Никель широко применяется в машиностроении и приборостроении, а также в разных отраслях. В пищевой промышленности никель заменяет оловянные покрытия 
Никель широко применяется в машиностроении и приборостроении, а также в разных отраслях. В пищевой промышленности никель заменяет оловянные покрытия, а в области оптики он распространился благодаря процедуре чёрного никелирования металла. Никелем покрывают детали, изготовленные из цветных металлов и стали, для повышения сопротивления изделий механическому износу и защиты от коррозии. Присутствие фосфора в никеле делает пленку по твердости близкой к пленке хрома!
Содержание:
- Процедура никелирования
- Виды никелирования
- Ванны никелирования
- Тонкости никелирования
- Снятие никелевого покрытия
Процедура никелирования
Никелирование представляет собой нанесение на поверхность детали никелевого покрытия, которое обычно имеет толщину от 1 до 50 мкм. Покрытия никелем бывают блестящими или матовыми черными, но не зависимо от этого, обеспечивают надежную защиту металлу в агрессивных средах (кислоты, щелочи) и в условиях повышенной температуры.
Перед процессом никелирования изделие должно быть подготовлено. Его обрабатывают наждачной бумагой для удаления оксидной пленки, протирают щеткой, промывают водой, обезжиривают в горячем содовом растворе и промывают еще раз. Никелевые покрытия способны с течением времени терять свой первичный блеск, поэтому зачастую покрывают слой никеля более устойчивым слоем хрома.
Никель, который нанесен непосредственно на сталь, является катодным покрытием и защищает материал исключительно механическим путем. Несплошность защитного покрытия способствует возникновению коррозионных пар, в которых растворимым электродом выступает именно сталь. В результате этого под покрытием образуется коррозия, разрушающая стальную подложку и провоцирующая отслаивание никелевого покрытия. Для предупреждения этого металл всегда нужно покрывать толстым слоем никеля.
Никелевые покрытия можно наносить на железо, медь, их сплавы, а также на вольфрам, титан и прочие металлы. Нельзя покрывать с помощью химического никелирования такие металлы, как свинец, кадмий, олово, свинец, сурьму и висмут. При никелировании стальных изделий принято наносить подслой меди.
Покрытия никелем используют в разных отраслях промышленности для специальных, защитно-декоративных целей, а также в качестве подслоя. Технологию никелирования используют для восстановления изношенных автозапчастей и деталей машин, покрытия химической аппаратуры, медицинского инструмента, измерительных инструментов, предметов домашнего обихода, деталей, что эксплуатируются с небольшими нагрузками в условии сухого трения или воздействия крепких щелочей.
Виды никелирования
Практике известны две разновидности никелирования - электролитическое и химическое. Последний способ является несколько дороже электролитического, однако способен обеспечить возможность создания равномерного по качеству и толщине покрытия на любых участках поверхности, если выполнено условие доступа к ним раствора.
Электролитическое никелирование
Электролитические покрытия характеризуются некоторой пористостью, зависящей от тщательности подготовки основы и толщины защитного покрытия. Для организации качественной защиты от коррозии требуется полное отсутствие пор, для этого принято предварительно производить меднение детали из металла или наносить многослойное покрытие, что является надежнее однослойного даже при равной толщине.
Для этого нужно приготовить электролит. Возьмите 30 грамм сульфата никеля, 3,5 грамма хлорида никеля и 3 грамма борной кислоты на 100 миллилитров воды, данный электролит налейте в емкость. Для никелирования стали или меди требуются никелевые аноды, которые следует опустить в электролит.
Между никелевыми электродами следует подвесить на проволочке деталь. Проволочки, идущие от никелевых пластинок, необходимо соединить вместе. Детали подключают к отрицательному полюсу источнику тока, а проволочки - к положительному. Затем нужно включить реостат в цепь для регулировки тока и миллиамперметр. Выберите источник постоянного тока, который имеет напряжение не больше 6 В.
Ток необходимо включать приблизительно на двадцать минут. Затем деталь нужно вынуть, промыть и просушить. Изделие покрыто матовым слоем никеля сероватого цвета. Чтобы защитное покрытие приобрело блеск, его необходимо отполировать. Однако при работе помните о существенных недостатках электролитического никелирования в домашних условиях — неравномерности осаждения на рельефной поверхности никеля и невозможности покрытия глубоких и узких отверстий, а также полостей.
Химическое никелирование
Помимо электролитического способа можно использовать еще один, весьма несложный способ для покрытия железа или полированной стали тонким, но прочным слоем никеля. Принято брать 10-процентный раствор хлористого цинка и постепенно добавлять к раствору сернокислого никеля до тех пор, пока жидкость не станет ярко-зеленой. После этого жидкость нужно нагреть до кипения, лучше для этого использовать фарфоровый сосуд.
При этом появляется характерная муть, однако на процесс никелирования деталей она никакого влияния не оказывает. Когда вы доведете жидкость до кипения, следует в неё опустить предмет, который подлежит никелированию. Предварительно очистите деталь и обезжирьте. Изделие должно кипеть в растворе близко часа, время от времени добавляйте дистиллированную воду по мере ее выпаривания.
Если вы заметите во время кипения, что жидкость поменяла цвет из ярко-зеленого на слабо-зеленый, то нужно добавить немного сернокислого никеля для получения первоначального окраса. По истечении указанного времени достаньте изделие из раствора, промойте в воде, в которой распущено немного мела, и тщательно просушите. Сталь или полированное железо, покрытое подобным способом никелирования, это защитное покрытие держит весьма прочно.
В основе процедуры химического никелирования находится реакция восстановления никеля из водного раствора его солей при помощи гипофосфита натрия и прочих химических реактивов. Растворы, которые применяются для химического никелирования, бывают кислыми с уровнем рН 4-6,5 и щелочными с показателем рН выше 6,5.
Кислые растворы целесообразно использовать для покрытия черных металлов, латуни и меди. Щелочные предназначены для нержавеющих сталей. Кислый раствор по сравнению с щелочным дает на полированной детали более гладкую поверхность. Еще одной немаловажной особенностью кислых растворов считается меньшая вероятность саморазряда при превышении порога рабочей температуры. Щелочные растворы гарантируют более надежное сцепление пленки никеля с основным металлом.
Все водные растворы для никелирования своими руками являются универсальными, то есть пригодными для всех металлов. Для химического никелирования берут дистиллированную воду, однако вы можете использовать и конденсат из бытового холодильника. Химические реактивы подойдут чистые – с обозначением на этикетке «Ч».
Последовательность изготовления раствора такова. Все химические реактивы, за исключением гипофосфита натрия, нужно растворить в воде, используя эмалированную посуду. Потом разогрейте раствор до рабочей температуры, растворите гипофосфит натрия и поместите детали в раствор. С помощью одного литра раствора можно отникелировать детали, которые имеют площадь их поверхности до 2 дм2.
Черные покрытия
Никелевые покрытия черного цвета применяются со специальной и декоративной целью. Их защитные свойства являются очень низкими, поэтому их принято наносить на подслой из обычного никеля, цинка или кадмия. Стальные изделия нужно предварительно оцинковать, а медь и латунь — никелировать.
Черное никелевое покрытие является твердым, но хрупким, особенно при значительной толщине. В практике останавливаются на значении толщины в 2 мкм. Никелевая ванна для нанесения подобных покрытий, как правило, содержит большое количество роданида и цинка. В покрытии присутствует близко половины никеля, а остальные 50% составляют сера, азот, цинк и углерод.
Ванны черного никелирования алюминия или стали принято готовить, растворяя в теплой воде все составляющие и фильтруя с помощью фильтровальной бумаги. Если при растворении борной кислоты возникают трудности, то ее отдельно растворяют в воде, что нагрета до 70 градусов по Цельсию. Получение глубокого черного цвета зависит от правильного выбора значения плотности тока.
Ванны никелирования
В мастерских широко применяется ванна, которая состоит из 3 основных компонентов: борной кислоты, сульфата и хлорида. Сульфат никеля является источником ионов никеля. Хлорид значительно влияет на работу анодов из никеля, его концентрация в ванне точно не нормируется. В безхлоридных ваннах совершается сильное пассивирование никеля, после чего содержание в ванне никеля уменьшается, а результатом является снижение выхода по току и падение качества покрытий.
Аноды в присутствии хлоридов растворяются в достаточном количестве для нормального протекания процесса никелирования меди или алюминия. Хлориды увеличивают проводимость ванны и её функционирование при загрязнениях цинком. Борная кислота помогает поддерживать рН на определенном уровне. Эффективность подобного действия зависит в большой степени от концентрации борной кислоты.
В качестве хлорида можно использовать хлорид натрия, цинка или магния. Повсеместно применяются сульфатные ванны Уоттса, которые содержат в качестве добавки электропроводные соли, которые повышают электропроводность ванн и улучшают внешний вид защитных покрытий. Наиболее применяем среди этих солей сульфат магния (близко 30 грамм на литр).
Сульфат никеля принято чаще всего вводить в концентрации порядка 250—350 грамм на литр. В последнее время наметились тенденции к ограничению сульфата никеля - меньше 200 г/л, что помогает заметно снизить потери раствора.
Концентрация борной кислоты составляет 25—40 грамм на литр. Ниже 25 г/л увеличиваются тенденции к быстрому защелачиванию ванны. А превышение допустимого уровня считается неблагоприятным из-за возможной кристаллизации борной кислоты и оседания кристаллов на стенках никелевой ванны и анодах.
Никелевая ванна работает в разном диапазоне температур. Однако технология никелирования в домашних условиях редко применяется при комнатной температуре. От покрытий, которые нанесены в холодных ваннах, часто отслаивается никель, поэтому ванну необходимо нагревать хотя бы до 30 градусов по Цельсию. Плотность тока выбирают экспериментально, чтобы не происходил прижог покрытий.
Натриевая ванна надежно работает в широком диапазоне рН. Раньше поддерживали рН на уровне 5,4—5,8, мотивируя меньшей агрессивностью и высшими кроющими способностями ванны. Однако высокие значения рН провоцируют значительный рост напряжений в никелевом покрытии. Поэтому в большинстве ванн рН составляет 3,5—4,5.
Тонкости никелирования
Сцепление пленки никеля с металлом является сравнительно низким. Данную проблему можно решить с помощью термической обработки пленок никеля. Процедура низкотемпературной диффузии состоит в нагреве отникелированных изделий до температуры 400 градусов по Цельсию и выдержке деталей на протяжении одного часа при этой температуре.
Но помните, что если детали, которые покрыты никелем, были закалены (рыболовные крючки, ножи и пружины), то при температуре 400 градусов они могут отпуститься, теряя твердость - их основное качество. Поэтому низкотемпературную диффузию в подобной ситуации проводят при температуре близко 270-300 градусов с выдержкой до 3 часов. Подобная термообработка способна повышать и твердость покрытия никелем.
Современные ванны никеля требуют специального оборудования для никелирования и перемешивания водного раствора для интенсификации процедуры никелирования и уменьшения риска питтинга – возникновения небольших углублений в покрытии. Перемешивание ванны за собой влечет необходимость создания непрерывной фильтрации для устранения загрязнений.
Перемешивание при помощи подвижной катодной штанги не является настолько эффективным, как использование для этой цели сжатого воздуха, и помимо всего прочего, требует наличия специального ингредиента, который исключает пенообразование.
Снятие никелевого покрытия
Никелевые покрытия на стали принято удалять в ваннах с разбавленной серной кислотой. Добавьте к 20 литрам холодной воды порциями 30 литров концентрированной серной кислоты при постоянном перемешивании. Контролируйте, чтобы температура не превышала 60 градусов по Цельсию. После охлаждения до комнатной температуры ванны ее плотность должна достигать 1,63.
С целью уменьшения риска затравливания материала, из которого выполнена подложка, добавляют в ванну глицерин в количестве 50 грамм на литр. Ванны принято изготовлять из винипласта. Изделия навешивают на средней штанге, которая соединена с плюсом источника тока. Штанги, на которых закреплены свинцовые листы, соединяются с минусом источника тока.
Следите, чтобы температура ванны не превышала 30 градусов, так как горячий раствор на подложку действует агрессивно. Плотность тока должна составлять 4 А/дм2, но допускается изменение напряжения в пределах 5—6 Вольт.
Добавьте через определенное время концентрированную серную кислоту, чтобы поддержать плотность, равной 1,63. Для предупреждения разбавления ванны погружайте изделия в ванну после проведения их предварительной сушки. Контроль процесса особого труда не представляет, потому что плотность тока в момент удаления никеля резко падает.
Таким образом, никелирование является самым популярным гальванотехническим процессом. Покрытие никеля отличается твердостью, большой коррозионной стойкостью, сносной ценой никелирования, хорошими отражательными способностями и удельным электрическим сопротивлением.