Никелирование это – Никелирование — это… Что такое Никелирование?

Содержание

что это такое, технологии, подготовка и обработка изделий

Никелирование — это покрытие поверхности металла никелем. Проводится для защиты конструкции от негативных атмосферных воздействий. Покрытие отличается высокой прочностью, герметичностью, долговечностью.

Никелированный диск (Фото: Instagram / aqua__decor)

Описание метода

Никелевое покрытие формируется на различных металлических конструкциях из чёрных и цветных металлов. Повышает коррозионную стойкость, защищает от износа, повышенной влажности, некоторых химически активных веществ.

Никелевые покрытия отличаются высокой твёрдостью, стойкостью к окислению, отличной отражательной способностью.

Толщина покрытия — от 0,8 до 55 мкм. Применяется для нанесения на следующие изделия:

металлические конструкции, эксплуатация которых предполагается в неблагоприятных атмосферных условиях или в кислых средах;
кузовные детали транспортных средств;
спецоборудование или инструменты, которые используются в медицине;
ограждения и опорные стальные или алюминиевые конструкции;
металлические изделия, эксплуатируемые в кислотных или щелочных средах.

Никелевый слой бывает матовым, глянцевым или чёрным.

Невозможно никелирование заготовок из кадмия, свинца, олова, висмута, сурьмы. Перед проведением работ нужно учитывать данную особенность.

Технология

Никелирование деталей выполняется путём нанесения тонкослойных покрытий на металл. Данная технология применяется для защиты стали, меди, алюминия, титана.

Методы обработки

Чтобы выполнить покрытие никелем металла, нужно выбрать способ нанесения защитного слоя. Технологии:

электролитическая;
химическая.

Химическое никелирование (Фото: Instagram / chromgoldastra)

Электролитический метод

Покрытие никеля наносится в ванне с электролитом, в которую погружены электрод и заготовка. Между деталью и анодом пропускается ток, подаваемый от лабораторного источника питания или понижающего трансформатора.

Образуемое покрытие отличается высокой однородностью, минимальным количеством дефектов на поверхности, отсутствием пор. Приготовление электролита в домашних условиях достаточно простое.

Гальваническое никелирование позволяет получать защитные слои с такими характеристиками:

температура плавления — +1450 градусов;
твёрдость по Виккерсу — 250;
деформация продольного типа — 10–30%;
адгезионная прочность — от 35 до 45 кгс/мм²;
удельное сопротивление —8,510^-5 Ом•м;
магнитная восприимчивость — 37.

Нанесение защитного слоя:

Подготовить ёмкость, подходящую под размеры детали.
В ёмкости положить электрод, а на кронштейне разместить заготовку. Важно, чтобы они не касались стенок сосуда.
Внутрь ёмкости залить электролит.
Подобрать источник питания, на выходе которого формируется напряжение до 6 В и ток до 1,2 А.
Подключить к аноду положительный контакт источника питания, а к заготовке — отрицательный.
Подать на электроды напряжение.
Толщина наносимого покрытия зависит от времени подачи напряжения на электроды.
После получения слоя никеля требуемой толщины отключить источник тока и достать деталь.
При необходимости покрытие можно отшлифовать.

Химический метод

Химический способ нанесения покрытия позволяет создавать на заготовках прочные никелевые слои. Отличается простотой реализации, эффективностью. Не требует наличия навыков или опыта выполнения подобных работ.

Химический способ не подходит для нанесения защитного слоя на поверхности с шероховатостью или сложной геометрией. Наносить равномерный слой в труднодоступных местах не представляется возможным.

Химическое никелирование позволяет получать покрытия со следующими свойствами:

температура плавления — +890⁰С;
твёрдость по Виккерсу — 550;
деформация продольного типа — 3–6%;
адгезионная прочность — от 35 до 50 кгс/мм²;
удельное сопротивление — 6010^-5 Ом•м;
магнитная восприимчивость — 4.

Нанесение защитного слоя:

Подготовить раствор для никелирования путём смешивания реактивов с водой в ёмкости, стойкой к данным химическим компонентам.
Нагреть раствор до закипания, а потом добавить NaPO₂H₂.
Подготовить эмалированную металлическую емкость. Изготовить диэлектрический держатель. Его конструкция должна быть такой, чтобы при опускании в ёмкость деталь не касалась стенок.
Залить в ёмкость электролит, опустить заготовку на кронштейне.
Подогреть конструкцию до такой температуры, чтобы электролитический состав закипел. Выдерживается в растворе течение 1–3 часов, в зависимости от химсостава, требований к толщине покрытия.
Извлечь готовую деталь, промыть в растворе гашёной извести.
При необходимости отполировать.

Никелированные болты (Фото: Instagram / galvanika74)

Ванны для проведения обработки

Покрытие заготовок никелем выполняют в ваннах с добавлением:

хлорида Na, Mg или Zn — предназначается для растворения анодного материала, лучшего протекания реакции в присутствии Zn и других загрязнителей;
сульфата никеля — используется в качестве источника ионов для покрытия;
борной кислоты — регулирует кислотный уровень в ванне на требуемом уровне.

Оптимальные условия для протекания химических реакций:

температура состава — +32⁰С;
кислотность pH — от 5,3 до 5,9;
количество сульфата никеля — до 360 г/л.

Никелевые слои с металлическими поверхностями имеют малую прочность закрепления. Поэтому необходимо выполнять их термообработку при температурах до +400⁰С с последующей закалкой в течение 3 часов. Превышение данного значения оказать негативное влияние на свойства металла. Оптимальный диапазон — от +260⁰С до +310⁰С.

Внутри ванной устанавливается специальное перемешивающее оборудование, позволяющее достигать однородности раствора. Для удаления различных загрязнений используются фильтры.

Производительные ванны для промышленного использования требуют добавления пеноподавляющих веществ либо сжатого воздуха.

Подготовка изделия

Процесс никелирования в домашних условиях требует правильной подготовки:

абразивными инструментами снимается оксидная плёнка или поверхностный слой ржавого металла;
щёткой убираются опилки с поверхности заготовки;
водой смывают следы грязи, если они есть;
заготовку обезжиривают растворителем или содовым составом;
следы обезжиривателей смывают водой, затем просушивают.

Абразивный материал (Фото: Instagram / to4kacveta)

Нанесение защитного слоя

Чтобы выполнить никелирование стали, на её поверхность нужно нанести слой меди. Проведение работ:

Подобрать стеклянную ёмкость.
Приготовить электролит. Для этого нужно подготовить 20% CuSO₄, 2% H₂SO₄, 78% H₂O.
Поместить заготовку в емкость. С противоположных сторон разместить аноды.
Собрать электрическую цепь на основе лабораторного источника тока. Его мощность определяется на основе площади никелирования — если нужно обработать 10–15 мА/см² поверхности детали, напряжение должно быть в диапазоне от 5,8 до 6 В.
Подать напряжение на подключённую схему. Оптимальная толщина покрытия достигается в течение 30 минут.

Наносить защитный слой можно и кисточкой:

Из многожильного медного провода изготавливается кисточка путём удаления изоляционного слоя. Для удобства её фиксируют на деревянном бруске с удобным для работы сечением.
Заготовку очищают, обезжиривают, затем отмывают от растворителей.
Берут лабораторный источник питания. К положительному контакту подсоединяют кисточку, а к отрицательному — заготовку.
Подготавливают раствор электролита.
Включают питание на источнике тока.
Кисточку погружают в электролитический раствор, затем вынимают и проводят над заготовкой.
Последовательно и равномерно покрывают всю заготовку медным покрытием. Толщина определяется временем воздействия на определённый поверхностный участок.

Как повысить стойкость покрытия?

Для повышения стойкости никелированных покрытий к негативным воздействиям необходимо:

омеднить деталь для снижения шероховатости;
в установку для химического никелирования залить раствор MgO и H₂O и HCl или H₂SO₄;
нанести смазку глубокого проникновения, затем погрузить деталь в ёмкость с очищенным рыбьим жиром, достать наружу и удалить остатки состава;
нанести многослойное никелированное покрытие;
дважды выполнить обработку рыбьим жиром с интервалом в 12 часов.

Удаление покрытия

Удалить никелированный слой можно следующими способами:

электрохимическим травлением в 30% растворе H₂SO₄;
механической обработкой абразивными инструментами;
пескоструйной обработкой.

Чтобы при добавлении кислоты не снять слой металла с подложки, нужно в раствор добавить глицерин в количестве 50 г/л.

Никелевый слой может защищать металл от окисления, выполнять декоративную роль или быть подложкой для хромового покрытия. Технология проста в реализации, не требует дорогого оборудования, специального образования.

metalloy.ru

Никелирование: виды, раствор, особености

Никель имеет серебристо-белый оттенок, хорошо полируется для зеркального состояния, ковкий и пластичный. Твердость никеля зависит от условий и химического состава электролита и колеблется в пределах 2,5–4 ГПа для матовых и 4,5–5 ГПа для блестящих осадков. За счет никелирования металлов на поверхности удается получить осадок с требуемыми параметрами. На открытом воздухе никель покрывается оксидной пленкой, происходит пассивирование металла. Если в воздухе присутствуют сернистые соединения, то никелированная поверхность быстро тускнеет и теряет первоначальные декоративные свойства. Не рекомендуется никелирование металлических деталей, имеющих контакт с морской водой, в таких условиях эксплуатации алюминий и железо быстро корродируют. Еще один недостаток – никель ускоренно поглощает газы, в результате чего резко понижаются его физические характеристики. Но электролитическое никелирование разрешается для товаров, имеющих прямой контакт с пищевыми продуктами, оно не выделяет вредных химических соединений. Никелирование можно делать на мели, железе, алюминии, титане и их сплавах и неметаллических поверхностях. На последних выполняется химическое никелирование.

Особенности технологии никелирования металлов

В любой среде эксплуатации никель по отношению к железу является катодным покрытием, в связи с этим для обеспечения качественной защиты от коррозионных процессов его необходимо наносить на медный подслой. Допускается нанесение чистого слоя никеля толщиной не менее 30 мкм, но в связи с высокой стоимостью металла такая технология не получила в промышленности широкого распространения, высококонцентрированный электролитический раствор не применяется. Комбинация из двух или трех слоев покрытия минимизирует вероятность образования микропор, доходящих до основного металла. Никелирование изменяет поведение никеля, в паре с медью никель становится растворимым электродом. Этот недостаток двухслойного покрытия устраняется за счет нанесения на алюминий третьего верхнего слоя из хрома. Обработанные таким способом детали широко применяются в автомобильной промышленности, приборостроении и машиностроении.

Изменение толщины никелирования в зависимости от назначения

В последнее время в промышленности широкое распространение получил черный никель, с его помощью создаются специальные оптические свойства поверхностей. Химическое никелирование дороже электролитического, этот фактор ограничивает применения метода для промышленного использования. Но он дает возможность получать более равномерные покрытия с улучшенными показателями физической прочности, обрабатывать сложные по профилю детали с узкими глубокими отверстиями. Толщина никелирования регламентируется положениями ГОСТ 9.303-84, электролитический раствор подбирается с учетом назначения изделий.

Анодный и катодный процессы никелирования

Электролитическое никелирование имеет несколько особенностей в сравнении с другими покрытиями. Для разряда ионов никеля необходима высокая катодная поляризация и низкое перенапряжение водорода, а это создает технологические сложности в связи с тем, что водород постоянно выделяется на катоде. Пузырьки газа задерживаются на катоде и становятся причиной появления эффекта питтинга. В результате на поверхности никеля образуются поры, осадок теряет декоративные и защитные свойства. Увеличивают негативные процессы органические соединения и гидроксиды.

Большое влияние на никелирование металла оказывает схема и режим работы. Увеличение температуры становится причиной возрастания выхода по току, при этом перенапряжение водорода почти не меняется. Показатели кислотности раствора оказывают влияние на физико-механические характеристики покрытия. Напряженные и твердые осадки получают при pH 5,5 и температуре ниже +20°С. В промышленности используется электролитический раствор с кислотностью менее 5,5, такие растворы имеют высокие показатели по рассеивающей способности и дают мелкозернистую структуру покрытия на алюминий. К недостаткам электролитов относится низкий выход по току и невозможность обрабатывать детали из алюминия и цинка.

Зависимость твердости никелирования от плотности тока и кислотности

Во время никелирования из-за растворов солей происходит пассивация анодов, что становится причиной нежелательных явлений. Во время обеднения электролита ионами никеля водород выделяется на поверхности катода и значительно уменьшает выход по току. Для запуска процесса депассивации в электролитический раствор вводят соли с содержанием ионов хлора. После разрядки на поверхности катода чистый хлор разрушает пленку пассивации.

Электролиты для никелирования металла

Сульфатный электролитический раствор. В промышленности используется большой перечень сульфатных электролитов, позволяющих иметь на поверхности изделий осадки с заданными физическими показателями. Сульфат натрия характеризуется большой электропроводностью, за счет включения в раствор магния никелирование становится более пластичным и мягким. В качестве буферного химического элемента применяется борная кислота, она регулирует показатели кислотности как в общем растворе, так и в области непосредственной близости к катоду. В связи с тем, что никелевые аноды пассивируются, в электролиты обязательно добавляются ионы хлора. Строгое соблюдение технологических режимов и химических составов гарантирует надлежащее качество никелирования.

Химический состав сульфатного раствора и режимы работы при матовом никелировании

Никелирование металлических изделий должно производиться при непрерывной очистке раствора от вредных примесей, в противном случае уменьшается их устойчивость. Первый электролит используется для никелирования алюминия, для процесса применяются аноды НПА 1 и НПА 2, при необходимости может использоваться специальный непассивирующий анод.

Сульфаматный раствор для никелирования. Основной компонент – сульфамат никеля, для депассивации покрытий электродов добавляется борная кислота или хлорид никеля. За счет высокой концентрации удается увеличить токи плотности никелирования. Никель осаждается равномерным гладким слоем, количество мини-пор уменьшается. Покрытия малонапряженные, никель можно осаждать толстым слоем. Электролитический раствор используется в гальванопластике и иных специальных случаях во время производства ответственных деталей. Недостатки – сложность технологии, обязательное перемешивание и очистка, высокая стоимость.

Режим обработки и состав сульфаматного электролита

Как добавка против питтинга вводится лаурилсульфат натрия. В воде растворяется сульфамат никеля, после завершения процесса добавляются остальные компоненты и раствор доводится до необходимого объема. Во время процесса температура должна выдерживаться в пределах +60°С, состав подлежит постоянной очистке. Органические примеси удаляются активированным углем, тяжелые металлы удаляются взмученным карбонатом никеля.

Блестящее никелированиеТакой эффект покрытия дает только гальваническая технология. В настоящее время более 80% вех деталей получают с блестящей поверхностью без дополнительной обработки. Гальваническая ванна с заданным электролитом обеспечивает требуемое качество обрабатываемой поверхности во время процесса никелирования. К преимуществам блестящего никелирования относятся следующие показатели:

Перед никелированием детали нет необходимости шлифовать алюминий – уменьшается себестоимость производства, устраняется опасность порчи поверхностей из-за нарушения режимов шлифования или полирования.

Уменьшается расход дорогостоящего металла, никель не попадает в отходы. Толщина снимаемого слоя во время шлифования может достигать 3 мкм.
За счет снижения количества технологических операций появляется возможность полностью автоматизировать процесс. Электролитический раствор используется увеличенное количество времени.
Более высокие показатели по току позволяют интенсифицировать никелирование металла.

К недостаткам процесса относится сильное выделение водорода на катоде, появление внутренних напряжений в покрытии и большое количество вредных примесей. Никель блестит за счет специальных блескообразователей, добавляемых в электролитический раствор. Блескообразователи могут быть двух видов:

Неорганические. Применяются редко, в основном используются соли кадмия или кобальта. Соли кобальта имеют высокую стоимость, что препятствует их широкому использованию.
Органические. Первым использовалась натриевая соль, с течением времени разрабатывались новые химические составы.

Самым большим потребителем деталей с блестящим никелированием считается автомобильная промышленность. Благодаря современным разработкам в состав электролитов для блестящего никелирования добавляются инновационные присадки, снижающие показатели поверхностного напряжения и удаляющие с поверхности катодов пузырьки воздуха. По фактическому воздействию все блестящие составы делятся на две большие группы: слабые и сильные. Слабые позволяют обрабатывать только предварительно полированные поверхности деталей, блеск поверхности имеет обратно пропорциональную зависимость от толщины осадка. Сильные блескообразователи дают возможность получать требуемое качество поверхностей на матовых основаниях, показатели блеска не зависят от толщины осадка. При совместном действии растворов покрытие получается с равномерным блеском и высокими показателями пластичности.

Химический состав блескообразователей

За счет использования сахарина никелирование металлических деталей происходит при уменьшенном количестве водорода, а добавка бутиндиола улучшает выравнивающие характеристики растворов и расширяет диапазон плотностей по току.

Электролитический раствор для блестящего никелирования

На гальваническое никелирование большое влияние оказывают выбранные режимы работы. При повышении плотности тока и температуры увеличивается фактический блеск покрытий и понижаются внутренние напряжения. Все электролиты во время процесса никелирования необходимо постоянно перемешивать, подвергать селективной очистке и фильтрованию. Оптимальная температура технологии осадков на алюминий +60°С
Технология приготовления растворов сульфатных электролитовТехнология приготовления всех сульфатных электролитов одинакова. Отдельно в теплой воде растворяются соли, в кипящей воде растворяются фториды и борная кислота. Для подготовки фторидов лучше пользоваться емкостями, изготовленными из винипласта, этот материал отличается полной химической устойчивостью к этим соединениям. Для повышения или понижения кислотности в электролитический раствор добавляется серная кислота.

Для очистки раствора от цинка и меди электролит подкисляется до pH 2,5–3,0, завешиваются катоды из рифленой листовой стали и предварительно прорабатываются током. При трехсменной работе производства состав электролитов должен ежедневно корректироваться на основе химического анализа. Никелевые осадки чутко реагируют к примесям, попадающим в раствор во время его приготовления.
Многослойное электролитическое никелированиеЗащитные характеристики многослойных покрытий в несколько раз превышают эти показатели при однослойном никелировании. В основе технологии положен принцип двух- или трехкратного нанесения слоя осадка на алюминий, за счет этого обеспечивается защита нижележащих слоев. Нижний полублестящий слой должен иметь минимальную напряженность и не содержать серы. Верхний слой осаждается из обыкновенного электролита, электролитический раствор должен обеспечивать блестящее покрытие. Толщина нижнего слоя на изделии составляет до 70% общей толщины.

Если никель имеет три слоя, то между полублестящим нижним и верхним зеркальным имеется промежуточный толщиной до 1 мкм с увеличенным содержанием серы.

Электролитический раствор для промежуточного слоя

Механизм осаждения никелирования состоит из нескольких этапов:

встреча на катодной поверхности инертных частиц;
задержка частиц на поверхности;
зарастание задержанных частиц никеля.

За чет процесса количество пор на поверхности в пределах 20000–100000 на квадратный сантиметр, такое гальваническое никелирование имеет более высокие эксплуатационные свойства, чем покрытия медь-никель-хром. Деталь лучше противостоит коррозионным процессам, имеет увеличенные характеристики твердости поверхности.
Черное никелированиеХарактеризуется невысокими показателями сцепления с основным металлом и низкой коррозионной устойчивостью, покрытая деталь используется в различных оптических приборах промышленного и бытового назначения.

Электролитический раствор для черного никелирования

Химическое никелирование

Применяется для обработки деталей сложной геометрии, технология обеспечивает равномерный осадок на поверхности. Химическое никелирование дает поверхности с улучшенными показателями износостойкости, рекомендуется для изделий, работающих в паре без смазки, может использоваться для создания декоративных элементов.

Состав растворов для химического никелирования

Никель повышает свою твердость во время термической обработки, эта технология применяется в промышленном производстве. Показатели сцепления никель-фосфорных осадков намного превышают показатели адгезии электролитического никеля, отклонение по толщине не превышает 10% расчетных параметров.

Высокие защитные характеристики и минимальная пористость позволяют использовать химическое никелирование для изделий, эксплуатирующихся в условиях перегретого воздуха и пара, максимально допустимые температуры до +700°С. Технология никелирования дает возможность увеличивать скорость осаждения до 25 мкм/ч, конкретные значения зависят от состава раствора. Схема технологического процесса допускает производство в проточных или непроточных водах. Для работы с непроточными растворами применяются ванны со съемными чехлами, материал изготовления чехлов – химически устойчивый пластик. Постоянство состава в проточных растворах поддерживается за счет их циркуляции по замкнутому технологическому циклу: из реактора в теплообменник, из теплообменника на очистку, далее в корректировочную емкость и опять в реактор. В период циркуляции никель осаждается равномерным слоем, замкнутая схема снижает себестоимость никелирования и увеличивает производительность оборудования.

plast-product.ru

Никелирование — это… Что такое Никелирование?

нанесение на поверхность изделий никелевого покрытия (толщиной, как правило, от 1—2 до 40—50 мкм). Н. подвергаются преимущественно изделия из стали и сплавов на основе Cu, Zn и Al; реже — изделия из Mg, Ti, W, Mo и сплавов на их основе; разработаны способы нанесения никеля на неметаллической поверхности — керамику, пластмассы, бакелит, фарфор, стекло и др. Н. применяется для защиты изделий от коррозии (в атмосферных условиях, в растворах щёлочей, солей и слабых органических кислот), повышения износостойкости деталей, а также в защитно-декоративных целях.

Наиболее распространены электролитическое (см. Гальванотехника) и химическое Н. Чаще Н. (так называемое матовое) производится электролитическим способом. Наиболее изучены и устойчивы в работе сернокислые электролиты. При добавлении в электролит специальных блескообразователей осуществляется так называемое блестящее Н. Электролитические покрытия обладают некоторой пористостью, которая зависит от тщательности подготовки поверхности основы и от толщины покрытия. Для защиты от коррозии необходимо полное отсутствие пор, поэтому обычно производят предварительное Меднение или наносят многослойное покрытие, которое при равной толщине надёжнее однослойного (например, стальные изделия часто покрывают по схеме Cu — Ni — Cr). Недостатки электролитического Н. — неравномерность осаждения никеля на рельефной поверхности и невозможность покрытия узких и глубоких отверстий, полостей и т.п. Химическое Н. несколько дороже электролитического, но обеспечивает возможность нанесения равномерного по толщине и качеству покрытия на любых участках рельефной поверхности при условии доступа к ним раствора. В основе процесса лежит реакция восстановления ионов никеля из его солей с помощью гипофосфита натрия (или др. восстановителей) в водных растворах. Н. используется, например, для покрытия деталей химической аппаратуры, автомобилей, велосипедов, медицинского инструмента, приборов, предметов домашнего обихода, измерительного инструмента, клише, стереотипов, а также деталей, эксплуатируемых с небольшими нагрузками в условиях сухого трения, и т.д. Никелевые покрытия с течением времени несколько теряют свой первоначальный блеск. Поэтому часто слой никеля покрывают более стойким слоем хрома (см. Хромирование).

Лит.: Ямпольский А. М., Современная технология никелирования, Л., 1950; Горбунова К. М., Никифорова А. А., Физико-химические основы процесса химического никелирования, М., 1960; Лайнер В. И., Современная гальванотехника, М., 1967.

Л. Л. Жуков.

dic.academic.ru

Никелирование — процесс, преимущества, свойства. Зачем никелировать изделие, плюсы и минусы.

Никелирование (nickel plating — eng.) — процесс обработки материала, путём покрытия её слоем никеля от 1 до 50 микрон. Применяется для изделий из металлов, таких как сталь, медь, алюминий, цинка, меди, титана, вольфрама, марганца, молибдена. Также применяется для обработки керамики, стекла, полимеров и так далее.

Никелирование применяется для придания соответствующего внешнего вида и для защиты от коррозии, внешнего воздействия. Никелированная деталь может иметь как матовую, так и глянцевую поверхность. Чаще всего применяется глянцевая и что удобно, если предварительно провести омеднение, то не потребуется дальнейшая полировка. Также, для придания большего блеска, применяются дополнительные блескообразующие добавки.

Для нанесения никелевого покрытия, применяется гальванический метод и химический.

Для металлов в 90% случаев применяют гальванический метод с применением сернокислых электролитов. Процесс это довольно сложный, требующий повышенного внимания и немалых затрат как энергетических, так и материальных. Проводится обезжиривание, сушка и промывка детали. Изделия подключаются к катоду и опускаются в ванну с электролитом и никелевыми пластинами, посаженными на анод. Далее, частицы никеля «прилипают» к изделию через электролит.

Плюсы от никелирования:

высокая антикоррозийная стойкость против воды, многих минеральных и органических кислот, а также щелочей.
никелевое покрытие хорошо полируется.
возможность сварки никелированной детали.
хорошая электропроводность.
высокие декоративные свойства, покрытие может быть сатинированным, матовым или блестящим.
высокий уровень твёрдости никелевого покрытия.
высокая твёрдость и износостойкость. Покрытие никелем, обеспечивает более долгий срок службы изделия и сохранение декоративных свойств.

Из недостатков никелирования можно отметить:

высокая восприимчивость к соединениям серы и аммиаку
при сильных ударах, покрытие может треснуть
при некачественном нанесении, покрытие может со временем отслаиваться и даже смываться под воздействием жидкостей

www.xtechx.ru

описание и методы покрытия никелем

Никелирование — это процесс нанесения слоя никеля на поверхность изделия. Толщина слоя колеблется в пределах 1−50 мкм. Покрытия бывают черные, блестящие и матовые. Они создают надежную оболочку поверхности для защиты от окружающей среды.

Это находит широкое применение в машиностроении, пищевой промышленности и оптике. Проводится никелирование стали, цветных металлов: меди, вольфрама, алюминия, титана, а также и пластика.

Описание процесса никелирования

Никелирование металла требует предварительной подготовки изделия. Этапы проведения следующие:

чтобы снять оксидную пленку с детали, сначала требуется провести металлообработку наждачной бумагой;
дальше ведется очистка щеткой;
моется водой;
обезжиривается с применением содового раствора;
проходит повторная промывка.

С течением времени никелировка утрачивает свой блеск. Для того чтобы его восстановить проводится покрытие хромом. В домашних условиях на изделие наносится финишный слой.

На поверхность металла никель наносится толстым покровом. В противном случае идет образование коррозионных пор. В результате портится металлическая основа и никель отслаивается.

Прежде чем проводить никелирование деталей, нужно сделать омеднение поверхности изделия. Нанесенная медь, сглаживает все дефекты. Она является базой для окончательного слоя и обеспечивает ему долговечность. Удерживается цветной металл на стали очень прочно. В то же время на него лучше ложится окончательное покрытие. Сцепление его с медью прочнее, чем с поверхностью чистой стали.

Никелирование своими руками в домашних условиях бывает 2 видов:

электролитическое;
химическое.

Электролитическое покрытие никелем

Электролитическое покрытие требует обязательного омеднения поверхности. Другой вариант — никелировать в несколько слоев.

Сначала готовится электролит. На 100 мл воды берется 3,5 г хлорида никеля, 30 г сульфата никеля и 3 г борной кислоты. Смесью наполняется емкость и в нее погружаются никелевые электроды, которые подсоединяются к положительному полюсу источника энергии.

Между ними помещается деталь, которую нужно покрыть никелем. Подключение ее ведется к отрицательному источнику.

Подается напряжение 6 В, в течение 20 минут. Затем деталь вынимается и высушивается. За это время она покрывается матовым, никелированным слоем. Для придания блеска ее нужно отполировать.

К недостаткам такого метода относится невозможность покрытия маленьких, глубоких отверстий и там, где находятся труднодоступные места. Слой никеля, при таком методе, наносится неравномерно.

Химическая обработка поверхности

Химическое никелирование в домашних условиях более сложный метод. Однако покрытие наносится ровным и тонким слоем.

Приготовление смеси ведется путем добавления 10% раствора хлористого цинка к сернокислому раствору никеля. Постепенно, содержимое емкости становится ярко-зеленого цвета. Подогреваясь, оно доводится до кипения.

Деталь подвергается очистительной обработке, и помещается в кипящий раствор. По мере кипения, в течение часа, постоянно подливается дистиллированная вода. В течение всего времени цвет содержимого емкости меняться не должен. Если это происходит, то идет добавление сернокислого никеля.

Затем следует взять изделие, прополоскать его в воде с мелом и просушить. Если деталь из стали, то покрытие пристает прочно.

Никель, который ложится на деталь, следует добыть из раствора его солей. Они бывают щелочные или кислотные. Щелочные обеспечивают более прочное покрытие, а кислотные, высокую гладкость поверхности. Вместо дистиллированной воды, в домашних условиях, можно взять конденсат из холодильника. Чтобы определить необходимое количество электролита, исходят из соотношения: 1 л хватает на обработку 2 дм кв. поверхности.

Никелирование с помощью натирания

Натиранием проводится обработка деталей таких габаритов, когда невозможно подобрать соответствующей емкости. Метод не отличается сложностью, потому что несвязан с гальваническими процессами. Основная проблема заключается в подборе оборудования в домашних условиях.

Для работы готовятся:

Источник постоянного тока. В нем предусматривается регулировка в пределах 5−15 В.
Щетка с диаметром ручки 24 мм. Она выполняется из диэлектрика. С одного конца устанавливается заглушка. Ворс служит в качестве щетинок. Это может быть синтетика. Идет сбор ворсинок в пучок. Сверху он фиксируется нержавеющей проволокой. Получается малярная кисть, которая подключается к положительному источнику энергии.
Сернокислый натрий и калий.
Борная кислота.
Хлористый натрий.

Деталь подключается к отрицательному источнику питания. В щетку заливается электролит. После подачи напряжения, щетка плавно, но с нажимом перемещается по детали.

К недостаткам такого способа относится постоянный контроль над уровнем электролита в ручке. Однако метод позволяется нанести покрытие на объемные детали, например, бампер автомобиля.

Никелирование — это процесс, защищающий поверхность изделия от внешних факторов. Сталь перестает корродировать, а цветной металл окисляться. Возрастает поверхностная прочность изделия. Если технология была выдержана правильно, то у таких деталей резко увеличивается срок эксплуатации.

obrabotkametalla.info

Химическое никелирование деталей – всё о процессе и особенностях + Видео

Никелирование химическое — это сложный процесс, позволяющий покрыть изделия из практически любого металла тонким защитным слоем никеля, повысить при этом коррозионную стойкость и придать поверхности блестящий вид и твердость.

1 Процесс химического никелирования деталей

Свойство никеля создавать на своей поверхности тонкую оксидную пленку, устойчивую к действию кислот и щелочей, позволяет использовать его для антикоррозионной защиты металлов.

Основной метод, применяющийся в промышленности — гальваническое никелирование, но оно требует наличия достаточно сложного оборудования и подразумевает работу с кислотами и щелочами, пары которых выделяются во время работы и могут сильно навредить здоровью человека. Для покрытия стали, алюминия, латуни, бронзы и других металлов может быть применен химический способ, так как он прост в использовании, и этот процесс можно проводить в домашних условиях.

На сегодняшний день существует два основных метода покрытия металлических деталей никелем: гальваническое и химическое. Первый метод требует наличия источника постоянного тока — электролитической ванны с электродами и большого количества химических реактивов. Второй способ намного проще. Для его проведения требуется наличие мерной посуды и эмалированной емкости для нагрева реактивов. Несмотря на всю кажущуюся простоту, это довольно сложный процесс, который требует большого внимания и соблюдения правил безопасности. По возможности проводите реакции в хорошо проветриваемом помещении. Идеальным вариантом будет оборудование рабочего места вытяжкой, ни в коем случае не соединенной с общедомовой вентиляцией. При работе пользуйтесь защитными очками, не оставляйте емкость с реактивами без присмотра.

Покрытие металлических деталей никелем

Рекомендуем ознакомиться

Основные стадии для произведения химического никелирования следующие:

Для того чтобы никель покрыл поверхность тонким и равномерным слоем, изделие предварительно шлифуют и полируют.
Обезжиривание. Поскольку даже тончайшая пленка жира на поверхности обрабатываемого изделия может вызвать неравномерное распределение никеля по площади детали, последнюю обезжиривают в специальном растворе, состоящем из 25-35 г/л NaOH или KOH, 30-60 г кальцинированной соды и 5-10 г жидкого стекла.
Деталь или изделие, которое необходимо покрыть никелем, промывают в воде, после чего на 0,5-1 минуту погружают в 5% раствор HCl. Данный шаг предпринимается для того, чтобы удалить с поверхности металла тонкий слой окислов, который будет значительно снижать адгезию между материалами. После протравки деталь снова промывают в воде, затем немедленно переносят в емкость с раствором для покрытия никелем.

Собственно никелирование производят при помощи кипячения металлического изделия в специальном растворе, который готовят следующим образом:

берут воду (желательно — дистиллированную) из расчета 300 мл/дм² площади поверхности детали, включая как внутреннюю, так и внешнюю;
воду нагревают до 60°С, после чего растворяют в ней 30 г хлористого никеля (NiCl₂) и 10 г уксуснокислого натрия (CH₃COONa) на 1 л воды;
температуру поднимают до 80°С и добавляют 15 г гипосульфита натрия, затем в емкость с раствором погружают обрабатываемую деталь.

Кипячение металлического изделия

После погружения детали, раствор нагревают до 90-95°С и поддерживают температуру на таком уровне в течение всего процесса никелирования. Если вы увидели, что количество раствора сильно уменьшилось, можно добавить в него предварительно нагретую дистиллированную воду. Кипячение должно проходить не менее 1-2 часов. Иногда для получения многослойного покрытия, изделия из металла подвергают серии коротких (20-30 минут) кипячений, после каждого из которых деталь достают из раствора, промывают и высушивают. Это дает возможность получить слой никеля из 3-4 прослоев, которые суммарно имеют большую плотность и качество, чем одинарный слой той же мощности.

Особенность покрытия стальных изделий в том, что никель осаждается самопроизвольно вследствие каталитического воздействия железа. Для осаждения защитного слоя на цветных металлах используется другой состав.

2 Никелирование цветных металлов и сплавов

Химическое никелирование цветных металлов позволяет создавать защитную пленку на поверхности латуни, меди и бронзы. Для этого деталь сначала обезжиривают раствором, состав которого указан в первом способе, причем снимать оксидную пленку с металла не обязательно. Раствор для никелирования готовят следующим образом: в эмалированную емкость наливают 10% раствор хлористого цинка (ZnCl₂), который более известен под названием «паяльная кислота». К нему понемногу добавляют сернокислый никель (NiSO₄) до такой концентрации, при которой раствор окрашивается в зеленый цвет. Состав доводят до кипения, после чего погружают деталь в него на 1,5-2 часа. После того как реакция закончится, изделие достают из раствора и помещают в емкость с меловой водой (готовится способом добавления 50-70 г мела в порошке на 1 литр воды), а затем промывается.

Раствор сернокислого никеля

Никелирование алюминия проходит по схожей технологии, но состав раствора немного другой:

20 г сернокислого никеля;
10 г натрия уксуснокислого;
25 г натрия фосфорноватистокислого;
3 мл тиомочевины концентрацией 1 г/л;
0,4 г фтористого натрия;
9 мл уксусной кислоты.

Обработка деталей из алюминия

Перед обработкой изделия из алюминия погружают в раствор каустической соды, концентрацией 10-15%, и нагретом до температуры 60-70°С. При этом происходит бурная реакция с выделением водорода, пузырьки которого очищают поверхность от окислов и загрязнения. В зависимости от степени загрязненности, детали выдерживают в очищающем растворе от 15-20 секунд до 1-2 минут, после чего промывают в проточной воде и погружают в никелирующий раствор.

3 Применение никелированных изделий

Вследствие никелирования значительно повышаются физико-механические и декоративные свойства металлических изделий. Никель имеет серебристо-белый цвет, на воздухе быстро покрывается незаметной человеческому глазу пленкой окислов, которые практически не меняют его внешнего вида, но при этом надежно защищают от дальнейшего окисления и реакций с агрессивной средой. Никелирование используется для защиты сталей, бронзы, латуни, алюминия, меди и других материалов.

Защита металлических изделий от окисления

Является катодной защитой. Это значит, что при повреждении целостности покрытия, металл начинает реагировать с внешней средой. Для повышения механических свойств защитного слоя, нужно наносить его, точно придерживаясь технологии и последовательности действий. Никель, нанесенный на поверхность со следами загрязнения и ржавчины, с большим количеством неровностей, может начать вспучиваться и отслаиваться в процессе эксплуатации.

Изделия, покрытые никелем, почти ни в чем не уступают хромированным — имеют похожий блеск и твердость. При больших размерах емкостей для химической реакции никелем можно покрывать довольно большие детали, например, автомобильные диски.

4 Основные выводы по теме

Никелирование придает металлу красивый блестящий вид, высокую коррозионную стойкость и повышает твердость поверхности. Детали, покрытые никелем, можно использовать для украшения столбов ограды, если такую предусматривает проект участка. Красиво выглядят и имеют длительный срок эксплуатации различные метизы — крепежные болты, скобы, элементы мебельной фурнитуры. Они могут быть использованы в условиях повышенной влажности, температуры и нагрузки — в местах, где сталь быстро ржавеет и теряет свойства.

Химическое никелирование можно произвести собственноручно, в условиях хорошо проветриваемого гаража или мастерской.

Красивый блестящий вид поверхности

Нежелательно делать описанные технологические операции на кухне, так как испарения любых химических веществ могут быть опасными для здоровья.

Покрытие никелем с помощью химических реактивов не требует высоких энергозатрат, в отличие от гальванического, но позволяет получить достаточно качественное, блестящее и твердое покрытие.

tutmet.ru

Механизм химического никелирования сплавом никель-фосфор

Главная → Механизм химического никелирования

Заказать ХИМИЧЕСКОЕ НИКЕЛИРОВАНИЕ (сплав никель-фосфор) стали

Заказать ХИМИЧЕСКОЕ НИКЕЛИРОВАНИЕ (сплав никель-фосфор) алюминия

1. Общие сведения о химическом никелировании.

Процесс химического никелирования позволяет осаждать покрытия равномерной толщины с отклонениями не более 10% на деталях сложной конфигурации. По сравнению с никелевыми покрытиями, полученными гальваническим способом они обладают более высокой твердостью и износостойкостью, поэтому могут применяться для деталей, работающих в условиях трения, особенно при отсутствии смазки.

Покрытия имеют минимальную пористость и высокие декоративные свойства (особенно при осаждении из свежеприготовленного раствора), поэтому применяются в качестве защитно-декоративных.

Химическое никелирование обязательно выполняется в присутствии одного из сильных восстановителей. Самым распространенным является гипофосфит натрия. В основе процесса лежит реакция взаимодействия гипофосфита натрия с ионами никеля. Гипофосфит натрия гидролизуется в воде с образованием фосфита натрия и атомарного водорода по химической реакции:

NaH₂PO₂ + Н₂О = NaH₂PO₃ + 2Н_ат.

Атомарный водород, адсорбированный на поверхности покрываемой детали, восстанавливает ионы никеля по химической реакции:

Ni²⁺ + 2Н_ат → Ni + 2Н⁺

Одновременно атомарный водород взаимодействует с анионами Н2РО2-1 и Н2РО3-1, восстанавливая фосфор до элементарного состояния, который в последствии входит в состав покрытия.

При химическом никелировании всегда выделяется водород:

2Н_ат→ H₂

На эту реакцию расходуется более 60 % выделяющегося по реакции водорода.

Реакция восстановления никеля является автокаталитической, т.е. для ее начала необходимо наличие катализатора. Каталитическими свойствами обычно обладает металл детали, например железо, титан, алюминий, а в дальнейшем — никель (отсюда и название механизма — автокаталитический т.е. никель сам провоцирует свой рост на покрываемой детали).

Наносить химический никель можно и на металлы, которые не являются катализаторами данной реакции: медь, серебро и др. В этом случае необходимы предварительный контакт детали с более отрицательным металлом, например с алюминием, или подача короткого импульса тока. На таких металлах, как свинец, кадмий, олово и др., покрытие получить невозможно. Химический никель наносят и на неметаллические материалы: стекло, керамику и пластмассу. Перед нанесением покрытия поверхность подвергают активированию известными методами.

Содержание фосфора в покрытии колеблется в пределах от 3 до 12 % и зависит от кислотности раствора, снижаясь с понижением рН. Возможно, это связано с тем, что скорость восстановления ионов никеля с ростом рН увеличивается быстрее, чем скорость восстановления фосфора.

На скорость химического никелирования оказывают влияние и такие факторы, как температура, концентрация и соотношение гипофосфита натрия и ионов никеля, природа и количество органических добавок.

Температуру рабочего раствора поддерживают равной 80-97 °С. При повышении температуры с 80 до 90 °С скорость осаждения увеличивается в 1,5 раза, а при снижении ее ниже 70 °С процесс осаждения полностью прекращается.

Химическое никелирование протекает при рН 4-4,5 и при рН 8-10, поэтому растворы, в которых происходит осаждение покрытия, делятся на кислые и щелочные. При рН<4 процесс осаждения прекращается. При рН>5,5 начинается гидролиз солей никеля, при этом частицы гидроксида никеля становятся центрами разложения рабочего раствора и может произойти «саморазряд» ванны — выделение металлического никеля во всем объеме раствора.

Так как во время химического никелирования все время выделяется кислота, необходимо вводить различные буферные добавки: уксусную кислоту, янтарную кислоту и т. п. Введение в раствор комплексообразователей препятствует образованию фосфита никеля, который, выпадая в осадок, делает его непригодным для дальнейшего использования.

Обычно раствор используют один раз, при этом 10-15 % исходных компонентов пропадает, а буферные добавки пропадают полностью. Однако из-за своей простоты этот способ широко применяется в промышленности, хотя его и нельзя назвать экологичным.

Кроме буферных добавок и комплексообразователей в растворы вводят в очень малых количествах специальные добавки-стабилизаторы, например катионы сурьмы, висмута и мышьяка.

В кислых растворах оптимальным отношением соли никеля к гипофосфиту натрия, выраженным в молях, является 0,4. Накопление фосфитов никеля оказывает вредное влияние на процесс осаждения: взвешенные частицы труднорастворимых фосфитов оседают на деталях, делая поверхность шероховатой.

Процесс протекает при температуре 80-100 ^°С. Так как кислотность раствора все время увеличивается из-за образования фосфористой кислоты, добавляют 1-2 %-ный раствор NaOH или 25 %-ный раствор Nh5OH (1:10).

Кислые растворы по сравнению со щелочными имеют ряд преимуществ: они более стабильны, имеют более высокую скорость осаждения и обладают более высокими защитными свойствами.

Щелочные растворы кроме солей никеля и гипофосфита натрия содержат комплексообразователи — аммиак и лимонную кислоту, что позволяет вести процесс осаждения длительное время. Растворимость фосфитов в щелочных растворах значительно выше, чем в кислых. Накапливающийся фосфит не оказывает вредного влияния при концентрации менее 340 г/л. В щелочных растворах можно наносить покрытие на коррозионно-стойкую сталь, алюминий, титан и т. п.

Покрытия, полученные при химическом никелировании, имеют слоистую аморфную структуру. Недостатком покрытия является его хрупкость, которая начинает проявляться при толщине слоя около 10 мкм и выше. После термической обработки покрытие становится кристаллическим и представляет собой твердый раствор никеля с небольшим содержанием фосфора и интерметаллическое соединение Ni3P. Содержание фосфора 4-8 % для щелочных и 8-10 % для кислых растворов.

Термическая обработка позволяет повысить микротвердость покрытий до 8400-11 800 МПа. Термическая обработка стальных деталей производится при температуре 300-400 ^°С, алюминиевых — при 275-280 ^°С, а деталей из дюраля — при 375-385 ^°С. Время выдержки 1 ч. Структурные превращения в покрытиях сопровождаются выделением тепла и изменением объема, поэтому при очень быстром нагреве возможно разрушение покрытий.

Сцепление никель-фосфорных покрытий сильнее сцепления электролитического никеля, так как осаждение происходит равномерно как внутри, так и снаружи детали, заполняя все микроуглубления и неровности. Отклонения толщин не превышают 10%, поэтому химический никель наносят на прецизионные детали, например на плунжерные пары топливных насосов двигателей, мелкие детали в часовой и оптической промышленности и т. п.

Высокие защитные свойства наряду с небольшой пористостью позволяют применять никель-фосфорные покрытия в качестве защитных, в том числе в условиях перегретого пара и воздуха, вплоть до 700 °С. Для увеличения износоустойчивости и снижения коэффициента трения никель-фосфорное покрытие наносят на трущиеся поверхности. Незаменимо покрытие в полевых условиях и в небольших мастерских для восстановления размеров изношенных деталей. Целесообразно нанесение покрытия на крупногабаритные детали.

Скорость осаждения при химическом никелировании колеблется в зависимости от состава электролита от 10 до 25 мкм/ч. Химическое никелирование проводят в проточных и непроточных растворах. В проточных растворах постоянство состава поддерживается при помощи циркуляции раствора по замкнутому циклу: из реактора, в котором происходит осаждение, в теплообменник, где раствор охлаждается до 55 °С, затем насосом перекачивается через фильтр, оттуда самотеком стекает в корректировочный бак и поступает в реактор. Установка снабжена приборами автоматического регулирования рН и температуры.

2. Кинетика процесса химического никелирования.

На рисунке 1 (а и б) приведена диаграмма Е-рН (Е — окислительно-восстановительный потенциал системы). Линии на диаграмме отражают равновесия определенных ОВ реакций в зависимости от рН раствора. На диаграмму нанесены состояния никеля (рисунок 1а), цитратного комплекса никеля (рисунок 1б) и гипофосфита, отвечающие равновесным реакциям, приведенным в таблице 2.

На рисунках 1а и 1б заштрихована область, в которой никель находится в восстановленном (металлическом) состоянии, в гипофосфит — в окисленном, т. е. область возможного протекания реакций ХОМ. Сравнение рисунков показывает, что в присутствии лиганда (цитрат-иона) исчезают оксидные соединения никеля, а область протекания реакции заметно расширяется как по потенциалам, так и по интервалам рН.

nickel nickel2

a б

Рисунок 1 — Диаграмма Е-рН: а — для системы никель — вода, гипофосфит-вода, б - для системы никель — вода, цитратный комплекс никеля — вода, гипофосфит-вода. Номера кривых на диаграмме соответствуют номерам равновесий в табл. 2 состояния никеля (1 — 9) и состояния гипофосфита (10-14).

Таким образом, для организации процесса ХОМ требуется как минимум соль осаждаемого металла, лиганд, восстановитель и щелочь.

В связи с тем, что величина рН существенно влияет как на термодинамику, так и на кинетику процесса, в состав раствора ХОМ, как правило, вводится буферная добавка.

Реакции ХОМ имеют топохимический характер, т.е. протекают на границе раздела фаз: продукт реакции (металлопокрытие) — реакционная среда.

Еще одна важная особенность, без которой невозможно длительное протекание реакции ХОМ – автокаталитический характер процесса, т. е. способность осаждаемого металла катализировать процесс восстановления.

Таблица 2 — Уравнения, описывающие равновесия в системах никель — вода и гипофосфит-вода.

№	Равновесие	Уравнение, описывающее равновесие
1	Ni²⁺+2e + Ni	E=-0,250+0,0295lg[Ni²⁺]
2	Ni(OH)₂+2H⁺+2e =Ni+2H₂O	E=0,110-0,059lgpH
3	Ni₃O₄+2H₂O+2H⁺+2e=3Ni(OH)₂	E=0,897-0,059lgpH
4	Ni₃O₄+H⁺+2e=3Ni²⁺+4H₂O	E=1,977-0,264pH-0,08861lg[Ni²⁺]
5	2Ni₂O₃+2H⁺+2e=2Ni₃O₄+H₂O	E=1,305 — 0,059 pH
6	2NiO₂+2H⁺+2e=Ni₂O₃+H₂O	E=1,434 — 0,059 pH
7	Ni(OH)₂+2H⁺=Ni²⁺+2H₂O	lg[Ni²⁺] = 12,18 — 2 pH
8	NiO₂+4H⁺+2e=Ni²⁺+2H₂O	E=1,593-0,118pH-0,0295lg[Ni²⁺]
9	[NiCit]^—+2e=Ni+Cit^3-	E=-0,37+0,295lg [NiCit^—/Cit^3-]
10	H₂PO₃^—+2H⁺+2e=H₂PO₂^—+H₂O	E=-0,31 — 0,059 pH
11	HPO₃^2-+3H⁺+2e=H₂PO₃^—+H₂O	E=-0,276 — 0,87 pH
12	H₂PO₄^—+2H⁺+2e=H₂PO₃^—+H₂O	E=-0,26-0,059pH+0,0295lg [H₂PO₄^—]/[H₂PO₃^—]
13	HPO₄^2-+2H⁺+2e=HPO₃^2-+H₂O	E=0,234-0,059pH+0,0295lg [HPO₄^2-]/[HPO₃^2-]
14	PO₄^3-+2H₂O+2e=HPO₃^2-+3OH^—	E=0,14 — 0,087 pH

В ходе ХОМ зависимость между массой получаемого металла и временем осаждения имеет сложный вид (рисунок 2). После погружения детали в раствор в течение некоторого времени отсутствуют внешние признаки протекания реакции (участок 1). Видимое протекание реакции ХОМ начинается с некоторого момента Τ₀.

Рисунок 2. Зависимость массы осаждаемого металла от времени (пояснения в тексте).

Отрезок времени между 0 и Τ₀ носит название индукционного периода. Это время, необходимое для того, чтобы образовались устойчивые малые частицы твердого продукта, обладающие каталитической активностью. После его образования скорость осаждения быстро возрастает (участок II). Торможение процесса (участок III) объясняется выработкой реагентов в ограниченном объёме раствора. Если проводится корректировка раствора, торможения может и не быть.

Процесс ХОМ может быть организован как однократный или как непрерывный. В первом случае процесс ведется в ограниченном объеме раствора без корректировки по основным компонентам; в результате их выработки скорость реакции постепенно падает, раствор приходит в негодность. В этом случае для характеристики растворов вводят термин “коэффициент использования”, т. е. отношение того количества металла, которое реально осадилось из данного раствора, ко всему количеству металла, содержащемуся в растворе. До недавнего времени однократная организация процесса использовалась повсеместно. Более прогрессивным является непрерывный процесс, когда проводится периодическая или непрерывная корректировка раствора по расходуемым реагентам. В этом случае срок службы раствора может быть продлен до нескольких недель, а в идеале — и месяцев. Непременным условием существования таких растворов является присутствие еще одного класса компонентов раствора — стабилизаторов.

Стабилизаторы — это вещества, предотвращающие спонтанное протекание реакции в объеме раствора, благодаря чему удлиняется срок службы раствора. Они вводятся в раствор, как правило, в весьма малых концентрациях. Особенностью действия стабилизирующих добавок является то, что они тормозят образование зародышей металлической фазы на начальной стадии их образования, в особенности в объеме раствора. Стабилизаторами могут являться вещества самой разной природы: ПАВ, серо- и селенсодержащие соединения, соли тяжелых металлов, слабые окислители, комплексообразователи и др. Соответственно и механизм их действия может быть различным, например, связывание в комплекс или окисление продуктов, выпадающих в осадок. Чаще всего действие стабилизаторов объясняют их адсорбцией на поверхности частиц в объёме раствора и на покрываемой поверхности. При удачном подборе стабилизаторов они полностью тормозят реакцию в объёме и лишь частично снижают скорость реакции на рабочей поверхности. Наибольшего эффекта добиваются при одновременном использовании нескольких стабилизаторов разного типа.

В настоящее время для описания процесса ХОМ предложены два основных механизма: химический и электрохимический. Первый заключается в химическом взаимодействии восстановителя с восстанавливаемым ионом, при котором происходит непосредственный переход электронов от первого ко второму. Электрохимический механизм предполагает протекание на каталитической поверхности отдельных электрохимических реакций (анодного окисления восстановителя и катодного восстановления ионов металла) путем их сопряжения (рисунок 3)

Рисунок 3. Сопряжение катодного и анодного процессов в ходе ХОМ: 1 – катодное восстановление металла; 2 – анодное окисление восстановителя; Есм – смешанный потенциал (|ik|=|ia|).

Передача электронов осуществляется с обязательным участием поверхности. Движущей силой процесса является анодное окисление восстановителя, создающее отрицательный потенциал для восстановления ионов металла. Скорость всего процесса определяется способностью данного металла катализировать процесс анодного окисления восстановителя.

При сопряжении катодного и анодного процессов в отсутствие внешнего тока в системе устанавливается стационарное состояние, при котором абсолютные значения катодной и анодной плотности тока равны:

|i_k| = |i_a |,

i_k+ i_a = 0,

а металл приобретает смешанный потенциал Есм. Эта плотность тока и определяет скорость реакции ХОМ. Если скорость процесса, найденная при сопряжении поляризационных кривых, равна реальной скорости металлизации, это служит подтверждением электрохимического механизма процесса. Однако в ряде случаев скорость осаждения металла в модельных системах заметно отличается от реальной, что свидетельствует о частичном или полном протекании процесса ХОМ по иному механизму.

Под химическим никелированием (ХН) понимают процесс никелирования изделий путем восстановления никеля из раствора с помощью содержащегося в растворе восстановителя.

В последнее время процессу ХН приписывают электрохимическую природу. Согласно этому механизму весь процесс восстановления Ni(II) гипофосфитом может быть представлен двумя сопряженными реакциями.

zctc.ru