Теоретические основы процесса никелирования - Серебрение алюминиевых деталей

Никель относится к электроотрицательным металлам, но в обычных атмосферных условиях из-за сильной склонности к пассивированию он длительное время сохраняет свой блеск. Никель защищает железо при отсутствии пор, так как в гальванической паре никель-железо он является катодным покрытием.

Для уменьшения пористости никелевого покрытия на стали осаждают сначала слой меди, а затем - уже никелевое покрытие, а также применяют трехслойное покрытие никель-медь-никель. Уменьшение пористости в таких случаях объясняется тем, что поры одного слоя не совпадают с порами другого слоя. Никелированные детали лучше противостоят истиранию, чем покрытые медью, так как электролитический никель в 2-3 раза тверже меди и латуни. Никелирование широко применяется в гальванотехнике не только для защитно-декоративной отделки изделий, но и для защиты химической аппаратуры от действия щелочных растворов, в полиграфическом производстве - для повышения поверхностной твердости и сопротивления износа гартовых стереотипов и клише, а также в гальванопластике. При электролизе на катоде происходит разряд ионов никеля и ионов водорода по реакциям:

Ni2+ + 2з > Ni 2H - + 2з > H2 (17)

Таким образом, выход по току при электроосаждении никеля не 100 % - ный, так как часть тока тратится на выделение водорода. Основным компонентом никелевых электролитов является сернокислый или хлористый никель. Для повышения электропроводности в электролит иногда вводят сернокислый натрий или магний. Важным компонентом этого электролита является также борная кислота, которая выполняет функцию буферной добавки, поддерживающей постоянной кислотность электролита. Рабочий интервал кислотности лежит в пределах рН 3,5 - 5,5. При меньшем значении рН выход по току сильно падает и, наряду с никелем, интенсивно выделяется водород. При увеличении рН возможно выпадение из раствора гидроокиси никеля. Иногда в электролит вводят фториды, которые способствуют регулированию концентрации водородных ионов в электролите и предупреждают образование анодного шлама.

В качестве материала анода используется чистый никель. При растворении никелевого анода может происходить его пассивирование, в результате чего он перестает растворяться, а на аноде выделяется кислород. Вследствие этого происходит уменьшение концентрации ионов никеля в электролите и увеличение концентрации ионов водорода, что приводит к падению катодного выхода по току и ухудшению качества покрытия. Для предупреждения пассивирования анодов в никелевый электролит вводят активаторы - ионы хлора в виде солей NaCl, KCl, NiCl2.

Для устранения неравномерного растворения никелевых анодов их легируют серой в пределах 0,0002 - 0,01 %. Депассивирующее действие серы сохраняется при наличии в никелевых анодах углерода или кислорода в концентрации, необходимой для получения плотного слитка (0,1 - 0,3%). Такие непассивирующиеся аноды изготавливаются путем литья или вальцовки.

Никелевые аноды изготовляются в виде полос овального и прямоугольного сечений. Размеры анодов овального сечения должны составлять: большая и малая оси овала - 80Ч35 мм, длина - 400 - 1200 мм. Аноды прямоугольного сечения имеют следующие размеры (мм): толщину - 4 - 12, ширину - 100 - 600, длину - 400 - 2000.

Во избежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды помещают в чехлы из ткани "хлорин" или "бельтинг", предварительно обработанные в 2-10% - ном растворе соляной кислоты. Все компоненты растворяют отдельно, фильтруют или декантируют и сливают в ванну никелирования. Затем ванну доливают водой до расчетного уровня, проверяют рН и электролит приготовлен. Наиболее применяемый электролит имеет следующие состав (г/л) и режим работы:

Сернокислый никель (кристаллогидрат) 250 - 300

Сернокислый магний 50 - 60

Борная кислота 25 - 30

Хлористый натрий 3 - 5

Фтористый натрий 2 - 3

Температура,°С 30 - 40

Плотность тока, А/дм2 2 - 4

РН 3 - 5

При использовании электролитов, содержащих фтористый натрий, непрерывное фильтрование затрудняется засорением фильтровальной ткани коллоидными сгустками фторидов. Для устранения этого явления необходимо поддерживать возможно более низкое значение рН или вводить фтористые соединения в виде борфтористоводородных солей. Указанный электролит устойчив в работе и при правильной эксплуатации и систематической очистке от вредных примесей может использоваться в течение нескольких лет без замены.

Никелевый сернокислый электролит очень чувствителен к примесям. Так, присутствие железа в электролите приводит к отслаиванию и растрескиванию покрытия. При наличии некоторых органических соединений никелевое покрытие становится хрупким. Примеси цинка и меди вызывают образование пятнистых темно-серых и черных осадков никеля. Допустимая концентрация металлов-примесей в электролите следующая: Fе2+ - 0,1г/л; Сu2+ - 0,02 г/л; Zn2+ - 0,01 г/л и Рb2+ - 0,007 г/л. Удаление примесей железа, меди и цинка осуществляется обычно подщелачиванием электролита карбонатом или гидроокисью никеля до рН 6,2 - 6,3 с последующим нагревом электролита до температуры кипения.

Для никелирования характерно явление, называемое питтингом. При определенных условиях электролиза пузырьки газообразного водорода задерживаются на катодной поверхности, прилипают к ней и в этих местах становится невозможным дальнейший разряд ионов никеля. На покрытии образуются ямки или "водородные макропоры", которые хорошо видны невооруженным глазом или через лупу. Осадок теряет декоративный вид, и уменьшается стойкость против коррозии.

Прилипанию пузырьков водорода к катоду способствуют все вещества, попадающие в электролит и увеличивающие поверхностное натяжение. Отрицательное влияние оказывают коллоидальная гидроокись железа, многие органические вещества. В целях борьбы с питтингом прибегают к веществам, понижающим поверхностное натяжение - антипиттинговым, или смачивающим добавкам, которые помогают отрываться пузырькам водорода от металла. К таким веществам относятся жидкость "Прогресс", лаурилсульфат натрия, сульфирол-8 в концентрации от 0,005 до 0,1 г/л. Применение более высоких концентраций этих добавок вызывает хрупкость осадков, увеличивает пенообразование.

Для уменьшения питтинга рекомендуются качание катодных штанг со встряхиванием (30-60 раз в минуту), барботаж сжатым воздухом, предварительно очищенным от масла.

В мировой гальванотехнике 80 % никелевых электролитических покрытий получают непосредственно из ванн блестящего никелирования.

Главными преимуществами при получении блестящих никелевых покрытий являются экономия никеля, устранение трудоемкой, ручной и вредной механической операции (полирования), снижение расхода электроэнергии и возможность ведения непрерывного технологического процесса при нанесении многослойных покрытий.

Наиболее усовершенствованным электролитом блестящего никелирования является электролит следующего состава (г/л) и режима работы:

Сернокислый никель (кристаллогидрат) 260 - 300

Хлористый никель (кристаллогидрат) 40 - 60

Борная кислота 30 - 40

1,4-Бутиндиол (100% - ный) 0,12 - 2,0

Сахарин 1,5 - 2,0

Фталимид 0,08 - 0,12

РН 3,5 - 5,0

Температура,°С 55 - 65

Катодная плотность тока, А/дм2 2 - 8

В электролит наряду со смачивающей и блескообразующей добавками вводят так называемые выравнивающие добавки. Положительное истинное выравнивание или сглаживание микропрофиля поверхности в процессе осаждения никеля происходит в тех случаях, когда в микроуглублениях стальной детали осаждается больше никеля, чем на микровыступах.

Заметное выравнивание наблюдается только при введении в никелевые электролиты добавок специальных веществ. Для предотвращения питтинга рекомендуется вводить сульфирол-8 (0,2 - 0,8 г/л) и лаурилсульфат натрия (0,1 - 0,5 г/л). Блескообразующей и выравнивающей добавкой является 1,4-бутиндиол, который совместно с сахарином придает интенсивный блеск осадкам и способствует получению осадков с высокой твердостью и пластичностью в широком диапазоне катодных плотностей тока.

Фталимид в сочетании с бутиндиолом увеличивает выравнивающую способность электролита и расширяет диапазон плотностей тока для получения качественных блестящих никелевых покрытий.

Никелевые электролиты чувствительны к понижению температуры и при снижении ее до +10°С непригодны для эксплуатации. Для повышения качества покрытий и ускорения процесса ванны оснащаются автоматическими устройствами для покачивания катодных штанг или для непрерывного перемешивания и фильтрования.

Систематически корректируется рН электролита. Корректирование осуществляют добавлением 3 % - ного раствора NaOH или Н2SO4 при интенсивном перемешивании электролита в течение 30 - 40 мин после корректирования. Определение рН с высокой степенью точности производят потенциометрически со стеклянным электродом. Менее точный, но более быстрый метод определения рН существует с помощью индикаторных бумаг.

Высокопроизводительными никелевыми электролитами являются сульфаминовокислые растворы, при работе с которыми можно применять высокие рабочие плотности тока (до 40 А/дм2) благодаря высокой растворимости сульфамата никеля в воде. Сульфаминовокислые электролиты применяются для нанесения толстых осадков никеля, так как эти покрытия отличаются низкими внутренними напряжениями.

Наиболее применяемый сульфаминовокислый электролит имеет следующий состав (г/л) и режим работы:

Сульфаминовокислый никель 300 - 400

Хлористый никель 12 - 15

Борная кислота 25 - 40

Лаурилсульфат натрия 0,01 - 1,0

Катодная плотность тока, А/дм2 5 - 12

Температура,°С 18 - 50

Похожие статьи




Теоретические основы процесса никелирования - Серебрение алюминиевых деталей

Предыдущая | Следующая