Сульфатные электролиты никелирования

Основа NiSO₄∙7H₂O 250-300 г/л

Концентрация весьма значительная, обеспечивает большие плотности тока, обычно до 8÷10 А/дм². Выше концентрацию делать нецелесообразно, т.к. повысится вязкость, и унос дорогой соли Ni вместе с деталью. Зато, такая концентрация одновременно обеспечивает хорошую электропроводность, если же концентрацию делать меньше, например, для обеспечения повышенной РС – уменьшится рабочая плотность тока, электропроводность и тогда в электролит вводят электропроводящие соли:

Сульфат натрия NaSO₄ 50÷70 г/л или магния.

Обязательным компонентом электролита никелирования являются добавки депассиваторов, т.к. нерастворимые Ni-аноды в условиях работы склонны к пассивации. Их Ɛ быстро сдвигается в «+» сторону в область выделения О₂. Анод перестает поставлять ионы Ме и ток тратится на кислород. В качестве депассиваторов используют хлоридные соли: NaCl, лучше NiCl_2. в условиях анодной поляризации занимают места, где могут адсорбироваться атомы отвечающие за формирование пассивной оксидной пленки.

Рекомендуют использовать хлорид Ni, когда одновременно увеличивается количество ионов Ме и формируется достаточное количество ионов для депассивации. Если нет, то анод меняет цвет и на нем идет выделение O₂. Если мало, анод частично пассивируется и часто в этом случае выделяется Cl₂. При обычных режимах анод работает в активной области с Вт=100%. В холодных электролитах j_a не должна превышать 2-2,5 А/дм², в нагретых или при перемешивании может быть ~ в 2 раза больше. Для обеспечения нужной j_a, не приводящей к его пассивации, часто аноды делают в виде отдельных нарубленных кусочков, помещенных в коррозионностойкие Ti-корзины. Растворение таких кусочков идет полностью и по мере их расхода кусочки досыпаются в корзину. Можно использовать пластинчатые листовые аноды, но по мере их растворения уменьшается площадь поверхности, рабочая j_a повышается и такие аноды могут быстро пассивироваться, поэтому их надо часто менять. Остаются нерабочие остатки анодов, которые нужно рубить на кусочки или направлять на переплавку. Сульфатные электролиты работают в большинстве случаев в слабокислой области pH=4,3÷5. При меньших pH ускоряется параллельный процесс выделения H₂ и снижается Вт. При больших значениях pH прикатодная область за счет выделяющегося Н₂ быстро подщелачивается, образуется гидроксид Ni, который включается в состав покрытия, делая его некачественным. Поэтому в электролиты вводят буферные добавки, удерживающие рН. Самой простой и доступной добавкой является борная кислота: 30÷40 г/л ( на грани растворимости). Считается, что она в прикатодной области образует коллоидную частицу с Ni(OH)₂, которая имеет «─» заряд и эта заряженная частица выталкивается из прикатодной области, имеющей одноименный заряд.

H₃BO₃H⁺+H₂BO₃^-

Ni²⁺+2→Ni

2H₂O+2→H₂+2OH^- => Ni²⁺+2OH^-→Ni(OH)₂ => Ni(OH)₂ ·H₂BO₃^-

Буферная емкость борной кислоты не самая максимальная, а стало быть она будет ограничивать величину рабочей плотности тока, которая будет отвечать за подщелачивание. Существуют другие буферные добавки и их буферная емкость видна из графика:

Чем больше буферная емкость, тем на больших плотностях можно работать: H₃BO₃ 3÷5, уксусная кислота (CH₃COOH) 8÷10, глицин (C₂H₅NO₂) ~15, янтарная кислота (НООС-СН₂-СН₂-СООН) 20÷30 А/дм².

Электролиты никелирования работают при повышенных t=40÷60◦C. Чаще работают при 40◦, в этих условиях лучше растворяются аноды, увеличивается электропроводность среды и Вт, в целом возрастает РС и покрытия получаются более светлыми. Одновременно повышается растворимость гидроксидов прикатодной области и можно работать при более высоких плотностях тока, в 1,5-2 раза выше, чем при обычной температуре. Часто в процессе никелирования используется воздушное или механическое перемешивание за счет движения подвесок с деталями. Перемешивание позволяет увеличить рабочие плотности тока и способствует более быстрому удалению водородных пузырьков с поверхности, которые обычно при их залипании делают покрытие более пористым в виде язв. Для устранения действия этих пузырьков на качество покрытия практически во все электролиты никелирования целесообразно вводить добавки смачивателей: ПАВ снижают поверхностное натяжение на границе Ме-П – водородный пузырек. Для никелирования нехарактерно наступление предельной диффузионной плотности тока, т.к. быстрее портится качество покрытия из-за включения гидроксидов, но в отличие от многих других процессов, катодная поляризация весьма большая 300-400 мВ. Следовательно, без специальных добавок блескообразователей покрытия изначально получаются светлыми, мелкокристаллическим, плотноупакованным, часто полублестящим. Этот эффект связывают с тем, что Ni и Ni-покрытие обладают высокими адсорбционными свойствами и на его поверхности быстро и прочно адсорбируются продукты полуреакций и параллельных реакций. В частности частички Ni(OH)₂ в прикатодной области могут блокировать растущие грани Ni-П, в результате чего они не растут в линейных размерах, а образуются новые кристаллические зародыши, структура размельчается. С точки зрения качества – это хорошо, но размельченная структура и включение гидроксидов ведут к напряженным покрытиям и в толстых слоях растрескиваются, шелушатся и отходят от поверхности. По другой теории, высокая η_к связана с тем, что ионы Ni имеют очень мощную и прочную гидратную оболочку. Для ее разрыва в ДЭС требуется большая энергия, которую обеспечивает высокая катодная поляризация, и часто высокую энергию активации относят к замедленной хим. реакции распада аквакомплекса.