Всем привет! Цель статьи заключается в том, чтобы показать процесс никелирования со всех возможных сторон. А именно, как добиться высокого качества покрытия, не слишком потратится на расходные материалы и безопасно произвести гальванические работы. Мы также по возможности изготовим свой собственный электролит с нуля, вместо того, чтобы покупать специальные химические реактивы.

Если вы уже знакомы с процессом омеднения, отметьте следующее, что данный процесс имеет существенные отличия. Никель не очень хорошо растворяется (если вообще растворяется) в уксусе без специальных активаторов.

Никелирование можно использовать во множестве случаев, например:

• Создать антикоррозионное покрытие, что защитит основной металл от окисления и коррозии. Его часто используют в пищевой промышленности, для предотвращения загрязнения пищевых продуктов железом.
• Увеличить твёрдость покрываемого предмета и таким образом повысить долговечность деталей механизмов и инструментов.
• Помочь при спаивании разных металлов.
• Создать всевозможные варианты красивых декоративных отделок.
• Значительная толщина покрытия, может сделать предмет магнитным.

Примечание: Чтобы получить различные виды покрытий (на вид и по свойствам), вам будет нужно добавить дополнительные химические реактивы и металлы для получения желаемого результата. Реактивы изменят пути размещения атомов относительно себя и/или добавляют другие металлы в наносимое покрытие. Если вам нужно получить антикоррозийное покрытие, не добавляйте никаких химических реактивов в электролит, так как они могут оставить на покрытии пятна или сделать его тусклым.

Отказ от ответственности – ацетат никеля, химический состав, который мы будем изготавливать, очень ядовит. Название статьи говорит о том, что вам не нужно играть в безумные игры с сильнейшими кислотами, что могут оставить тяжелые ожоги на коже. При тех концентрациях, с которыми мы будем работать, процесс будет «относительно безопасным». Тем не менее, не забудьте вымыть руки, после того, как закончите работу и не забудьте должным образом вытереть поверхности (на которых или рядом с которыми) могли попасть остатки химического состава.

Давайте начинать.

Шаг 1: Материалы

Почти все расходные материалы можно найти в ближайшем супермаркете. Найти источник чистого никеля немного сложнее, но он не будет стоить больше, чем пару долларов. Также настоятельно рекомендую найти блок питания (AC/DC).

Материалы:

• Дистиллированный 5% уксус;
• Поваренная соль;
• Банка с закручивающейся крышкой;
• 6В батарею;
• Зажимы «крокодильчики»;
• Нитриловые перчатки;
• Бумажные полотенца;
• Кислотный абразив Cameo Stainless Steel and Aluminum Cleaner;

Чистый никель – вы можете «достать» несколькими различными путями.

• Купить две пластины никеля на eBay за ~$5;
• В хорошем строительном магазине можно найти никелированные сварочные электроды;
• Большинство музыкальных магазинов продают никелированные гитарные струны.

Вы также можете удалить никелевые витки/намотки со старых гитарных струн, если у вас трудности с деньгами. Это займёт немного времени, потребуется воспользоваться кусачками и плоскогубцами. Наибольшее количество никеля содержат струны, что состоят из стального ядра, которое в дальнейшем может «загрязнить» электролит.

Кроме этого можно воспользоваться никелированными дверными ручками. Я советовал бы с опаской относиться к этому варианту. Всё из-за того, что существует хороший шанс того, что они просто покрыты никелиподобным покрытием.

• Высоковольтный блок питания (постоянное напряжение). В проекте использовал старый 13.5В зарядник для ноутбука. Можно использовать зарядки для мобильных телефонов или же старый компьютерный блок питания.
• Держатель предохранителя;
• Простой проволочный предохранитель, рассчитанный на приграничные условия эксплуатации выбранного вами блока питания.

Шаг 2: Подготавливаем блок питания

Моя версия стенда довольно сырая, зато она эффективная. Вы можете (и возможно следует) сделать небольшой ящик с банкой, предохранителем и двумя клеммами, что выведены наружу, к которым присоединены крокодильчики для подключения к блоку питания.

В случае, если будете использовать зарядку для мобильного телефона, вам будет нужно выполнить следующие действия:

• Отрезать бочкообразный штекер.
• Разделить два провода и укоротить один из них на 5-8 см. Это поможет предотвратить случайное короткое замыкание.
• Зачистить от изоляции около 6 мм проводов.
• Припаять к одному из них держатель предохранителя и установить в него предохранитель.

В том же случае, если вы будете использовать зарядку для ноутбука будет нужно выполнить следующее:

• Отрезать бочкообразный штекер;
• Используя лезвие, удалите наружную изоляцию. Большинство зарядок имеют один изолированный провод, что обернут во множество медных проводов без изоляции.
• Скрутить медные провода без изоляции вместе, сформировав одну жилу. Это будет «земля».
• Припаять к нему держатель предохранителя.
• Зачистить около 6 мм изолированного провода и связать обо провода используя пластиковую застёжку или изоленту, таким образом он не коротнёт с оголенным проводом.

Намного более сложнее превратить компьютерный блок питания в настольный БП. Поисковик вам в помощь, вы наверняка найдёте пару статей, в которых всё подобно расписано.

Примечание относительно полярностей

При проведении процесса никелирования, нужно заранее определить полярности выводов. Полярность можно определить при помощи мультиметра (режим вольтметра). Если у вас нет под рукой прибора, вы можете смешать щепотку соли с небольшим количеством воды. Возьмите один из «крокодильчиков», подсоедините его к одному проводу и опустите в воду. Повторите подобную процедуру с другим проводом. Крокодильчик, вокруг которого будут возникать пузырьки и будет иметь отрицательную полярность.

Шаг 3: Готовим электролит

В принципе, можно приобрести различные соли никеля, но в этом же нет духа изобретателя. Я покажу, как можно изготовить ацетат никеля, намного дешевле, чем покупать хим. реактивы в магазине.

Заполним банку дистиллированным уксусом, оставив около 25 мм от верха. Растворим немного соли в уксусе. Количество соли не так важно, но не стоит перебарщивать (щепотки должно хватить). Причина, по которой мы добавляем соль, кроется в том, что она увеличивает электропроводность уксуса. Чем больше величина тока, что протекает через уксус, тем быстрее мы сможем растворить никель. Однако, слишком большая величина тока, приведёт к тому, что толщина покрытие будет нещадно низкой. Всё нужно делать с экономией.

В отличии от меди, никель не превратится в электролит, просто полежав некоторое время. Нам нужно растворить никель электричеством.

Поместим два куска чистого никеля в уксус с солью таким образом, чтобы части обоих кусков выглядывали из раствора (находились в воздухе) и при этом не касались друг друга. Закрепим «крокодильчик» на одном куске никеля, после чего подключим его к положительному выводу (полярность мы определили в прошлом шаге). Закрепим второй «крокодильчик» на другом куске никеля и подсоединим его к отрицательному выводу блока питания. Убедитесь в том, что зажимы не касаются уксуса, так как они растворятся в нём и приведут электролит в негодность.

Вокруг источника никеля, что соединён с отрицательным выводом начнут образовываться пузырьки водорода, а вокруг положительного — пузырьки кислорода. Говоря по правде, очень небольшое количество газообразного хлора (от соли) также сформируется на положительной клемме, но если вы не положили значительное количество соли или используете невысокое напряжение, то концентрация хлора, что растворяется в воде, не будет превышать допустимые пределы. Проводить работы следует на улице или в хорошо проветриваемом помещении.

Через некоторое время (в моём случае около двух часов), вы заметите, что раствор стал светло-зеленого цвета. Это ацетат никеля. Если вы получили синие, красные, желтые или любые другие цвета, — это означает, что источник никеля не был чистым. Раствор должен быть прозрачным, если он мутный — источник никеля не был чистым. Раствор и «источники никеля» могут греться во время процесса — это нормально. Если они на ощупь стали очень горячими, отключите питание, дайте им остыть в течение часа, а затем снова включите питание (повторяйте при необходимости). Возможно, вы добавили слишком много соли, что увеличило ток и мощность, рассеиваемую в виде тепла.

Шаг 4: Подготовка поверхности для покрытия

ПРИМЕЧАНИЕ. Некоторые металлы, такие как нержавеющая сталь, не допускают прямого никелирования. Сначала будет нужно создать промежуточный медный слой.

Итоговый результат будет зависит от чистоты поверхности, на которую будет наноситься никелевое покрытие. Даже если поверхность выглядит чистой, всё равно нужно её очистить (мылом или чистящим средством в состав которого входит кислоты).

Вы можете дополнительно очистить поверхность путем обратного гальванического разложения (т.е. «электроочисткой») в течение нескольких секунд. Прикрепите объект к положительному выводу, «пустой провод» к отрицательному выводу и оставьте их в растворе солей уксуса на 10-30 секунд. Это приведет к удалению остаточного окисления.

Большие поверхности можно очистить тонкой стальной щёткой и уксусом.

Шаг 5: Пришло время для гальванизации

В этом шаге в качестве источника питания будет использоваться 6В батарея. Более низкое напряжения (примерно в 1 В) позволит добиться лучшего, более блестящего и более гладкого покрытия. Для гальванопокрытия можно использовать источник питания более высокого постоянного напряжения, но полученный результат будет далек от идеала.

Поместим источник никеля в раствор ацетата никеля и подключим его к положительному выводу батареи. Закрепим другой зажим на объекте, который будет никелироваться и подключим его к отрицательному выходу аккумулятора.

Поместим объект в раствор и подождём около 30 секунд. Достанем его, повернём на 180 градусов и поместим его обратно в раствор еще на 30 секунд. Нужно менять место крепления зажима, чтобы покрыть всю поверхность. В отличие от медного покрытия, зажим не должен оставлять меток «ожогов».

Раствор вокруг объекта должен пузыриться.

Шаг 6:

Никель не окисляется при комнатной температуре и не тускнеет. Можно слегка отполировать поверхность, чтобы получить яркий блеск.

Если никелирование не такое блестящее, как хотелось бы, отполируйте его средством, которое не содержит воска или масла, а затем снова проведите гальванику покрытие.

Добавление небольшое количество олова во время первоначального покрытия, изменит цвет (олово даёт цвет белого металла, такого как серебро). Многие металлы могут быть электрически растворены в уксусе, как никель. Два основных металла, которые не могут быть электрически растворены в уксусе, — это золото и серебро (поверьте, я пробовал). С прошлого эксперимента у меня осталось немного медного электролита, который я смешал с раствором никеля. Результат — матовая, темно-серая, очень твердая поверхность, которая похожа на школьную доску.

Если вы не опытный химик, будьте очень осторожны, добавляя случайные химические вещества к гальванической ванне — вы можете запросто создать какой-то токсичный газ…

На этом всё! Спасибо за внимание.

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 NiSO 4 (NH 4) 2 SO 4 ·6H 2 O. 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/дм 2 . 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/дм 2 (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 NiSO 4 · 7H 2 O, 30-60 NiCl 2 · 6H 2 O, 30 - 40 H 3 ВO 3 .

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).

Химическое покрытие одних металлов другими подкупает простотой технологического процесса. Действительно, если, например, необходимо химически отникелировать какую-либо стальную деталь, достаточно иметь подходящую эмалированную посуду, источник нагрева (газовая плита, примус и т.п.) и относительно недефицитные химреактивы. Час-другой - и деталь покрыта блестящим слоем никеля.

Заметим, что только с помощью химического никелирования можно надежно отникелировать детали сложного профиля, внутренние полости (трубы и т.п.). Правда, химическое никелирование (и некоторые другие подобные процессы) не лишено и недостатков. Основной из них - не слишком крепкое сцепление никелевой пленки с основным металлом. Однако этот недостаток устраним, для этого применяют так называемый метод низкотемпературной диффузии. Он позволяет значительно повысить сцепление никелевой пленки с основным металлом. Метод этот применим для всех химических покрытий одних металлов другими.

В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей с помощью гипофосфита натрия и некоторых других химреактивов.

Никелирование

Никелевые покрытия, полученные химическим путем, имеют аморфную структуру. Наличие в никеле фосфора делает пленку близкой по твердости пленке хрома. К сожалению, сцепление пленки никеля с основным металлом сравнительно низкое. Термическая обработка пленок никеля (низкотемпературная диффузия) заключается в нагреве отникелированных деталей до температуры 400°С и выдержке их при этой температуре в течение 1 ч.

Если покрываемые никелем детали закалены (пружины, ножи, рыболовные крючки и т.п.), то при температуре 40°С они могут отпуститься, то есть потерять свое основное качество - твердость. В этом случае низкотемпературную диффузию проводят при температуре 270...300 С с выдержкой до 3 ч. При этом термообработка повышает и твердость никелевого покрытия.

Все перечисленные достоинства химического никелирования не ускользнули от внимания технологов. Они нашли им практическое применение (кроме использования декоративных и антикоррозионных свойств). Так, с помощью химического никелирования осуществляется ремонт осей различных механизмов, червяков резьбонарезных станков и т.д.

В домашних условиях с помощью никелирования (конечно, химического!) можно отремонтировать детали различных бытовых устройств. Технология здесь предельно проста. Например, сносилась ось какого-либо устройства. Тогда наращивают (с избытком) слой никеля на поврежденном месте. Затем рабочий участок оси полируют, доводя его до нужного размера.

Надо отметить, что с помощью химического никелирования нельзя покрывать такие металлы, как олово, свинец, кадмий, цинк, висмут и сурьму.

Растворы, применяемые для химического никелирования, подразделяются на кислые (pH - 4...6,5) и щелочные (pH - выше 6,5). Кислые растворы предпочтительнее применять для покрытия черных металлов, меди и латуни. Щелочные - для нержавеющих сталей.

Кислые растворы (по сравнению с щелочными) на полированной детали дают более гладкую (зеркальную) поверхность, у них меньшая пористость, скорость протекания процесса выше. Еще немаловажная особенность кислых растворов: у них меньше вероятность саморазряда при превышении рабочей температуры. (Саморазряд - мгновенное выпадение никеля в раствор с расплескиванием последнего.)

У щелочных растворов основное преимущество - более надежное сцепление никелевой пленки с основным металлом.

И последнее. Воду для никелирования (и при нанесении других покрытий) берут дистиллированную (можно использовать конденсат из бытовых холодильников). Химреактивы подойдут как минимум чистые (обозначение на этикетке - Ч).

Перед покрытием деталей любой металлической пленкой необходимо провести специальную подготовку их поверхности.

Подготовка всех металлов и сплавов заключается в следующем. Обработанную деталь обезжиривают в одном из водных растворов, а затем деталь декапируют в одном из нижеперечисленных растворов.

Составы растворов для декапирования (г/л)

Для стали

Серная кислота - 30...50. Температура раствора - 20°С, время обработки - 20...60 с.

Соляная кислота - 20...45. Температура раствора - 20°С, время обработки - 15...40 с.

Серная кислота - 50...80, соляная кислота - 20...30. Температура раствора - 20°С, время обработки - 8...10с.

Для меди и ее сплавов

Серная кислота - 5%-ный раствор. Температура - 20°С, время обработки - 20 с.

Для алюминия и его сплавов

Азотная кислота. (Внимание, 10...15%-ный раствор.). Температура раствора - 20°С, время обработки - 5... 15 с.

Учтите, что для алюминия и его сплавов перед химическим никелированием проводят еще одну обработку - так называемую цинкатную. Ниже приведены растворы для цинкатной обработки.

Составы растворов для цинкатной обработки (г/л)

Для алюминия

Едкий натр - 250, окись цинка - 55. Температура раствора - 20°С, время обработки - 3...5 с.

Едкий натр - 120, сернокислый цинк - 40. Температура раствора - 20°С, время обработки - 1,5...2 мин.

При подготовке обоих растворов сначала отдельно в половине воды растворяют едкий натр, в другой половине - цинковую составляющую. Затем оба раствора сливают вместе.

Для литейных алюминиевых сплавов

Едкий натр - 10, окись цинка - 5, сегнетова соль (кристаллогидрат) - 10. Температура раствора - 20°С, время обработки - 2 мин.

Для деформируемых алюминиевых сплавов

Хлорное железо (кристаллогидрат) - 1, едкий натр - 525, окись цинка 100, сегнетова соль - 10. Температура раствора - 25°С, время обработки - 30...60 с.

После цинкатной обработки детали промывают в воде и завешивают их в раствор для никелирования.

Все растворы для никелирования универсальны, то есть годны для всех металлов (хотя есть и некоторая специфика). Готовят их в определенной последовательности. Так, все химреактивы (кроме гипофосфита натрия) растворяют в воде (посуда эмалированная!). Затем раствор разогревают до рабочей температуры и только после этого растворяют гипофосфит натрия и завешивают детали в раствор.

В 1 л раствора можно отникелировать поверхность площадью до 2 дм.

Составы растворов для никелирования (г/л)

Сернокислый никель - 25, янтарнокислый натрий - 15, гипофосфит натрия - 30. Температура раствора - 90°С, pH - 4,5, скорость наращивания пленки - 15...20 мкм/ч.

Хлористый никель - 25, янтарно-кислый натрий - 15, гипофосфит натрия - 30. Температура раствора - 90...92°С, pH - 5,5, скорость наращивания - 18...25 мкм/ч.

Хлористый никель - 30, гликолевая кислота - 39, гипофосфит натрия - 10. Температура раствора 85...89°С, pH - 4,2, скорость наращивания - 15.,.20 мкм/ч.

Хлористый никель - 21, уксуснокислый натрий - 10, гипофосфит натрия - 24. Температура раствора - 97°С, pH - 5,2, скорость наращивания - до 60 мкм/ч.

Сернокислый никель - 21, уксуснокислый натрий - 10, сульфид свинца - 20, гипофосфит натрия - 24. Температура раствора - 90°С, pH - 5, скорость наращивания - до 90 мкм/ч.

Хлористый никель - 30, уксусная кислота - 15, сульфид свинца - 10...15, гипофосфит натрия - 15. Температура раствора - 85...87°С, pH - 4,5, скорость наращивания - 12...15 мкм/ч.

Хлористый никель - 45, хлористый аммоний - 45, лимоннокислый натрий - 45, гипофосфит натрия - 20. Температура раствора - 90°С, pH - 8,5, скорость наращивания - 18... 20 мкм/ч.

Хлористый никель - 30, хлористый аммоний - 30, янтарнокислый натрий - 100, аммиак (25%-ный раствор - 35, гипофосфит натрия - 25). Температура - 90°С, pH - 8...8,5, скорость наращивания - 8...12 мкм/ч.

Хлористый никель - 45, хлористый аммоний - 45, уксуснокислый натрий - 45, гипофосфит натрия - 20. Температура раствора - 88....90°С, pH - 8...9, скорость наращивания - 18...20 мкм/ч.

Сернокислый никель - 30, сернокислый аммоний - 30, гипофосфит натрия - 10. Температура раствора - 85°С, pH - 8,2...8,5, скорость наращивания - 15... 18 мкм/ч.

Внимание! По существующим ГОСТам однослойное покрытие никелем на 1 см 2 имеет несколько десятков сквозных (до основного металла) пор. Естественно, что на открытом воздухе стальная деталь, покрытая никелем, быстро покроется «сыпью» ржавчины.

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/дм 2 площади поверхности детали, включая как внутреннюю, так и внешнюю;
• воду нагревают до 60°С, после чего растворяют в ней 30 г хлористого никеля (NiCl 2) и 10 г уксуснокислого натрия (CH 3 COONa) на 1 л воды;
• температуру поднимают до 80°С и добавляют 15 г гипосульфита натрия, затем в емкость с раствором погружают обрабатываемую деталь.

Кипячение металлического изделия

После погружения детали, раствор нагревают до 90-95°С и поддерживают температуру на таком уровне в течение всего процесса никелирования. Если вы увидели, что количество раствора сильно уменьшилось, можно добавить в него предварительно нагретую дистиллированную воду. Кипячение должно проходить не менее 1-2 часов. Иногда для получения многослойного покрытия, изделия из металла подвергают серии коротких (20-30 минут) кипячений, после каждого из которых деталь достают из раствора, промывают и высушивают. Это дает возможность получить слой никеля из 3-4 прослоев, которые суммарно имеют большую плотность и качество, чем одинарный слой той же мощности.

Особенность покрытия стальных изделий в том, что никель осаждается самопроизвольно вследствие каталитического воздействия железа. Для осаждения защитного слоя на цветных металлах используется другой состав.

2

Химическое никелирование цветных металлов позволяет создавать защитную пленку на поверхности латуни, меди и бронзы. Для этого деталь сначала обезжиривают раствором, состав которого указан в первом способе, причем снимать оксидную пленку с металла не обязательно. Раствор для никелирования готовят следующим образом: в эмалированную емкость наливают 10% раствор хлористого цинка (ZnCl 2), который более известен под названием «паяльная кислота». К нему понемногу добавляют сернокислый никель (NiSO 4) до такой концентрации, при которой раствор окрашивается в зеленый цвет. Состав доводят до кипения, после чего погружают деталь в него на 1,5-2 часа. После того как реакция закончится, изделие достают из раствора и помещают в емкость с меловой водой (готовится способом добавления 50-70 г мела в порошке на 1 литр воды), а затем промывается.

Раствор сернокислого никеля

Никелирование алюминия проходит по схожей технологии, но состав раствора немного другой:

• 20 г сернокислого никеля;
• 10 г натрия уксуснокислого;
• 25 г натрия фосфорноватистокислого;
• 3 мл тиомочевины концентрацией 1 г/л;
• 0,4 г фтористого натрия;
• 9 мл уксусной кислоты.

Обработка деталей из алюминия

Перед обработкой изделия из алюминия погружают в раствор каустической соды, концентрацией 10-15%, и нагретом до температуры 60-70°С. При этом происходит бурная реакция с выделением водорода, пузырьки которого очищают поверхность от окислов и загрязнения. В зависимости от степени загрязненности, детали выдерживают в очищающем растворе от 15-20 секунд до 1-2 минут, после чего промывают в проточной воде и погружают в никелирующий раствор.

3

Вследствие никелирования значительно повышаются физико-механические и декоративные свойства металлических изделий. Никель имеет серебристо-белый цвет, на воздухе быстро покрывается незаметной человеческому глазу пленкой окислов, которые практически не меняют его внешнего вида, но при этом надежно защищают от дальнейшего окисления и реакций с агрессивной средой. Никелирование используется для защиты сталей, бронзы, латуни, алюминия, меди и других материалов.

Защита металлических изделий от окисления

Является катодной защитой. Это значит, что при повреждении целостности покрытия, металл начинает реагировать с внешней средой. Для повышения механических свойств защитного слоя, нужно наносить его, точно придерживаясь технологии и последовательности действий. Никель, нанесенный на поверхность со следами загрязнения и ржавчины, с большим количеством неровностей, может начать вспучиваться и отслаиваться в процессе эксплуатации.

Изделия, покрытые никелем, почти ни в чем не уступают хромированным - имеют похожий блеск и твердость. При больших размерах емкостей для химической реакции никелем можно покрывать довольно большие детали, например, автомобильные диски.

4

Никелирование придает металлу красивый блестящий вид, высокую коррозионную стойкость и повышает твердость поверхности. Детали, покрытые никелем, можно использовать для украшения столбов ограды, если такую предусматривает проект участка. Красиво выглядят и имеют длительный срок эксплуатации различные метизы - крепежные болты, скобы, элементы мебельной фурнитуры. Они могут быть использованы в условиях повышенной влажности, температуры и нагрузки - в местах, где сталь быстро ржавеет и теряет свойства.

Химическое никелирование можно произвести собственноручно, в условиях хорошо проветриваемого гаража или мастерской.

Красивый блестящий вид поверхности

Нежелательно делать описанные технологические операции на кухне, так как испарения любых химических веществ могут быть опасными для здоровья.

Покрытие никелем с помощью химических реактивов не требует высоких энергозатрат, в отличие от гальванического, но позволяет получить достаточно качественное, блестящее и твердое покрытие.

Никелирование применяется в машиностроении, приборостроении н других отраслях промышленности. Никелем покрывают детали из стали и цветных металлов для защиты их от коррозии, декоративной отделки, повышения сопротивления механическому износу. Благодаря высокой коррозионной стойкости в растворах щелочей никелевые покрытия применяют для защиты химических аппаратов от щелочных растворов. В пищевой промышленности никель может заменять оловянные покрытия. В оптической промышленности получил распространение процесс черного никелирования
При электрохимическом осаждении никеля на катоде протекают два основных процесса: Ni 2+ + 2e - → Ni и 2Н + + 2е - → Н 2 .
В результате разряда ионов водорода концентрация их в прикатодном слое снижается, т. е. электролит защелачивается. При этом могут образовываться основные соли никеля, которые влияют на структуру н механические свойства никелевого покрытия. Выделение водорода вызывает также питтинг - явление, при котором пузырьки водорода, задерживаясь на поверхности катода, препятствуют разряду ионов никеля в этих местах. На покрытии образуются ямки и осадок теряет декоративный вид. В борьбе с питтингом применяют вещества, которые снижают поверхностное натяжение на границе металл - раствор.
При анодном растворении никель легко пассивируется. При пассивации анодов в электролите уменьшается концентрация ионов никеля и быстро растет концентрация ионов водорода, что приводит к падению выхода по току и ухудшению качества осадков. Для предупреждения пассивирования анодов в электролиты никелирования вводят активаторы. Такими активаторами являются ионы хлора, которые вводят в электролит в виде хлористого никеля или хлористого натрия.

Будьте внимательны! Компания «ЛВ-Инжиниринг» не предоставляет услуги по нанесению гальванических покрытий! Наша организация осуществляет проектирование гальванических производств, изготовление гальванических ванн и линий из полипропилена, монтаж и пусконаладочные работы по данному направлению.

Сернокислые электролиты никелирования

Сернокислые электролиты никелирования получили наибольшее распространение. Эти электролиты устойчивы в работе, при правильной эксплуатации они могут использоваться в течение нескольких лет без замены. Состав некоторых электролитов и режимы никелирования:

Сернокислый натрий и сернокислый магний вводят в электролит для повышения электропроводности раствора. Проводимость растворов натрия выше, но в присутствии сернокислого магния получаются более светлые, мягкие и легко полируемые осадки.
Никелевый электролит очень чувствителен даже к небольшим изменениям кислотности. Для поддержания величины рН в требуемых пределах необходимо применять буферные соединения. В качестве такого соединения, препятствующего быстрому изменению кислотности электролита, применяют борную кислоту.
Для облегчения растворения анодов в ванну вводят хлористые соли натрия.
Для приготовления сернокислых электролитов никелирования необходимо растворить в отдельных емкостях в горячей воде все компоненты. После отстаивания растворы фильтруют в рабочую ванну. Растворы перемешивают, проверяют рН электролита и при необходимости корректируют 3%-ным раствором едкого натра или 5%-иым раствором серной кислоты. Затем электролит доводят водой до требуемого объема. При наличии примесей необходимо перед началом эксплуатации электролита произвести его проработку, так как никелевые электролиты чрезвычайно чувствительны к посторонним примесям как органическим, так и неорганическим.
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Дефекты при эксплуатации сернокислых электролитов никелирования и способы их устранения

При никелировании применяют горячекатаные аноды, а также непассивирующиеся аноды. Применяют также аноды в форме пластинок (карточек), которые загружают в зачехленные титановые корзины. Карточные аноды способствуют равномерному растворению никеля. Во избежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды следует заключать в чехлы из ткани, которые предварительно обрабатывают 2-10%-ным раствором соляной кислоты.
Отношение анодной поверхности к катодной при электролизе 2: 1.
Никелирование мелких деталей осуществляют в колокольных и барабанных ваннах. При никелировании в колокольных ваннах применяют повышенное содержание хлористых солей в электролите для предотвращения пассивации анодов, которая может возникать из-за несоответствия поверхности анодов и катодов, вследствие чего концентрация никеля в электролите понижается и уменьшается значение рН. Оно может достигнуть таких пределов, при которых вообще прекращается осаждение никеля. Недостатком при работе в колоколах и барабанах является также большой унос электролита с деталями из ванн. Удельные нормы потерь при этом составляют от 220 до 370 мл/м 2 .

Электролиты блестящего никелирования

Для защитно-декоративной отделки деталей широко применяют блестящие и зеркальные никелевые покрытия, получаемые непосредственно из электролитов с блескообразующими добавками. Состав электролита и режим никелирования:

Никель сернокислый - 280-300 г/л
Никель хлористый - 50-60 г/л
Кислота борная - 25-40 г/л
Сахарин 1-2 г/л
1,4-бутиндиол - 0,15-0,18 мл/л
Фталимид 0,02-0,04 г/л
рН = 4-4,8
Температура = 50-60°С
Плотность тока = 3-8 А/дм 2

Для получения блестящих никелевых покрытий используют также электролиты с другими блескообразующими добавками: хлорамина Б, пропаргилового спирта, бензосульфамида и др.
При нанесении блестящего покрытия необходимо интенсивное перемешивание электролита сжатым воздухом желательно в сочетании с качанием катодных штанг, а также непрерывная фильтрация электролита,
Электролит приготовляют следующим образом. В дистиллированной или деионизированной горячей (80-90°С) воде растворяют при перемешивании сернокислый и хлористый никель, борную кислоту. Доведенный водой до рабочего объема электролит подвергают химической и селективной очистке. Для удаления меди и цинка электролит подкисляют серной кислотой до рН 2-3 завешивают катоды большой площади из рифленой стали и прорабатывают электролит в течение суток при температуре 50-60°С, перемешивая сжатым воздухом. Плотность тока 0,1-0,3 А/дм 2 . Затем рН раствора доводят до 5,0-5,5, после чего в него вводят перманганат калия (2 г/л) или 30%-ный раствор перекиси водорода (2 мл/л).
Раствор перемешивается в течение 30 мин, добавляют 3 г/л активированного угля, обработанного серной кислотой, и перемешивают электролит 3-4 с помощью сжатого воздуха. Раствор отстаивается 7-12 ч, затем фильтруется в рабочую ванну.
В очищенный электролит вводят блескообразователи: сахарин и 1,4-бутиндиол непосредственно, фталимид - предварительно растворив в небольшом количестве электролита, подогретого до 70-80° С. Доводят рН до требуемого значения и приступают к работе. Расход блескообразователей при корректировании электролита составляет: сахарин 0,01-0,012 г/(А.ч); 1,4-бутнндиол (35%-ный раствор) 0,7-0,8 мл/(А.ч); фталимид 0,003-0,005 г/(А.ч).
Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения приведены в Таблице 2.

Таблица 2. Дефекты при эксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устранения