Никелированный металл что это такое


Никелирование

Никель является металлом подгруппы железа, который получил в гальванотехнике наиболее широкое применение.

По сравнению с меднением, латунированием, серебрением и др. никелирование получило промышленное применение значительно позднее, но уже с конца XIX столетия этот процесс стал наиболее распространенным методом «облагораживания» поверхности металлических изделий. Лишь в двадцатые годы текущего столетия широкое применение получил другой процесс — хромирование, который, казалось, вытеснит никелирование. Однако оба эти процесса — никелирование и хромирование для защитно-декоративных целей применяются комбинированно, т. е. изделия сперва никелируют и затем покрывают тонким слоем хрома (десятые доли микрона). Роль никелевого покрытия при этом не умаляется, напротив к нему предъявляются повышенные требования.

Широкое распространение никелирования в гальванотехнике объясняется ценными физико-химическими, свойствами электролитически осажденного никеля. Хотя в ряде напряжений никель стоит выше водорода, вследствие сильно выраженной склонности к пассивированию, однако он оказывается достаточно стойким против атмосферного воздуха, щелочей и некоторых кислот. По отношению к железу никель имеет менее электроотрицательный потенциал, следовательно, основной металл — железо — защищается никелем от коррозии лишь при отсутствии пор в покрытии.

Никелевые покрытия, полученные из растворов простых солей, имеют весьма тонкую структуру, и так как в то же время электролитический никель прекрасно принимает полировку, то покрытия могут быть доведены до зеркального блеска. Это обстоятельство позволяет широко применять никелевые покрытия для декоративных целей. При введении в электролит блескообразователей удается получать в слоях достаточной толщины блестящие никелевые покрытия без полировки. Структура нормальных никелевых осадков чрезвычайно тонка, и ее трудно выявить даже при сильном увеличении.

Чаще всего при никелировании преследуют две цели: защиту основного металла от коррозии и декоративную отделку поверхности. Такие покрытия широко применяют для наружных частей автомобилей, велосипедов, различных аппаратов, приборов, хирургических инструментов, предметов домашнего обихода и т. д.

С электрохимической точки зрения никель может быть охарактеризован как представитель металлов группы железа. В сильнокислой среде осаждение этих металлов вообще невозможно — на катоде выделяется почти один водород. Мало того, даже в растворах, близких к нейтральным, изменение рН влияет на выход по току и свойства металлических осадков.

Явление отслаивания осадка, больше всего присущее никелю, также в сильной степени связано с кислотностью среды. Отсюда и вытекает первейшая забота о соблюдении надлежащей кислотности и регулировании ее при никелировании, так же как выбор надлежащей температуры для правильного ведения процесса.

Первые электролиты для никелирования готовили на основе двойной соли NiSO4(Nh5)2SO4·6h3O. Эти электролиты были впервые исследованы и разработаны профессором Гарвардского университета Исааком Адамсом в 1866 г. По сравнению с современными высокопроизводительными электролитами с высокой концентрацией никелевой соли электролиты с двойной солью допускают плотность тока, не превышающую 0,3—0,4 А/дм2. Растворимость двойной никелевой соли при комнатной температуре не превышает 60—90 г/л, в то время как семиводный сульфат никеля при комнатной температуре растворяется в количестве 270—300 г/л. Содержание металлического никеля в двойной соли 14,87%, а в простой (сернокислой) соли 20,9%.

Процесс никелирования весьма чувствителен к примесям в электролите и в анодах. Совершенно очевидно, что малорастворимую в воде соль легче освободить в процессе кристаллизации и промывки от вредных примесей, например сульфатов меди, железа, цинка и др., чем более растворимую простую соль. В значительной степени по этой причине электролиты на основе двойной соли имели доминирующее применение во второй половине XIX и в начале XX столетия.

Борная кислота, которая в настоящее время рассматривается как весьма существенный компонент для буферирования электролита никелирования и электролитического рафинирования никеля, была впервые предложена в конце XIX — начале XX в.

Хлориды были предложены для активирования никелевых анодов в начале XX столетия. К настоящему времени в патентной и журнальной литературе предложено большое разнообразие электролитов и режимов для никелирования, по-видимому, больше, чем по какому-либо другому процессу электроосаждения металлов. Однако без преувеличения можно сказать, что большая часть современных электролитов для никелирования представляет собой разновидность предложенного в 1913 г. профессором Висконзинского университета Уоттсом на основании детального исследования влияния отдельных компонентов и режима электролита. Несколько позднее в результате усовершенствования им было установлено, что в концентрированных по никелю электролитах, при повышенной температуре и интенсивном перемешивании (1000 об/мин) можно получать удовлетворительные в толстых слоях никелевые покрытия при плотности тока, превышающей 100 А/дм2 (для изделий простой формы). Эти электролиты состоят из трех основных компонентов: сульфата никеля, хлорида никеля и борной кислоты. Принципиально возможна замена хлорида никеля хлоридом натрия, но, по некоторым данным, такая замена несколько снижает допустимую катодную плотность тока (возможно из-за уменьшения общей концентрации никеля в электролите). Электролит Уоттса имеет следующий состав, г/л: 240 — 340 NiSO4 · 7h3O, 30—60 NiCl2 · 6h3O, 30 — 40 h4ВO3.

Из других электролитов, которые в последнее время все больше привлекают к себе внимание исследователей и находят промышленное применение, следует назвать фторборатные, позволяющие применять повышенную плотность тока и сульфаматные, обеспечивающие возможность получения никелевых покрытий с меньшими внутренними напряжениями.

В начале тридцатых годов текущего столетия, и в особенности после второй мировой войны, внимание исследователей было приковано к разработке таких блескообразователей, которые позволяют получать блестящие никелевые покрытия в слоях достаточной толщины не только на отполированной до блеска поверхности основного металла, но и на матовой поверхности.

Разряд ионов никеля, как и других металлов подгруппы железа, сопровождается значительной химической поляризацией и выделение этих металлов на катоде начинается при значениях потенциалов, которые намного отрицательнее соответствующих стандартных потенциалов.

Выяснению причин этой повышенной поляризации посвящено много исследований и было предложено несколько далеко не совпадающих объяснений. По одним данным, катодная поляризация при электроосаждении металлов группы железа резко выражена лишь в момент начала выделения их, при дальнейшем повышении плотности тока потенциалы меняются незначительно. С повышением температуры катодная поляризация (в момент начала выделения) резко снижается. Так, в момент начала выделения никеля при температуре 15° С катодная поляризация равна 0,33 В, а при 95° С 0,05 В; для железа катодная поляризация снижается с 0,22 В при 15° С до нуля при 70° С, а для кобальта с 0,25 В при 15° С до 0,05 В при 95° С.

Высокую катодную поляризацию в момент начала выделения металлов группы железа объясняли выделением этих металлов в метастабильной форме и необходимостью затраты дополнительной энергии для перехода их в устойчивое состояние. Такое объяснение не является общепризнанным, имеются и другие взгляды на причины большой катодной поляризации, при которой происходит выделение металлов группы железа, и связанную с поляризацией мелкокристаллическую структуру.

Другие последователи приписывали особую роль водородной пленке, образующейся в результате совместного разряда ионов водорода, затрудняющей процесс агрегации мелких кристаллов и приводящей к образованию мелкодисперсных осадков металлов группы железа, а также защелачиванию прикатодного слоя и связанным с этим выпадением коллоидных гидроокисей и основных солей, которые могут соосаждаться с металлами и затруднять рост кристаллов.

Некоторые исходили из того, что большая поляризация металлов группы железа связана с большой энергией активации при разряде сильно гидратированных ионов, расчеты других показали, что энергия дегидратации металлов группы железа примерно такая же, как энергия дегидратации таких двухвалентных ионов металлов как медь, цинк, кадмий, разряд ионов которых протекает с незначительной катодной поляризацией, примерно в 10 раз меньшей, чем при электроосаждении железа, кобальта, никеля. Повышенную поляризацию металлов группы железа объяснили и сейчас объясняют адсорбцией чужеродных частиц; поляризация заметно снижалась при непрерывной зачистке катодной поверхности.

Этим не исчерпывается обзор различных взглядов на причины повышенной поляризации при электроосаждении металлов группы железа. Можно, однако, принять, что за исключением области малых концентраций и высоких плотностей тока, кинетика этих процессов может быть описана уравнением теории замедленного разряда.

Вследствие большой катодной поляризации при сравнительно небольшом перенапряжении водорода процессы электроосаждения металлов группы железа чрезвычайно чувствительны к концентрации ионов водорода в электролите и к температуре. Допустимая катодная плотность тока тем выше, чем выше температура и концентрация ионов водорода (чем ниже водородный показатель).

Для электроосаждения металлов группы железа нет нужды прибегать к растворам комплексных солей — эти металлы вполне удовлетворительно кристаллизуются на катоде из растворов простых солей, чаще всего сернокислых или хлористых, более доступных и более экономичных, чем комплексные соли.

www.stroitelstvo-new.ru

Металл Профиль: Никель

Никель - это сильный, блестящий серебристо-белый металл, который является основным продуктом нашей повседневной жизни и может быть найден во всем, от батарей, которые питают наши телевизионные пульты до нержавеющей стали, которая используется для сделайте наши кухонные раковины.

Свойства:

  • Атомный символ: Ni
  • Атомный номер: 28
  • Элемент Категория: Переходный металл
  • Плотность: 8. 908 г / см 3
  • Точка плавления: 2651 ° F (1455 ° C)
  • Точка кипения: 5275 ° F (2913 ° C)
  • Твердость по Мо. 4. 0

Характеристики:

Чистый никель реагирует с кислородом и поэтому редко встречается на поверхности земли, несмотря на то, что он является пятым наиболее распространенным элементом на нашей планете. В сочетании с железом никель чрезвычайно устойчив, что объясняет как его появление в железосодержащих рудах, так и его эффективное использование в сочетании с железом для изготовления нержавеющей стали.

Никель очень прочный и устойчив к коррозии, что делает его превосходным для укрепления металлических сплавов. Он также очень пластичный и ковкий, свойства, которые позволяют его много сплавов быть сформированы в проволоку, стержни, трубы и листы.

История:

Чистый никель был впервые извлечен бароном Акселем Фредриком Кронштедтом в 1751 году, но он, как известно, существовал намного раньше. Китайские документы примерно с 1500 года до н.э. ссылаются на «белую медь» ( baitong ), что, вероятно, было сплавом никеля и серебра. Немецкие горняки XV века, считавшие, что могут извлекать медь из никелевых руд в Саксонии, называют металлом как kupfernickel - «дьявольской меди» - отчасти из-за их тщетных попыток извлечь медь из руды, но вероятно, частично из-за воздействия на здоровье, вызванного высоким содержанием мышьяка в руде.

В 1889 году Джеймс Райли выступил с докладом в Институте железной и черной металлургии Великобритании о том, как внедрение никеля может укрепить традиционные стали. Презентация Райли привела к растущему осознанию выгодных свойств легирования никелем и совпала с обнаружением крупных месторождений никеля в Новой Каледонии и Канаде.

К началу 20-го века открытие рудных месторождений в России и Южной Африке позволило производить крупномасштабное производство никеля. Вскоре после Первой мировой войны и Второй мировой войны произошло значительное увеличение количества стали и, следовательно, спроса на никель.

Производство:

Никель в первую очередь извлекается из сульфидов никеля пентландит, пирротин и мельник, которые содержат около 1% содержания никеля, и железосодержащие латеритные руды лимонита и гарньерита, которые содержат около 4% содержания никеля. Никелевые руды добываются в 23 странах, а никель выплавляется в 25 разных странах.

Процесс разделения никеля сильно зависит от типа руды.Сульфиды никеля, такие как те, которые содержатся в Канадском щите и Сибири, обычно находятся в глубоком грунте, что делает их трудоемкими и дорогими для извлечения. Однако процесс разделения этих руд намного дешевле, чем для латеритного сорта, например, найденного в Новой Каледонии. Кроме того, сульфиды никеля часто имеют преимущество в отношении содержания примесей других ценных элементов, которые могут быть экономически разделены.

Сульфидные руды могут быть разделены с использованием пенной флотации и гидрометаллургических или магнитных процессов для создания никелевого штейна и оксида никеля.

Эти промежуточные продукты, которые обычно содержат 40-70% никеля, далее обрабатываются, часто используя процесс Шерритта-Гордона.

Процесс Монд (или карбонил) является наиболее распространенным и эффективным методом лечения сульфида никеля. В этом процессе сульфид обрабатывают водородом и подают в печь для улетучивания. Здесь он соответствует монооксиду углерода при температуре 140F ° (60 ° C ° ) с образованием карбонильного газа никеля. Карбонильный газ никеля разлагается на поверхности предварительно нагретых никелевых гранул, которые протекают через тепловую камеру до тех пор, пока они не достигнут желаемого размера. При более высоких температурах этот процесс может быть использован для образования порошка никеля.

Латеритные руды, напротив, обычно плавятся пирометаллическими методами из-за их высокого содержания железа. Латеритные руды также имеют высокое содержание влаги (35-40%), что требует сушки во вращающейся печи.

Он производит оксид никеля, который затем восстанавливается с использованием электрических печей при температурах между 2480-2930 ° F (1360-1610 ° C) и улетучивается для получения никелевого металла класса I и сульфата никеля.

Из-за естественного содержания железа в латеритных рудах конечный продукт большинства плавильных заводов, работающих с такими рудами, является ферроникелем, который может быть использован производителями стали после удаления примесей кремния, углерода и фосфора.

По странам крупнейшими производителями никеля в 2010 году были Россия, Канада, Австралия и Индонезия. Крупнейшими производителями рафинированного никеля являются Норильский никель, Vale S. A. и Jinchuan Group Ltd. В настоящее время из переработанных материалов производится лишь небольшой процент никеля.

Применения:

Никель является одним из наиболее широко используемых металлов на планете. По данным Института никеля, металл используется в более чем 300 000 различных продуктов. Чаще всего он встречается в сталях и металлических сплавах, но он также используется в производстве батарей и постоянных магнитов.

Нержавеющая сталь: Около 65% всех произведенных никелей поступает в нержавеющую сталь.

Аустенитные стали - это немагнитные нержавеющие стали, которые содержат высокие уровни хрома и никеля и низкие уровни углерода. Эта группа сталей, классифицированная как нержавеющая сталь серии 300, ценится за их формуемость и устойчивость к коррозии. Аустениты являются наиболее широко используемым классом нержавеющей стали.

Никельсодержащий аустенитный диапазон нержавеющих сталей определяется их гранецентрированной кубической (FCC) кристаллической структурой, которая имеет один атом в каждом углу куба и один посередине каждой грани.Эта структура зерна образуется при добавлении в сплав достаточного количества никеля (от 8 до 10 процентов в стандартном сплаве из нержавеющей стали 304).

Follow Terence в Google+

Источники:

Улица, Артур. & Alexander, W. O. 1944. Металлы на службе человека . 11-е издание (1998). USGS. Минеральные товарные сводки: Nickel (2011). Источник: // минералы. USGS. gov / minerals / pubs / товар / никель / Энциклопедия Britannica. Никель. Источник: // www. Britannica. com / EBchecked / topic / 414238 / nickel-Ni

Металлический профиль: Никель

ru.routestofinance.com

Никелирование

Никель имеет серебристо-белый оттенок, хорошо полируется для зеркального состояния, ковкий и пластичный. Твердость никеля зависит от условий и химического состава электролита и колеблется в пределах 2,5–4 ГПа для матовых и 4,5–5 ГПа для блестящих осадков. За счет никелирования металлов на поверхности удается получить осадок с требуемыми параметрами. На открытом воздухе никель покрывается оксидной пленкой, происходит пассивирование металла. Если в воздухе присутствуют сернистые соединения, то никелированная поверхность быстро тускнеет и теряет первоначальные декоративные свойства. Не рекомендуется никелирование металлических деталей, имеющих контакт с морской водой, в таких условиях эксплуатации алюминий и железо быстро корродируют. Еще один недостаток – никель ускоренно поглощает газы, в результате чего резко понижаются его физические характеристики. Но электролитическое никелирование разрешается для товаров, имеющих прямой контакт с пищевыми продуктами, оно не выделяет вредных химических соединений. Никелирование можно делать на мели, железе, алюминии, титане и их сплавах и неметаллических поверхностях. На последних выполняется химическое никелирование.

Особенности технологии никелирования металлов

В любой среде эксплуатации никель по отношению к железу является катодным покрытием, в связи с этим для обеспечения качественной защиты от коррозионных процессов его необходимо наносить на медный подслой. Допускается нанесение чистого слоя никеля толщиной не менее 30 мкм, но в связи с высокой стоимостью металла такая технология не получила в промышленности широкого распространения, высококонцентрированный электролитический раствор не применяется. Комбинация из двух или трех слоев покрытия минимизирует вероятность образования микропор, доходящих до основного металла. Никелирование изменяет поведение никеля, в паре с медью никель становится растворимым электродом. Этот недостаток двухслойного покрытия устраняется за счет нанесения на алюминий третьего верхнего слоя из хрома. Обработанные таким способом детали широко применяются в автомобильной промышленности, приборостроении и машиностроении.

Изменение толщины никелирования в зависимости от назначения

В последнее время в промышленности широкое распространение получил черный никель, с его помощью создаются специальные оптические свойства поверхностей. Химическое никелирование дороже электролитического, этот фактор ограничивает применения метода для промышленного использования. Но он дает возможность получать более равномерные покрытия с улучшенными показателями физической прочности, обрабатывать сложные по профилю детали с узкими глубокими отверстиями. Толщина никелирования регламентируется положениями ГОСТ 9.303-84, электролитический раствор подбирается с учетом назначения изделий.

Анодный и катодный процессы никелирования

Электролитическое никелирование имеет несколько особенностей в сравнении с другими покрытиями. Для разряда ионов никеля необходима высокая катодная поляризация и низкое перенапряжение водорода, а это создает технологические сложности в связи с тем, что водород постоянно выделяется на катоде. Пузырьки газа задерживаются на катоде и становятся причиной появления эффекта питтинга. В результате на поверхности никеля образуются поры, осадок теряет декоративные и защитные свойства. Увеличивают негативные процессы органические соединения и гидроксиды.

Большое влияние на никелирование металла оказывает схема и режим работы. Увеличение температуры становится причиной возрастания выхода по току, при этом перенапряжение водорода почти не меняется. Показатели кислотности раствора оказывают влияние на физико-механические характеристики покрытия. Напряженные и твердые осадки получают при pH 5,5 и температуре ниже +20°С. В промышленности используется электролитический раствор с кислотностью менее 5,5, такие растворы имеют высокие показатели по рассеивающей способности и дают мелкозернистую структуру покрытия на алюминий. К недостаткам электролитов относится низкий выход по току и невозможность обрабатывать детали из алюминия и цинка.

Зависимость твердости никелирования от плотности тока и кислотности

Во время никелирования из-за растворов солей происходит пассивация анодов, что становится причиной нежелательных явлений. Во время обеднения электролита ионами никеля водород выделяется на поверхности катода и значительно уменьшает выход по току. Для запуска процесса депассивации в электролитический раствор вводят соли с содержанием ионов хлора. После разрядки на поверхности катода чистый хлор разрушает пленку пассивации. Электролиты для никелирования металла

  1. Сульфатный электролитический раствор. В промышленности используется большой перечень сульфатных электролитов, позволяющих иметь на поверхности изделий осадки с заданными физическими показателями. Сульфат натрия характеризуется большой электропроводностью, за счет включения в раствор магния никелирование становится более пластичным и мягким. В качестве буферного химического элемента применяется борная кислота, она регулирует показатели кислотности как в общем растворе, так и в области непосредственной близости к катоду. В связи с тем, что никелевые аноды пассивируются, в электролиты обязательно добавляются ионы хлора. Строгое соблюдение технологических режимов и химических составов гарантирует надлежащее качество никелирования.

Химический состав сульфатного раствора и режимы работы при матовом никелировании

Никелирование металлических изделий должно производиться при непрерывной очистке раствора от вредных примесей, в противном случае уменьшается их устойчивость. Первый электролит используется для никелирования алюминия, для процесса применяются аноды НПА 1 и НПА 2, при необходимости может использоваться специальный непассивирующий анод.

  1. Сульфаматный раствор для никелирования. Основной компонент – сульфамат никеля, для депассивации покрытий электродов добавляется борная кислота или хлорид никеля. За счет высокой концентрации удается увеличить токи плотности никелирования. Никель осаждается равномерным гладким слоем, количество мини-пор уменьшается. Покрытия малонапряженные, никель можно осаждать толстым слоем. Электролитический раствор используется в гальванопластике и иных специальных случаях во время производства ответственных деталей. Недостатки – сложность технологии, обязательное перемешивание и очистка, высокая стоимость.

Режим обработки и состав сульфаматного электролита

Как добавка против питтинга вводится лаурилсульфат натрия. В воде растворяется сульфамат никеля, после завершения процесса добавляются остальные компоненты и раствор доводится до необходимого объема. Во время процесса температура должна выдерживаться в пределах +60°С, состав подлежит постоянной очистке. Органические примеси удаляются активированным углем, тяжелые металлы удаляются взмученным карбонатом никеля. Блестящее никелированиеТакой эффект покрытия дает только гальваническая технология. В настоящее время более 80% вех деталей получают с блестящей поверхностью без дополнительной обработки. Гальваническая ванна с заданным электролитом обеспечивает требуемое качество обрабатываемой поверхности во время процесса никелирования. К преимуществам блестящего никелирования относятся следующие показатели:

  1. Перед никелированием детали нет необходимости шлифовать алюминий – уменьшается себестоимость производства, устраняется опасность порчи поверхностей из-за нарушения режимов шлифования или полирования.
  2. Уменьшается расход дорогостоящего металла, никель не попадает в отходы. Толщина снимаемого слоя во время шлифования может достигать 3 мкм.
  3. За счет снижения количества технологических операций появляется возможность полностью автоматизировать процесс. Электролитический раствор используется увеличенное количество времени.
  4. Более высокие показатели по току позволяют интенсифицировать никелирование металла.

К недостаткам процесса относится сильное выделение водорода на катоде, появление внутренних напряжений в покрытии и большое количество вредных примесей. Никель блестит за счет специальных блескообразователей, добавляемых в электролитический раствор. Блескообразователи могут быть двух видов:

  1. Неорганические. Применяются редко, в основном используются соли кадмия или кобальта. Соли кобальта имеют высокую стоимость, что препятствует их широкому использованию.
  2. Органические. Первым использовалась натриевая соль, с течением времени разрабатывались новые химические составы.

Самым большим потребителем деталей с блестящим никелированием считается автомобильная промышленность. Благодаря современным разработкам в состав электролитов для блестящего никелирования добавляются инновационные присадки, снижающие показатели поверхностного напряжения и удаляющие с поверхности катодов пузырьки воздуха. По фактическому воздействию все блестящие составы делятся на две большие группы: слабые и сильные. Слабые позволяют обрабатывать только предварительно полированные поверхности деталей, блеск поверхности имеет обратно пропорциональную зависимость от толщины осадка. Сильные блескообразователи дают возможность получать требуемое качество поверхностей на матовых основаниях, показатели блеска не зависят от толщины осадка. При совместном действии растворов покрытие получается с равномерным блеском и высокими показателями пластичности.

Химический состав блескообразователей

За счет использования сахарина никелирование металлических деталей происходит при уменьшенном количестве водорода, а добавка бутиндиола улучшает выравнивающие характеристики растворов и расширяет диапазон плотностей по току.

Электролитический раствор для блестящего никелирования

На гальваническое никелирование большое влияние оказывают выбранные режимы работы. При повышении плотности тока и температуры увеличивается фактический блеск покрытий и понижаются внутренние напряжения. Все электролиты во время процесса никелирования необходимо постоянно перемешивать, подвергать селективной очистке и фильтрованию. Оптимальная температура технологии осадков на алюминий +60°С Технология приготовления растворов сульфатных электролитовТехнология приготовления всех сульфатных электролитов одинакова. Отдельно в теплой воде растворяются соли, в кипящей воде растворяются фториды и борная кислота. Для подготовки фторидов лучше пользоваться емкостями, изготовленными из винипласта, этот материал отличается полной химической устойчивостью к этим соединениям. Для повышения или понижения кислотности в электролитический раствор добавляется серная кислота.

Для очистки раствора от цинка и меди электролит подкисляется до pH 2,5–3,0, завешиваются катоды из рифленой листовой стали и предварительно прорабатываются током. При трехсменной работе производства состав электролитов должен ежедневно корректироваться на основе химического анализа. Никелевые осадки чутко реагируют к примесям, попадающим в раствор во время его приготовления. Многослойное электролитическое никелированиеЗащитные характеристики многослойных покрытий в несколько раз превышают эти показатели при однослойном никелировании. В основе технологии положен принцип двух- или трехкратного нанесения слоя осадка на алюминий, за счет этого обеспечивается защита нижележащих слоев. Нижний полублестящий слой должен иметь минимальную напряженность и не содержать серы. Верхний слой осаждается из обыкновенного электролита, электролитический раствор должен обеспечивать блестящее покрытие. Толщина нижнего слоя на изделии составляет до 70% общей толщины.

Если никель имеет три слоя, то между полублестящим нижним и верхним зеркальным имеется промежуточный толщиной до 1 мкм с увеличенным содержанием серы.

Электролитический раствор для промежуточного слоя

Механизм осаждения никелирования состоит из нескольких этапов:

  • встреча на катодной поверхности инертных частиц;
  • задержка частиц на поверхности;
  • зарастание задержанных частиц никеля.

За чет процесса количество пор на поверхности в пределах 20000–100000 на квадратный сантиметр, такое гальваническое никелирование имеет более высокие эксплуатационные свойства, чем покрытия медь-никель-хром. Деталь лучше противостоит коррозионным процессам, имеет увеличенные характеристики твердости поверхности. Черное никелированиеХарактеризуется невысокими показателями сцепления с основным металлом и низкой коррозионной устойчивостью, покрытая деталь используется в различных оптических приборах промышленного и бытового назначения.

Электролитический раствор для черного никелирования

Химическое никелирование

Применяется для обработки деталей сложной геометрии, технология обеспечивает равномерный осадок на поверхности. Химическое никелирование дает поверхности с улучшенными показателями износостойкости, рекомендуется для изделий, работающих в паре без смазки, может использоваться для создания декоративных элементов.

Состав растворов для химического никелирования

Никель повышает свою твердость во время термической обработки, эта технология применяется в промышленном производстве. Показатели сцепления никель-фосфорных осадков намного превышают показатели адгезии электролитического никеля, отклонение по толщине не превышает 10% расчетных параметров.

Высокие защитные характеристики и минимальная пористость позволяют использовать химическое никелирование для изделий, эксплуатирующихся в условиях перегретого воздуха и пара, максимально допустимые температуры до +700°С. Технология никелирования дает возможность увеличивать скорость осаждения до 25 мкм/ч, конкретные значения зависят от состава раствора. Схема технологического процесса допускает производство в проточных или непроточных водах. Для работы с непроточными растворами применяются ванны со съемными чехлами, материал изготовления чехлов – химически устойчивый пластик. Постоянство состава в проточных растворах поддерживается за счет их циркуляции по замкнутому технологическому циклу: из реактора в теплообменник, из теплообменника на очистку, далее в корректировочную емкость и опять в реактор. В период циркуляции никель осаждается равномерным слоем, замкнутая схема снижает себестоимость никелирования и увеличивает производительность оборудования.

plast-product.ru

Применение никеля в быту, строительстве и других отраслях

Никель – серебристо-серый, пластичный, ковкий металл. Относится к переходным металлам, то есть, может проявлять и кислотные, и щелочные свойства. В нормальных условиях никель покрывается оксидной пленкой, а потому и малоактивен. Отличие от других схожих элементов состоит в том, что его оксидная пленка не уменьшает блеск. И сегодня мы расскажем вам об использовании никеля в промышленности, применении его сплавов в строительстве и иных сферах жизни.

Оксидная пленка защищает металл, придавая ему высокую коррозионную стойкость. Причем действие ее настолько сильно, что не только сам никель оказывается малоактивным, но и любые другие предметы, покрытые тончайшим слоем никеля. Именно это качество и обуславливает один из самых распространенных способов применения.

О применении никеля в быту поведает этот видеосюжет:

Никелирование – получение никелевого покрытия гальваническим методом на поверхности других металлов – железных сплавов, как правило, с целью защитить последние от коррозии. В 2015 году 7% добытого металла ушло на никелирование. С такой «обработкой» сталкиваются повсеместно: посуда, столовые приборы, металлические трубы, используемые при изготовлении мебели или в декоративных целях. Кроме того, что металл защищает основной сплав, он еще и придает красивый серебристый блеск, не тускнеющий со временем.

Никель используется для защиты чугуна, железа, магния и даже цинка и алюминия, которые сами по себе считаются достаточно стойкими к коррозии. Однако никель отличается еще одним особым свойством – исключительной стойкостью к щелочам. Никелирование изделий из металла активно применяют в химической промышленности – для производства резервуаров для хранения и перевозки химически агрессивных веществ, например, а также для производства деталей, предназначенных работать в самых опасных условиях: например, для защиты от коррозии дюралюминиевых самолетных лопастей.

Иные сферы

  • Металл используют при производстве аккумуляторов – никель-кадмиевых, железо-никелевых, никель-цинковых, никель-водородных. Никелевые электроды устойчивы в электролите, имеют долгий срок службы и доступны по стоимости. Так, цинково-серебряный аккумулятор демонстрирует более высокие характеристики, однако по стоимости намного дороже.
  • Металл применяется в химической промышленности для получения разнообразных реактивов.
  • В медицине никель используют при изготовлении протезов и брекет-систем, поскольку металл совершенно инертен и безопасен. То же свойство позволяет использовать вещество при изготовлении аппаратуры для пищевой промышленности.
  • Однако куда большая доля никеля расходуется на получение разнообразных сплавов. На железные сплавы приходится 67% добытого вещества, а на не железные – 17%.

Связано это с тем, что никель придает сплавам едва ли не такую же антикоррозийную стойкость, которой сам и обладает. В результате большая часть металла применяется для получения всего разнообразия нержавеющих сталей. Те же железные сплавы, которые не легировались никелем, для защиты подвергаются оцинковке или никелированию. Перечислить же сферы применения нержавеющих и конструкционных сталей попросту нереально: нет такой области народного хозяйства, где не использовалась бы эта продукция.

Не меньший интерес представляют собой другие составы-никелевые сплавы, например, сплав никеля с железом, медью, оловом, алюминием, титаном, хромом и иными металлами.

Сплавы на его основе

Сплавы никеля исключительно разнообразны, а свойства их для различных отраслей народного хозяйства настолько важны, что едва ли не все составы образуют собой отдельные группы.

С медью

Никель-медные сплавы – редкой особенностью, присущей такому твердому раствору является взаимная полная растворимость металлов друг в друге. При сплавлении в любой пропорции получают однофазный однородный сплав, изменяющий свои свойства закономерно и предсказуемо. Коррозионные качества таких сплавов определяются только пропорциями веществ: при доле меди более 50% свойства ближе к качествам самой меди, при доле никеля более 50%, сплав проявляется качества присущие никелю.

Никель-медные сплавы устойчивы к действию и кислот, и щелочей. Их применяют при производстве деталей и резервуаров для аппаратуры, работающей в среде фосфорной, серной, хлорной кислот, а также деталей машин, испытывающих высокие несущие нагрузки.

  • К наиболее известным составам такого рода относят монели: 70% никеля, 28% меди и 1,5–2% железа.

Монели отличаются превосходной механической прочностью и твердостью, долговечностью, стойкостью к износу и нечувствительностью к кислотам и щелочам. Из них получают клапаны, насосы, оси крыльчатки, пружины, втулки, теплообменники и прочее.

  • Из медно-никелевых сплавов изготавливаются монеты.
  • Константан – сплав из 40% никеля и 59% меди, применяется в изготовлении высокоточной аппаратуры, так как отличается износостойкостью и переносит высокие нагрузки.

Применение никеля в современной технике представлено в этом видеосюжете:

  • Сплавы никеля и хромы – нихромы, известны своей жаропрочностью, но при этом отличаются и высокой коррозионной стойкостью в том числе и к кислотам. Такой набор качеств обуславливает и применение: при изготовлении муфельных печей, для производства теплообменников и трубопроводов, в качестве деталей газовых турбин. Сплавы с содержание никеля до 80% применяют для изготовления деталей камер сгорания в реактивных двигателях и атомных реакторах. Наиболее известные из них – нимоник, инколой разных марок, инконель. Сплавы используются для изготовления деталей, где требуется высокая прочность при высокой температуре – кожухи нагревательных элементов, трубы дробилок и так далее.
  • Упрочненные сплавы никель-хром-железо, справедливо называются сверхпрочными сплавами. Они сочетают чрезвычайную прочность со стойкостью к коррозии при высокой температуре и сопротивление к ползучести. Из них изготавливают части газовых турбин, лопатки и детали двигателей, части печей, материал для поковки и так далее. Сплавы рассчитаны на «работу» при температурах до 600–850 С. Наиболее известные – нимоник, а также инконель и удимет.

Состав никель-молибден – например, хастеллой, отличается стойкостью к серной, фосфорной, соляной и так далее кислотам, причем при высокой температуре вплоть до кипения. Из сплава изготавливают части кислотоупорной аппаратуры. При этом он отличается высокой прочностью, так что служит полноценным конструкционным материалом в химической промышленности.

Никель-хромомолибденовые сплавы устойчивы в еще большем диапазоне кислот и других агрессивных средах – сухом хлоре, например.

  • Свое место занимает металл и в ювелирном деле. Сплав «белое золото» содержит 58% золота и лигатуру из никеля и серебра.
  • Сам никель является ферромагнетиком. Его сплавы – алнико и магнико, является постоянными магнитами.

Про сплав железа с никелем и его пользу поговорим ниже.

С железом

Имеются в виду твердые растворы, в которых никель выступает не легирующей добавкой, как в нержавеющих сталях, а более «весомым» компонентом – до 65%. Различают 4 вида таких сплавов.

  • Жаропрочные – особенностью их является не просто стойкость к температурам, а способность выдерживать высокие нагрузки при высоких температурах. Доля никеля здесь обычно 44–46%, может включать также хром, алюминий, титан, молибден и так далее. Механическая прочность сплавов при нормальных условиях составляет 600–850 МПа, а при температурах в 800–900 С – от 45 до 177 МПа.

Жаростойкость без нагрузки достигает 1000–1350 С, при этом эксплуатация при высокой температуре не сказывается на физических свойствах изделий. Применяется сплав для изготовления деталей атомных реакторов, реактивных двигателей, газовых турбин и так далее.

  • Магнитные сплавы – пермаллои, проявляются высокую магнитную проницаемость в слабом поле. Применяются в электротехнике для получения деталей с высокой намагниченностью.
  • Сплавы, сохраняющие упругость и габаритные размеры – элинвар, например, включающий 36% никеля. Он сохраняет повышенную упругость при высокой температуре, поскольку это качество сплава обусловлено магнитными свойствами. Применяют для изготовления термопар в печах.
  • Антикоррозийные сплавы – как правило, кроме никеля содержат также молибден или хром. Активно применяются при производстве химического оборудования.

Мировая добыча никеля в 1887 году составляла всего 600 т. Металл применялся для изготовления монет. Но уже с 80-ых годов никелевая промышленность стала активно развиваться. Толчком послужила высокая коррозионная стойкость металла, а, главное, его сплавов.

  • Никелирование в качестве способа «облагородить» изделие также стало применяться с конца 19 века и только в 30-х годах 20 века было вытеснено хромированием. В строительстве же и сейчас используют никелированные детали при сооружении самых разных декоративных конструкций.
  • По тем же причинам никелированные детали используются в производстве мебели. Слой металла не только придает изделию блеск и красивый цвет, но и защищает каркас от любых внешних воздействий.
  • Декоративные качества обуславливают еще одну сферу применения – фурнитура для мебели, окон, дверей, бытовой техники и так далее. Ручки, петли, накладные элементы из металла прекрасно смотрятся и служат очень долго.
  • Никелированные краны, смесители, душевые лейки и другие ванные аксессуары никогда не выходят из моды, так как никелевый слой обеспечивает изделиям превосходный внешний вид и исключительную стойкость к коррозии любого вида. Конечно, по декоративности этот вариант уступает бронзе, ведь основой здесь служит сталь, а она не отличается ковкостью. Но серебристый цвет и нетускнеющий блеск тоже привлекательны.
  • Гораздо шире применяются сплавы с никелем, в особенности различные нержавеющие и конструкционные стали. Представить себе современное строительство без участия металлопроката нереально.

Никель – металл, отличающийся высокой коррозионной стойкостью и способный сообщать это свойство своим сплавам. Это качество чаще всего служит причиной использования металла.

О химическом никелировании расскажет данное видео:

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

И подписывайтесь на обновления сайта в Контакте, Одноклассниках, Facebook, Google Plus или Twitter.

stroyres.net

Для чего необходимо химическое никелирование?

Никелирование химическое - это сложный процесс, позволяющий покрыть изделия из практически любого металла тонким защитным слоем никеля, повысить при этом коррозионную стойкость и придать поверхности блестящий вид и твердость.

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:

  1. Для того чтобы никель покрыл поверхность тонким и равномерным слоем, изделие предварительно шлифуют и полируют.
  2. 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.
  3. 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/дм2 площади поверхности детали, включая как внутреннюю, так и внешнюю;
  • воду нагревают до 60°С, после чего растворяют в ней 30 г хлористого никеля (NiCl2) и 10 г уксуснокислого натрия (Ch4COONa) 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.

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 (ZnCl2), который более известен под названием «паяльная кислота». К нему понемногу добавляют сернокислый никель (NiSO4) 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.

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.

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.

tutmet.ru

Кустарные и промышленные способы никелирования

Никелирование изделий из металлов и сплавов — это процесс нанесения на их поверхности защитных и декоративных слоев никеля. У народных умельцев данный вид гальванотехники является одним из самых популярных. Это объясняется тем, что для никелирования в домашних условиях не требуется сложного оборудования, все реагенты доступны и не очень дороги, а сам никель и его соединения неагрессивны и нетоксичны. Широкое использование никелирования в промышленном производстве главным образом связано с тем, что никелевые покрытия обладают одним из самых высоких уровней устойчивости к коррозии, а их твердость выше, чем у защиты из кадмия, цинка и олова. Но никель намного дороже всех этих металлов, поэтому его чаще всего применяют в тех случаях, когда требуется защитить изделия от коррозии и одновременно придать ему эстетичный вид. Внешне никелевые покрытия очень похожи на хромовые, но имеют более теплый оттенок (см. рис. ниже).

Специфика, определение и назначение никелирования

Защитное никелевое покрытие может наноситься практически на все виды металлов и их сплавов, а также на стекло, пластмассу и керамику. Но чаще всего никелирование используют для защитно-декоративной обработки изделий из стали, меди, цинка, алюминия и их сплавов. В домашних условиях изделия чаще всего покрывают одним никелевым слоем, а в промышленном производстве никель обычно входит в состав многослойных покрытий. Это связано с его пористостью, которая полностью исчезает только при толщине слоя более 30 микрон. По этой причине никель чаще всего накладывают на подслой меди, а снаружи защищают слоями хрома или кадмия.

Никелирование деталей с предварительным омеднением несложно осуществить даже в домашней мастерской, а вот использование хрома и кадмия требует особых условий и мер предосторожности в связи с высокой токсичностью соединений этих металлов. При промышленном и домашнем никелировании с помощью электролитных добавок и различных режимов электролиза можно получить следующие виды поверхностей:

  • блестящие;
  • матовые;
  • полублестящие;
  • двух- и трехслойные;
  • композиционные;
  • черные;
  • велюровые;
  • износостойкие.

На рисунке ниже изделия с матовым и черным никелевыми покрытиями.

«Черный» никель применяют в оптических приборах и при создании военной техники. В его состав входит до трех четвертей неметаллических компонентов — сульфидов никеля и гидроксидов цинка. Нанести такие покрытия в домашних условиях очень сложно, т. к. для этого требуются профессиональные знания и специальные реагенты.

Плюсы и минусы никелированных покрытий

Никель устойчив к коррозии в щелочах любой концентрации и очень медленно растворяется в серной и соляной кислотах. В концентрированной азотной кислоте покрытие никелем ведет себя нейтрально и только образует защитную пленку, а вот с ее водным раствором оно реагирует очень активно. Все это имеет значение для промышленного применения, а в домашних условиях никель можно считать пассивным ко всем видам реагентов.

Главный недостаток никелевого покрытия, который связан с особенностями осаждения этого металла, — это его пористость, которая имеет глубину до 25–30 микрон. Поэтому никелирование, как правило, выполняют по подслою из меди, что несложно реализовать даже в домашней мастерской при наличии минимальных навыков в гальванотехнике. Другой способ защиты от пористости — это дополнение никелевого покрытия защитным слоем из фосфорных соединений, хрома и пр.

Для нанесения никеля на поверхность алюминия изделие предварительно подвергается цинкатной обработке, после чего по поверхности цинка выполняется гальваническое никелирование. Как и предварительное омеднение, эта технология легко реализуется даже в домашней мастерской.

Методы нанесения никелевого покрытия

Существует два способа нанесения никеля на поверхность металлов в активных растворах: гальванический (с использованием источника тока и никелевого анода) и химический (осаждением в растворе солей никеля). Гальваническое никелирование имеет более высокую скорость и позволяет получить на поверхности изделия никелевые слои, имеющие большую твердость и меньшую пористость. При химическом никелировании слой металла более рыхлый и эластичный. Эта технология пользуется популярностью у домашних мастеров, поскольку она очень проста в реализации и требует минимума реагентов.

Электролитический метод

Электролизное покрытие изделий никелевым слоем осуществляется по традиционной технологии. В емкость с электролитом помещается обрабатываемая деталь, которая выступает в роли катода, и анод из чистого никеля. При подаче положительного напряжения на анод и отрицательного на изделие начинается электрохимический процесс, в результате которого анионы никеля отрываются от анода и через электролитический раствор двигаются к катоду, оседая в виде тонкой пленки металла на поверхности изделия. В домашних условиях для электролитического никелирования обычно используют стеклянные емкости объемом в несколько литров, а в качестве источника тока — автомобильные аккумуляторы или бытовые блоки питания напряжением 12 В.

Химический метод

Химическое никелирование не требует использования источников тока, что значительно облегчает его проведение в домашних условиях. Его преимущества — это равномерность осаждения никеля по всему изделию и возможность создания слоев практически любой толщины. Такое покрытие не обладает твердостью, но очень пластично и поэтому прекрасно подходит для домашней гальванопластики. Химическое никелирование требует постоянного нагрева электролита до температуры выше 80 ºC. В домашних условиях это легко обеспечить, поместив рабочую емкость в водяную баню. Нагретый раствор выделяет сильный и довольно неприятный запах, поэтому процесс никелирования лучше проводить под вытяжкой.

Технология никелирования металлов

Для химического и гальванического никелирования в домашних и промышленных условиях используют сульфатные, борфторидные, хлоридные, сульфаминовых и некоторые другие виды растворов. Химический метод подразумевает простое погружение детали с перемешиванием электролита, а гальваническая технология реализуется несколькими способами:

  1. Погружение на статической подвесной оснастке. Применяется для габаритных деталей. Этот метод пригоден как для промышленного, так и домашнего применения.
  2. Никелирование движущегося катода. Таким способом покрывают проволоку и ленты, сматываемые с одной катушки на другую с прохождением через электролит.
  3. Натирание. Покрытие наносится с помощью ручного приспособления с никелевым стержнем, обернутым в пористый материал с электролитом. Применяется для восстановления небольших участков поверхностей и в домашних мастерских.
  4. Погружение во вращающихся барабанах (см. рис. ниже). Используется для одновременного никелирования большого количества мелких деталей. Традиционной способ обработки метизов.

Гальваническое никелирование позволяет создавать защитные и декоративные слои, состоящие из композитных материалов, в которых никель может составлять меньшую часть. Наглядным примером этого является «черное никелирование» — нанесение на изделия композита из никеля и солей других металлов. Такое покрытие обладает повышенным светопоглощением, т. к. имеет почти абсолютно черный цвет.

Проведение никелирования в домашних условиях

Оборудование для домашнего никелирования состоит из обычных бытовых компонентов и может быть собрано своими руками даже без знаний основ гальванотехники. Стандартный состав такой домашней установки включает в себя:

  • стеклянную или пластиковую емкость для электролита;
  • приспособления для подвески никелевого анода (или анодов) с клеммой;
  • траверсу для подъема и опускания изделия в электролит с клеммой (обычно это медная трубка или прут);
  • источник питания или аккумулятор с выключателем и провода;
  • подогреватель и термометр.

Кроме того, может потребоваться сосуд большего размера для помещения домашней гальванической емкости в водяную баню. Для химического никелирования не нужны никелевые аноды, источник питания, провода и клеммы.

Процесс домашнего никелирования включает в себя следующие этапы:

  • механическая очистка всех поверхностей;
  • обезжиривание;
  • промывка в проточной воде;
  • никелирование;
  • промывка и сушка готового изделия.

В зависимости от потребностей домашнего мастера перед никелированием может потребоваться создание медного подслоя, которое также выполняется гальваническим способом.

Подготовка изделия

Подготовка изделия для домашнего никелирования включает в себя его механическую зачистку и шлифовку, которые можно выполнить с помощью напильника и шлифбумаги. Но если деталь имеет сложную конфигурацию, то по возможности следует воспользоваться услугами пескоструйки или галтовки. Для обезжиривания в домашней мастерской необходимо применять неагрессивные и нетоксичные вещества. На эту роль лучше всего подходят горячие растворы стирального порошка и кальцинированная сода. Если домашний мастер решил никелировать по медному подслою, то подготовленное изделие сначала подвергается омеднению гальваническим или химическим способом, а затем, после промывки и сушки, — никелированию.

Состав ванны для никелирования

В промышленном производстве применяется множество разнообразных растворов для гальванического и химического никелирования. При этом основным компонентом в любой рецептуре является сульфат никеля, который обеспечивает перенос анионов никеля от анода к покрываемой детали. Остальные реагенты служат для повышения электропроводности, а также повышения качества и создания особых свойств никелевых покрытий. В домашних и небольших производственных мастерских, как правило, используют трехкомпонентный раствор, включающий в себя сульфат и хлорид никеля, а также борную кислоту.

Как увеличить стойкость покрытия

Для увеличения коррозионной стойкости и механической прочности никелевые покрытия вводят в состав покрытий, состоящих из нескольких слоев различных металлов. Наиболее распространенными подслоями для никеля являются медь, цинк и кадмий. А в качестве наружного укрепляющего слоя чаще всего наносят хром или никель-фосфорные соединения. Кроме того, существует технология осаждения на никелевые поверхности различных твердых композитов, включающих в себя соединения бора, нитриды и окиси кремния.

В домашних мастерских для повышения коррозионной стойкости никелируют изделия по подслою из меди или цинка, а также обрабатывают их поверхности полимерными материалами.

Как удалить никелевое покрытие

Удаление никелевого покрытия возможно механическим, химическим и электрохимическим способами. В первом случае покрытия снимаются с помощью ручных шлифмашинок с применением абразивоструйного оборудования или галтовочных аппаратов. Поскольку никелем покрывают различные металлы, причем с использованием подстилающих и защитных слоев из меди, цинка, кадмия и хрома. Универсальных методов удаления никелевых покрытий попросту не существует. При этом в каждом случае ставится вопрос о возможности повреждения подстилающего слоя или основного металла детали. Чаще всего в состав реагентов для химического и электрохимического удаления никеля входят азотная, соляная и серная кислоты в совокупности с различными добавками. Для таких методов требуется хорошо оборудованная химическая мастерская, и в домашнем гальваническом производстве они, как правило, неприемлемы.

Нанесение защитных покрытий после никелирования связано с применением токсичных и агрессивных реагентов. А может, все-таки существуют какие-то современные способы укрепления никелевых покрытий, которые безболезненно можно применять в домашних условиях? Если кто-нибудь знает, как это делается, — поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.

wikimetall.ru


Смотрите также