Гальванопокрытие никелем — это метод гальванопокрытия тонкого слоя никеля на металлическом предмете. Слой никеля может быть декоративным, обеспечивать коррозионную стойкость, износостойкость или использоваться для наращивания изношенных или недостаточно крупных деталей в целях утилизации. [1] [2]
Электроосаждение никеля — это процесс осаждения никеля на металлическую деталь. Детали, которые будут покрываться, должны быть чистыми и свободными от грязи, коррозии и дефектов, прежде чем можно будет начать гальванизацию. [3] Чтобы очистить и защитить деталь во время процесса гальванизации, можно использовать комбинацию термической обработки , очистки, маскирования, травления и травления. [1] После подготовки детали 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 анод не станет пассивным из-за проблем с процессом, в этом случае эффективность падает до 0. Эффективность катода зависит от процесса и варьируется от 90 до 97%. Из-за этого несоответствия во время нанесения покрытия концентрация никеля в растворе и pH будут медленно расти. [6] Процесс занимает от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от плотности тока и предполагаемой толщины покрытия. [7]
Никелирование было разработано в первой половине 19 века, с известными экспериментами, проведенными Голдингом Бердом (1837) и патентом на нитрат никеля Джозефом Шором (1840). Первый практический рецепт, водный раствор сульфатов никеля и аммония, был изобретен Бёттгером в 1843 году и использовался в течение 70 лет. [8] Коммерческий успех был достигнут Исааком Адамсом-младшим , чей патент на раствор сульфата никеля и аммония , хотя и был похож на патент Бёттгера, имел нейтральный pH , что облегчало контроль процесса. Адамс пользовался почти монополией на никелирование с 1869 по 1886 год, когда потребление никеля для гальванизации достигло 135 тонн. [4] В США Ремингтон пытался использовать раствор хлорида никеля и аммония (1868), в процессе создания конструкции анода в виде платиновой корзины, заполненной кусочками никеля, [4] Эдвард Уэстон инициировал использование борной кислоты (патент выдан в 1878), [9] Банкрофт выяснил роль хлоридов в растворении анода (1906). [4] [10] Наконец, Оливер П. Уоттс в 1916 году создал ванну Уоттса , вариации которой до сих пор широко используются для декоративного покрытия, а растворы сульфамата бросают ей вызов в инженерных приложениях. [4]
Ванна Уоттса , названная в честь ее изобретателя Оливера Паттерсона Уоттса , представляет собой водный раствор электролита для покрытия никелем никелевого анода. Он может осаждать как блестящий, так и полублестящий никель. Яркий никель обычно используется в декоративных целях и для защиты от коррозии. Полублестящие покрытия используются в инженерных целях, где важны высокая коррозионная стойкость, пластичность или электропроводность, а высокий блеск не требуется. [2] [11] [12]
Вид добавляемых осветлителей и их концентрация определяют внешний вид покрытия: блестящий, яркий, полублестящий, сатиновый.
Покрытие сульфаматным никелем используется во многих инженерных приложениях. Его наносят для размерной коррекции, стойкости к истиранию и износу, высокоэффективного покрытия и защиты от коррозии. Его также используют в качестве подложки для хрома. [2] [13]
Растворы с полным содержанием хлорида позволяют наносить толстые никелевые покрытия. Они делают это, поскольку работают при низком напряжении. Однако осаждение имеет высокие внутренние напряжения. [2] [5]
Сульфатно-хлоридная ванна работает при более низком напряжении, 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, где аноды нерастворимы. Например, для покрытия внутренних поверхностей стальных труб и фитингов может потребоваться нерастворимый анод. [2] [12]
Твердый никелевый раствор используется, когда требуется высокая прочность на разрыв и твердость покрытия. [2] [5]
«Черный никель» — это темное покрытие, которое в основном состоит из сульфида никеля и металлического 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 используется в широком спектре применений. Он обеспечивает высокоглянцевую отделку, защиту от коррозии и износостойкость. В автомобильной промышленности блестящий никель можно найти на бамперах , ободах, выхлопных трубах и отделке. Он также используется для блестящей работы на велосипедах и мотоциклах . Другие применения включают ручные инструменты и предметы домашнего обихода, такие как осветительные приборы и сантехника , проволочные стеллажи, огнестрельное оружие и бытовые приборы . [11]
Современные технологии нанесения покрытий позволяют напыленному никелю выглядеть зеркально блестящим без необходимости полировки, многослойные покрытия часто используются для повышения коррозионной стойкости покрытой стали, цинка, меди, алюминия и других металлов. Для предотвращения потускнения декоративный гальванический никель обычно покрывается тонким слоем хрома . [ 8]
Инженерный никель используется там, где нежелателен блеск. Недекоративные применения обеспечивают защиту от износа и коррозии, а также низкое напряжение для восстановления размеров, [11] [16] никель или его никелевые сплавы обычно имеют матовую или тусклую отделку. [8] Метод может быть использован для изготовления нанокомпозитных износостойких покрытий. [17] [18]
Электроформовка никеля подразумевает никелирование, применяемое для изготовления никелевых изделий. Например, никель можно нанести на оправку , а затем снять с нее, создав деталь, состоящую только из никеля. [8]