На никелевом покрытии (увеличение в 100 раз)

Для предупреждения питтинга в элект­ролит вводят поверхностно-активные вещества – антипиттинговые или смачи­вающие добавки, понижающие поверхностное натяжение раствора, 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 их стоимость. Для уменьшения питтинга рекомендуются качание катодных штанг со встряхиванием (30–60 раз в минуту), барботаж сжа­тым воздухом, предварительно очищенным от масла.

При по­гружении в никелевый электролит деталей из цинка и его спла­вов происходит вытеснение никеля цинком вследствие различ­ных их потенциалов по следующей реакции:

Zn + NiSО₄ → ZnSО₄ + Ni.

Пленка никеля неплотно пристает к поверхности, легко отслаивается вместе с гальваническим осадком никеля, а рас­твор загрязняется цинком, который резко ухудшает качество никелевого покрытия. Поэтому при никелировании деталей из цинка и его сплавов чаще всего осуществляют предварительное меднение в цианидном электролите. В мировой гальванотехнике 80 % никелевых электролити­ческих покрытий получают непосредственно из ванн блестя­щего никелирования.

Главными преимуществами 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 совершенным 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 %) ……………………………...… 0,12 –2,0

Сахарин …………………………………………………. 1,5–2,0

Фталимид ……………………………………………….. 0,08–0,12

pН ……………………………………………………….. 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 % раствора NaOH или H₂SO₄ 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. Самые распространенные неполадки при работе с сернокислыми электролитами аналогичны приведенным в табл. 3.10.

Для увеличения защитных свойств и снижения толщины по­крытия по сравнению с однослойным блестящим никелировани­ем разработан электролит двухслойного никелирования. Внача­ле наносится полублестящий слой никеля из электролита без серосодержащих блескообразующих добавок, а затем слой блестящего никеля. Если при однослойном никелировании кор­розия через поры проникает до основного металла, то при двух­слойном никелировании верхний слой является анодом по от­ношению к нижнему слою никеля, так как потенциал верхнего слоя на 0,2 В отрицательнее потенциала нижнего. Вследствие этого происходит коррозия верхнего слоя, а нижний слой и ос­нова не корродируют.

Нижний полублестящий слой никеля получается за счет уменьшения содержания 1,4-бутиндиола по сравнению с блестя­щим. Толщина полублестящего слоя составляет не менее 2/3 от общей толщины двухслойного никеля (около 18 мкм). Состав электролита, г/л, и режим работы следующие:

Сернокислый никель (кристаллогидрат) ……………… 250–300

Хлористый никель (кристаллогидрат) ………………….. 50–60

Борная кислота.............…………………………………… 25–40

1,4-бутиндиол (100 %)......………………………………. 0,05–0,1

Формальдегид............…………………………………….. 0,1–0,3

рН..................……………………………………………… 4,0–5,0

Плотность тока, А/дм²..........…………………………….. 2–5

Температура, °С............………………………………….. 50–55

 

Перемешивание осуществляется очищенным сжатым воз­духом или инертным газом. Поверх слоя полублестящего никеля наносят никель из электролита блестящего никелирования. Двойное никелирование осуществляется без промежуточной промывки, так как со­став электролита полублестящего никелирования не содержит веществ, вредных дляэлектролита блестящего никелирования. Причины и способы устранения неполадок при никелировании рассмотрены в табл. 3.12.

Следующим шагом в развитии современной технологии нанесения защитно-декоративных покрытий является трехслой­ное никелирование, при котором металл наносится тремя слоя­ми никеля из трех разных электролитов. От двухслойного это покрытие отличается тем, что между нижним полублестящим и верхним блестящим слоями наносится промежуточный тонкий слой никеля (1–2 мкм), содержащий 0,15–0,2 % серы. Сред­ний слой никеля в контакте с агрессивными средами (в порах покрытия) приобретает отрицательный потенциал по отноше­нию как к нижнему, так и к верхнему слоям, сильно замедляя коррозию обоих. При этом коррозия через поры верхнего слоя распространяется по промежуточному слою, а верхний блестящий и нижний полублестящий слои остаются неповрежденными.

Таблица 3.12

Неполадки при никелировании, их причины

и способы устранения

 

Неполадки	Причины	Способы устранения
Частичное покрытие деталей никелем при хорошем качестве покрытия	Плохое обезжиривание деталей	Тщательно подгото­вить поверхность дета­лей
Отсутствие контакта подвесочного приспо­собления со штангой	Улучшить контакт подвесочного приспо­собления со штангой
Детали взаимно экранируются на подвесочных приспособлениях	Изменить расположе­ние деталей
Неправильное расположение анодов или нарушение контакта отдельных анодов	Улучшить контакт и расположение анодов
Малая скорость осаж­дения никеля	Низкая температура электролита	Подогреть электролит до 18–25 оС
Никель на деталях не осаждается, усиленное выделение водорода	Малая величина рН электролита (слишком кислый электролит)	Проверить рН и от­корректировать его 3 % раствором NaOH
Низкая температура электролита	Подогреть электролит до 18–25 °С
Никель на деталях не осаждается, образова­ние на деталях черно­го мажущегося налета	Низкая плотность то­ка	Повысить плотность тока
Неправильное включе­ние полюсов на ванне	Проверить и переклю­чить полюса
Наличие солей азот­ной кислоты в элек­тролите	Проработать или сме­нить ванну

Продолж. табл. 3.12

Покрытие имеет жел­тый оттенок, а на кромках деталей возможно образование зе­ленных гидратов окиси никеля	Высокая плотность то­ка	Снизить катодную плотность тока или усилить перемешива­ние электролита
Высокое значение рН	Проверить рН и под­кислить электролит 3 % раствором серной кислоты
Аноды покрыты корич­невой или черной пленкой	Высокая анодная плотность тока	Увеличить поверхность анодов
Отслаивание покрытия	Низкая концентрация NаС1	Добавить 2–3 г/л NaС1
Прекращение подачи тока или изменение плотности тока	Удалить никель анод­ным растворением в Н2SО4 и повторить по­крытие
	Плохая подготовка к покрытию
Отслаивание никеля в виде мелких блестящих чешуек, легко осыпающихся от прикосновения	Слишком кислый элек­тролит и высокая ка­тодная плотность то­ка	Подщелочить электро­лит и снизить катод­ную плотность тока
Низкая концентрация NiSО4 при большом содержании проводя­щих солей	Добавить NiSО4
Никель имеет серый оттенок, плохо поли­руется, аноды без тока покрываются ме­дью	Накопление в элек­тролите солей меди (более 0,02 г/л)	Подкислить электро­лит и проработать его при низкой плотности тока
Слой никеля блестящий с продольными полосами	Накопление в электролите солей железа (более 0,1 г/л)	Подкислить электро­лит, ввести Н2О2, на­греть и перемешать, довести до рН 6 и от­фильтровать

Оконч. табл. 3.12

Появление черных или коричневых полос или общее почернение по­крытия	Загрязнение электролита солями цинка	Добавить известково­го молока или мела до рН 6,1–6,3 и от­фильтровать осадок
Пористость и шерохо­ватость никеля	Электролит загрязнен анодным шламом и другими механически­ми примесями	Отфильтровать элек­тролит и надеть на аноды чехлы из льня­ной ткани
Образование питтинга	Загрязнение электро­лита органическими примесями	Подкислить электро­лит, добавив Н2SО4; довести рН до рабо­чей величины
Холодный электролит	Повысить температуру
Никелевое покрытие хрупкое и блестящее, пористость, плохое сцепление осадков с основой	Загрязнение электро­лита органическими примесями	Ввести в электролит измельченный древесный уголь из расчета 2–3 г/л, выдерживая его в ванне при перемешивании в течение одной смены

 

Для нанесения среднего слоя в электролит основного соста­ва вводятся следующие органические добавки, г/л: n-Амино-бензосульфамид – 0,15–0,25; сахарин – 0,8–1,5. При одина­ковой общей толщине никелевого слоя трехслойное покрытие более чем в 2–3 раза коррозионно-устойчивее двухслойного и в 5 раз – однослойного.

Борфтороводородные электролиты для никелиро­вания устойчивы и менее чувствительны к загрязне­нию посторонними металлами (кроме меди). Благо­даря высокой растворимости борфторида никеля Ni(ВF₄)₂ и хорошей буферной способности раствора можно работать при большей плотности тока, т.е. интенсифицировать процесс. Основными компонента­ми электролита являются борфторид никеля (300–400 г/л) и свободная борфтороводородная кислота (до рН =2,5~3,5). Для связывания НF, который может образоваться при гидролизе соли никеля, до­бавляют борную кислоту. Электролиз проводят при 30–50 °С и плотности тока до 2 А/дм²; выход никеля по току составляет 95,0–95,5 %

Высокопроизводительными являются сульфаматные электролиты, при работе с которыми можно применять высокие рабочие плотности тока (до 40 А/дм²) благодаря высокой растворимости сульфамата ни­келя в воде. Для получения сульфамата никеля в раствор сульфаминовой кислоты при комнатной температуре добавляют карбонат никеля:

В со­став этих электролитов входят сульфамат никеля Ni(SО₃NН₂)₂·4Н₂О (200–450 г/л), хлорид никеля NiСI₂·6Н₂О
(2–15 г/л), борная кислота (20–30 г/л) и антипиттинговая добавка «Прогресс» (3 мл/л); рН такого электролита составляет 3–4,5. Электролиз ведут при 50–60 °С и плотности тока 4–15 А/дм²; выход никеля по току 99–100 % (при перемешивании). Сульфаматные электролиты обладают хорошими бу­ферными свойствами. Ихцелесообразно использовать для получения пластичных толстых осадков никеля, так как эти покрытия отличаются низкими внутренними напряжениями.

Для никелирования широко применяется покры­тие, называемое «сил-никель», включающее первый блестящий слой никеля и второй слой, получаемый из электролита, содержащего в виде суспензии као­лин или другие твердые инертные токонепроводящие частицы. В ходе электролиза токоне­проводящие частицы осаждаются вместе с никелем, включаясь в осадок до 10 %. Соосаждение про­исходит вследствие захвата инертных частиц растущими слоями металла. Для предотвращения возникновения шероховатости покрытия размер частиц составляет 0,1–3,0 мкм, а количество их в никелевом осадке 10⁶–10⁸ на 1 см² площади поверхности. Перемешивание электролита осуществляется с помощью воз­духа. Для защитно-декоративной отделки можно еще осаждать и слой хрома, который благодаря наличию токонепроводящих частиц в никеле осажда­ется с образованием очень большого числа мелких пор (от 20000 до 50000 на 1 см²). У покрытия, полу­ченного таким способом, коррозия никеля протекает более равномерно по всей поверхности и замедляет­ся в объеме покрытия (перпендикулярно к поверхно­сти основного металла).

Различные оптические детали покрывают черным никелем; такие покрытия обладают значительной светопоглощающей способностью.