Никелирование

Самым востребованным покрытием из этой группы является никелевое. Около 13 % всего выпускаемого никеля используется для получения гальванических покрытий.

Покрытия никелем применяют на железе, цинке и других металлах для придания поверхности коррозионной стойкости, красивого декоративного вида, стойкости против эрозии и абразивного износа, в качестве подслоя под хромовое покрытие и для некоторых специальных целей, например, для уменьшения перенапряжения для выделения водорода в электролизёрах по производству водорода и кислорода. Очень трудно даже перечислить области применения никелевых покрытий. Условно можно разделить их на защитно-декоративные покрытия и покрытия технического назначения. Защитно-декоративные покрытия, часто в комбинации с хромовыми, применяют в автомобильной промышленности для отделки бамперов, ручек, втулок, решёток, затворов, антенн и многих других деталей внешней и внутренней отделки. Никелирование широко применяют для покрытий деталей велосипедов, детских колясок, различной фурнитуры строительного назначения (ручек, замков, ключей) механического инструмента, кухонного оборудования и другой бытовой техники. Такие покрытия имеют толщину 5 - 40 мкм, в некоторых случаях их покрывают хромом толщиной 0,5 мкм для придания поверхности блестящего вида. Покрытия никелем наносят и на детали из пластмасс для придания им декоративного металлического вида и блеска.

Покрытия технического назначения наносят для улучшения свойств новых деталей, восстановления изношенных за счёт истирания, коррозии или других видов разрушения поверхностей металла, наращивания толщины из-за неточной машинной обработки детали, а также как подслой для толстых хромовых покрытий. Осадки, толщиной 25 - 250 мкм наносят на корпуса насосов, теплообменники, испарительные трубы, баки стиральных машин, щелочные батареи, ёмкости для пищевых производств. Покрытия, подвергаемые в дальнейшем механической обработке, достигают толщины 125 - 500 мкм. Их применяют в компрессорах, для арматуры в электромоторах, для оборудования в резиновой и бумажной промышленности. Механически обработанные покрытия для отремонтированных после износа деталей с хромовым покрытием толщиной 5 - 6 мкм, что диктуется экономической целесообразностью. Такие покрытия наносят на оси, шарнирные сцепления, гидравлические рамы, колонны, шестерни, подшипники, автомобильные детали и многие другие детали и конструкции.

Никелирование применяется в гальванопластике, где электроосаждение проводится в специальной матрице, от которой потом покрытие легко отделяется. Получившийся таким образом осадок имеет необходимую, заранее заданную матрицей форму. Разнообразие формы объекта может быть воспроизведено в этом случае с высокой точностью. Никель имеет то преимущество, что его внутренние напряжения, твёрдость и пластичность могут быть изменены в широких пределах и процесс гальванопластики даёт возможность получить прочное жесткое изделие, способное сопротивляться абразивному износу, эрозии и коррозионному воздействию.

Самым распространённым, простым и экономически выгодным является электролит Уоттса следующего состава, г/л:

Сульфат никеля NiSO ₄ ×7H2O 240 - 300;

Хлорид никеля NiCl₂ × 6H₂O 40 - 60;

Борная кислота H₃BO₃ 25 - 40;

Условия электроосаждения:

Температура 25 – 50 ⁰С;

рН 4,0 - 5,0;

Катодная плотность тока 3 - 7 А./дм²;

Перемешивание воздушное;

Скорость осаждения 40-90 мкм/час;

Аноды никель

Состав электролита легко анализируется, корректируется и может работать годами. Основным поставщиком ионов никеля являются хлорид и сульфат никеля. Ионы хлора препятствуют

пассивации никелевого анода и улучшают электропроводность раствора, борная кислота способствует стабилизации рН раствора в процессе электролиза.

Процесс электроосаждения никеля, также как и железа, и кобальта сопровождается высокой катодной поляризацией, то есть, для того, чтобы на катоде начался процесс кристаллизации необходимо приложить большое напряжение к катоду. Затруднение процесса обусловлено большой величиной гидратации ионов никеля, замедленностью их разряда, и перехода гидратированных ионов металла в промежуточные активированные комплексы, адсорбированные на катоде и т.д. Никель, вследствие высокой химической активности прочно удерживает на своей поверхности адсорбированные посторонние частицы, образуя пассивирующие слои. Затруднение восстановления ионов металла, возможно, связано с адсорбцией чужеродных частиц. Подтверждением этого является тот факт, что при высоких температурах и в автоклаве, когда скорость адсорбции очень мала по сравнению со скоростью обновления поверхности во время электролиза, ингибирующее влияние адсорбированных чужеродных частиц устраняется. Катодная поляризация резко снижается, токи обмена возрастают, оставшаяся небольшая поляризация является в основном концентрационной.

При высокой температуре осадки никеля становятся крупнозернистыми.

Мелкозернистые, твёрдые полублестящие осадки никеля можно получать из растворов простых солей никеля в обычных условиях электролиза. Такое качество осадков объясняется образованием коллоидных растворов основных солей никеля в околокатодном пространстве или образованием гелеобразной плёнки на катоде. Чем выше степень дисперсности коллоидного золя Ni(OH)₂, тем больше вероятность образования блестящих осадков никеля. Добавление в электролит блескообразователей стабилизирует коллоидную плёнку. При высокой температуре образуются крупнозернистые осадки из тех же электролитов, так как разрушается коллоидная плёнка около катода и снижается перенапряжение.

Атомарный водород, выделяющийся совместно с никелем на катоде, увеличивает внутренние напряжения и твёрдость, ухудшает пластичность осадка. Поэтому в электролит добавляют компоненты, увеличивающие перенапряжение при разряде ионов водорода, при этом возрастает выход никеля по току.

Таблица 4.3

Состав и режим работы сернокислых никелевых электролитов
Компоненты электролита, условия электролиза	Концентрация, г/л
№ электролита
NiSO4.7H2O	140-200	250-300	250-300	250-300	250-300	250-300	250-300	250-300
NiCl2-6H2O	30-40	50-60	50-60		-	50-60	50-60	50-60
Н 3ВО3	25-40	25-40	25-40	25-40	25-40	25-40	25-40	25-40
NaCl	-	-	-	10-15	10-15	-	-	-
Парааминобензолсульфамид	-	-	-	-	-	-	0,5-1,0	-
1,4-Бутиндиол (100%-ный)	-.	0,15-0,18	0,18-0,3	0,2-0,5	-	0,05-0,10	-	0,15-0,18
Сахарин	-	1,0-2,0	1,0-2,0	-	-	-	0,5-0,6	1,0-1,5
Формальдегид	-	-	0,02-0,04	0,5-1,2	0,4-0,8	0,1-0,3	0,2-0,4	-
Фталимид	-	0,08-0,12	-	-	-		-	-
Каолин, частицы 0,1-3,0 мкм	-	-	-		-	-		0,1-3,0
Na2SO4-10H2O	60-80	-	-	-	-	-	-	-
Хлорамин Б	-	-	-	2,0-2,5	-	-	-	-
KF или NaF	-	-	-	-	5-6	-	-	-
2,6(2,7)-нафталин- дисульфо-кислота			-	-	2-4	-	-	-
Сульфонол	-	-	-	-	0,015	-	-	-
РН	5,2-5,8	4,0-4,8	4,5-4,8	4,5-5,5	5,8-6,0	4,3-5,1	5,0-6,0	3,0-4,0
Температура, °С	20-55		50-60	40-50	40-50	50-60	50-60	50-60
Катодная плотность тока, А/м2-10 –2	0,5-2,0	3-8	3-8	2,5-3,5	3,0-5,0	2-8	2-6	5-6

В настоящее время существуют десятки электролитов никелирования (табл. 4.3), в которых используются различные буферные добавки (борная, адипиновая, янтарная, глутаровая

кислоты), поверхностно-активные вещества (ПАВ), такие как лаурилсульфат натрия, сахарин, паратолуолсульфамид и др., блескообразователи: сульфосоединения ароматического ряда 2,6 (2,7) - нафталиндисульфокислота и др.) ненасыщенные спирты и гликоли, содержащие двойную или тройную связь (1,4-бутиндиол, пропаргиловый спирт), азотсодержащие соединения и др.

Для улучшения электропроводности растворов никелирования и устранения пассивности никелевых анодов в состав электролита вводят галоидные соединения щелочных металлов: NaCl, NaF, KF и др.