Никелирование гальванопокрытием

Гальваника никеля — это метод нанесения тонкого слоя никеля на металлический предмет. Слой никеля может быть декоративным, обеспечивать коррозионную стойкость, износостойкость или использоваться для восстановления изношенных или малоразмерных деталей в целях утилизации. ^[1]^[2]

Обзор

Никелирование гальванопокрытием – это процесс нанесения никеля на металлическую деталь. Перед началом нанесения покрытия детали, подлежащие гальваническому покрытию, должны быть чистыми и не иметь грязи, коррозии и дефектов. ^[3] сочетание термообработки , очистки, маскировки, травления и травления. Для очистки и защиты детали в процессе нанесения покрытия можно использовать ^[1] После того как деталь подготовлена, ее погружают в раствор электролита и используют в качестве катода . Никелевый анод растворяется в электролите с образованием ионов никеля (Ni ²⁺). Как и в других процессах электроосаждения , ионы проходят через раствор и осаждаются на катоде. ^[4]^[5]

Эффективность анода для растворения никеля близка к 100%, если только из-за проблем с процессом анод не становится пассивным (и его эффективность, таким образом, равна 0). Эффективность катода зависит от процесса и колеблется в пределах 90–97%. Из-за этого несоответствия во время нанесения покрытия концентрация никеля в растворе и pH будут медленно повышаться. ^[6] Процесс занимает от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от плотности тока и предполагаемой толщины покрытия. ^[7]

История

Гальваника никеля была разработана в первой половине XIX века, когда были заметные эксперименты, проведенные Голдингом Бердом (1837 г.), и патент на нитрат никеля Джозефом Шором (1840 г.). Первый практический рецепт — водный раствор сульфатов никеля и аммония — был изобретен Беттгером в 1843 году и использовался в течение 70 лет. ^[8] Коммерческого успеха добился Исаак Адамс-младший , чей патент на раствор сульфата никеля-аммония , хотя и был похож на патент Беттгера, имел нейтральный pH , что облегчало контроль процесса. Адамс пользовался почти монополией в области никелирования с 1869 по 1886 год, когда потребление никеля для никелирования достигло 135 тонн. ^[4] В США Ремингтон попробовал использовать раствор хлорида никеля и аммония (1868 г.), создав при этом конструкцию анода в виде платиновой корзины, наполненной кусочками никеля. ^[4] Эдвард Уэстон инициировал использование борной кислоты (патент выдан в 1878 г.), ^[9] Бэнкрофт выяснил роль хлоридов в растворении анода (1906). ^[4]^[10] Наконец, Оливер П. Уоттс в 1916 году создал ванну Уоттса , варианты которой до сих пор широко используются для декоративного покрытия, а сульфаматные растворы бросают вызов ей в инженерных приложениях. ^[4]

Виды и химия

Ванны Уоттса

Ванна Уоттса , названная в честь ее изобретателя Оливера Паттерсона Уоттса , представляет собой водный раствор электролита для нанесения никеля на никелевый анод. Он может наносить как блестящий, так и полублестящий никель. Яркий никель обычно используется в декоративных целях и для защиты от коррозии. Полублестящие покрытия используются в машиностроении, где важна высокая коррозионная стойкость, пластичность или электропроводность и не требуется высокий блеск. ^[2]^[11]^[12]

Состав для ванны

Химическое название	Формула	Яркий ^[11]		Полуяркий ^[11]
Химическое название	Формула	Метрика	НАС	Метрика	НАС
Сульфат никеля	NiSO ₄ ·6H ₂ O	150–300 г/л	20–40 унций/галлон	225–300 г/л	30–40 унций/галлон
Хлорид никеля	NiCl ₂ ·6H ₂ O	60–150 г/л	8–20 унций/галлон	30–45 г/л	4–6 унций/галлон
Борная кислота	H₃BO_H3BO3	37–52 г/л	5–7 унций/галлон	37–52 г/л	5–7 унций/галлон

Условия эксплуатации

Температура: 40-65 °С
Плотность катодного тока: 2-10 А/дм ²
рН: 4,5-5

Осветлители

Осветлители-носители (например, паратолуолсульфонамид, бензолсульфоновая кислота ) в концентрации 0,75-23 г/л. Базовые отбеливатели содержат серу, обеспечивающую однородную мелкозернистую структуру никелированного покрытия. ^[5]
Выравниватели, отбеливатели второго класса (например, аллилсульфоновая кислота, формальдегид хлоралгидрат) в концентрации 0,0045-0,15 г/л образуют (в сочетании с отбеливателями-носителями) блестящий осадок. ^[5]
Вспомогательные отбеливатели (например, аллилсульфонат натрия, пропилсульфонат пиридиния) в концентрации 0,075-3,8 г/л. ^[5]
Неорганические отбеливатели (например, кобальт, цинк) в концентрации 0,075-3,8 г/л. Неорганические отбеливатели придают покрытию дополнительный блеск. ^[5]

Тип добавляемых осветлителей и их концентрация определяют внешний вид покрытия: блестящий, яркий, полублестящий, сатиновый.

Сульфамат никеля

Сульфаматное никелирование используется во многих технических целях. Он наносится для корректировки размеров, устойчивости к истиранию и износу, высокоэффективного покрытия и защиты от коррозии. Он также используется в качестве грунтовки для хрома. ^[2]^[13]

Состав для ванны

Химическое название	Формула	Концентрация ванны ^[5]
Химическое название	Формула	Метрика	НАС
Сульфамат никеля	Ni(SO ₃ NH ₂ ) ₂	300-450 г/л	40–60 унций/галлон
Хлорид никеля	NiCl ₂ ·6H ₂ O	0-30 г/л	0–4 унции/галлон
Борная кислота	H₃BO_H3BO3	30-45 г/л	4–6 унций/галлон

Условия эксплуатации

Температура: 40-60 °С ^[5]
Плотность катодного тока: 2-25 А/дм ²^[5]
рН: 3,5-4,5 ^[5]

Цельнохлоридный

Полностью хлоридные растворы позволяют наносить толстые никелевые покрытия. Они делают это потому, что работают при низком напряжении. Однако осаждение имеет высокие внутренние напряжения. ^[2]^[5]

Химическое название	Формула	Концентрация ванны ^[5]
Хлорид никеля	NiCl ₂ ·6H ₂ O	30–40 унций/галлон
Борная кислота	H₃BO_H3BO3	4–4,7 унций/галлон

Сульфатно-хлоридный

Сульфатно-хлоридная ванна работает при более низких напряжениях, чем ванна Уоттса, и обеспечивает более высокую скорость осаждения. Хотя внутренние напряжения выше, чем в ванне Уоттса, они ниже, чем в полностью хлоридной ванне. ^[2]^[5]

Химическое название	Формула	Концентрация ванны ^[5]
Сульфат никеля	NiSO ₄ ·6H ₂ O	20–30 унций/галлон
Хлорид никеля	NiCl ₂ ·6H ₂ O	20–30 унций/галлон
Борная кислота	H₃BO_H3BO3	4–6 унций/галлон

Цельносульфатный

Полностью сульфатный раствор используется для электроосаждения никеля там, где аноды нерастворимы. Например, для покрытия внутренней части стальных труб и фитингов может потребоваться нерастворимый анод. ^[2]^[12]

Химическое название	Формула	Концентрация ванны ^[5]
Сульфат никеля	NiSO ₄ ·6H ₂ O	30–53 унции/галлон
Борная кислота	H₃BO_H3BO3	4–6 унций/галлон

Твердый никель

Раствор твердого никеля используется, когда требуется наплавка с высокой прочностью на разрыв и твердостью. ^[2]^[5]

Химическое название	Формула	Концентрация ванны ^[5]	Метрика
Сульфат никеля	NiSO ₄ ·6H ₂ O	24 унции/галлон	179,7 г/л
Хлорид аммония	NH ₄ Cl	3,3 унции/галлон	24,7 г/л
Борная кислота	H₃BO_H3BO3	4 унции/галлон	29,96 г/л

Черный никель

«Черный никель» — это темное покрытие, состоящее в основном из сульфида никеля и металлических цинка и никеля. ^[14] Обычно его наносят на латунь, бронзу или сталь, чтобы создать неотражающую поверхность. ^[15] Этот тип покрытия используется в декоративных и военных целях и не обеспечивает особой защиты. ^[1]^[2]^[15]

Химическое название	Формула	Концентрация ванны ^[15]
Сульфат никеля-аммония	NiSO ₄ ·(NH ₄ )2SO ₄ ·6H ₂ O	8 унций/галлон
Сульфат цинка	ZnSO ₄	1,0 унции/галлон
Тиоцианат натрия	НаЦНС	2 унции/галлон

Приложения

Декоративное покрытие

Декоративный блестящий никель находит широкое применение. Он обеспечивает высокий блеск, защиту от коррозии и износостойкость. В автомобильной промышленности яркий никель можно найти на бамперах , дисках, выхлопных трубах и отделке салона. Также используется для ярких работ на велосипедах и мотоциклах . Другие области применения включают ручные инструменты и предметы домашнего обихода, такие как осветительные и сантехнические приборы , проволочные стойки, огнестрельное оружие и бытовая техника . ^[11]

Современная технология нанесения покрытий делает нанесенный никель зеркально ярким без необходимости полировки. Многослойные покрытия часто используются для улучшения коррозионной стойкости покрытой стали, цинка, меди, алюминия и других металлов. Чтобы предотвратить потускнение, декоративный гальванический никель обычно покрывают тонким слоем хрома . ^[8]

Инженерные приложения

Технический никель используется там, где яркость нежелательна. Недекоративные применения обеспечивают защиту от износа и коррозии, а также наращивание при небольших напряжениях для восстановления размеров. ^[11]^[16] никель или его никелевые сплавы, обычно имеющие матовую или матовую поверхность. ^[8] Метод может быть использован для создания нанокомпозитных износостойких покрытий. ^[17]^[18]

никеля Электроформовка – это никелирование, применяемое для изготовления никелевых изделий. Например, никель можно нанести на оправку , а затем снять с нее, создавая деталь, содержащую только никель. ^[8]

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «QQ-N-290 А НИКЕЛИРОВАНИЕ» . www.everyspec.com . Проверено 25 февраля 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Ян Роуз; Клайв Уиттингтон; Уильям Ло (2022). «Справочник по никелированию» (PDF) . Никелевский институт .
^ «MIL-P-27418 ПОКРЫТИЕ МЯГКИМ НИКЕЛЕМ, ЭЛЕКТРООСАЖДЕННАЯ ВАННА» . www.everyspec.com . Проверено 25 февраля 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и В Бари 2011 г. , с. 80.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п «Гальваническое никелирование [SubsTech]» . www.substech.com . Проверено 25 февраля 2018 г.
^ В Бари, 2011 г. , с. 81.
^ В Бари, 2011 г. , с. 82.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д В Бари 2011 г. , с. 79.
^ Дубпернелл 1959 , с. 39.
^ Дубпернелл 1959 , с. 40.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Снайдер, доктор Дональд. «Гальваника никеля» . www.pfonline.com . Проверено 25 февраля 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б "НикельЭлектропокрытие.pdf" (PDF) . Проверено 25 февраля 2018 г. .
^ «Мы найдем оптимальный подход к нанесению покрытия на ваши детали. Никто не сможет превзойти широкий спектр разработанных компанией Bales покрытий и отделок» .
^ Ибрагим, Магди AM (2005). «Электроосаждение черного никеля из модифицированной ванны Уоттса». Журнал прикладной электрохимии . 36 (3): 295–301. дои : 10.1007/s10800-005-9077-8 . ISSN 0021-891X . S2CID 95324802 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «MIL-P-18317 ПОКРЫТИЕ ЧЕРНЫМ НИКЕЛЕМ НА ЛАТУННОЙ БРОНЗЕ ИЛИ» . www.everyspec.com . Проверено 25 февраля 2018 г.
^ Дэвис, Джозеф Р. (1 января 2000 г.). Никель, кобальт и их сплавы . АСМ Интернешнл. ISBN 9780871706850 . Проверено 9 августа 2016 г.
^ Мосалланежад, Миннесота; Шафей, А.; Ахаван, С. (18 апреля 2016 г.). «Одновременное совместное осаждение SiC и УНТ в никелевое покрытие» . Канадский металлургический ежеквартальный журнал . 55 (2): 147–155. Бибкод : 2016CaMQ...55..147M . дои : 10.1080/00084433.2016.1150406 . S2CID 138392838 . Проверено 9 августа 2016 г.
^ Чжан, Сэм (18 июня 2010 г.). Наноструктурированные тонкие пленки и покрытия: механические свойства . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781420094022 . Проверено 9 августа 2016 г.

Источники

Барри, Джордж А. (14 февраля 2011 г.). «Электроосаждение никеля» (PDF) . В Мордехае Шлезингере; Милан Паунович (ред.). Современная гальваника (5-е изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 79–114. ISBN 978-1-118-06314-9 . OCLC 1037918105 .
Дабпернелл, Джордж (1959). «История никелирования» [перепечатано в журнале Plating & Surface Finishing, апрель 2006 г., стр. 34–43] (PDF) . Покрытие . 46 (6): 599–616.
Небиоло, Уильям П. (август 2022 г.). «История гальваники и исторический обзор эволюции NASF» (PDF) . Официальные документы NASF по поверхностным технологиям . 86 (11). НАСФ : 1–14.

[290A-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с «QQ-N-290 А НИКЕЛИРОВАНИЕ» . www.everyspec.com . Проверено 25 февраля 2018 г.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Ян Роуз; Клайв Уиттингтон; Уильям Ло (2022). «Справочник по никелированию» (PDF) . Никелевский институт .

[p27418-3] «MIL-P-27418 ПОКРЫТИЕ МЯГКИМ НИКЕЛЕМ, ЭЛЕКТРООСАЖДЕННАЯ ВАННА» . www.everyspec.com . Проверено 25 февраля 2018 г.

[FOOTNOTEDi_Bari201180-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и В Бари 2011 г. , с. 80.

[substech-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п «Гальваническое никелирование [SubsTech]» . www.substech.com . Проверено 25 февраля 2018 г.

[FOOTNOTEDi_Bari201181-6] В Бари, 2011 г. , с. 81.

[FOOTNOTEDi_Bari201182-7] В Бари, 2011 г. , с. 82.

[FOOTNOTEDi_Bari201179-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д В Бари 2011 г. , с. 79.

[FOOTNOTEDubpernell195939-9] Дубпернелл 1959 , с. 39.

[FOOTNOTEDubpernell195940-10] Дубпернелл 1959 , с. 40.

[pfonline-11] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Снайдер, доктор Дональд. «Гальваника никеля» . www.pfonline.com . Проверено 25 февраля 2018 г.

[enp-12] Перейти обратно: ^а ^б "НикельЭлектропокрытие.pdf" (PDF) . Проверено 25 февраля 2018 г. .

[balesmold-13] «Мы найдем оптимальный подход к нанесению покрытия на ваши детали. Никто не сможет превзойти широкий спектр разработанных компанией Bales покрытий и отделок» .

[Ibrahim2005-14] Ибрагим, Магди AM (2005). «Электроосаждение черного никеля из модифицированной ванны Уоттса». Журнал прикладной электрохимии . 36 (3): 295–301. дои : 10.1007/s10800-005-9077-8 . ISSN 0021-891X . S2CID 95324802 .

[P-18317-15] Перейти обратно: ^а ^б ^с «MIL-P-18317 ПОКРЫТИЕ ЧЕРНЫМ НИКЕЛЕМ НА ЛАТУННОЙ БРОНЗЕ ИЛИ» . www.everyspec.com . Проверено 25 февраля 2018 г.

[Dav-16] Дэвис, Джозеф Р. (1 января 2000 г.). Никель, кобальт и их сплавы . АСМ Интернешнл. ISBN 9780871706850 . Проверено 9 августа 2016 г.

[17] Мосалланежад, Миннесота; Шафей, А.; Ахаван, С. (18 апреля 2016 г.). «Одновременное совместное осаждение SiC и УНТ в никелевое покрытие» . Канадский металлургический ежеквартальный журнал . 55 (2): 147–155. Бибкод : 2016CaMQ...55..147M . дои : 10.1080/00084433.2016.1150406 . S2CID 138392838 . Проверено 9 августа 2016 г.

[18] Чжан, Сэм (18 июня 2010 г.). Наноструктурированные тонкие пленки и покрытия: механические свойства . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781420094022 . Проверено 9 августа 2016 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]