Никелирование нержавеющей стали. Удаление никелевого покрытия. От синего до желто-зеленого цвета

Содержание
  1. Никелирование
  2. Подготовка образцов к никелированию
  3. Пескоструйная обработка
  4. Составы для декапирования
  5. Шлифовка
  6. Обезжиривание
  7. Рецепты водных растворов для стали и чугуна
  8. Цветных металлов
  9. Технологии никелирования
  10. Никелирование электролитическое
  11. Что учесть
  12. Никелирование химическое
  13. Никелирование натиранием
  14. Рецептура состава
  15. Итоговая обработка деталей
  16. Чем можно герметизировать поры в домашних условиях:
  17. Полировка
  18. Полезная информация
  19. 1 Никелирование металлических поверхностей – азы технологии
  20. 2 Секреты увеличения стойкости и срока службы никелевых покрытий
  21. 3 Электролитическое никелирование в домашних условиях
  22. 4 Химическое никелирование изделий в домашних условиях
  23. Процесс никелирования
  24. Разновидности никелирования
  25. Электролитическое покрытие никелем в домашних условиях
  26. Химическое покрытие никелем в домашних условиях
  27. Ванны для покрытия никелем
  28. Удаление никелевого покрытия

Никелирование

Химическое никелирование — единственный процесс, с помощью которого в домашних условиях без сложного оборудования можно восстановить некоторые вышедшие из строя детали.

Несмотря на то что никель металл относительно мягкий, благодаря фосфорным добавкам получают покрытия, по твердости не уступающие хрому. Это и позволяет осуществлять качественный ремонт.

С помощью химического никелирования в мастерской рыболова можно ремонтировать износившиеся окончания осей у обычных и безынерционных катушек, восстанавливать подработанные зубчатые пары и многое другое. Надо отметить, что с помощью этого процесса даже наращивают слой никеля на внутренних поверхностях. Надо только принудительно подавать никелирующий раствор к поверхности, на которой необходимо осадить металл.

Химическое никелирование позволяет также покрыть никелем, по блеску близким к серебру, любую блесну и крючок. О важности покрытия крючков никелем хорошо знают морские рыболовы-любители. В морской воде лакированный или луженый крючок служит одну-две рыбалки, затем ржавеет и полностью портит искусственную приманку.

Рассмотрим теперь достоинства и недостатки так называемых щелочных и кислотных растворов химического никелирования.

Щелочные растворы характеризуются устойчивостью в работе и почти полным отсутствием явления саморазряда — мгновенного выпадения губчатой массы никеля, сопровождающегося выбросом кипящего раствора из ванны. Естественно, что такое явление может повлечь за собой ожоги.

Явление саморазряда наступает при перегреве раствора. Регулировку температуры при отсутствии термометра можно вести по интенсивности газовыделения. Если газ выделяется слабо, то можно быть уверенным, что саморазряда не будет.

Твердость покрытия, полученного в щелочных растворах, примерно на 15 процентов ниже, чем в кислотных. Коррозионная стойкость также ниже.

Кислотные растворы кроме преимуществ, описанных выше, обладают существенным недостатком — они больше подвержены явлению саморазряда. Поэтому, работая с кислотными растворами, нужно обязательно соблюдать все меры предосторожности.

Чтобы отличать растворы, надо помнить, что основой щелочных растворов является хлористый никель, а кислотных — сернокислый никель.

Здесь мы рассказываем о никелировании рыболовных крючков. Процесс восстановления стальных деталей ничем не отличается. Об особенностях нивелирования деталей из меди и ее сплавов будет особо оговорено.

Лак с крючков удаляют в уксусной эссенции или в 40- 50-процентном растворе соляной кислоты. Луженые крючки освобождают от полуды в крепком растворе едкого натра — каустической соды. Перед никелированием крючки промывают горячей водой, а затем холодной, после чего их подтравливают в 50-процентном растворе соляной кислоты в течение 1-3 мин. Еще раз промывают в горячей и холодной воде и помещают в сосуд для никелирования.

Растворов для никелирования стали очень много. Ниже приводятся наиболее проверенные и зарекомендовавшие себя (в г/л *).

1. Хлористый никель — 30

Аммиак (25%) — 50

Лимоннокислый натрий — 100

Гипофосфит натрия — 10

Процесс протекает при температуре 90°С; скорость осаждения — 6-7 мкм/ч ** ; качество покрытия — полублестящее.

2. Хлористый никель — 45

Хлористый аммоний — 40

Лимоннокислый натрий — 45

Гипофосфит натрия — 80

Процесс протекает при температуре 88-90°С; скорость осаждения- 15 мкм/ч; качество покрытия — блестящее, качественное.

3. Хлористый никель — 30

Гликолевокислый натрий — 10

Гипофосфит натрия — 10

Процесс протекает при температуре 90°С; скорость осаждения — 5-8 мкм/ч; качество покрытия — полублестящее.

4. Сернокислый никель — 20

Уксуснокислый натрий — 8

Гипофосфит натрия — 20

Процесс протекает при температуре 90-92°С; скорость осаждения — 15 мкм/ч; качество покрытия — блестящее.

При химическом никелировании стали, а также меди и ее сплавов возможны некоторые неполадки в ходе процесса:

Слабое газовыделение — признак малой концентрации в растворе гипофосфита натрия. Добавить до нормы.

Просветление раствора (нормальный раствор — синего цвета) — признак снижения количества хлорного (сернокислого) никеля.

Бурное газовыделение и отложение на стенках сосуда никеля (темно-серый налет) объясняется местным перегревом стенок сосуда. Рекомендуется нагревать раствор постепенно. Между сосудом и огнем положить какую-либо металлическую прокладку.

Серый или темный слой никеля на детали образуется при низкой концентрации солей в растворе, кроме хлористого (сернокислого) никеля и гипофосфита никеля.

При плохой подготовке поверхности детали могут появиться вздутия и отслоения никеля.

Бывает и такое. Раствор составлен правильно, а процесс не идет. Это верный признак того, что в раствор попали соли других металлов. В этом случае делается новый раствор.

Полученные никелевые покрытия слабо держатся на основном металле. Термическая низкотемпературная обработка приводит к тому, что никелевый слой прочно сцепляется с основным металлом за счет проникновения одного металла в другой.

Каждую деталь необходимо обрабатывать термически при температуре не выше температуры отпуска. Крючки, пружины, оси и т. п. обычно отпускаются при температуре 300-350°С. Поэтому термообработку их после никелирования следует вести при температуре 300°С в течение 2-3 ч. (можно в духовке газовой плиты).

При покрытии стали по возможности нужно избавиться от пор в пленке никеля, иначе ржавчина разрушит деталь. Делается это так. После термообработки крючки вынимают из духовки и немедленно опускают в рыбий жир; важно только, чтобы он был не витаминизированный.

Есть и другой метод закрытия пор. Никелевое покрытие покрывают кашицей из окиси магния, замешенного на воде, и сразу же декапируют в 50-процентном растворе соляной кислоты в течение 1-2 мин.

Иногда поступают так. После нанесения первого слоя никеля деталь подтравливают в 50-процентном растворе азотной кислоты в течение 3-5 сек. и затем, тщательно промыв горячей и холодной водой, покрывают никелем второй раз обязательно в так называемом истощенном растворе, в котором уже никелировалось большое количество деталей.

Процесс никелирования деталей из меди и ее сплавов почти ничем не отличается от никелирования стали. Однако деталь здесь должна быть подвешена в растворе на алюминиевой или железной стальной проволоке, иначе осаждение никеля может не произойти. В крайнем случае, при опускании детали в раствор надо коснуться ее железным или алюминиевым предметом. Это необходимо для того, чтобы «дать старт» процессу никелирования, так как медь имеет меньший электроотрицательный потенциал по отношению к никелю.

Приводим состав двух растворов для химического никелирования меди и ее сплавов (в г/л):

1. Хлористый никель — 40-50

Хлористый аммоний — 45-50

Лимоннокислый натрий — 40-50

Гипофосфит натрия — 10-20

Процесс протекает при температуре +80-88°С; скорость осаждения — 8-10 мкм/ч.

2. Хлористый никель — 28-30

Уксуснокислый натрий. — 10-12

Гипофосфит натрия — 8-10

Процесс протекает при температуре +90-92°С; скорость осаждения — 8-10 мкм/ч.

Приготовление составов заключается в растворении всех компонентов кроме гипофосфита натрия и нагреве раствора. Гипофосфит натрия вводится непосредственно перед завешиванием детали. Этот порядок приготовления растворов касается всех рецептов для никелирования.

Раствор разводится в любой эмалированной посуде (миске, глубокой сковороде, кастрюле и т. п.) без повреждений эмали. После никелирования посуда не портится. Осадок никеля на стенках легко удаляется азотной кислотой (50-процентный раствор).

Никелирование почти всех рыболовных приманок ведется до получения пленки толщиной около 10 мкм (0,01 мм). Этого достаточно, чтобы при последующей полировке пленки не протереть ее до основного металла.

При термообработке никелированных медных, (латунных, бронзовых и т. п.) деталей их нагревают до температуры 350- 500°С в течение 1 часа.

* . На 1 литр воды берут указанное количество граммов вещества.

** За один час на поверхности покрываемого металла откладывается слой никеля толщиной 6-7 микрометров (микрон).

Защита «железа» от коррозии производится в нескольких случаях: при первичной обработке, в целях восстановления повреждения на отдельном участке или декорирования какого-либо образца. При этом используются различные металлы – латунь, медь, серебро и ряд других. Разберемся с технологией никелирования в домашних условиях как одной из самых простых и доступных в плане самостоятельной реализации.

Кроме того, она является и самой распространенной. При покрытии деталей защитным слоем из других металлов тончайшая пленка никеля играет роль промежуточного. Его целесообразно наносить, к примеру, перед .

Примечание. Рецептов использующихся химикатов довольно много. Автор счел правильным привести лишь те, в эффективности которых он убедился лично, нанося защитное никелевое покрытие в домашних условиях.

Единица измерения компонентов – г/л воды (если иное не оговорено). Все использующиеся химикаты разводятся отдельно, тщательно фильтруются и только после этого перемешиваются для получения электролитического раствора.

Подготовка образцов к никелированию

Все мероприятия не только идентичны, но и обязательны, независимо от выбранной технологии нанесения защитного (декоративного) слоя.

Пескоструйная обработка

Цель – максимально убрать ржавчину, окислы (декапирование) и иные инородные наслоения. Вы можете прочесть статью о том, как изготовить в домашних условиях, из подручных материалов. К примеру, переделать краскопульт.

Составы для декапирования

№1. Серная (концентрированная) кислота (75 г) + хромпик (3 г) на полстакана воды. Время выдержки детали в растворе – порядка 20 сек.

№2. Кислота серная (соляная) 5 г + вода (полстакана). Время обработки – до 1 мин.

Шлифовка

Такое тщательное выравнивание способствует получению однородного никелевого слоя и снижает расход подготовленного раствора. В зависимости от значительности дефектов (величины зазоров, царапин) применяется наждачная бумага с разной зернистостью, щетки карцовочные, шлифовочные пасты.

Обезжиривание

Предварительно, после шлифовки, образец промывается под проточной водой для удаления всех налипших фракций. Что использовать (спирт, бензин, уайт-спирит или специально приготовленный раствор), решается на месте. Главное условие – растворитель должен быть «совместим» с материалом основы, подвергающейся никелированию.

В особо трудных случаях, если не помогают имеющиеся в продаже растворители, целесообразно готовить препараты для обезжиривания самостоятельно.

Рецепты водных растворов для стали и чугуна

№1. Едкий натр (10 – 15) + «жидкое стекло» (10) + сода кальцинированная (50).

№2. Едкий натр (50) + фосфорнокислый натрий и кальцинированная сода (по 30) + «жидкое стекло» (5).

Цветных металлов

№1. Фосфорнокислый натрий + хозяйственное мыло (по 10 – 15).

№2. Едкий натр (10) + натрий фосфорнокислый (50 – 55).

  • Чтобы проверить качество обезжиривания, достаточно образец смочить водой. Если она покрывает поверхность тончайшей пленкой, без образования капель, это свидетельствует о том, что цель технологической операции достигнута и деталь готова к никелированию.
  • Рабочая температура растворов – в пределах +(65 – 85) ºС.

Технологии никелирования

Никелирование электролитическое

Простейшие схемы для домашнего применения представлены на рисунке.

  • Сосуд (1) – любой удобной формы и вместимости. Единственное требование – материал должен быть химически нейтрален по отношению к применяемому электролиту. Чаще всего в домашних условиях при никелировании используются емкости из стекла.
  • Аноды (2) – никелевые. Чтобы покрытие образца получилось равномерным, однородным, они должны находиться с разных сторон заготовки. Поэтому – не менее 2-х.
  • Деталь (3). Она же является катодом. Вывешивается так, чтобы не касалась стенок и днища емкости.

Соединения: плюс источника – с пластинами, минус – с образцом.

Состав раствора для никелирования: сернокислые натрий (50), никель (140), магний (30) + борная кислота (20) + соль поваренная (5).

Условия никелирования: температура +22 (±2) ºС, плотность тока – в пределах 1 (±0,2) А/дм².

Технология никелирования. Включается питание и выставляется требуемое значение тока. Процесс длится от 20 минут до получаса. Степень готовности детали определяется визуально, по оттенку (серовато-матовому) и его однородности.

При дефиците (отсутствии) некоторых компонентов в домашних условиях можно приготовить состав с ограниченным количеством ингредиентов, повысив их долевое содержание на литр воды.

Никель сернокислый (250) – натрий хлористый (25) – борная кислота (30). Но при таком составе электролита меняются условия никелирования. Раствор подогревается примерно до +55 ºС (с целью активизации процесса, как и при ), а плотность тока увеличивается до 4 – 5.

Что учесть

  • Качество никелирования во многом зависит от кислотности раствора. Проверяется по окрашиванию лакмусовой бумаги – цвет должен быть красным. При необходимости понизить значение кислотности можно ввести в электролит аммиачный раствор. Дозировка определяется самостоятельно; ориентир – оттенок лакмусового «индикатора».
  • Электролитический способ никелирования не всегда эффективен. Если поверхность образца имеет сложный рельеф, то покрытие ляжет неравномерно, а на особо проблемных участках его может и вообще не быть. Например, в пазах, щелях, отверстиях и так далее.

Никелирование химическое

Технология намного проще, так как все, что понадобится – фарфоровая (эмалированная посуда). При этом качество – выше, так как необработанных участков не останется. Все компоненты растворяются в воде, после чего раствор нагревается до температуры примерно +(85 – 90) ºС. И после этого, независимо от применяемой рецептуры, в него вводится натрия гипофосфит (обозначим НГ).

После перемешивания можно приступать к никелированию. Оно состоит в том, что деталь подвешивается из расчета, чтобы была полностью погружена в хим/реактив. Контроль качества прежний – визуально.

Составов для химического никелирования довольно много. Вот некоторые рецепты:

№1. Сернокислые аммоний и никель (по 30) – повышение температуры – НГ (10). Требуемая кислотность – около 8,5.

№2. Хлористый никель (30) + гликолевая кислота (40) – нагрев – НГ 10 (кислотность 4,2 – 4,4).

№3. Натрий лимоннокислый, хлористый аммоний и хлористый никель (по 45) – подогрев – НГ (20; 8,5).

Рекомендация – кислыми растворами (рН менее 6,5) лучше обрабатывать изделия из меди, черных металлов (сплавов), латуни. При этом получается слой, близкий к идеально гладкому. Составы щелочные (рН от 6,5 и выше) применяются, как правило, для никелирования изделий из «нержавейки». Такое покрытие характеризуется качественной сцепкой с основой.

Никелирование натиранием

Целесообразно практиковать при обработке крупногабаритных заготовок, для которых в домашних условиях подобрать емкость нужных размеров проблематично или невозможно. Сама методика несложная, так как при ней гальванические процессы исключаются. Трудность в другом – придется потратить много времени, чтобы подготовить необходимое оборудование и принадлежности. В первую очередь – щетку.

Состав схемы:

Источник постоянного тока с плавной регулировкой в пределах 5 – 15 В (до 2 А). Приобретать его специально для никелирования смысла нет, так как изготовить самостоятельно для человека, закончившего среднюю школу, не составит труда. Понадобится ТР с соответствующей вторичной обмоткой и выпрямитель (мост). Вполне подойдут диоды серии 303 – 305.

Щетка. Достаточно диаметром 25 (±) мм. Ее ручка должна быть из диэлектрика. Если ориентироваться на то, что есть в доме, то оптимальный вариант – сделать из отрезка трубы ПП или ПЭ. С одного торца ручка «глушится» крышкой. В качестве щетинок используется ворс, например, из синтетики.

Ворсинки собираются в пучок, верхняя часть которого обматывается проволокой (нержавейкой), под которую укладывается изогнутая никелевая пластина. Получается аналог малярной кисти. Это – анод схемы. Минус источника подключается к обрабатываемому изделию.

Провода. Хватит на 0,5 «квадрата». В гараже у любого хозяина всегда найдутся подходящие куски.

Рецептура состава

  • Сернокислые натрий и никель – 40 и 70.
  • Кислота борная – 20.
  • Натрий хлористый – 5.

Примечание. Для никелирования по такой технологии можно использовать тот же раствор, что и по методике электролитической (п. 2.1.3.)

Порядок никелирования: в ручку заливается приготовленный электролит, подается напряжение, и щетка планомерно, с прижимом, перемещается по детали. Неудобство в том, что придется постоянно осуществлять контроль над уровнем раствора в рукоятке и регулярно доливать. Но если в домашних условиях хочется покрыть никелем что-то объемное, например, бампер авто, колесные диски, то другого варианта просто нет.

Рекомендация – для упрощения процесса подготовки оборудования вместо щетки можно использовать пластину их никеля. Она играет роль анода. Ее необходимо обернуть в кусок фланели толщиной не менее 4 мм, и рядом с обрабатываемой деталью поставить емкость с электролитом. Технология простая – постоянно смачивая в растворе такой импровизированный электрод, водить им по поверхности образца. Эффект тот же самый, а результат зависит целиком от усердия и аккуратности домашнего мастера.

Итоговая обработка деталей

  • Просушка. Если образец имеет сложный рельеф, то необходимо убедиться в отсутствии влаги на всех проблемных участках (пазы, выемки и так далее).
  • Герметизация поверхности. Никелевая пленка характеризуется пористостью, даже если покрытие делается в несколько слоев. Следовательно, прямого контакта основы с жидкостью избежать не получится. Дело лишь во времени. Результат – появление коррозии и отслоение никеля.

Чем можно герметизировать поры в домашних условиях:

  • Несколько экзотический, но эффективный способ – погружение еще теплого образца в рыбий жир.
  • Смешать окись магния с водой, довести до состояния густой сметаны и натереть такой «кашицей» никелированную деталь и опустить на пару минут в раствор (50%) соляной кислоты.
  • Обработать поверхность прозрачной, способной проникнуть вглубь структуры смазкой, в 2 – 3 захода.

Излишки препаратов (не раньше чем через 24 часа) легко смываются бензином.

Полировка

На данном этапе никелированной заготовке придается специфический блеск.

Полезная информация

Не всякое «железо» подвергается никелированию. Такая обработка не применяется для олова, свинца и других, менее распространенных в быту металлов и сплавов.

Для более качественного никелирования желательно сделать предварительное омеднение заготовки. Основных причин две.

Первая уже указана – пористость покрытия.

Вторая – с медью слой никеля скрепляется намного надежнее, чем с любым сплавом или чистой сталью. Следовательно, и никелированная деталь будет намного дольше сохранять неизменный привлекательный вид. Если есть возможность сделать в домашних условиях омеднение образца, то это лучшее решение проблемы.

Состав электролита для покрытия стальной детали медной пленкой

Медный купорос (200) + кислота серная, концентрированная (50). Условия обработки образца: плотность тока – 1,5А/дм²; температура – комнатная +22 (±2) ºС.

При проведении никелирования в домашних условиях можно ориентироваться на такие данные – 1 л электролита хватит для обработки детали общей площадью не более 2 дм². Исходя из этого, и определяется потребное количество раствора.

1 Анотация 2

2 Введение 3

3 Характеристика детали 4

4 Выбор способа никелирования 5

4.2 Электролитический способ 5

4.2 Химический способ 5

5 Требования к покрытию и выбор его толщины 6

6 Выбор осуществления технологического процесса 7

7 Теория процесса химического никелирования 8

8 Выбор раствора 10

9 Выбор основных технических операций 12

9.1 Обезжиривание химическое 12

9.2 Обезжиривание электрохимическое 13

9.3 Травление 13

9.4 Осветление 14

9.5 Декапирование 14

9.6 Химическое никелирование 14

9.7 Промывки 14

10 Схема технологического процесса 16

11 Составы растворов и режимы их работы 17

12.1 Расчет размеров подвесок и ванны химического

никелирования 19

12.2 Расчет фондов времени работы оборудования 21

12.3 Годовой объем производства одной ванны химического

никелирования 22

12.4 Расход химикатов 22

12.5 Корректировка растворов 24

12.6 Расход воды 28

12.7 Расход воды на промывки 30

13 Список литературы 33

2 Введение

Применение алюминиевых сплавов для изготовления деталей машин с каждым годом возрастает, что обусловлено рядом специфических свойств алюминия (лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al 2 O 3 , которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. Но алюминий имеет существенный недостаток – низкую твердость (100-150 МПа), вследствие чего поверхность деталей, работающих на трение, быстро срабатываются. Поэтому большое практическое значение представляет упрочнение поверхности деталей из алюминиевых сплавов путем нанесения более твердого слоя другого металла. В этом отношение большой практический интерес представляет никелевое покрытие, обладающее высокой твердостью и адгезией к основе, особенно после термической обработки.

Никелевые покрытия применяют в различных отраслях промышленности как в качестве подслоя, так и само­стоятельно для защитно-декоративных и специальных целей. Они характери­зуются твердостью, зна­чительной коррозионной стойкостью и хорошей отражательной способ­ностью (58 — 62%), удельным электро­сопротивлением 8,3-10 -2 Ом·м.

Никелевые покрытия применяют в промышленности для защитно-декоративной и декоративной отделки изделий и деталей машин, аппаратов, приборов; для защиты от кор­розии при повышенных температурах и в специальных средах (щело­чах, некоторых кислотах), как промежуточный подслой для нанесения других покрытий на сталь с целью обеспечения прочного сцепления по­крытий с основой, для повышения износостойкости трущихся поверх­ностей.

В настоящее время применяют два способа нанесения никелевого покрытия: электрохимический и химический. Только с помощью химического никелирования можно получить покрытие сложнопрофилированных деталей. За счет введения неорганических добавок, содержащих фосфор и бор, можно регулировать твердость получаемого покрытия, что является немаловажным для деталей из алюминиевых сплавов. При этом нужно учитывать, что покрытие, полученные химическим никелированием, обладают высокой коррозионной стойкостью.

3 Характеристика детали

В качестве детали для нанесения покрытия выбран корпус радиоэлектронного прибора, изготовленный фрезерованием и из сплава алюминия Д16

Деталь покрывается как с внешней, так и с наружной стороны, характерным является наличие различных отверстий для вывода проводов, болтовых соединений.

Данный корпус с радиоэлектронным прибором впоследствии подвергается герметизации с помощью болтового соединения или низкотемпературной пайке. Для обеспечения надежности работы прибора наносимое на корпус покрытие должно обеспечить коррозионную стойкость, износостойкость, оптимальную твердость и быть равномерным по толщине.

Обычно корпуса из сплавов алюминия подвергают операции никелирования с последующим нанесением других функциональных покрытий, например покрытия олова, висмута, серебра.

Размеры детали:

l=5.4см 2 , h=8.8см 2 , b=1.3см 2

Так как деталь покрывается как с внешней, так и с внутренней стороны, то площадь покрытия одной детали будет равна:

S покр =168 см 2

4 Выбор способа никелирования

Возможно два способа нанесения никелевых покрытий:

4.1 Электролитический способ

Электролитический способ — нанесение никелевых покрытий на поверхность изделия из электролита под действием электрического тока. Преимущество способа – четко контролируется толщина покрытия, минимальный расход покрывающего металла. Кроме того, подбирая вид электролита и режим осаждения, можно получать осадки нужной структуры, внешнего вида и с различными механическими свойствами. Недостатком электролитического никелирования является неравномерность осаждения никеля при нанесении на рельефную поверхность, а также невозможность покрытия узких и глубоких отверстий и полостей.

4.2 Химический способ

При химическом способе покрываемое изделие помещают в водный раствор, содержащий растворенную соль металла и восстановитель. На поверхности изделия высаживается слой металла.

Осаждаемое в процессе химического никелирования покрытие не является чистым никелевым, как при гальваническом никелировании, а состоит из сплава никеля с фосфором. Покрытие этим сплавом не имеет ничего общего с покрытием чистым никелем как по физико-механическим, так и по химико-коррозионным свойствам.

Покрытие может быть нанесено на изделия сложной конфигурации с высокой степенью равномерности. Его можно нанести на внутренние полости и каналы изделия, что практически невозможно реализовать при гальваническом нанесении.

Широкий спектр применения химически осажденного никель-фосфорного покрытия объясняется впечатляющим набором его полезных свойств: твердостью от 6000 до 10000 МПа, высокой коррозионной стойкостью, антифрикционностью (низким износом при сухом трении), способностью экранировать высокочастотные электромагнитные излучения, низким переходным сопротивлением на электрических контактах, хорошей паяемостью.

Механические свойства никелирования не зависят от толщины: например, покрытия толщиной 1 мкм и 100 мкм обладают одинаковой удельной износостойкостью.

В данном случае целесообразнее использовать химическое никелирование. Это обусловлено тем, что деталь имеет сложную конфигурацию (наличие отверстий, углублений, полостей), а также требуется покрытие, как с внешней, так и с внутренней стороны.

5 Требования к покрытию и выбор его толщины

Толщина покрытия устанавливается в зависимости от условий эксплуатации, назначения покрытия по нормативно-технической документации, а также способа нанесения покрытия.

Так как на нашу деталь необходимо нанести функциональное покрытие, то покрытия должно быть равномерным по толщине, а также обеспечивать коррозионную стойкость, износостойкость и твердость основного металла в условиях эксплуатации.

По ГОСТ 9.303-84 минимальная толщина покрытия должна составлять 9 мкм. Допустимая максимальная толщина покрытия составляет 15 мкм. Средняя толщина никеля, получаемая в ванне никелирования, составляет 15 мкм.

6 Выбор осуществления технологического процесса

Су­ществуют три способа осуществления технологического процесса химического никелирования, различающихся в зависимости от вида реагента, выбранного в качестве вос­становителя.

1) гипофосфитный способ, характеризующийся сов­местным выделением фосфора в никелевое покрытие;

2) боргидридный способ, при котором происходит вы­деление бора, входящего в состав покрытия;

3) гидразинный способ, при котором никель оса­ждается с наименьшим количеством примесей.

Промышленное применение получил пока лишь гипо­фосфитный способ. Это обусловлено тем что, боргидридный способ нанесения покрытия характеризуется сильно щелочной средой (рН>13), что приведет к растворению алюминия.

Несмотря на то, что гидразинный способ позволяет получить никелевое покрытие высокого качества, его использование практически не распространено, ввиду маленькой скорости осаждения никеля, основной компонент (гидразин) практически отсутствует в продаже, данный способ очень требователен к соблюдению техники безопасности, т.к. при нарушении условий эксплуатации возможна детонация.

Химическое осаждение никеля на сплавы алюминия целесообразно проводить с помощью раствора с гипофосфитом натрия. Осажденное покрытие имеет полублестящий металли­ческий вид, аморфную структуру и является сплавом никеля с фосфором.

7 Теория процесса химического никелирования

Механизм восстановления ионов никеля с помощью гипофосфита носит электрохимический характер, при этом на по­верхности катализатора — основы одновременно (сопряженно) протекают анод­ная стадия окисления восстановителя (5.1) и катодная стадия восстановления никеля (5.6) и водорода (5.3).

Анодная стадия окисления гипофосфита – реакция взаимодействия гипофосфита натрия с водой – представляется как присоединение иона ОН¯ от молекулы воды к месту разрыва связи

Р – Н в молекуле гипофосфита натрия. Эта реакция, протеканию которой способствует каталитическое действие поверхности никеля, может быть выражена следующим уравнением:

Н 2 О ↔ Н + + ОН¯, (5.1)

Н 2 РО 2 ¯ + ОН¯→ Н 2 РО 3 ¯ + Н + е. (5.2)

Освобожденный от аниона гипофосфита электрон через металлическую поверхность может передаваться иону водорода и превращать его в атомарный:

Н + + е → Н. (5.3)

Два атома водорода, один из которых образовался из связи Р – Н анион гипофосфита, а другой – из воды, соединяясь между собой образуют молекулярный водород:

Н + Н → Н 2 . (5.4)

Тогда суммарная реакция взаимодействия гипофосфита натрия с водой соответствует уравнению:

Н 2 РО 2 ¯ + Н 2 О → Н 2 РО 3 ¯ + Н 2 . (5.5)

Покрывая никелем детали из цветных металлов и стали, повышают их сопротивление воздействию коррозионных процессов и механического износа. Никелирование в домашних условиях доступно каждому и характеризуется несложной технологией.

1 Никелирование металлических поверхностей – азы технологии

Никелирование заключается в нанесении на поверхность обрабатываемого изделия тонкого никелевого покрытия, толщина которого, как правило, составляет 1–50 мкм. Этой операции детали подвергают с целью их защиты или для получения характерного (матово-черного или блестящего) внешнего вида никелируемой поверхности. Покрытие, независимо от оттенка, надежно предохраняет металлические предметы от коррозии на открытом воздухе, в растворах солей, щелочей, слабых органических кислот.

Как правило, никелируют детали, изготовленные из стали или таких металлов и сплавов из них, как медь, алюминий, цинк, реже – титан, марганец, молибден, вольфрам. Нельзя обрабатывать химическим никелированием поверхности изделий из свинца, олова, кадмия, висмута, сурьмы. Никелевые покрытия используют в различных промышленных отраслях для защитно-декоративных и специальных целей или в качестве подслоя.

Эту технологию применяют при восстановлении поверхности изношенных деталей различных механизмов и автомобилей, покрытия измерительного и медицинского инструментов, предметов и изделий домашнего обихода, химической аппаратуры, деталей, эксплуатируемых под незначительными нагрузками в условиях воздействия крепких растворов щелочей или сухого трения. Существует 2 метода нанесения покрытий из никеля – электролитический и химический.

Второй несколько дороже, чем первый, однако позволяет получать равномерное по толщине и качеству покрытие на всей поверхности детали, при условии, если обеспечен доступ раствора ко всем ее участкам. Никелирование в домашних условиях является вполне осуществимой задачей. Перед началом работ изделие тщательно очищают от загрязнений и ржавчины (если есть), обрабатывают мелкой наждачной бумагой, чтобы снять оксидную пленку, промывают водой, затем обезжиривают и еще раз промывают.

2 Секреты увеличения стойкости и срока службы никелевых покрытий

Перед никелированием стали желательно выполнять меднение изделия (покрывать подслоем меди). Эта технология используется в промышленности, как отдельный процесс, а также как подготовительный перед серебрением, хромированием, никелированием. Меднение, предваряющее нанесение других слоев, позволяет выровнять дефекты поверхности и обеспечивает надежность и долговечность внешнего защитного покрытия. Медь держится на стали очень прочно, а другие металлы осаждаются на нее гораздо лучше, чем на чистую сталь. Помимо этого, никелевые покрытия не сплошные и на 1 см2 имеют сквозные (до металла подложки) поры:

  • несколько десятков – для однослойных покрытий никелем;
  • несколько – для трехслойных.

В результате этого коррозионным процессам подвергается металл подложки, находящийся под никелем, при этом возникают условия, провоцирующие отслаивание защитного покрытия. Поэтому, даже при предварительном омеднении, многослойном никелировании, а особенно при однослойном на чистую сталь, необходима обработка поверхности защитного покрытия из никеля специальными составами, которые закрывают поры. При самостоятельной обработке в домашних условиях возможны следующие способы:

  • протереть деталь с покрытием кашицеобразной смесью воды с окисью магния и сразу же погрузить ее на 1–2 минуты в 50 % состав соляной кислоты;
  • протереть 2–3 раза поверхность детали легко проникающим смазочным составом;
  • сразу после обработки еще не остывшее изделие погрузить в рыбий жир (невитаминизированный, лучше старый, который уже непригоден по прямому назначению).

В двух последних случаях излишки смазки (жира) удаляют с поверхности через сутки бензином. В случае обработки больших поверхностей (молдингов, бамперов автомашин) рыбий жир используют следующим образом. В жаркую погоду им протирают деталь 2 раза с промежутком в 12–14 часов, а через 2 суток удаляют излишки бензином.

3 Электролитическое никелирование в домашних условиях

Этот способ требует подготовки электролита, состав которого следующий:

  • 140 г сернокислого никеля;
  • 50 г сернокислого натрия;
  • 30 г сернокислого магния;
  • 5 г поваренной соли (хлористого натрия);
  • 20 г борной кислоты;
  • 1000 г воды.

Химикаты растворяют по отдельности в воде, полученные растворы фильтруют, после чего смешивают. Готовый электролит наливают в емкость. Для гальванического никелирования необходимы электроды из никеля (аноды), которые опускают в ванну с электролитом (одного электрода недостаточно, так как полученное покрытие будет неравномерным). Между анодами на проволочке подвешивают деталь. Медные проводники, идущие от никелевых пластин, соединяют в одну цепь и подключают к положительному выводу источника постоянного тока, провод от детали – к отрицательному.

Для управления силой тока в цепь включают сопротивление (реостат) и миллиамперметр (прибор). Напряжение источника тока должно быть не больше 6 В, плотность тока необходимо поддерживать на уровне 0,8–1,2 А/дм2 (площади поверхности изделия), температура электролита комнатная 18–25 оC. Ток подают 20–30 минут. За это время образуется никелевый слой толщиной примерно 1 мкм. Затем деталь вынимают, как следует промывают водой и просушивают. Полученное покрытие будет серовато-матового цвета. Чтобы слой никеля приобрел блеск, поверхность детали полируют.

Если нет сернокислого натрия и магния, то берут больше сернокислого никеля, доводя его количество в электролите до 250 г, а также борной кислоты – 30 г, натрия хлористого – 25 г. Никелирование в этом случае проводят при значениях плотности тока в пределах 3–5 А/дм2, раствор нагревают до 50–60 оC.

Недостатки электролитического метода:

  • на рельефных, неровных поверхностях никель осаждается неравномерно;
  • невозможность нанесения покрытия в глубоких и узких полостях, отверстиях и тому подобного.

4 Химическое никелирование изделий в домашних условиях

Все составы для проведения химического никелирования универсальны – пригодны для обработки любых металлов. Готовят растворы, соблюдая определенную последовательность. В воде растворяют все химреактивы (исключая гипофосфит натрия). Посуда должна быть эмалированная. Затем раствор нагревают, доводя его температуру до рабочей, после чего растворяют гипофосфит натрия. Деталь завешивают в жидком составе, температуру которого поддерживают на необходимом уровне. В 1 л подготовленного раствора возможно провести никелирование изделия, площадь поверхности которого до 2 дм2.

Используют следующие составы растворов, г/л:

  • Натрий янтарно-кислый – 15, никель хлористый – 25, натрия гипофосфит – 30 (кислотность раствора pH – 5,5). Рабочая температура смеси – 90–92 °С, скорость наращивания покрытия – 18–25 мкм/ч.
  • Никель сернокислый – 25, натрий янтарно-кислый – 15, натрия гипофосфит – 30 (pH – 4,5). Температура – 90 °С, скорость – 15–20 мкм/ч.
  • Никель хлористый – 30, кислота гликолевая – 39, натрия гипофосфит – 10 (рН – 4,2). 85–89 °С, 15–20 мкм/ч.
  • Никель сернокислый – 21, натрий уксуснокислый – 10, свинца сульфид – 20, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5). 90 °С, до 90 мкм/ч.
  • Никель хлористый – 21, натрий уксуснокислый – 10, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5,2). 97 °С, до 60 мкм/ч.
  • Никель хлористый – 30, кислота уксусная – 15, свинца сульфид – 10–15, натрия гипофосфит – 15 (pH – 4,5). 85–87 °С, 12–15 мкм/ч.
  • Никель хлористый – 30, аммоний хлористый – 30, натрий янтарно-кислый – 100, аммиак (25 % раствор) – 35, натрия гипофосфит – 25 (pH – 8–8,5). 90 °С, 8–12 мкм/ч.
  • Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий лимоннокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8,5). 90°С, 18–20 мкм/ч.
  • Никель сернокислый – 30, аммоний сернокислый – 30, натрия гипофосфит – 10 (pH – 8,2–8,5). 85 °С, 15–18 мкм/ч.
  • Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий уксуснокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8–9). 88–90 °С, 18–20 мкм/ч.

По истечении нужного времени изделие промывают в воде, содержащей небольшое количество распущенного мела, затем просушивают и полируют. Полученное таким способом покрытие сталь и железо держат достаточно прочно.

В основе химического процесса никелирования лежит реакция, при которой никель восстанавливается из раствора солей на его основе в присутствии гипофосфита натрия и при помощи остальных химических реактивов. Применяемые составы делят на щелочные (уровень pH превышает 6,5) и кислые (показатель рН составляет 4–6,5). Последние лучше использовать для обработки черных металлов, меди, латуни, а щелочные предназначены для никелирования .

Использование кислых составов позволяет получать на полированном изделии более гладкую, равномерную поверхность, чем с помощью щелочных. У кислых растворов есть и другая немаловажная особенность – вероятность их саморазряда при превышении значений рабочей температуры меньше, чем у щелочных. Никелирование, своими руками выполненное, с использованием щелочных составов гарантирует более прочное и надежное сцепление слоя никеля с металлом, на который произведено его нанесение.

Никель широко используется в приборостроении и машиностроении, а также в других различных отраслях. В пищевом производстве никель заменяет покрытия из олова, а в области оптики он известен за счет процесса черного никелирования металла. Никелем обрабатывают изделия, сделанные из стали и цветных металлов, для защиты от образования коррозии и увеличения сопротивления деталей механическому износу. Содержание фосфора в никеле позволяет делать пленку, по твердости схожей с пленкой хрома.

Процесс никелирования

Процедура никелирования подразумевает нанесение на поверхность изделия никелевого покрытия, которое, как правило, имеет толщину слоем 1-50 мкм . Никелевые покрытия могут быть матовыми черными или блестящими, но вне зависимости от этого, создают надежную и прочную защиту металла от агрессивных воздействий (щелочи, кислоты) и в условиях высоких температур.

Перед никелирования изделие необходимо подготовить. Этапы подготовки:

  • деталь обрабатывают наждачкой для снятия оксидной пленки;
  • обрабатывают щеткой;
  • промывают под водой;
  • обезжиривают в теплом содовом растворе;
  • подвергают промывке еще раз.

Покрытия из никеля могут с течением времени утрачивать свой изначальный блеск, потому очень часто никелевый слой покрывают более стойким слоем хрома.

Никель, нанесенный на сталь, это катодное покрытие, которое защищает металл только механическим способом. Слабая плотность защитного слоя способствует появлению коррозионных пор, где растворимым электродом является именно стальная часть. В итоге под покрытием возникает коррозия, она разрушает стальную подложку и создает отслаивание никелевого слоя. Чтобы этого не допустить металл всегда необходимо обрабатывать толстым слоем никеля.

Покрытия из никеля наносятся на:

  • медь;
  • железо;
  • титан;
  • вольфрам и другие металлы.

Нельзя обрабатывать при помощи никелирования такие металлы, как:

При никелировании деталей из стали необходимо делать подслой меди.

Никелевые покрытия применяют в различных сферах промышленности для специальных, декоративно-защитных целей, а также используют в роли подслоя. Технику никелирования применяют для восстановления изношенных деталей и запчастей автомобилей, покрытия медицинского инструмента, химической аппаратуры, предметов домашнего обихода, измерительных инструментов, деталей, которые подвергаются небольшим нагрузкам в условии действия крепких щелочей или сухого трения.

Разновидности никелирования

На практике существует два вида никелирования:

  • Химическое;
  • Электролитическое.

Первый вариант является четь дороже электролитического, но может обеспечить возможность создания равномерного покрытия по толщине и качеству на любых участках изделия, если создано условие доступа раствора к ним.

Электролитическое покрытие никелем в домашних условиях

Электролитическое никелирование отличается небольшой пористостью, она зависит от толщины защитного слоя и тщательности подготовки основания. Для создания качественной антикоррозионной защиты необходимо абсолютное отсутствие пор, для чего принято предварительно делать омеднение металлической детали или наносить несколько слоев покрытия, что намного прочней однослойного покрытия даже при одинаковой толщине.

Для чего в домашних условиях надо подготовить электролит . Необходимо 3,5 гр. хлорида никеля, 30 гр. сульфата никеля и 3 гр. борной кислоты на 100 мл. воды, этот электролит перелейте в емкость. Для никелирования меди или стали будут необходимы никелевые аноды, которые необходимо погрузить в электролит.

Деталь подвешивается на проволочке между никелевыми электродами. Проволочки, которые от никелевых пластинок, нужно соединить вместе. Детали подсоединяют к отрицательному полюсу источнику напряжения, а проволочки – к положительному. После необходимо подключить реостат в цепь и миллиамперметр для регулировки напряжения. Понадобится источник постоянного тока, с напряжением не более 6 Вольт.

Ток нужно включать примерно на 20 минут . После деталь достается, промывается и высушивается. Деталь покрыта матовым слоем никеля серого оттенка. Чтобы защитный слой получил блеск, его нужно отполировать. Но при работе не забывайте о значительных недостатках электролитического покрытия в домашних условиях — невозможности покрытия узких и глубоких отверстий и неравномерности осаждения на рельефной никелевой поверхности.

Химическое покрытие никелем в домашних условиях

Кроме электролитического способа, существует еще один, довольно несложный вариант для покрытия полированной стали или железа прочным и тонким никелевым слоем. Необходимо 10% раствор хлористого цинка и потихоньку добавлять к сернокислому раствору никеля, пока раствор не будет ярко-зеленым . Затем жидкость необходимо довести до кипения, желательно для этого взять фарфоровую емкость.

При этом образуется характерная муть, но на никелирования изделий она никак не влияет. Когда доведете раствор до кипения, надо в него опустить изделие, которое подвергается никелированию. Предварительно его надо обезжирить и почистить. Деталь должна кипеть в жидкости около часа, периодически доливайте дистиллированную воду по мере уменьшения раствора.

Если увидели при кипении, что раствор поменял цвет из ярко на слабо зеленый, то необходимо добавить чуть сернокислого никеля , чтобы получить изначальный окрас. Через указанное время достаньте деталь из жидкости, сполосните в воде, где растерто чуть-чуть мела, и хорошенько высушите. Полированное железо или сталь, покрытые таким образом, этот защитный слой удерживают довольно хорошо.

В основе процесса никелевого покрытия лежит реакция преобразования никеля из водяного раствора его солей с помощью гипофосфита натрия и других химических элементов. Растворы, использующиеся для химического покрытия, могут быть щелочными с рН более 6,5 и кислыми с рН 4-6,5.

Кислые растворы лучше всего применять для обработки меди, латуни и черных металлов. Щелочные используются для нержавейки. Кислый раствор, в отличие от щелочного, создает на полированном изделии более гладкую поверхность . Также важной особенностью кислых растворов является меньший шанс саморазряда при увеличении уровня рабочей температуры. Щелочные вещества гарантируют более прочное сцепление никелевой пленки с основанием металла.

Любые водные растворы для никелирования считаются универсальными, а именно подходящими для любых металлов. Для химического покрытия используют дистиллированную воду, но вы можете взять и конденсат из обычного холодильника. Химические реагенты подходят чистые – с маркировкой на упаковке «Ч».

Этапы приготовления раствора:

  • Все химические вещества, кроме гипофосфита натрия, необходимо растворить в воде в эмалированной емкости.
  • После разогрейте жидкость до кипячения, растворите гипофосфит натрия и разместите изделие в растворе.
  • При помощи литра раствора можно покрыть никелем детали, имеющих площадь до 2 кв. дм.

Ванны для покрытия никелем

В мастерских часто используется ванна, состоящая из трех основных элементов:

  • хлорид;
  • сульфат;
  • борная кислота.

Сульфат никеля это источник никелевых ионов. Хлорид существенно влияет на работу анодов, его пропорция в ванне точно не указывается. В безхлоридных ваннах происходит значительное пассивирование никеля, после этого количество в ванне никеля снижается, и как результат, падение качества покрытий и снижение выхода по току.

Аноды при хлоридах растворяются в необходимом количестве для достаточного протекания никелирования алюминия или меди. Хлориды повышают работу ванны при загрязнениях цинком и ее проводимость. Борная кислота поддерживает рН на необходимом уровне. Эффективность этого процесса зависит в основном от количества борной кислоты.

В роли хлорида можно выбрать хлорид магния, цинка или натрия. Повсеместно используются сульфатные ванны Воттса, содержащие в роли добавки электропроводные соли, увеличивающие электропроводность ванн и повышающие привлекательный вид защитного слоя. Наиболее часто используемый среди таких солей является сульфат магния (около 30 гр. на 1 л.).

Как правило, сульфат никеля вводить в соотношении приблизительно 220-360 гр. на 1 л . Сегодня появились тенденции к снижению сульфата никеля – менее 190 гр./л., это помогает значительно уменьшить потери раствора.

Добавление борной кислоты приблизительно 25-45 гр. на 1 л. Если менее 25 гр./л., то повышаются процессы защелачивания ванны. А превышение этого предела является неблагоприятным, по причине вероятной кристаллизации борной кислоты и выпадения осадков кристаллов на анодах и стенках ванны.

Никелевая ванна может работать в различном диапазоне температур. Но техника никелирования в домашних условиях нечасто используется при комнатной температуре. От покрытий, нанесенных в прохладных ваннах, зачастую отходит никель, потому ванну нужно прогревать минимум до 32 градусов. Плотность тока подбирают экспериментальным путем , чтобы не произошел прижег защитного слоя.

Натриевая ванна хорошо работает в большом диапазоне рН. Когда-то поддерживали рН 5,3-5,9, мотивируя слабой агрессивностью и лучшими кроющими свойствами ванны. Но высокие показатели рН провоцируют существенное увеличение напряжений в никелевом слое. Потому во многих ваннах рН равен 3,4-4,6.

Сцепление никелевой пленки с металлом относительно низкое. Эту проблему решают при помощи термообработки пленок никеля. В основе процесса низкотемпературной диффузии находится нагрев отникелированных деталей до температуры 400 гр. и выдержке изделий в течение часа при данной температуре.

Но не забывайте, что если изделия, покрытые никелем, были закалены, то при 400 гр. они могут утратить прочность – их главное качество. Потому низкотемпературную диффузию в этих случаях делают при температуре около 260-310 гр. с выдержкой три часа. Эта термообработка может повышать и прочность никелевого покрытия.

Ванны подразумевают специальное оборудование для покрытия никелем и перемешивания водяного раствора для интенсификации процесса никелирования и снижения вероятности питтинга – появления мелких углублений в защитном слое. Перемешивание ванны влечет необходимость организации постоянной фильтрации для удаления загрязнений.

Перемешивание с помощью активной катодной штанги не настолько эффективно, как использование сжатого воздуха, и кроме этого, нуждается в наличии специального вещества, исключающего образования пены.

Удаление никелевого покрытия

Покрытия из никеля на стали принято убирать в ваннах с разведенной серной кислотой . Добавьте к 25 л. охлажденной воды частями 35 л. концентрированной серной кислоты, при этом постоянно перемешивания. Следите, чтобы температура не была не более 55 градусов. После остывания до комнатной температуры жидкости ее плотность должна быть 1,64.

Для снижения вероятности затравливания металла, из которого изготовлена подложка, в ванну добавляют глицерин в пропорции 50 гр. на 1 л. Ванны чаще всего делаются из винипласта. Детали навешивают на среднем поручне, соединенным с плюсом источника напряжения. Поручни, где прикреплены свинцовые листы, подсоединяются к минусу источника питания.

Проследите, чтобы температура ванны была не более 32 гр., потому что горячий раствор агрессивно воздействует на подложку. Плотность тока обязана быть около 4,1 А./дм. кв., но возможно изменение тока в диапазоне 4,5-6,2 Вольт .

Добавьте через некоторое время серную кислоту, чтобы выдержать плотность равной 1,64. Чтобы избежать разбавления ванны окунайте детали только после проведения их предварительной просушки.

На сегодняшний день никелирование – это наиболее популярный гальванотехнический процесс. Никелевые покрытия отличаются высокой коррозионной устойчивостью, твердостью, недорогой стоимостью никелирования, удельным электрическим сопротивлением и отличными отражательными возможностями.

Профессиональные мужские инструменты
Добавить комментарий