Восстановление никелированного покрытия. Никелирование химическое. Для литейных алюминиевых сплавов
Никелирование изделий из металлов позволяет не только защитить их поверхности от коррозии, но и создать на них блестящее покрытие. Такие изделия широко применяются при изготовлении сантехники, автомобильных запчастей, медицинских инструментов и т. д. В связи с этим многие люди задаются вопросом, можно ли выполнить никелирование стали в домашних условиях?
Технология никелирования металлов
Никелирование осуществляется путем нанесения на металлический предмет тонкого слоя никелевого покрытия. Покрыть никелем можно изделия из различных металлов, таких как:
- сталь;
- медь;
- титан;
- алюминий.
Существуют металлы, которые нельзя никелировать:
- олово;
- свинец;
- кадмий;
- сурьма.
Никелевое покрытие обеспечивает защиту изделия от воздействия влаги и различных агрессивных веществ. Часто его наносят в качестве слоя-основы перед хромированием деталей. После нанесения тонкой пленки никеля, напыления из серебра, золота и других металлов держатся более прочно.
В домашних условиях применяются способы, не требующие использования специализированного оборудования. Благодаря этому, никелирование стали, меди, алюминия в бытовых условиях доступно практически каждому человеку. Чтобы получить равномерное покрытие, необходимо предварительно подготовить деталь.
Как подготовить изделие к никелированию?
Подготовка изделия довольно трудоемкий процесс. Следует полностью исключить наличие коррозии, окислений и т. п. Подготовка проводится в несколько этапов.
Обработка пескоструйным аппаратом
Данный вид обработки можно выполнять как специализированным пескоструйным аппаратом, так и самодельным. Во время обработки нужно постараться убрать как можно больше посторонних наслоений с поверхности заготовки. Особое внимание следует обратить на труднодоступные места. Они должны быть очищены так же, как и другие участки поверхности.
Шлифовка
Чтобы никелевое покрытие получилось равномерным, нужно максимально выровнять поверхность. Шлифовка дает возможность очистить предмет от оксидной пленки. Для выполнения этого этапа используется наждачная бумага, а также различные инструменты и приспособления, предназначенные для шлифовки.
Совет: не стоит пренебрегать шлифовкой заготовок, неправильная подготовка может привести к отслоению покрытия.
Устранение жировых загрязнений
После того, как процесс шлифовки окончен, следует смыть образовавшиеся загрязнения под проточной водой. Затем потребуется провести обезжиривание заготовки. Для этого можно использовать как готовые, так и самодельные растворители. После нанесения растворителя деталь нужно еще раз промыть водой и тщательно просушить.
Внимание: при выборе растворителя необходимо учитывать степень его воздействия на металл, из которого выполнено изделие. Запрещается применять обезжиривающие растворы, вступающие в химическую реакцию с поверхностью.
Омеднение
Никелирование изделия лучше проводить с предварительным омеднением заготовки. Этот этап не является обязательным, но никелирование стали и других металлов будет более качественным, если покрытие наносится на тонкий слой меди.
Для омеднения детали необходимо поместить ее в стеклянную емкость с водным электролитом, состоящим из медного купороса и серной кислоты. Предмет подвешивается на проводе таким образом, чтобы он не касался стенок и дна емкости. По обе стороны от заготовки размещаются медные пластины, являющиеся электродами. После этого к электродам и заготовке подключается источник постоянного тока. Степень омеднения прямо зависит от времени проведения процесса.
Способы нанесения никелевого покрытия
Никелирование изделия в домашних условиях можно выполнить двумя способами: химическим и электролитическим.
Электролитический метод
Нанесение покрытия с использованием электролита называется гальваническим никелированием. Сначала потребуется подготовить водный раствор (электролит). Для этого необходимы следующие компоненты:
- сернокислый никель – 70 г;
- сернокислый магний – 15 г;
- поваренная соль – 2.5 г;
- сернокислый натрий – 25 г;
- борная кислота – 10г;
- вода – 500г.
Каждый из компонентов нужно отдельно растворить в воде и профильтровать. Полученные растворы смешивают и заливают в стеклянную емкость. Для гальванического никелирования в сосуд с электролитом помещают никелевые электроды. Чтобы покрытие на заготовке было равномерным, со всех сторон устанавливают не менее двух электродов.
Подготовленную заготовку помещают в сосуд между электродами таким образом, чтобы она не касалась стен и дна емкости. Электроды соединяют между собой медными проводниками, и подключают к плюсовому контакту источника постоянного тока. Токопроводящий провод подключают к минусовому выводу.
В процессе никелирования стали напряжение питания не должно превышать 6 Вольт. Следует контролировать плотность тока, она не должна превышать 1,2 А. Процесс занимает около 30–40 минут. По его окончании, предмет нужно промыть проточной водой и тщательно просушить. Нанесенное покрытие должно получиться матовым и гладким. Чтобы поверхность изделия приобрела блеск, потребуется выполнить ее полировку.
Химический метод
Никелирование стали и других металлов химическим способом отличается от гальванического прочностью покрытия. При помощи химического никелирования можно легко нанести вещество даже на самые труднодоступные места.
В эмалированную посуду наливают воду и растворяют в ней янтарно-кислый натрий и хлористый никель. Затем раствор нагревают до температуры 90 градусов. По достижению требуемой температуры добавляется гипофосфит натрия. Изделие аккуратно подвешивается над емкостью с раствором. Количество жидкости рассчитывается исходя из того, что в 1 литре раствора можно покрыть поверхность площадью 2дм 2 .
Никелирование контролируется визуально: когда деталь равномерно покроется пленкой, процесс завершается. По окончании, деталь нужно промыть в растворе, изготовленном из воды и небольшого количества мела. После этого осуществляют сушку и полировку детали.
Как увеличить срок службы покрытия?
Полученное покрытие имеет пористую структуру. Поэтому металл изделия подвержен коррозии. Чтобы снизить риск ее возникновения, слой никеля покрывают смазочными составами. После их нанесения предмет погружают в емкость с рыбьим жиром. Спустя 24 часа, его излишки убирают при помощи растворителя.
Если изделие имеет крупные габариты, и погрузить его в емкость невозможно, то его поверхность просто натирают рыбьим жиром. Данную процедуру потребуется проводить дважды, с промежутком времени около 12 часов. Через 48 часов после обработки остатки жира нужно удалить.
Выполнить никелирование стали в домашних условиях можно двумя способами. Данный процесс является несложным, но требует тщательной подготовки и предельной аккуратности при выполнении. Необходимо приобрести качественные компоненты для приготовления раствора, заранее подготовить рабочую зону, емкости, инструменты и устройства.
В процессе работы важно соблюдать меры безопасности: защитить глаза и кожные покровы от попадания химических веществ, обеспечить достаточную вентиляцию помещения, предотвратить возможность воспламенения смеси и электрической установки.
Свойство никеля создавать на своей поверхности тонкую оксидную пленку, устойчивую к действию кислот и щелочей, позволяет использовать его для антикоррозионной защиты металлов.
Основной метод, применяющийся в промышленности - гальваническое никелирование, но оно требует наличия достаточно сложного оборудования и подразумевает работу с кислотами и щелочами, пары которых выделяются во время работы и могут сильно навредить здоровью человека. Для покрытия стали, алюминия, латуни, бронзы и других металлов может быть применен химический способ, так как он прост в использовании, и этот процесс можно проводить в домашних условиях.
На сегодняшний день существует два основных метода покрытия металлических деталей никелем: гальваническое и химическое. Первый метод требует наличия источника постоянного тока - электролитической ванны с электродами и большого количества химических реактивов. Второй способ намного проще. Для его проведения требуется наличие мерной посуды и эмалированной емкости для нагрева реактивов. Несмотря на всю кажущуюся простоту, это довольно сложный процесс, который требует большого внимания и соблюдения правил безопасности. По возможности проводите реакции в хорошо проветриваемом помещении. Идеальным вариантом будет оборудование рабочего места вытяжкой, ни в коем случае не соединенной с общедомовой вентиляцией. При работе пользуйтесь защитными очками, не оставляйте емкость с реактивами без присмотра.
Покрытие металлических деталей никелем
Основные стадии для произведения химического никелирования следующие:
- Для того чтобы никель покрыл поверхность тонким и равномерным слоем, изделие предварительно шлифуют и полируют.
- Обезжиривание. Поскольку даже тончайшая пленка жира на поверхности обрабатываемого изделия может вызвать неравномерное распределение никеля по площади детали, последнюю обезжиривают в специальном растворе, состоящем из 25-35 г/л NaOH или KOH, 30-60 г кальцинированной соды и 5-10 г жидкого стекла.
- Деталь или изделие, которое необходимо покрыть никелем, промывают в воде, после чего на 0,5-1 минуту погружают в 5% раствор HCl. Данный шаг предпринимается для того, чтобы удалить с поверхности металла тонкий слой окислов, который будет значительно снижать адгезию между материалами. После протравки деталь снова промывают в воде, затем немедленно переносят в емкость с раствором для покрытия никелем.
Собственно никелирование производят при помощи кипячения металлического изделия в специальном растворе, который готовят следующим образом:
- берут воду (желательно - дистиллированную) из расчета 300 мл/дм 2 площади поверхности детали, включая как внутреннюю, так и внешнюю;
- воду нагревают до 60°С, после чего растворяют в ней 30 г хлористого никеля (NiCl 2) и 10 г уксуснокислого натрия (CH 3 COONa) на 1 л воды;
- температуру поднимают до 80°С и добавляют 15 г гипосульфита натрия, затем в емкость с раствором погружают обрабатываемую деталь.
Кипячение металлического изделия
После погружения детали, раствор нагревают до 90-95°С и поддерживают температуру на таком уровне в течение всего процесса никелирования. Если вы увидели, что количество раствора сильно уменьшилось, можно добавить в него предварительно нагретую дистиллированную воду. Кипячение должно проходить не менее 1-2 часов. Иногда для получения многослойного покрытия, изделия из металла подвергают серии коротких (20-30 минут) кипячений, после каждого из которых деталь достают из раствора, промывают и высушивают. Это дает возможность получить слой никеля из 3-4 прослоев, которые суммарно имеют большую плотность и качество, чем одинарный слой той же мощности.
Особенность покрытия стальных изделий в том, что никель осаждается самопроизвольно вследствие каталитического воздействия железа. Для осаждения защитного слоя на цветных металлах используется другой состав.
2
Химическое никелирование цветных металлов позволяет создавать защитную пленку на поверхности латуни, меди и бронзы. Для этого деталь сначала обезжиривают раствором, состав которого указан в первом способе, причем снимать оксидную пленку с металла не обязательно. Раствор для никелирования готовят следующим образом: в эмалированную емкость наливают 10% раствор хлористого цинка (ZnCl 2), который более известен под названием «паяльная кислота». К нему понемногу добавляют сернокислый никель (NiSO 4) до такой концентрации, при которой раствор окрашивается в зеленый цвет. Состав доводят до кипения, после чего погружают деталь в него на 1,5-2 часа. После того как реакция закончится, изделие достают из раствора и помещают в емкость с меловой водой (готовится способом добавления 50-70 г мела в порошке на 1 литр воды), а затем промывается.
Раствор сернокислого никеля
Никелирование алюминия проходит по схожей технологии, но состав раствора немного другой:
- 20 г сернокислого никеля;
- 10 г натрия уксуснокислого;
- 25 г натрия фосфорноватистокислого;
- 3 мл тиомочевины концентрацией 1 г/л;
- 0,4 г фтористого натрия;
- 9 мл уксусной кислоты.
Обработка деталей из алюминия
Перед обработкой изделия из алюминия погружают в раствор каустической соды, концентрацией 10-15%, и нагретом до температуры 60-70°С. При этом происходит бурная реакция с выделением водорода, пузырьки которого очищают поверхность от окислов и загрязнения. В зависимости от степени загрязненности, детали выдерживают в очищающем растворе от 15-20 секунд до 1-2 минут, после чего промывают в проточной воде и погружают в никелирующий раствор.
3
Вследствие никелирования значительно повышаются физико-механические и декоративные свойства металлических изделий. Никель имеет серебристо-белый цвет, на воздухе быстро покрывается незаметной человеческому глазу пленкой окислов, которые практически не меняют его внешнего вида, но при этом надежно защищают от дальнейшего окисления и реакций с агрессивной средой. Никелирование используется для защиты сталей, бронзы, латуни, алюминия, меди и других материалов.
Защита металлических изделий от окисления
Является катодной защитой. Это значит, что при повреждении целостности покрытия, металл начинает реагировать с внешней средой. Для повышения механических свойств защитного слоя, нужно наносить его, точно придерживаясь технологии и последовательности действий. Никель, нанесенный на поверхность со следами загрязнения и ржавчины, с большим количеством неровностей, может начать вспучиваться и отслаиваться в процессе эксплуатации.
Изделия, покрытые никелем, почти ни в чем не уступают хромированным - имеют похожий блеск и твердость. При больших размерах емкостей для химической реакции никелем можно покрывать довольно большие детали, например, автомобильные диски.
4
Никелирование придает металлу красивый блестящий вид, высокую коррозионную стойкость и повышает твердость поверхности. Детали, покрытые никелем, можно использовать для украшения столбов ограды, если такую предусматривает проект участка. Красиво выглядят и имеют длительный срок эксплуатации различные метизы - крепежные болты, скобы, элементы мебельной фурнитуры. Они могут быть использованы в условиях повышенной влажности, температуры и нагрузки - в местах, где сталь быстро ржавеет и теряет свойства.
Химическое никелирование можно произвести собственноручно, в условиях хорошо проветриваемого гаража или мастерской.
Красивый блестящий вид поверхности
Нежелательно делать описанные технологические операции на кухне, так как испарения любых химических веществ могут быть опасными для здоровья.
Покрытие никелем с помощью химических реактивов не требует высоких энергозатрат, в отличие от гальванического, но позволяет получить достаточно качественное, блестящее и твердое покрытие.
Химическое покрытие одних металлов другими подкупает простотой технологического процесса. Действительно, если, например, необходимо химически отникелировать какую-либо стальную деталь, достаточно иметь подходящую эмалированную посуду, источник нагрева (газовая плита, примус и т.п.) и относительно недефицитные химреактивы. Час-другой - и деталь покрыта блестящим слоем никеля.
Заметим, что только с помощью химического никелирования можно надежно отникелировать детали сложного профиля, внутренние полости (трубы и т.п.). Правда, химическое никелирование (и некоторые другие подобные процессы) не лишено и недостатков. Основной из них - не слишком крепкое сцепление никелевой пленки с основным металлом. Однако этот недостаток устраним, для этого применяют так называемый метод низкотемпературной диффузии. Он позволяет значительно повысить сцепление никелевой пленки с основным металлом. Метод этот применим для всех химических покрытий одних металлов другими.
В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей с помощью гипофосфита натрия и некоторых других химреактивов.
Никелирование
Никелевые покрытия, полученные химическим путем, имеют аморфную структуру. Наличие в никеле фосфора делает пленку близкой по твердости пленке хрома. К сожалению, сцепление пленки никеля с основным металлом сравнительно низкое. Термическая обработка пленок никеля (низкотемпературная диффузия) заключается в нагреве отникелированных деталей до температуры 400°С и выдержке их при этой температуре в течение 1 ч.
Если покрываемые никелем детали закалены (пружины, ножи, рыболовные крючки и т.п.), то при температуре 40°С они могут отпуститься, то есть потерять свое основное качество - твердость. В этом случае низкотемпературную диффузию проводят при температуре 270...300 С с выдержкой до 3 ч. При этом термообработка повышает и твердость никелевого покрытия.
Все перечисленные достоинства химического никелирования не ускользнули от внимания технологов. Они нашли им практическое применение (кроме использования декоративных и антикоррозионных свойств). Так, с помощью химического никелирования осуществляется ремонт осей различных механизмов, червяков резьбонарезных станков и т.д.
В домашних условиях с помощью никелирования (конечно, химического!) можно отремонтировать детали различных бытовых устройств. Технология здесь предельно проста. Например, сносилась ось какого-либо устройства. Тогда наращивают (с избытком) слой никеля на поврежденном месте. Затем рабочий участок оси полируют, доводя его до нужного размера.
Надо отметить, что с помощью химического никелирования нельзя покрывать такие металлы, как олово, свинец, кадмий, цинк, висмут и сурьму.
Растворы, применяемые для химического никелирования, подразделяются на кислые (pH - 4...6,5) и щелочные (pH - выше 6,5). Кислые растворы предпочтительнее применять для покрытия черных металлов, меди и латуни. Щелочные - для нержавеющих сталей.
Кислые растворы (по сравнению с щелочными) на полированной детали дают более гладкую (зеркальную) поверхность, у них меньшая пористость, скорость протекания процесса выше. Еще немаловажная особенность кислых растворов: у них меньше вероятность саморазряда при превышении рабочей температуры. (Саморазряд - мгновенное выпадение никеля в раствор с расплескиванием последнего.)
У щелочных растворов основное преимущество - более надежное сцепление никелевой пленки с основным металлом.
И последнее. Воду для никелирования (и при нанесении других покрытий) берут дистиллированную (можно использовать конденсат из бытовых холодильников). Химреактивы подойдут как минимум чистые (обозначение на этикетке - Ч).
Перед покрытием деталей любой металлической пленкой необходимо провести специальную подготовку их поверхности.
Подготовка всех металлов и сплавов заключается в следующем. Обработанную деталь обезжиривают в одном из водных растворов, а затем деталь декапируют в одном из нижеперечисленных растворов.
Составы растворов для декапирования (г/л)
Для стали
Серная кислота - 30...50. Температура раствора - 20°С, время обработки - 20...60 с.
Соляная кислота - 20...45. Температура раствора - 20°С, время обработки - 15...40 с.
Серная кислота - 50...80, соляная кислота - 20...30. Температура раствора - 20°С, время обработки - 8...10с.
Для меди и ее сплавов
Серная кислота - 5%-ный раствор. Температура - 20°С, время обработки - 20 с.
Для алюминия и его сплавов
Азотная кислота. (Внимание, 10...15%-ный раствор.). Температура раствора - 20°С, время обработки - 5... 15 с.
Учтите, что для алюминия и его сплавов перед химическим никелированием проводят еще одну обработку - так называемую цинкатную. Ниже приведены растворы для цинкатной обработки.
Составы растворов для цинкатной обработки (г/л)
Для алюминия
Едкий натр - 250, окись цинка - 55. Температура раствора - 20°С, время обработки - 3...5 с.
Едкий натр - 120, сернокислый цинк - 40. Температура раствора - 20°С, время обработки - 1,5...2 мин.
При подготовке обоих растворов сначала отдельно в половине воды растворяют едкий натр, в другой половине - цинковую составляющую. Затем оба раствора сливают вместе.
Для литейных алюминиевых сплавов
Едкий натр - 10, окись цинка - 5, сегнетова соль (кристаллогидрат) - 10. Температура раствора - 20°С, время обработки - 2 мин.
Для деформируемых алюминиевых сплавов
Хлорное железо (кристаллогидрат) - 1, едкий натр - 525, окись цинка 100, сегнетова соль - 10. Температура раствора - 25°С, время обработки - 30...60 с.
После цинкатной обработки детали промывают в воде и завешивают их в раствор для никелирования.
Все растворы для никелирования универсальны, то есть годны для всех металлов (хотя есть и некоторая специфика). Готовят их в определенной последовательности. Так, все химреактивы (кроме гипофосфита натрия) растворяют в воде (посуда эмалированная!). Затем раствор разогревают до рабочей температуры и только после этого растворяют гипофосфит натрия и завешивают детали в раствор.
В 1 л раствора можно отникелировать поверхность площадью до 2 дм.
Составы растворов для никелирования (г/л)
Сернокислый никель - 25, янтарнокислый натрий - 15, гипофосфит натрия - 30. Температура раствора - 90°С, pH - 4,5, скорость наращивания пленки - 15...20 мкм/ч.
Хлористый никель - 25, янтарно-кислый натрий - 15, гипофосфит натрия - 30. Температура раствора - 90...92°С, pH - 5,5, скорость наращивания - 18...25 мкм/ч.
Хлористый никель - 30, гликолевая кислота - 39, гипофосфит натрия - 10. Температура раствора 85...89°С, pH - 4,2, скорость наращивания - 15.,.20 мкм/ч.
Хлористый никель - 21, уксуснокислый натрий - 10, гипофосфит натрия - 24. Температура раствора - 97°С, pH - 5,2, скорость наращивания - до 60 мкм/ч.
Сернокислый никель - 21, уксуснокислый натрий - 10, сульфид свинца - 20, гипофосфит натрия - 24. Температура раствора - 90°С, pH - 5, скорость наращивания - до 90 мкм/ч.
Хлористый никель - 30, уксусная кислота - 15, сульфид свинца - 10...15, гипофосфит натрия - 15. Температура раствора - 85...87°С, pH - 4,5, скорость наращивания - 12...15 мкм/ч.
Хлористый никель - 45, хлористый аммоний - 45, лимоннокислый натрий - 45, гипофосфит натрия - 20. Температура раствора - 90°С, pH - 8,5, скорость наращивания - 18... 20 мкм/ч.
Хлористый никель - 30, хлористый аммоний - 30, янтарнокислый натрий - 100, аммиак (25%-ный раствор - 35, гипофосфит натрия - 25). Температура - 90°С, pH - 8...8,5, скорость наращивания - 8...12 мкм/ч.
Хлористый никель - 45, хлористый аммоний - 45, уксуснокислый натрий - 45, гипофосфит натрия - 20. Температура раствора - 88....90°С, pH - 8...9, скорость наращивания - 18...20 мкм/ч.
Сернокислый никель - 30, сернокислый аммоний - 30, гипофосфит натрия - 10. Температура раствора - 85°С, pH - 8,2...8,5, скорость наращивания - 15... 18 мкм/ч.
Внимание! По существующим ГОСТам однослойное покрытие никелем на 1 см 2 имеет несколько десятков сквозных (до основного металла) пор. Естественно, что на открытом воздухе стальная деталь, покрытая никелем, быстро покроется «сыпью» ржавчины.
Никелирование применяется в машиностроении, приборостроении н других отраслях промышленности. Никелем покрывают детали из стали и цветных металлов для защиты их от коррозии, декоративной отделки, повышения сопротивления механическому износу. Благодаря высокой коррозионной стойкости в растворах щелочей никелевые покрытия применяют для защиты химических аппаратов от щелочных растворов. В пищевой промышленности никель может заменять оловянные покрытия. В оптической промышленности получил распространение процесс черного никелирования
При электрохимическом осаждении никеля на катоде протекают два основных процесса: Ni 2+ + 2e - → Ni и 2Н + + 2е - → Н 2 .
В результате разряда ионов водорода концентрация их в прикатодном слое снижается, т. е. электролит защелачивается. При этом могут образовываться основные соли никеля, которые влияют на структуру н механические свойства никелевого покрытия. Выделение водорода вызывает также питтинг - явление, при котором пузырьки водорода, задерживаясь на поверхности катода, препятствуют разряду ионов никеля в этих местах. На покрытии образуются ямки и осадок теряет декоративный вид. В борьбе с питтингом применяют вещества, которые снижают поверхностное натяжение на границе металл - раствор.
При анодном растворении никель легко пассивируется. При пассивации анодов в электролите уменьшается концентрация ионов никеля и быстро растет концентрация ионов водорода, что приводит к падению выхода по току и ухудшению качества осадков. Для предупреждения пассивирования анодов в электролиты никелирования вводят активаторы. Такими активаторами являются ионы хлора, которые вводят в электролит в виде хлористого никеля или хлористого натрия.
Будьте внимательны! Компания «ЛВ-Инжиниринг» не предоставляет услуги по нанесению гальванических покрытий! Наша организация осуществляет проектирование гальванических производств, изготовление гальванических ванн и линий из полипропилена, монтаж и пусконаладочные работы по данному направлению.
Сернокислые электролиты никелирования
Сернокислые электролиты никелирования получили наибольшее распространение. Эти электролиты устойчивы в работе, при правильной эксплуатации они могут использоваться в течение нескольких лет без замены. Состав некоторых электролитов и режимы никелирования:
| Состав | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 |
| Никель сернокислый | 280-300 | 400-420 | |
| Натрий сернокислый | 50-70 | - | - |
| Магний сернокислый | 30-50 | 50-60 | - |
| Кислота борная | 25-30 | 25-40 | 25-40 |
| Натрий хлористый | 5-10 | 5-10 | - |
| Натрий фтористый | - | - | 2-3 |
| Температура, °C | 15-25 | 30-40 | 50-60 |
| Плотность тока. А/дм 2 | 0,5-0,8 | 2-4 | 5-10 |
| pH | 5,0-5,5 | 3-5 | 2-3 |
Сернокислый натрий и сернокислый магний вводят в электролит для повышения электропроводности раствора. Проводимость растворов натрия выше, но в присутствии сернокислого магния получаются более светлые, мягкие и легко полируемые осадки.
Никелевый электролит очень чувствителен даже к небольшим изменениям кислотности. Для поддержания величины рН в требуемых пределах необходимо применять буферные соединения. В качестве такого соединения, препятствующего быстрому изменению кислотности электролита, применяют борную кислоту.
Для облегчения растворения анодов в ванну вводят хлористые соли натрия.
Для приготовления сернокислых электролитов никелирования необходимо растворить в отдельных емкостях в горячей воде все компоненты. После отстаивания растворы фильтруют в рабочую ванну. Растворы перемешивают, проверяют рН электролита и при необходимости корректируют 3%-ным раствором едкого натра или 5%-иым раствором серной кислоты. Затем электролит доводят водой до требуемого объема. При наличии примесей необходимо перед началом эксплуатации электролита произвести его проработку, так как никелевые электролиты чрезвычайно чувствительны к посторонним примесям как органическим, так и неорганическим.
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Дефекты при эксплуатации сернокислых электролитов никелирования и способы их устранения
| Дефект | Причина дефекта | Способ устранения |
| Никель не осаждается. Обильное выделение водорода | Низкое значение рН | Откорректировать рН 3%-иым раствором едкого натра |
| Частичное покрытие никелем | Плохое обезжиривание деталей | Улучшить подготовку |
| Неправильное расположение анодов | Равномерно распределить аноды | |
| Детали взаимно экранируют друг друга | Изменить расположение деталей в ванне | |
| Покрытие имеет серый цвет | Наличие в электролите солей меди | Очистить электролит от меди |
| Хрупкое, растрескивающееся покрытие | Обработать электролит активированным углем и проработать током | |
| Наличие примесей железа | Очистить электролит от железа | |
| Низкое значение рН | Откорректировать рН | |
| Образование питтинга | Загрязнение электролита органическими соединениями | Проработать электролит |
| Низкое назначение рН | Откорректировать рН | |
| Слабое перемешивание | Усилить перемешивание | |
| Появление черных или коричневых полос на покрытии | Наличие примесей цинка | Очистить электролит от цинка |
| Образование дендритов на кромках деталей | Высокая плотность тока | Снизить плотность тока |
| Чрезмерно продолжительный процесс никелирования | Ввести промежуточный подслой меди или уменьшить время электролиза | |
| Аноды покрыты коричневой или черной пленкой | Высокая анодная плотность тока | Увеличить поверхность анодов |
| Малая концентрация хлористого натрия | Добавить 2-3 г/л хлористого натрия |
При никелировании применяют горячекатаные аноды, а также непассивирующиеся аноды. Применяют также аноды в форме пластинок (карточек), которые загружают в зачехленные титановые корзины. Карточные аноды способствуют равномерному растворению никеля. Во избежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды следует заключать в чехлы из ткани, которые предварительно обрабатывают 2-10%-ным раствором соляной кислоты.
Отношение анодной поверхности к катодной при электролизе 2: 1.
Никелирование мелких деталей осуществляют в колокольных и барабанных ваннах. При никелировании в колокольных ваннах применяют повышенное содержание хлористых солей в электролите для предотвращения пассивации анодов, которая может возникать из-за несоответствия поверхности анодов и катодов, вследствие чего концентрация никеля в электролите понижается и уменьшается значение рН. Оно может достигнуть таких пределов, при которых вообще прекращается осаждение никеля. Недостатком при работе в колоколах и барабанах является также большой унос электролита с деталями из ванн. Удельные нормы потерь при этом составляют от 220 до 370 мл/м 2 .
Электролиты блестящего никелирования
Для защитно-декоративной отделки деталей широко применяют блестящие и зеркальные никелевые покрытия, получаемые непосредственно из электролитов с блескообразующими добавками. Состав электролита и режим никелирования:
Никель сернокислый - 280-300 г/л
Никель хлористый - 50-60 г/л
Кислота борная - 25-40 г/л
Сахарин 1-2 г/л
1,4-бутиндиол - 0,15-0,18 мл/л
Фталимид 0,02-0,04 г/л
рН = 4-4,8
Температура = 50-60°С
Плотность тока = 3-8 А/дм 2
Для получения блестящих никелевых покрытий используют также электролиты с другими блескообразующими добавками: хлорамина Б, пропаргилового спирта, бензосульфамида и др.
При нанесении блестящего покрытия необходимо интенсивное перемешивание электролита сжатым воздухом желательно в сочетании с качанием катодных штанг, а также непрерывная фильтрация электролита,
Электролит приготовляют следующим образом. В дистиллированной или деионизированной горячей (80-90°С) воде растворяют при перемешивании сернокислый и хлористый никель, борную кислоту. Доведенный водой до рабочего объема электролит подвергают химической и селективной очистке. Для удаления меди и цинка электролит подкисляют серной кислотой до рН 2-3 завешивают катоды большой площади из рифленой стали и прорабатывают электролит в течение суток при температуре 50-60°С, перемешивая сжатым воздухом. Плотность тока 0,1-0,3 А/дм 2 . Затем рН раствора доводят до 5,0-5,5, после чего в него вводят перманганат калия (2 г/л) или 30%-ный раствор перекиси водорода (2 мл/л).
Раствор перемешивается в течение 30 мин, добавляют 3 г/л активированного угля, обработанного серной кислотой, и перемешивают электролит 3-4 с помощью сжатого воздуха. Раствор отстаивается 7-12 ч, затем фильтруется в рабочую ванну.
В очищенный электролит вводят блескообразователи: сахарин и 1,4-бутиндиол непосредственно, фталимид - предварительно растворив в небольшом количестве электролита, подогретого до 70-80° С. Доводят рН до требуемого значения и приступают к работе. Расход блескообразователей при корректировании электролита составляет: сахарин 0,01-0,012 г/(А.ч); 1,4-бутнндиол (35%-ный раствор) 0,7-0,8 мл/(А.ч); фталимид 0,003-0,005 г/(А.ч).
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 2.
Таблица 2. Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения
| Дефект | Причина дефекта | Способ устранения |
|
Недостаточный блеск покрытия |
Мала концентрация блескообразователей | Ввести блескообразователи |
| Не выдерживается заданная плотность тока и рН | Отрегулировать плотность тока и рН | |
|
Темный цвет покрытия и/или темные пятна |
В электролите имеются примеси тяжелых металлов | Произвести селективную очистку электролита при низкой плотности тока |
| Питтинг | Наличие в электролите примесей железа | Очистить электролит и ввести антипиттинговую добавку |
| Недостаточное перемешивание | Увеличить воздушное перемешивание | |
| Низкая температура электролита | Повысить температуру электролита | |
| Хрупкие осадки | Загрязнение электролита органическими соединениями | Очистить электролит активированным углем |
| Пониженное содержание 1,4-бутиндиола | Ввести добавку 1,4-бутиндиола |
Покрывая никелем детали из цветных металлов и стали, повышают их сопротивление воздействию коррозионных процессов и механического износа. Никелирование в домашних условиях доступно каждому и характеризуется несложной технологией.
1 Никелирование металлических поверхностей – азы технологии
Никелирование заключается в нанесении на поверхность обрабатываемого изделия тонкого никелевого покрытия, толщина которого, как правило, составляет 1–50 мкм. Этой операции детали подвергают с целью их защиты или для получения характерного (матово-черного или блестящего) внешнего вида никелируемой поверхности. Покрытие, независимо от оттенка, надежно предохраняет металлические предметы от коррозии на открытом воздухе, в растворах солей, щелочей, слабых органических кислот.
Как правило, никелируют детали, изготовленные из стали или таких металлов и сплавов из них, как медь, алюминий, цинк, реже – титан, марганец, молибден, вольфрам. Нельзя обрабатывать химическим никелированием поверхности изделий из свинца, олова, кадмия, висмута, сурьмы. Никелевые покрытия используют в различных промышленных отраслях для защитно-декоративных и специальных целей или в качестве подслоя.
Эту технологию применяют при восстановлении поверхности изношенных деталей различных механизмов и автомобилей, покрытия измерительного и медицинского инструментов, предметов и изделий домашнего обихода, химической аппаратуры, деталей, эксплуатируемых под незначительными нагрузками в условиях воздействия крепких растворов щелочей или сухого трения. Существует 2 метода нанесения покрытий из никеля – электролитический и химический.
Второй несколько дороже, чем первый, однако позволяет получать равномерное по толщине и качеству покрытие на всей поверхности детали, при условии, если обеспечен доступ раствора ко всем ее участкам. Никелирование в домашних условиях является вполне осуществимой задачей. Перед началом работ изделие тщательно очищают от загрязнений и ржавчины (если есть), обрабатывают мелкой наждачной бумагой, чтобы снять оксидную пленку, промывают водой, затем обезжиривают и еще раз промывают.
2 Секреты увеличения стойкости и срока службы никелевых покрытий
Перед никелированием стали желательно выполнять меднение изделия (покрывать подслоем меди). Эта технология используется в промышленности, как отдельный процесс, а также как подготовительный перед серебрением, хромированием, никелированием. Меднение, предваряющее нанесение других слоев, позволяет выровнять дефекты поверхности и обеспечивает надежность и долговечность внешнего защитного покрытия. Медь держится на стали очень прочно, а другие металлы осаждаются на нее гораздо лучше, чем на чистую сталь. Помимо этого, никелевые покрытия не сплошные и на 1 см2 имеют сквозные (до металла подложки) поры:
- несколько десятков – для однослойных покрытий никелем;
- несколько – для трехслойных.
В результате этого коррозионным процессам подвергается металл подложки, находящийся под никелем, при этом возникают условия, провоцирующие отслаивание защитного покрытия. Поэтому, даже при предварительном омеднении, многослойном никелировании, а особенно при однослойном на чистую сталь, необходима обработка поверхности защитного покрытия из никеля специальными составами, которые закрывают поры. При самостоятельной обработке в домашних условиях возможны следующие способы:
- протереть деталь с покрытием кашицеобразной смесью воды с окисью магния и сразу же погрузить ее на 1–2 минуты в 50 % состав соляной кислоты;
- протереть 2–3 раза поверхность детали легко проникающим смазочным составом;
- сразу после обработки еще не остывшее изделие погрузить в рыбий жир (невитаминизированный, лучше старый, который уже непригоден по прямому назначению).
В двух последних случаях излишки смазки (жира) удаляют с поверхности через сутки бензином. В случае обработки больших поверхностей (молдингов, бамперов автомашин) рыбий жир используют следующим образом. В жаркую погоду им протирают деталь 2 раза с промежутком в 12–14 часов, а через 2 суток удаляют излишки бензином.
3 Электролитическое никелирование в домашних условиях
Этот способ требует подготовки электролита, состав которого следующий:
- 140 г сернокислого никеля;
- 50 г сернокислого натрия;
- 30 г сернокислого магния;
- 5 г поваренной соли (хлористого натрия);
- 20 г борной кислоты;
- 1000 г воды.
Химикаты растворяют по отдельности в воде, полученные растворы фильтруют, после чего смешивают. Готовый электролит наливают в емкость. Для гальванического никелирования необходимы электроды из никеля (аноды), которые опускают в ванну с электролитом (одного электрода недостаточно, так как полученное покрытие будет неравномерным). Между анодами на проволочке подвешивают деталь. Медные проводники, идущие от никелевых пластин, соединяют в одну цепь и подключают к положительному выводу источника постоянного тока, провод от детали – к отрицательному.
Для управления силой тока в цепь включают сопротивление (реостат) и миллиамперметр (прибор). Напряжение источника тока должно быть не больше 6 В, плотность тока необходимо поддерживать на уровне 0,8–1,2 А/дм2 (площади поверхности изделия), температура электролита комнатная 18–25 оC. Ток подают 20–30 минут. За это время образуется никелевый слой толщиной примерно 1 мкм. Затем деталь вынимают, как следует промывают водой и просушивают. Полученное покрытие будет серовато-матового цвета. Чтобы слой никеля приобрел блеск, поверхность детали полируют.
Если нет сернокислого натрия и магния, то берут больше сернокислого никеля, доводя его количество в электролите до 250 г, а также борной кислоты – 30 г, натрия хлористого – 25 г. Никелирование в этом случае проводят при значениях плотности тока в пределах 3–5 А/дм2, раствор нагревают до 50–60 оC.
Недостатки электролитического метода:
- на рельефных, неровных поверхностях никель осаждается неравномерно;
- невозможность нанесения покрытия в глубоких и узких полостях, отверстиях и тому подобного.
4 Химическое никелирование изделий в домашних условиях
Все составы для проведения химического никелирования универсальны – пригодны для обработки любых металлов. Готовят растворы, соблюдая определенную последовательность. В воде растворяют все химреактивы (исключая гипофосфит натрия). Посуда должна быть эмалированная. Затем раствор нагревают, доводя его температуру до рабочей, после чего растворяют гипофосфит натрия. Деталь завешивают в жидком составе, температуру которого поддерживают на необходимом уровне. В 1 л подготовленного раствора возможно провести никелирование изделия, площадь поверхности которого до 2 дм2.
Используют следующие составы растворов, г/л:
- Натрий янтарно-кислый – 15, никель хлористый – 25, натрия гипофосфит – 30 (кислотность раствора pH – 5,5). Рабочая температура смеси – 90–92 °С, скорость наращивания покрытия – 18–25 мкм/ч.
- Никель сернокислый – 25, натрий янтарно-кислый – 15, натрия гипофосфит – 30 (pH – 4,5). Температура – 90 °С, скорость – 15–20 мкм/ч.
- Никель хлористый – 30, кислота гликолевая – 39, натрия гипофосфит – 10 (рН – 4,2). 85–89 °С, 15–20 мкм/ч.
- Никель сернокислый – 21, натрий уксуснокислый – 10, свинца сульфид – 20, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5). 90 °С, до 90 мкм/ч.
- Никель хлористый – 21, натрий уксуснокислый – 10, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5,2). 97 °С, до 60 мкм/ч.
- Никель хлористый – 30, кислота уксусная – 15, свинца сульфид – 10–15, натрия гипофосфит – 15 (pH – 4,5). 85–87 °С, 12–15 мкм/ч.
- Никель хлористый – 30, аммоний хлористый – 30, натрий янтарно-кислый – 100, аммиак (25 % раствор) – 35, натрия гипофосфит – 25 (pH – 8–8,5). 90 °С, 8–12 мкм/ч.
- Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий лимоннокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8,5). 90°С, 18–20 мкм/ч.
- Никель сернокислый – 30, аммоний сернокислый – 30, натрия гипофосфит – 10 (pH – 8,2–8,5). 85 °С, 15–18 мкм/ч.
- Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий уксуснокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8–9). 88–90 °С, 18–20 мкм/ч.
По истечении нужного времени изделие промывают в воде, содержащей небольшое количество распущенного мела, затем просушивают и полируют. Полученное таким способом покрытие сталь и железо держат достаточно прочно.
В основе химического процесса никелирования лежит реакция, при которой никель восстанавливается из раствора солей на его основе в присутствии гипофосфита натрия и при помощи остальных химических реактивов. Применяемые составы делят на щелочные (уровень pH превышает 6,5) и кислые (показатель рН составляет 4–6,5). Последние лучше использовать для обработки черных металлов, меди, латуни, а щелочные предназначены для никелирования .
Использование кислых составов позволяет получать на полированном изделии более гладкую, равномерную поверхность, чем с помощью щелочных. У кислых растворов есть и другая немаловажная особенность – вероятность их саморазряда при превышении значений рабочей температуры меньше, чем у щелочных. Никелирование, своими руками выполненное, с использованием щелочных составов гарантирует более прочное и надежное сцепление слоя никеля с металлом, на который произведено его нанесение.
