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 малогабаритных деталей в целях утилизации. [1] [2]
Никелирование гальванопокрытием – это процесс нанесения никеля на металлическую деталь. Перед началом нанесения покрытия детали, подлежащие гальваническому покрытию, должны быть чистыми и свободными от грязи, коррозии и дефектов. [3] Для очистки и защиты детали в процессе нанесения покрытия можно использовать сочетание термообработки , очистки, маскировки, травления и травления. [1] После подготовки изделия его 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] Этот процесс занимает от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от плотности тока и предполагаемой толщины покрытия. [7]
Гальваническое покрытие никелем было разработано 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 и 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 гальваники достигло 135 тонн. [4] В США Ремингтон попробовал использовать раствор хлорида никеля и аммония (1868 г.), в процессе создания конструкции анода в виде платиновой корзины, заполненной кусочками никеля, [4] Эдвард Уэстон инициировал использование борной кислоты. (патент выдан в 1878 г.), [9] Бэнкрофт выяснил роль хлоридов в растворении анода (1906 г.). [4] [10] Наконец, Оливер П. Уоттс в 1916 году создал ванну Уоттса , варианты которой до сих пор широко используются для декоративного покрытия, а растворы сульфамата бросают вызов ей в инженерных приложениях. [4]
Ванна Уоттса , названная в честь ее изобретателя Оливера Паттерсона Уоттса , представляет собой водный раствор электролита для осаждения никеля с никелевого анода. 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]
Тип добавляемых осветлителей и их концентрация определяют внешний вид покрытия: блестящий, яркий, полублестящий, сатиновый.
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]
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]
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]
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]
Раствор твердого никеля используется, когда требуется наплавка с высокой прочностью на разрыв и твердостью. [2] [5]
«Черный никель» — темное покрытие, состоящее в основном из сульфида никеля и металлических цинка и никеля. [14] Обычно его наносят на латунь, бронзу или сталь для получения неотражающей поверхности. [15] Этот тип покрытия используется в декоративных и военных целях и не обеспечивает особой защиты. [1] [2] [15]
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]
Технический никель используется там, где яркость нежелательна. Недекоративные применения обеспечивают защиту от износа и коррозии, а также наращивание при низких напряжениях для восстановления размеров. [11] [16] никель или его никелевые сплавы обычно имеют матовую или матовую поверхность. [8] Способ может быть использован для изготовления нанокомпозитных износостойких покрытий. [17] [18]
Гальванопластика никеля – это никелирование, применяемое для изготовления никелевых изделий. Например, никель можно нанести на оправку , а затем снять с нее, создавая деталь, содержащую только никель. [8]