Что такое никелирование и как проводится этот процесс?

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

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.

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:

1. Подготовить ёмкость, подходящую под размеры детали.
2. В ёмкости положить электрод, а на кронштейне разместить заготовку. Важно, чтобы они не касались стенок сосуда.
3. Внутрь ёмкости залить электролит.
4. Подобрать источник питания, на выходе которого формируется напряжение до 6 В и ток до 1,2 А.
5. Подключить к аноду положительный контакт источника питания, а к заготовке — отрицательный.
6. Подать на электроды напряжение.
7. Толщина наносимого покрытия зависит от времени подачи напряжения на электроды.
8. После получения слоя никеля требуемой толщины отключить источник тока и достать деталь.
9. 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:

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

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.

Нанесение защитного слоя

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

1. Подобрать стеклянную ёмкость.
2. Приготовить электролит. Для этого нужно подготовить 20% CuSO₄, 2% H₂SO₄, 78% H₂O.
3. Поместить заготовку в емкость. С противоположных сторон разместить аноды.
4. 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.
5. Подать напряжение на подключённую схему. Оптимальная толщина покрытия достигается в течение 30 минут.

Наносить защитный слой можно и кисточкой:

1. Из многожильного медного провода изготавливается кисточка путём удаления изоляционного слоя. Для удобства её фиксируют на деревянном бруске с удобным для работы сечением.
2. Заготовку очищают, обезжиривают, затем отмывают от растворителей.
3. Берут лабораторный источник питания. К положительному контакту подсоединяют кисточку, а к отрицательному — заготовку.
4. Подготавливают раствор электролита.
5. Включают питание на источнике тока.
6. Кисточку погружают в электролитический раствор, затем вынимают и проводят над заготовкой.
7. 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.