Никелевые покрытия применяют в различных отраслях промышленности. Широкое использование никеля в гальванотехнике объясняется его физико-механическими и химическими свойствами. Никель — серебристо-белый металл с сильным блеском, имеет атомную массу 58,71; его отражательная способность в видимой части спектра 58—62 %, плотность 8900 кг/м3, температура плавления 1452 °С, удельная теплоемкость 0,48 X 103 Дж/(кг-К), температурный коэффициент линейного расширения 12,5- 1(Г6 К"1, удельное электросопротивление 9,068- 10~вОм-м. Никель ферромагнитен, обладает переменной валентностью (двух- и трехвалентный); его электрохимический эквивалент 1,095 г/(А-ч), стандартный потенциал равен —0,25 В. По отношению к воде и воздуху при обычной температуре очень устойчив. На никелевой жести при нагревании на воздухе появляются цвета побежалости вследствие образования тонкой твердой и эластичной пленки NiO.Разбавленные кислоты действуют на № менее энергично, чем на Ре, однако он легко растворим в разбавленной НNО3. Концентрированная НNO3 пассивирует его. В растворах щелочей он устойчив при всех концентрациях и температурах. Обладает коррозионной устойчивостью в растворах некоторых органических кислот и минеральных солей.Цели никелирования следующие: защита основного металла от коррозии, его декоративная отделка, повышение поверхностной твердости.При толщине никелевого покрытия 0,125 мм основной металл детали уж* предохраняется от воздействия промышленных газов и растворов; при менее сильной агрессивной среде достаточен слой толщиной 0,05—0,1 мм.
Толщина никелевых покрытий на различных металлах предусмотрена ГОСТ 9.073—77*.Никелевые покрытия наносят на Fe, Си, Тi, Al, Ве, W и другие металлы и их сплавы.Никель, являясь защитно-декоративным покрытием, в паре Ni — Fe может защищать Ре от коррозии только при условии полной беспористости покрытия, так как у него более положительный потенциал. Для получения беспористых покрытий применяют последовательное осаждение нескольких слоев одного и того же металла или другого металла из различных по составу электролитов. У многослойных покрытий поры каждого слоя обычно не совпадают с порами соседних слоев. Многослойные покрытия позволяют также снизить расход никеля в результате применения более дешевого металла, как, например, Си.Электроосаждение Ni всегда сопровождается значительной катодной и анодной поляризацией, которая еависит как от состава электролита, так и от режима ведения процесса. При пассивации анодов уменьшается концентрация ионов Ni в прикатодном пространстве, что приводит к снижению выхода по току. Введение ионов Cl в электролит снижает анодную поляризацию, так как ионы Cl, разряжаясь на аноде, растворяют пассивную пленку анода, тем самым снижают анодную поляризацию. Ионы Cl вводятся в виде NiCl2, NaCl или KCl. В свою очередь, повышенное содержание Cl увеличивает растворимость анода, а это приводит к нестабильности работы ванны и увеличению рН в катодном пространстве. Поэтому повышенное содержание Cl~ также нежелательно, как и пониженное.
При электроосаждении Ni из кислых растворов наряду с Ni на катоде выделяется и H2, за счет чего в прикатодном пространстве повышается рН, а это может привести к образованию хрупких и шероховатых поверхностей N1, что связано с соосаждением основных солей N1.С другой стороны, увеличение кислотности электролита приводит к снижению рассеивающей способности электролита и выхода по току ввиду расхода энергии на восстановление ионов Н2. Выделение последнего ухудшает свойства получаемых осадков. Образуется пористый шероховатый осадок с питтингом. Поэтому, как правило, никелирование проводят при рН электролита в пределах 4,0- 5,5.Чистоту никелевых электролитов поддерживают непрерывной фильтрацией, их селективной и периодической химической очисткой, а также зачехле-нием анодов.Для стабильной работы анодов, т. е. для равномерного растворения анодов, их подвергают термообработке и придают эллиптическую или ромбовидную форму. Эти факторы сказываются: на скорости растворения №, а поэтому и на качестве получаемых осадков.Кроме того, применяются аноды в виде кусочков металла размером 25 X 25 X 5 мм. Эти аноды равномерно растворяются. Их помещают в титановые корзины, на которые надевают мешки из полипропиленовой ткани. Соотношение 5а o 8К при электролизе необходимо поддерживать 2:1.Для приготовления электролита никелирования необходимо чистую ванну промыть раствором 3-5 % -ной H2SO4 или НCl в течение 2-4 ч при температуре 50-60 °С. Слить раствор кислоты и ванну тщательно промыть деминерализованной . водой. Залить ванну на VI объема деминерализованной водой и подогреть до 70 °С. Засыпать в ванну необходимое количество Н3ВО8, растворить ее при перемешивании. Затем засыпать в ванну необходимое количество NiSO4 X 7Н2О и NiCl2 X 6Н2О в растворить их при температуре 70 °С. Долить деминерализованную воду до уровня ванны и добавить блеекообразующие добавки. Довести до необходимого значения рН электролита, добавляя NiCO3 или H2SO4 порциями (порция карбоната никеля - 0,5 кг, порция H2SO4 - 200 мл).
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ
На практике чаще всего пользуются кислыми электролитами, которые подразделяются на сернокислые, хлористые, сульфаминовокислые (суль-фаматные), кремнефтористоводород-ные, борфтористоводородные и др.Щелочные электролиты, используемые на практике, делятся на цитрат-ные, этилендиаминовые, тартратные и др.Зависимость физико-механических свойств осадков никеля от состава электролита приведена в табл. 1.Сернокислые электролиты, широко применяемые во многих отраслях промышленности, имеют разнообразный состав и режим работы ванн для получения покрытий с различными заданными свойствами. Эти электролиты весьма чувствительны к отклонениям от принятого режима работы ванны и к наличию посторонних примесей в электролите.Основным компонентом сернокислых электролитов является NiSO4 X X 7Н2О. Если концентрация NiSO4 Х X 7Н2О не превышает 200 г/л, то для повышения электропроводимости электролита вводят H2SO4 или MgSO4-7Н2О, что способствует получению пластичных никелевых покрытий.Скорость осаждения никеля определяют по табл. 2.Для поддержания постоянства рН в электролит вводят Н3ВО3 или СН3СООNa. Если процесс ведется при более низком рН, то в качестве буферных добавок применяют фтор-содержащие соединения (NaF,Ni(BF4)3.| Электролит | Компоненты | С,г/л | рН | t, 0C | К А/дм2 | HV | δр*МПа | Относительное удлинение, % |
| Сернокислый(Уоттса) |
NiSiO4-7H2O NiCl2-6H2O H 2BO2 |
300 45 38 |
1,5-4,5 | 45-65 | 2,5-10 | 140-160 | 385 | 30 |
| Твердого никелирования | NiSO4-7H2ONH4ClH 2BO2 |
180 25 30 |
4,0-5,6 | 43-50 | 2-10 | 350-500 | 1050 | 5,8 |
| Хлоридный | NiCl2-6H2OH 2BO2 |
300 38 |
2,0 | 50-70 | 2,5-10 | 230-250 | 700 | 20 |
| Хлоридно-сульфатный | NiSO4-7H2OH 2BO2NiCl2-6H2O |
200 40 175 |
3,0 | 35-50 | 1,2-5,4 | 130-150 | 460 | 23-33 |
| Хлоридно-ацетатный | NiCl2-6H2ONi |
135 105 |
4,5-4,9 | 30-50 | 2-10 | 350 | 1400 | 10 |
| Фторборатный | H 2BO2NiHBF4 |
30 75 37 |
2,0-3,5 | 40-80 | 4-10 | 183 | 520 | 15-30 |
| Плотность тока, А/дм2 | Выход по току, % | |||||
| 50; | 60 | 70 | 80 | 90 | 95 | |
|
0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 10,0 |
3,1 6,3 12,5 18,8 25,1 31,4 62,8 |
3,7 7,4 14,9 22,3 29,8 37,2 74,4 |
4,4 7,4 14,9 22,3 29,8 37,2 74,4 |
5,0 10,0 20,0 29,9 39,9 49,8 99,7 |
5,6 11,2 22,4 33,6 44,8 56,0 112,0 |
5,9 11,8 23,6 35,6 47,2 59,0 118,0 |
Для удаления органических соединений
в ванну вводят измельченный древесный уголь из расчета 2-3 г/л.Вводом дополнительных
компонентов в сернокислые электролиты можно получать покрытия с индивидуальными
свойствами,ИХ XT АН Литовской ССР разработан процесс получения серебристо-матового
никелирования Лимеда
| Компоненты электролита и режим | № электролита | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| NiSiO4-7H2O | 350-360 | 250-300 | 250-300 | 260-300 | 90 | 200-300 | 280-300 | 250-300 | 240 | 120-150 |
| NiCl2-6H2O | 50-60 | 50-60 | - | 40-60 | 200 | - | 50-60 | - | 45 | - |
| NaCl | - | - | 10-15 | - | - | 3-15 | - | 10-15 | - | - |
| H 2BO2 | 25-40 | 25-40 | 25-40 | 35-40 | 40 | 25-30 | 30-40 | 30-40- | 30 | 30-40 |
| Сахарин | 1,0-2,0 | 1,0-2,0 | - | 0,7-1,5 | 0,7-1,5 | - | 1,2-1,5 | - | - | - |
| 1,4-бутиндион (100% -ный) |
0,15-0,7 | 0,18-0,3 | 0,2-0,5 | 0,7 | 0,7 | - | 0,7 | 1,0-1,5 | 0,2-0,6 | 0,4-0,7 |
| Фталимид | 0,08-0,12 | - | - | 0,09 | 0,08-0,1 | - | 0,08-0,12 | - | - | - |
| NaF | - | - | - | - | - | 4,6 | - | - | - | - |
| Формальдегид | - | 0,02-0,04 | 0,5-1,2 | - | - | 1,15 | - | - | 0,01-0,03 | - |
| Хлорамин Б | - | - | 2,0-2,5 | - | - | - | - | - | 2,0-2,5 | - |
| Натриевая соль | - | - | - | - | - | 2,0-4,0 | - | - | - | - |
| 1,5-нафталиидисульфо-кислоты Моющая жидкость «Прогресс» или препарат ОС-20 |
- | - | - | - | - | - | - | 0,003-0,005 | - | - |
| Ацетанилид, бензосульфамид | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,2 | - |
| NH4Cl | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 20-50 |
| Барбитуровая кислота | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,03-0,9 |
| рН | 4,0-4,8 | 4,5-4,8 | 4,5-5,5 | 4,0-4,8 | 4,0-4,8 | 5,8-6,3 | 4,2-4,8 | 4,5-5,5 | 3,5-5,5 | - |
| t н,, A/дм2 | 3-8 | 3-8 | 2,5-3,5 | 4,0-6,0 | 4-6 | 1-2 | 4,5-5 | 3-5 | 0,8-9 | - |
| t, 0C | 52-62 | 52-62 | 42-52 | 55-60 | 50-60 | 20-30 | 50-60 | 43-60 | 18-50 | - |