Снятие никелевых покрытий
Никелевые покрытия на стали и сплавах меди, как правило, удаляются в ванне с разбавленной серной кислотой. К 20л холодной воды добавляют при постоянном перемешивании порциями 30л концентрированной сер-ной кислоты, наблюдая, чтобы температура не была выше 60°С. После охлаждения ванны до комнатной температуры ее плотность должна быть ~1,63.
С целью снижения опасности затравливания материала подложки в ванну добавляют глицерин 50 г/л. Ванны изготовляют из винипласта. Изделия навешиваются на средней штанге, соединенной с положительным полюсом источника тока. Боковые штанги, на которых навешаны свинцовые листы, соединяют с отрицательным полюсом источника тока.
Температура ванны не должна превышать 30°С, так как горячий раствор действует агрессивно на подложку. Плотность тока достигает 4 А/дм2, но можно изменять напряжение в пределах 5—6 В.
Через определенное время следует добавлять концентрированную серную кислоту для поддержания плотности, равной 1,63. С целью предупреждения разбавления ванны необходимо изделия в ванну погружать после их предварительной сушки.
В случае латунных изделий контроль процесса не представляет труда, так как в момент полного удаления никеля плотность тока резко падает.
Черные никелевые покрытия
Черные никелевые покрытия применяются с декоративной и специальной целью. Их защитные свойства очень низки, поэтому их наносят на подслой из цинка, кадмия или обычного никеля. Стальные изделия предварительно оцинковывают, а латунь и медь — никелируют.
Черное никелевое покрытие твердо и хрупко особенно при большой толщине. В практике удовлетворяются обычно толщиной в 2 мкм. Ванна для нанесения таких покрытий содержит значительное количество цинка и роданида. В покрытии содержится ~50 % никеля, а остальное составляют цинк, сера, азот и углерод.
Ниже приведены типичные составы ванн черного никелирования, г/л:
Ванна
1
2
3
NiSO4*7H2O
75
—
144
NiSo4*(NH4)2SO4*6H2O
45
—
—
ZnSO4*7H2O
38
—
—
NaSCN*2H2O
15
15
—
NiCl2*6H2O
—
75
—
NH4Cl
—
30
—
ZnCl2
—
30
—
(NH4)6*MoO24*4H2O
—
—
30
H3BO3
—
—
23
Ванна 1 работает при комнатной или слегка повышенной температуре, J=0,1-0,5 А/дм2, рН=5,6-5,9. Ванна 2 хлоридная и следовательно агрессивная более сульфатной. Она работает при комнатной температуре, рН=5,0 и J=0,2 А/дм2. Ванна 3 содержит молибдаты и, следовательно, дороже первой и второй ванн. Ее преимуществом является большая кроющая способность и стабильность, так как она содержит борную кислоту. Недостатком является более высокая рабочая температура, как правило, выше 50 °С. Плотность тока составляет 0,2—0,5 А/дм2, рН=4,3-4,7.
Ванны черного никелирования готовят, растворяя все составляющие в теплой воде и фильтруя через фильтровальную бумагу. Если возникают трудности растворения борной кислоты в ванне 3, то ее растворяют отдельно в воде, нагретой до 70°С.
Стабильность ванн заключается в основном в контроле и регулировании рН посредством H2SO4 или NaОН. Получение глубоко черного цвета зависит в основном от правильного выбора плотности тока. Никелированные изделия смазывают горячим маслом.
Химическое никелирование
Этот процесс был в свое время одним из главных в технической специальной литературе, и казалось, что он создает сильную конкуренцию для традиционного электролитического никелирования. В настоящее время его оценивают более спокойно и применяют, когда для этого есть техническое и материальное обеспечение.
Основным преимуществом никелевых покрытий, нанесенных химическим путем, является однородная толщина независимо от формы изделия. Это характерно для всех процессов осаждения металла без применения тока.
Особенностью химического никелирования является непрерывное осаждение слоя, что создает возможность образования покрытий любой толщины.
Ванны для химического никелирования состоят из соли никеля, гипофосфита натрия и добавок. Основой являются соли никеля и гипофосфит натрия.
Существуют две разновидности ванн для химического никелирования — кислая и щелочная. В качестве солей никеля, в основном, применяют сульфат или хлорид никеля относительно небольшой (~5 г/л) концентрации. Содержание гипофосфита достигает 10—30 г/л. Добавки вводятся в виде комплексообразующих соединений, ускоряющих осаждение никеля, и стабилизаторов, препятствующих разложению электролита.
В качестве комплексообразующих соединений в специальной литературе упоминаются гликолевая, молочная, лимонная и аминоуксусная кислоты. Ускоряющими являются янтарная, малоновая, пропионовая, масляная, валериановая и другие кислоты. Для стабилизации служат в основном соединения свинца, тиосульфат, тиомочевина и т.д.
Ниже приведены примеры двух ванн для химического никелирования, г/л:
Ванна
1
2
Сульфат никеля (NiS04*7Н2О)
20—30
—
Ацетат натрия (CH3*COONa*3H2O)
10—15
—
Молочная кислота (CH3CHOHCOOH)
25—30
—
Тиомочевина (H2NCSNH2)
0,0005—0,001
—
Гипофосфит натрия (NaHPO2*H2O)
15—20
15—25
Хлорид аммония (NH4Cl)
—
30—40
Цитрат натрия (Na3C6H5O7*5/2 H20)
30—50
Аммиак (NH4OH)
70-100
Хлорид никеля (NiCl2*6H2O)
20—30
Ванна 1 кислая, лучше всего работает при рН=4,3—4,8. Рабочая температура ванны 85—90 °С должна поддерживаться во время всего процесса никелирования. Для регулирования рН служит разбавленный (например, 5%-ный) раствор едкого натра.
Готовят ванну 1 следующим образом: в дистиллированной воде, нагретой до температуры 60°С, сначала растворяют ацетат натрия, затем сульфат никеля и добавляют молочную кислоту, предварительно нейтрализованную едким натром до рН=3,5—4,0. Нагрев ванну до 85 °С, добавляют гипофосфит натрия. После этого можно приступить к никелированию.
Концентрация тиомочевины очень мала и в условиях мастерской нет возможности взвешивания с точностью до долей грамма. Так как избыток тиомочевины может привести к полной задержке процесса никелирования, лучше полностью отказаться от этого стабилизатора и воспользоваться ванной без тиомочевины.
Ванна 2 щелочная. В дистиллированной воде, нагретой до 60 °С, растворяют цитрат натрия, хлориды аммония и никеля, добавляют порциями при постоянном перемешивании раствор аммиака с целью достижения рН=8—9. При этом происходит заметное изменение цвета раствора с зеленоватого на голубой. После подогрева до 80°С добавляют гипофосфит и ванна готова к эксплуатации.
Приведенная информация очень общая и мало отражает практическую сторону никелирования.
При менее 80°С эффективность ванны очень низка. При 90°С получают в течение 1 ч слой никеля толщиной 10—20 мкм. При дальнейшем повышении температуры, например, до 95°С получают более толстые слои, но стабильность ванны снижается. В определенный момент может наступить внезапное разложение ванны, что сопровождается появлением черного порошка на дне и стенках ванны. Такая ванна непригодна для дальнейшего использования.
Серьезной проблемой является выбор соответствующих рабочих емкостей. В промышленных условиях применяют сложные установки из коррозионностойкой стали, тогда как для никелирования в малом объеме в основном служат стеклянные, фарфоровые или эмалированные емкости.
Наилучшим способом нагрева малых и средних емкостей является водяная рубашка. Опустим 5л стеклянный сосуд в эмалированный 10л бак с водой, мы можем получить водяную рубашку, пригодную для газо- или электронагрева ее до температуры кипения. В стеклянном сосуде можно достичь температуры 83—-85°С, достаточной для проведения процесса.
Высокая температура и сильное газовыделение на поверхности изделий фиксируется обслуживающим персоналом по сильному неприятному запаху. Очевидно, что вся установка должна находиться под вытяжкой.
Как видно, вся процедура непроста, вследствие чего применение химического никелирования ограничено теми случаями, когда неприменимы электролитические методы. Например, металлические сильфоны в виде цилиндрической гармошки, применяемые для измерения давления при пневморегулировке, невозможно никелировать электролитически из-за сложной геометрической формы. Химическое никелирование является прекрасным решением этой проблемы.
Стальные изделия можно никелировать химически без затруднений. На меди и латуни осаждение никеля начинается после кратковременного контакта с менее благородным металлом, например, железом или алюминием. Для никелирования алюминиевых сплавов обычно применяют щелочные ванны (например ванну 2).
На стенках и дне сосуда, применяемого для химического никелирования, могут оседать мелкие частички никеля, в особенности, если поверхность сосуда не очень гладка, имеет царапины. Перед дальнейшим использованием такого сосуда необходимо устранить осевшие частички никеля, растворяя их в азотной кислоте.
Свойства покрытий
Никелевое покрытие, полученное химическим путем, содержит кроме никеля в значительных количествах фосфор в зависимости от состава ванны и условий осаждения.
Установлено, что в кислых растворах получают более богатые фосфором покрытия, чем в щелочных растворах. Фосфор оказывает заметное влияние на магнитные свойства и, следовательно определение толщины слоя никеля магнитными методами сопряжено с заметными ошибками.
Твердость свежеосажденного покрытия ~5 кН/мм2. Нагрев до 400 °С в течение 1 ч повышает твердость до 8—10 кН/мм2, что ненамного уступает твердости хромовых покрытий. При 400°С химические покрытия приобретают цвет от желтого до гранатового. Во избежание этого покрытые детали следует нагревать в защитных средах.
Нагрев до 400 °С может отрицательно влиять на механические свойства подложки, поэтому некоторые применяют более низкие температуры, значительно увеличивая время обработки, например, 290 °С в течение 10 ч. Кроме того, не установлено, что максимальная твердость очень полезна, так как например, в химических покрытиях твердостью выше 9 кН/мм2 наблюдались трещины. Рекомендуется термическая обработка в температурной области 250—290 °С, что должно обеспечить твердость ~8 кН/мм2.
Довольно своеобразные результаты были получены при исследовании механической износостойкости. Лучшие результаты были получены на покрытиях, термически обработанных при 650°С в течение 2 ч и, следовательно, имеющих твердость около 6 кН/мм2.
В отношении коррозионной стойкости химического никеля имеются многочисленные высказывания, отдающие предпочтение химическим покрытиям перед электролитическими. Некоторые конструктуры, подкрепленные этими высказываниями, согласились на антикоррозионную защиту стальных изделий химическим никелем толщиной 2—3 мкм. Однако такое покрытие не защищает от коррозии грубо обработанную поверхность стали.
15.01.2008
