добавка состоит из раствора кумарина в уксуснокислом никеле и готовится следующим путем: 450 мл ледяной уксусной кислоты разбавляют, приливая 550 мл воды. Затем в полученный раствор вводят при перемешивании 150 г углекислого никеля, а после его растворения добавляют 125 г кумарина (лактона ортооксикоричной кислоты), после чего добавка готова к употреблению.

Никелевые аноды следует держать в чехлах.

Электролит требует проработки в течение 40—60 часов для удаления меди, железа, цинка и прочих металлов. Предельное содержание их должно составлять для меди не более 0,02 г/л, железа до 0,05 г/л, свинца до 0,01 г/л, цинка до 0,02 г/л и кадмия до 0,005 г/л.

При пропускании тока в количестве 15—25 А/ч на 1 л электролита следует вводить смачивающей добавки 0,02 г/л, блескообразоватасля 0,5 г/л и выравнивающей добавки 2 мл/л.

Корректировку pH производят углекислым никелем и 3-процентным раствором серной кислоты.

По литературным данным, полученные осадки обладают микро твердостью около 600 кГ/мм2, легко хромируются. Обладая зеркальным блеском и

17

гладкостью, никелевые покрытия толщиной более 10 мк бес пористы и имеют прочное сцепление со сталью [8].

Прочие электролиты никелирования

Кроме электролитов, указанных ранее, некоторые электролиты также получили промышленное применение. Так, например, бор фтористые электролиты отличаются высокой производительностью и электропроводностью.

Состав и режим работы одного из них приводятся ниже (г/л):

Борфтористый никель…………………300—400 Хлористый никель ………………………10—15 Борная кислота Н3ВО3 …………….……25—30 Формалин, 40-процентный раствор……1,5—3 мл/л Рабочая температура ………………. ………30—40° Плотность тока ……………………………. 4—6 А/дм2

Величина pH…………………………...……2,8—3,5 Выход по току…………………………………95%

Никелевые покрытия получаются блестящие или полублестящие, легко полирующиеся, обладают высокой эластичностью и твердостью 540—550 кг/мм2. Электролит пригоден для использования в колокольных и барабанных ваннах.

Возможно осаждение никеля и из кремнефтористых электролитов, которые составляются из более дешевых компонентов. Для одного из них приняты следующие состав и режим осаждения (г/л):

Кремнефтористый никель …………400—700 Хлористый никель …………………25—50 Борная кислота Н3ВО3 ……………30—40 Рабочая температура………………20—50° Плотность тока…………………до 15 А/дм2

Величина pH………………………0,5—1

Для получения весьма твердых и износостойких покрытий применяется электролит, своеобразный как, но составу так и по режиму осаждения (г/л):

18

Сернокислый никель …………………...180—200 Ортофосфорная кислота Н3РО4…………40—60 Хлористый натрий ………………………2—3 Гипофосфит натрия …………………5—10 Рабочая температура ……………………80—85° Плотность тока ………………………......8—12 А/дм2

Величина pH………………………………1,8—3

Выход по току……………………………70%

Осажденный никель содержит в своем составе до 2—3% фосфора и обладает микротвердостью до 500—700 кГ/мм2, которая после термообработки при 350° повышается.

Большой практический интерес представляют также сульфаминовые электролиты, составляемые на основе сульфаминовой кислоты. Эта кислота представляет собой бесцветные ромбические кристаллы, она безвредна, нелетучая и негигроскопичная. Ее растворимость в воде 200 г/лпри 0° и 400 г/при 70°. Никелевые соли сульфаминовой кислоты имеют практически неограниченную растворимость. Ниже приводятся, по литературным данным, состав и режим работы одного из сульфаминовых электролитов (г/л):

Сульфаминовокислый никель ……………250—360 Хлористый никель …………………………250—350 Борная кислота Н3ВО3……………………….25—30 Натриевая соль нафталиндисульфокислоты 2,6 или 2,7……2—3

Рабочая температура………………………25—70° Плотность тока……………………………14А/дм2

Величина pH…………………………………3,5

Необходимо перемешивание и фильтрование электролита. Следует упомянуть также об аммиачном электролите, дающем блестящее покрытия.

Для него приняты следующие состав и режим эксплуатации (г/л): Сернокислый никель ………………………200—220 Сернокислый аммоний………………………20—25 Хлористый калий КС1………………………10—12 Аммиак 25-процентный………………………250—300 Сернокислый кадмий или сернокислый цинк …………………………………………..10—0,18

Рабочая температура…………………………20—30° Величина pH (не менее) ………………………7,8 Плотность тока……………………………........до 6 А/дм2

Выход по току………………………………… 95%

19

Отмечаются высокая прочность сцепления никелевых покрытий со сталью, хорошая эластичность и блеск их при толщине до 30 мк.

Микротвердость никеля на приборе ПМТ-3 составляет 750— 770 кг/мм2. Повышение концентрации солей кадмия или цинка приводит к полосатости

покрытий.

Осаждение черного никеля

При введении солей цинка в сернокислые никелевые электролиты осадки никеля приобретают черный цвет. Указанное свойство используется для получения черных металлических покрытий в оптической промышленности и некоторых специальных отраслях машиностроения. Осадки черного никеля характеризуются весьма низкими показателями коррозийной стойкости, эластичности и прочности сцепления с покрываемым металлом, особенно со сталью. Поэтому перед осаждением черного никеля следует применять нанесение подслоя меди или светлого никеля с последующей полировкой подслоя.

Толщина слоя черного никеля обычно не превышает 0,5 мк. Ниже приведено несколько составов электролитов.

Один из них отличается тем, что подслой светлого никеля и черный никельосаждаются из одного и того же электролита путем резкого изменения катодной плотности тока.

Для электролита рекомендованы следующие состав и режим осаждения (г/л):

Двойная соль никеля………………………45 Сернокислый никель………………………75 Сернокислый цинк…………………………40 Роданистый аммоний………………………15 Борная кислота ………………………………25

Рабочая температура ……………………......45—55°C

Величина pH ……………………………4,5—5,5

Осаждение ведут с никелевыми анодами по следующему режиму: обезжиренные и полированные детали завешивают в ванну, включают ток и осаждают светлый никель, увеличивая катодную плотность тока в течение 10— 12 мин. от 0,02 до 0,2 А/дм2. Затем повышают плотность до 1,0—1,3 А/дм2 и осаждают черный никель в течение 3—5 мин.

К электролитам, не содержащим двойной соли никеля, относится следующий (г/л)

20