Никелирование

Нанесение металлических покрытий

Химическое покрытие одних металлов другими подкупает простотой технологического процесса. Действительно, если, например, необходимо химически отникелировать какую-либо стальную деталь, достаточно иметь подходящую эмалированную посуду, источник нагрева (газовая плита, примус и т.п.) и относительно недефицитные химреактивы. Час-другой — и деталь покрыта блестящим слоем никеля.
Заметим, что только с помощью химического никелирования можно надежно отникелировать детали сложного профиля, внутренние полости (трубы и т.п.). Правда, химическое никелирование (и некоторые другие подобные процессы) не лишено и недостатков. Основной из них — не слишком крепкое сцепление никелевой пленки с основным металлом. Однако этот недостаток устраним, для этого применяют так называемый метод низкотемпературной диффузии. Он позволяет значительно повысить сцепление никелевой пленки с основным металлом. Метод этот применим для всех химических покрытий одних металлов другими.
В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей с помощью гипофосфита натрия и некоторых других химреактивов.

Никелирование

Никелевые покрытия, полученные химическим путем, имеют аморфную структуру. Наличие в никеле фосфора делает пленку близкой по твердости пленке хрома. К сожалению, сцепление пленки никеля с основным металлом сравнительно низкое. Термическая обработка пленок никеля (низкотемпературная диффузия) заключается в нагреве отникелированных деталей до температуры 400°С и выдержке их при этой температуре в течение 1 ч.
Если покрываемые никелем детали закалены (пружины, ножи, рыболовные крючки и т.п.), то при температуре 40°С они могут отпуститься, то есть потерять свое основное качество — твердость. В этом случае низкотемпературную диффузию проводят при температуре 270...300 С с выдержкой до 3 ч. При этом термообработка повышает и твердость никелевого покрытия.
Все перечисленные достоинства химического никелирования не ускользнули от внимания технологов. Они нашли им практическое применение (кроме использования декоративных и антикоррозионных свойств). Так, с помощью химического никелирования осуществляется ремонт осей различных механизмов, червяков резьбонарезных станков и т.д.
В домашних условиях с помощью никелирования (конечно, химического!) можно отремонтировать детали различных бытовых устройств. Технология здесь предельно проста. Например, сносилась ось какого-либо устройства. Тогда наращивают (с избытком) слой никеля на поврежденном месте. Затем рабочий участок оси полируют, доводя его до нужного размера.
Надо отметить, что с помощью химического никелирования нельзя покрывать такие металлы, как олово, свинец, кадмий, цинк, висмут и сурьму.
Растворы, применяемые для химического никелирования, подразделяются на кислые (pH — 4...6,5) и щелочные (pH — выше 6,5). Кислые растворы предпочтительнее применять для покрытия черных металлов, меди и латуни. Щелочные — для нержавеющих сталей.
Кислые растворы (по сравнению с щелочными) на полированной детали дают более гладкую (зеркальную) поверхность, у них меньшая пористость, скорость протекания процесса выше. Еще немаловажная особенность кислых растворов: у них меньше вероятность саморазряда при превышении рабочей температуры. (Саморазряд — мгновенное выпадение никеля в раствор с расплескиванием последнего.)
У щелочных растворов основное преимущество — более надежное сцепление никелевой пленки с основным металлом.
И последнее. Воду для никелирования (и при нанесении других покрытий) берут дистиллированную (можно использовать конденсат из бытовых холодильников). Химреактивы подойдут как минимум чистые (обозначение на этикетке — Ч).
Перед покрытием деталей любой металлической пленкой необходимо провести специальную подготовку их поверхности.
Подготовка всех металлов и сплавов заключается в следующем. Обработанную деталь обезжиривают в одном из водных растворов, а затем деталь декапируют в одном из нижеперечисленных растворов.

Составы растворов для декапирования (г/л)

Для стали

- Серная кислота — 30...50. Температура раствора — 20°С, время обработки — 20...60 с.
- Соляная кислота — 20...45. Температура раствора — 20°С, время обработки — 15...40 с.
- Серная кислота — 50...80, соляная кислота — 20...30. Температура раствора — 20°С, время обработки — 8...10с.

Для меди и ее сплавов

- Серная кислота — 5%-ный раствор. Температура — 20°С, время обработки — 20 с.

Для алюминия и его сплавов

- Азотная кислота. (Внимание, 10...15%-ный раствор.). Температура раствора — 20°С, время обработки — 5... 15 с.
Учтите, что для алюминия и его сплавов перед химическим никелированием проводят еще одну обработку — так называемую цинкатную. Ниже приведены растворы для цинкатной обработки.

Составы растворов для цинкатной обработки (г/л)

Для алюминия

- Едкий натр — 250, окись цинка — 55. Температура раствора — 20°С, время обработки — 3...5 с.
- Едкий натр — 120, сернокислый цинк — 40. Температура раствора — 20°С, время обработки — 1,5...2 мин.
При подготовке обоих растворов сначала отдельно в половине воды растворяют едкий натр, в другой половине — цинковую составляющую. Затем оба раствора сливают вместе.

Для литейных алюминиевых сплавов

- Едкий натр — 10, окись цинка — 5, сегнетова соль (кристаллогидрат) — 10. Температура раствора — 20°С, время обработки — 2 мин.

Для деформируемых алюминиевых сплавов

- Хлорное железо (кристаллогидрат) — 1, едкий натр — 525, окись цинка 100, сегнетова соль — 10. Температура раствора — 25°С, время обработки — 30...60 с.
После цинкатной обработки детали промывают в воде и завешивают их в раствор для никелирования.

Все растворы для никелирования универсальны, то есть годны для всех металлов (хотя есть и некоторая специфика). Готовят их в определенной последовательности. Так, все химреактивы (кроме гипофосфита натрия) растворяют в воде (посуда эмалированная!). Затем раствор разогревают до рабочей температуры и только после этого растворяют гипофосфит натрия и завешивают детали в раствор.

В 1 л раствора можно отникелировать поверхность площадью до 2 дм.

Составы растворов для никелирования (г/л)

- Сернокислый никель — 25, янтарнокислый натрий — 15, гипофосфит натрия — 30. Температура раствора — 90°С, pH — 4,5, скорость наращивания пленки — 15...20 мкм/ч.
- Хлористый никель — 25, янтарно-кислый натрий — 15, гипофосфит натрия — 30. Температура раствора — 90...92°С, pH — 5,5, скорость наращивания — 18...25 мкм/ч.
- Хлористый никель — 30, гликолевая кислота — 39, гипофосфит натрия — 10. Температура раствора 85...89°С, pH — 4,2, скорость наращивания — 15.,.20 мкм/ч.
- Хлористый никель — 21, уксуснокислый натрий — 10, гипофосфит натрия — 24. Температура раствора — 97°С, pH — 5,2, скорость наращивания — до 60 мкм/ч.
- Сернокислый никель — 21, уксуснокислый натрий — 10, сульфид свинца — 20, гипофосфит натрия — 24. Температура раствора — 90°С, pH — 5, скорость наращивания — до 90 мкм/ч.
- Хлористый никель — 30, уксусная кислота — 15, сульфид свинца — 10...15, гипофосфит натрия — 15. Температура раствора — 85...87°С, pH — 4,5, скорость наращивания — 12...15 мкм/ч.
- Хлористый никель — 45, хлористый аммоний — 45, лимоннокислый натрий — 45, гипофосфит натрия — 20. Температура раствора — 90°С, pH — 8,5, скорость наращивания — 18... 20 мкм/ч.
- Хлористый никель — 30, хлористый аммоний — 30, янтарнокислый натрий — 100, аммиак (25%-ный раствор — 35, гипофосфит натрия — 25). Температура — 90°С, pH — 8...8,5, скорость наращивания — 8...12 мкм/ч.
- Хлористый никель — 45, хлористый аммоний — 45, уксуснокислый натрий — 45, гипофосфит натрия — 20. Температура раствора — 88....90°С, pH — 8...9, скорость наращивания — 18...20 мкм/ч.
- Сернокислый никель — 30, сернокислый аммоний — 30, гипофосфит натрия — 10. Температура раствора — 85°С, pH — 8,2...8,5, скорость наращивания — 15... 18 мкм/ч.

Внимание! По существующим ГОСТам однослойное покрытие никелем на 1 см² имеет несколько десятков сквозных (до основного металла) пор. Естественно, что на открытом воздухе стальная деталь, покрытая никелем, быстро покроется «сыпью» ржавчины.

Что делать? Выход — в обработке поверхности покрытия специальными составами, закрывающими поры.

В домашних условиях можно рекомендовать следующие операции.
Протереть деталь с никелевым (или другим) покрытием кашицей из окиси магния и воды и сразу же опустить ее на 1...2 мин в 50%-ный раствор соляной кислоты.
После термообработки еще не остывшую деталь опустить в невитаминизированный рыбий жир (лучше старый, непригодный по прямому назначению).
Протереть 2...3 раза отникелированную поверхность детали составом ЛПС (легко проникающей смазкой).
В последних двух случаях излишки жира (смазки) через сутки удаляют с поверхности бензином.
Обработку рыбьим жиром больших поверхностей (бамперов, молдингов автомашин) проводят так. В жаркую погоду протирают их рыбьим жиром два раза с перерывом в 12... 14 ч. Затем через 2 суток излишки жира удаляют бензином.
Эффективность такой обработки характеризует следующий пример. Никелированные рыболовные крючки начинают покрываться ржавчиной сразу же после первой рыбалки в море. Обработанные рыбьим жиром те же крючки не корродируют почти весь летний сезон морской ловли.