Что такое никелирование и как проводится этот процесс?
Никелирование — это покрытие поверхности металла никелем. Проводится для защиты конструкции от негативных атмосферных воздействий. Покрытие отличается высокой прочностью, герметичностью, долговечностью.
Никелированный диск (Фото: Instagram / aqua__decor)
Описание метода
Никелевое покрытие формируется на различных металлических конструкциях из чёрных и цветных металлов. Повышает коррозионную стойкость, защищает от износа, повышенной влажности, некоторых химически активных веществ.
Никелевые покрытия отличаются высокой твёрдостью, стойкостью к окислению, отличной отражательной способностью.
Толщина покрытия — от 0,8 до 55 мкм. Применяется для нанесения на следующие изделия:
Никелевый слой бывает матовым, глянцевым или чёрным.
Невозможно никелирование заготовок из кадмия, свинца, олова, висмута, сурьмы. Перед проведением работ нужно учитывать данную особенность.
Технология
Никелирование деталей выполняется путём нанесения тонкослойных покрытий на металл. Данная технология применяется для защиты стали, меди, алюминия, титана.
Методы обработки
Чтобы выполнить покрытие никелем металла, нужно выбрать способ нанесения защитного слоя. Технологии:
Электролитический метод
Покрытие никеля наносится в ванне с электролитом, в которую погружены электрод и заготовка. Между деталью и анодом пропускается ток, подаваемый от лабораторного источника питания или понижающего трансформатора.
Образуемое покрытие отличается высокой однородностью, минимальным количеством дефектов на поверхности, отсутствием пор. Приготовление электролита в домашних условиях достаточно простое.
Гальваническое никелирование позволяет получать защитные слои с такими характеристиками:
Нанесение защитного слоя:
Химический метод
Химический способ нанесения покрытия позволяет создавать на заготовках прочные никелевые слои. Отличается простотой реализации, эффективностью. Не требует наличия навыков или опыта выполнения подобных работ.
Химический способ не подходит для нанесения защитного слоя на поверхности с шероховатостью или сложной геометрией. Наносить равномерный слой в труднодоступных местах не представляется возможным.
Химическое никелирование позволяет получать покрытия со следующими свойствами:
Нанесение защитного слоя:
Ванны для проведения обработки
Покрытие заготовок никелем выполняют в ваннах с добавлением:
Оптимальные условия для протекания химических реакций:
Никелевые слои с металлическими поверхностями имеют малую прочность закрепления. Поэтому необходимо выполнять их термообработку при температурах до +400 0 С с последующей закалкой в течение 3 часов. Превышение данного значения оказать негативное влияние на свойства металла. Оптимальный диапазон — от +260 0 С до +310 0 С.
Внутри ванной устанавливается специальное перемешивающее оборудование, позволяющее достигать однородности раствора. Для удаления различных загрязнений используются фильтры.
Производительные ванны для промышленного использования требуют добавления пеноподавляющих веществ либо сжатого воздуха.
Подготовка изделия
Процесс никелирования в домашних условиях требует правильной подготовки:
Нанесение защитного слоя
Чтобы выполнить никелирование стали, на её поверхность нужно нанести слой меди. Проведение работ:
Наносить защитный слой можно и кисточкой:
Как повысить стойкость покрытия?
Для повышения стойкости никелированных покрытий к негативным воздействиям необходимо:
Удаление покрытия
Удалить никелированный слой можно следующими способами:
Чтобы при добавлении кислоты не снять слой металла с подложки, нужно в раствор добавить глицерин в количестве 50 г/л.
Никелевый слой может защищать металл от окисления, выполнять декоративную роль или быть подложкой для хромового покрытия. Технология проста в реализации, не требует дорогого оборудования, специального образования.
Технология гальванического и химического никелирования
Никель обладает уникальными физическими свойствами — он хорошо выдерживает механическую деформацию, а также не покрывается коррозией при длительном хранении. Поэтому очень часто тонким слоем никеля покрывают различные металлические сплавы — сталь, чугун, медь, алюминий и так далее. Процедуру покрытия металла слоем никеля в промышленности называют никелированием. Но можно ли сделать никелирование в домашних условиях самому? Какие способы никелирования существуют? Ниже мы в деталях узнаем ответы на эти вопросы.
Определение
Никелировать можно практически любой металл — сталь, чугун, различные железные сплавы, медь, латунь, алюминий, титан и так далее. В качестве объекта обработки — цельные листы, детали с отверстиями, сантехнические установки, болты, шурупы, рыболовные крючки и так далее.
Существует две технологии — гальваническое и химическое никелирование. Обе технологии широко применяют на фабричном производстве. При необходимости можно сделать обработку в домашних условиях самостоятельно.
Технология гальванического никелирования
Гальваническое никелирование — популярная технология, с помощью которой можно нанести тонкий слой никеля на поверхность какого-либо металлического сплава (медь, сталь, железо, чугун, алюминий, латунь и так далее).
Принцип применения гальванического никелирования очень прост: металлический элемент подключается к катоду и помещается в водную среду с большим содержанием никеля, который выступает в растворе в качестве электролита — после этого включается электрический ток, который проходит через никелевые аноды, происходит достаточно равномерное распределение никеля по всей поверхности металлического объекта.
Перед проведением гальванического никелирования с поверхности металлического объекта нужно удалить тонкую оксидную пленку, которая будет препятствовать нанесению никеля. Для удаления пленки рекомендуется использовать грубую наждачную бумагу — с ее помощью оксидная пленка снимается очень легко, а каких-либо серьезных усилий для очистки рабочему прилагать не нужно.
После обработки наждачной бумагой нужно промыть металлический объект водой, чтобы избавиться от остатков оксидной пленки — после этого металл обрабатывается содовым раствором и снова очищается с помощью воды. Обратите внимание, что крупные жесткие детали обрабатывать наждачной бумагой сложно — для их очистки рекомендуется использовать специальное очистительное оборудование.
Хороший пример — пескоструйные аппараты, которые снимают оксидную пленку за счет воздействия на поверхность металла песка, который в данном случае выступает в качестве абразива.
Последовательность действий
После проведения гальванического никелирования на поверхности металла может образоваться черный налет, который может испортить вид металлической детали. Для очистки детали от налета необходимо выполнить зачистку и полировку детали — в результате у детали должен образоваться равномерный серебристый блеск, на поверхности объекта образуется тонкая пленка из никеля. Зачистку рекомендуется проводить вручную без использования слишком токсичных реактивов, чтобы не повредить защитную пленку.
Технология химического никелирования металла
Обратите внимание, что нагрев раствора можно не проводить. Однако в таком случае никелевая пленка будет очень хрупкой, что сделает никелирование бесполезным. В качестве электролита могут использоваться как кислые, так и щелочные растворы. Рекомендуются именно кислотные растворы, поскольку они обладают более высокой твердостью и прочностью. Также обратите внимание, что формат никелирования напрямую зависит от того, из какого металла сделана основная деталь.
Никелирование алюминия
Растворы
Для проведения никелирования хромированные алюминиевые детали помещаются в один из растворов. Деталь подвешиваются на проволоке, а потом она опускается в раствор на 70-80%. Она не должна касаться боковых стен и дна. После этого температура повышается до 350-380 градусов. Оптимальный срок термическо-химической обработки — 1 час.
Для ускорения никелирования можно повысить температуру раствора до 500 градусов. Однако в таком случае на поверхности детали могут образоваться желто-рыжие или фиолетовые пятна, от которых будет сложно избавиться, поэтому избыточный нагрев лучше не производить. После никелирования алюминий проходит вспомогательную обработку в машинном масле:
Обработка изделий из меди и латуни
Никелирование латуни и меди выполняется по стандартной схеме, однако помимо этого есть отличия. Процедура начинается с очистки, полировки и обезжиривания материала. После этого выполняется декапирование детали с помощью серной или соляной кислоты. Затем деталь аккуратно промывается теплой водой и подвешивается на металлической проволоке.
В качестве проволоки могут использоваться изделия только из стали либо алюминия без обмотки. В противном случае во время термохимической обработки никелирование в домашних условиях не пойдет из-за технических особенностей меди. Очень высокая электропроводность в данном случае играет злую шутку. Если медь не будет касаться другого металла, то частички никеля будут плохо приставать к детали.
Растворы
Раствор готовится стандартным способом. В воду помещаются все компоненты (кроме гипофосфита) и выполняется перемешивание. После этого раствор нагревается до температуры 85-90 градусов и выполняется впрыскивание гипофосфита натрия. После этого выполняется никелирование латуни/меди обычным способом. Деталь на проволоке помещается в раствор на 70-80%, раствор доводится до температуры 350 градусов, длится не более 1 часа.
В конце обработку минеральным маслом можно не выполнять (как в случае с алюминием). Деталь просто достается из посуды с электролитом и выполняется промывка теплой водой и делается обезжиривание. Часто после обработки меди образуется тонкий слой никеля на стенках посуды. Чтобы избавиться от осадка, протрите осадок концентрированным раствором азотной кислоты.
Никелирование стали
Также никелем могут покрываться различные стальные и чугунные изделия. Процедура в данном случае будет несколько отличаться из-за физических особенностей стального сплава. Главное отличие — никелирование рекомендуется выполнять дважды по одному и тому же методу. Поскольку при одноразовой обработке есть риск растрескивания никельного покрытия спустя несколько месяцев эксплуатации детали. Поначалу обработка выполняется по стандартному алгоритму. Деталь очищается и полируется, а потом выполняется декапирование с помощью серной или азотной кислоты. После этого деталь подвешивается на проволоке из любого материала.
Растворы
Обратите внимание, что перед никелированием стали необходимо обязательно узнать температуру отпуска металла. Во время никелирования раствор ни в коем случае нельзя нагревать выше этой температуры. В противном случае может произойти растрескивание и повреждение стали. Само никелирование металла выполняется стандартным способом. Деталь помещается в раствор, электролит доводится до нужной температуры (до температуры отпуска, но не выше 350 градусов). Срок обработки — 1-2 часа (чем ниже температура, тем дольше длится обработка). После проведения никелирования нужно выполнить травление детали. После этого рекомендуется выполнить процедуру еще один раз по стандартному алгоритму.
Заключение
Во время никелирования металлические объекты покрываются защитным тонким слоем никеля. Основные функции никелирования — улучшение химической и коррозийной стойкости, создание дополнительного защитного слоя против механических повреждений.
Можно выполнить никелирование любых металлов и сплавов — сталь, медь, латунь, алюминий и другие. Сегодня применяют две технологии никелирования — гальваническая и термохимическая обработка.
Гальваническое никелирование металлоизделий
Никелирование изделий из любых марок сталей, алюминиевых сплавов и титана. Многослойные декоративные и функциональные покрытия. Электрохимическая полировка деталей
до нанесения покрытия и финишная обработка после. Возможно покрытие деталей длиной до 1000 мм. Толщина никелевого покрытия от 0,5 до 30 мкм. Кроме матового покрытия никелем возможно использование блескообразователей для получения блестящего покрытия с высокими декоративными свойствами. Для оформления заказа на никелирование необходимо направить в наш адрес чертежи изделий и количество. Стоимость никелирования рассчитывается исходя из площади поверхности покрываемых деталей, а также толщины покрытия. Качество никелирования Вы можете оценить, заказав обработку пробной партии изделий.
Теория и практика никелирования
Никелирование – самый востребованный вид гальваники. Высокая механическая прочность, привлекательный внешний вид, высокая коррозионная стойкость говорит в пользу никелевых покрытий. Никель является основой в многослойных покрытиях таких как никель-хром, медь-никель-хром. Никелевые покрытия имеют высокую устойчивость к воздействию агрессивных сред (щелочных и др.), высокую гидростойкость и устойчивость к механическому воздействию. Толщина никелевых покрытий в зависимости от назначения варьируется в широких пределах – 6-30 мкм при защитно-декоративных и декоративных функциях, 0,5-3 мкм в качестве промежуточного подслоя при нанесении других покрытий, менее 300 мкм при защите от коррозии в агрессивных средах, 20-100 мкм для повышения холодостойкости. В декоративных целях при никелировании используют блескообразователи. Пример использования никелирования – автомобильные элементы, торговое и выставочное оборудование, декоративные элементы конструкций и многое другое.
Никелирование торгового оборудования
Блестящее никелирование
Никелевое покрытие, получаемое в гальванических ваннах с использованием обычных электролитов, получается матовым. Для придания поверхности изделий декоративного глянцевого вида изделия после гальваники должны быть подвергнуты полировке. Это дорогостоящий и затратный по времени процесс. Для получения изделий с блестящим покрытием непосредственно из гальванической ванны в раствор электролита добавляют специальные вещества – блескообразователи. В настоящее время известно множество различных типов блескообразователей как органического, так и неорганического происхождения, но большинство из них в результате использования ухудшают физико-механические свойства никелевого покрытия. Для получения качественного покрытия в состав электролита добавляют смеси из нескольких блескообразователей различного типа и выравнивающие добавки. Составы электролитов для блестящего никелирования представлены в таблице №3, режимы гальванического процесса в таблице №4.
Никелированные столовые приборы
Режимы никелирования и составы электролитов
Для обычного никелирования используют четыре основных состава и режима (таблица 1). Электролиты №1 и №2 применяют для никелирования в стационарных ваннах, электролит №2 для использования в автоматических установках, состав и режим №3 для ускоренного никелирования.
Состав электролитов обычного никелирования
Режим работы ванн никелирования
Основное достоинство никелевых покрытий – красивый внешний вид. Поверхность изделия приобретает зеркальный блеск и не требует дополнительной полировки после процесса особенно при использовании в составе электролита блескообразователей. К недостаткам можно отнести относительно высокую стоимость покрытий (слоев толщиной 20-25 мк) что избегают путем использования многослойных покрытий. Для специальных видов никелирования используются электролиты с химическим составом, приведенным в таблице 3.
Состав электролитов специальных видов никелирования
Режимы процессов специального никелирования
Приготовление электролитов никелирования
Рассмотрим основные химические вещества, необходимые для получения никелевых покрытий высокого качества:
Приготовление раствора электролита проходит следующим образом: каждый химикат растворяют отдельно в небольшом количестве подогретой воды, растворы отстаивают и сливают в любом порядке в гальваническую ванну, доливают до необходимого объема холодную воду, перемешивают. После приготовления раствора отбирается проба для анализа, в дальнейшем проба берется ежедневно. Основным критерием контроля электролита никелирования является его кислотность. В растворах повышенной кислотности осаждение никеля не происходит, а при низких значениях кислотности осадки никеля могут отслаиваться.
При повышенной кислотности – в электролит добавляется раствор углекислого никеля в количестве 0,1 г/л или 3%-ный раствор едкого натра при интенсивном перемешивании. Через 5-10 минут производится повторный замер кислотности.
При пониженной кислотности – в электролит добавляется 3%-ный раствор химически чистой серной кислоты в количестве не более 0,05 г/л, затем электролит перемешивают и повторно замеряют кислотность.
Цинк удаляют путем добавления в состав электролита углекислого кальция до повышения значения кислотности рН=6,3, после перемешивания электролита ему дают отстоятся и аккуратно переливают в подготовленную вспомогательную емкость. Рабочая ванна, после очищения от осадка вновь готова к использованию. Таким образом удаляются и осадки меди, что позволяет избежать проработки током.
Для удаления железа электролит также подкисляют до рН=4 и доливают 10%-ный раствор перекиси водорода в количестве 3 мл/л. Окисление железа до трехвалентного происходит при температуре 60-70 0 С, для этого нагретый электролит перемешивают в течение 1-2 часов. После чего подкисленному едким натром до значения рН=6 и перемешанному раствору дают отстояться. Раствор фильтруют через тканевый фильтр и нормализуют кислотность. Допустимое содержание железа в электролите никелирования – 0,2 г/л.
Блестящее никелевое покрытие
Черное никелирование
Твердое никелирование
Режим твердого никелирования:
Никелирование нержавеющей стали
Для нанесения слоя никеля на поверхность изделий из нержавеющей стали требуется специальная подготовка, которая заключается в предварительной проработке анодным током с плотностью 5-10 а/дм 2 в 10-15% растворе каустической соды при температуре электролита 60-70 0 С в течении 5-10 минут. Обработку проводят до получения ровного коричневого налета на поверхности детали. После обработки детали промывают холодной водой и декапируют в течении 5-10 секунд при температуре 20-25 0 С в растворе соляной кислоты с удельным весом 1,19 разбавленной вдвое. Никелевое покрытие наносят в щелочном электролите по обычному режиму.
Никелированные детали из нержавеющей стали
Никелирование цветных металлов
Особенность процесса никелирования деталей из меди и ее сплавов в том, что для нанесения покрытия такие детали должны быть в контакте с другим более электроотрицательным металлом – например железом или алюминием. Для этих целей возможно использование подвесок из этих металлов, в отдельных случаях для начала процесса осаждения никеля на поверхности медного изделия достаточно коснуться детали железным прутком.
Осаждения никеля на детали с ранее осажденным слоем никеля проводят после обезжиривания и процесса декапирования в 20-30% растворе соляной кислоты в течении одной минуты.
Для никелирования деталей из алюминия и его сплавов детали дважды подвергают цинкатной обработке. Для увеличения прочности сцепления покрытия с поверхностью алюминия детали после покрытия прогревают в масле при температуре 220-250 0 С в течение 1-2 часов.
Химическое никелирование
Химическое никелирование довольно распространенный вид нанесения никеля на поверхность изделий из различных материалов, основным преимуществом которого является возможность нанесения равномерных покрытий даже на изделия сложной формы – изделий с глубокими пазами, впадинами, глухими отверстиями. Химически осажденный никель обладает высокими прочностными характеристиками и по твердости химические покрытия превосходят покрытия, полученные электролитическим путем. Причина этого заключается в меньшей пористости химического покрытия, а также наличия в осадках фосфора, который делает их более стойкими к воздействию агрессивной среды чем осадки чистого никеля. Применяется химическое никелирование в том числе в качестве замены хромового покрытия, при этом детали после никелирования проходят термическую обработку. Данный тип покрытия широко применяется для обработки неметаллических изделий – деталей из пластмасс, керамики, стекла. К минусам химического покрытия относят низкую прочность сцепления Ni-P с поверхностью обрабатываемого материала непосредственно после нанесения покрытия. Для увеличения прочности сцепления металлические детали проходят термическую обработку, обычно это прогрев при температуре 400-500 0 С в течение 1 часа.
Поверхность изделий перед нанесением химического покрытия никелем обрабатывается аналогично, как и при электролитическом никелировании, но при этом к чистоте поверхности предъявляются повышенные требования. Составы растворов делятся на два типа – кислые и щелочные. Основной характеристикой раствора является выход металла – масса покрытия, полученная из одного литра раствора, а также скорость покрытия при определенной плотности загрузки. Кислые растворы рН=4,0-6,5 применяются в основном для обработки изделий из черных металлов, а также деталей из меди и латуни, к которым в процессе дальнейшей эксплуатации предъявляются высокие требования к твердости, износостойкости, стойкости к коррозии. Щелочные растворы применяют для обработки изделий из нержавеющих сталей, титана, алюминия, магния, а также для покрытия различных неметаллических поверхностей.
Покрытия изделий из неметаллических материалов проводится комбинированным способом – на первом этапе проводят химическое осаждение никеля для получения тонкого металлического слоя на поверхности изделия, затем полученный слой доращивают электролитическим способом до необходимой толщины.
Химический состав смеси, режим и температура процесса химического никелирования (универсальный раствор).
При химическом никелирование применяются алюминиевые или цинковые подвески.
Основные проблемы при никелировании и методы их решения
Решение: Откорректировать температуру и плотность тока, электролит профильтровать, повысить кислотность раствора.
Решение: фильтрация электролита и повышение температуры. Контроль качества подготовки поверхности.
Решение: Повышение температуры (минимум до 18 0 С), снижение плотности тока.
Решение: Повысить кислотность.
Решение: Для снижения кислотности электролита добавить раствор едкого натра.
Решение: Очистить аноды, увеличить площадь их поверхности, добавить в раствор электролита хлоридов.
Решение: удалить цинк.
Снятие некачественных никелевых покрытий
Удаление некачественного слоя никеля можно проводить химическим или электрохимическим способом. Химическое растворение происходит в смеси 1 к 1 кислот – азотной и серной. Изделия помещают в емкость с кислотами и выдерживают до полного растворения слоя никеля. Электрохимический способ — это анодное растворение никеля в керамической ванне, в качестве электролита используется смесь серной кислоты (удельный вес 1,6-1,65) и глицерина 25 г/л. Анодное растворение происходит значительно быстрее химического растворения поэтому необходим постоянный контроль за процессом.
Контроль качества никелевых покрытий
Никелевые покрытия проходят контроль по следующим параметрам – по внешнему виду, по толщине слоя никеля, по прочности сцепления и пористости.
Визуальный контроль внешнего вида никелевого покрытия не отличается от контроля других покрытий. Поверхность изделия до полирования должна быть светло-матовой, ровной. Допускается наличие небольших царапин или шероховатости. Все обнаруженные визуально недостатки покрытия должны быть легко устранимы в процессе полирования.
Данная обзорная статья предназначена для ознакомления заказчика с процессом никелирования и помощи в принятии решения о нанесении на свои изделия того или иного типа покрытия. Администрация благодарит технолога участка гальваники Скворцова С. И. за предоставленные знания.
