Никелирование деталей
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: Ni2+ + 2e- → Ni и 2Н+ + 2е- → Н2. 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.
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:
| Состав | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 |
| Никель сернокислый | 140-200 | 280-300 | 400-420 |
| Натрий сернокислый | 50-70 | - | - |
| Магний сернокислый | 30-50 | 50-60 | - |
| Кислота борная | 25-30 | 25-40 | 25-40 |
| Натрий хлористый | 5-10 | 5-10 | - |
| Натрий фтористый | - | - | 2-3 |
| Температура, °C | 15-25 | 30-40 | 50-60 |
| Плотность тока. А/дм2 | 0,5-0,8 | 2-4 | 5-10 |
| pH | 5,0-5,5 | 3-5 | 2-3 |
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
| Дефект | Причина дефекта | Способ устранения |
| Никель не осаждается. Обильное выделение водорода | Низкое значение рН | Откорректировать рН 3%-иым раствором едкого натра |
| Частичное покрытие никелем | Плохое обезжиривание деталей | Улучшить подготовку |
| Неправильное расположение анодов | Равномерно распределить аноды | |
| Детали взаимно экранируют друг друга | Изменить расположение деталей в ванне | |
| Покрытие имеет серый цвет | Наличие в электролите солей меди | Очистить электролит от меди |
| Хрупкое, растрескивающееся покрытие | Загрязнение электролита органическими соединениями | Обработать электролит активированным углем и проработать током |
| Наличие примесей железа | Очистить электролит от железа | |
| Низкое значение рН | Откорректировать рН | |
| Образование питтинга | Загрязнение электролита органическими соединениями | Проработать электролит |
| Низкое назначение рН | Откорректировать рН | |
| Слабое перемешивание | Усилить перемешивание | |
| Появление черных или коричневых полос на покрытии | Наличие примесей цинка | Очистить электролит от цинка |
| Образование дендритов на кромках деталей | Высокая плотность тока | Снизить плотность тока |
| Чрезмерно продолжительный процесс никелирования | Ввести промежуточный подслой меди или уменьшить время электролиза | |
| Аноды покрыты коричневой или черной пленкой | Высокая анодная плотность тока | Увеличить поверхность анодов |
| Малая концентрация хлористого натрия | Добавить 2-3 г/л хлористого натрия |
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/м2.
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/дм2
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/дм2. 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).