Кустарные и промышленные способы никелирования
Никелирование изделий из металлов и сплавов — это процесс нанесения на их поверхности защитных и декоративных слоев никеля. У народных умельцев данный вид гальванотехники является одним из самых популярных. Это объясняется тем, что для никелирования в домашних условиях не требуется сложного оборудования, все реагенты доступны и не очень дороги, а сам никель и его соединения неагрессивны и нетоксичны. Широкое использование никелирования в промышленном производстве главным образом связано с тем, что никелевые покрытия обладают одним из самых высоких уровней устойчивости к коррозии, а их твердость выше, чем у защиты из кадмия, цинка и олова. Но никель намного дороже всех этих металлов, поэтому его чаще всего применяют в тех случаях, когда требуется защитить изделия от коррозии и одновременно придать ему эстетичный вид. Внешне никелевые покрытия очень похожи на хромовые, но имеют более теплый оттенок (см. рис. ниже).
Оглавление
Специфика, определение и назначение никелирования
Защитное никелевое покрытие может наноситься практически на все виды металлов и их сплавов, а также на стекло, пластмассу и керамику. Но чаще всего никелирование используют для защитно-декоративной обработки изделий из стали, меди, цинка, алюминия и их сплавов. В домашних условиях изделия чаще всего покрывают одним никелевым слоем, а в промышленном производстве никель обычно входит в состав многослойных покрытий. Это связано с его пористостью, которая полностью исчезает только при толщине слоя более 30 микрон. По этой причине никель чаще всего накладывают на подслой меди, а снаружи защищают слоями хрома или кадмия.
Никелирование деталей с предварительным омеднением несложно осуществить даже в домашней мастерской, а вот использование хрома и кадмия требует особых условий и мер предосторожности в связи с высокой токсичностью соединений этих металлов. При промышленном и домашнем никелировании с помощью электролитных добавок и различных режимов электролиза можно получить следующие виды поверхностей:
- блестящие;
- матовые;
- полублестящие;
- двух- и трехслойные;
- композиционные;
- черные;
- велюровые;
- износостойкие.
На рисунке ниже изделия с матовым и черным никелевыми покрытиями.
«Черный» никель применяют в оптических приборах и при создании военной техники. В его состав входит до трех четвертей неметаллических компонентов — сульфидов никеля и гидроксидов цинка. Нанести такие покрытия в домашних условиях очень сложно, т. к. для этого требуются профессиональные знания и специальные реагенты.
Плюсы и минусы никелированных покрытий
Никель устойчив к коррозии в щелочах любой концентрации и очень медленно растворяется в серной и соляной кислотах. В концентрированной азотной кислоте покрытие никелем ведет себя нейтрально и только образует защитную пленку, а вот с ее водным раствором оно реагирует очень активно. Все это имеет значение для промышленного применения, а в домашних условиях никель можно считать пассивным ко всем видам реагентов.
Главный недостаток никелевого покрытия, который связан с особенностями осаждения этого металла, — это его пористость, которая имеет глубину до 25–30 микрон. Поэтому никелирование, как правило, выполняют по подслою из меди, что несложно реализовать даже в домашней мастерской при наличии минимальных навыков в гальванотехнике. Другой способ защиты от пористости — это дополнение никелевого покрытия защитным слоем из фосфорных соединений, хрома и пр.
Для нанесения никеля на поверхность алюминия изделие предварительно подвергается цинкатной обработке, после чего по поверхности цинка выполняется гальваническое никелирование. Как и предварительное омеднение, эта технология легко реализуется даже в домашней мастерской.
Методы нанесения никелевого покрытия
Существует два способа нанесения никеля на поверхность металлов в активных растворах: гальванический (с использованием источника тока и никелевого анода) и химический (осаждением в растворе солей никеля). Гальваническое никелирование имеет более высокую скорость и позволяет получить на поверхности изделия никелевые слои, имеющие большую твердость и меньшую пористость. При химическом никелировании слой металла более рыхлый и эластичный. Эта технология пользуется популярностью у домашних мастеров, поскольку она очень проста в реализации и требует минимума реагентов.
Электролитический метод
Электролизное покрытие изделий никелевым слоем осуществляется по традиционной технологии. В емкость с электролитом помещается обрабатываемая деталь, которая выступает в роли катода, и анод из чистого никеля. При подаче положительного напряжения на анод и отрицательного на изделие начинается электрохимический процесс, в результате которого анионы никеля отрываются от анода и через электролитический раствор двигаются к катоду, оседая в виде тонкой пленки металла на поверхности изделия. В домашних условиях для электролитического никелирования обычно используют стеклянные емкости объемом в несколько литров, а в качестве источника тока — автомобильные аккумуляторы или бытовые блоки питания напряжением 12 В.
Химический метод
Химическое никелирование не требует использования источников тока, что значительно облегчает его проведение в домашних условиях. Его преимущества — это равномерность осаждения никеля по всему изделию и возможность создания слоев практически любой толщины. Такое покрытие не обладает твердостью, но очень пластично и поэтому прекрасно подходит для домашней гальванопластики. Химическое никелирование требует постоянного нагрева электролита до температуры выше 80 ºC. В домашних условиях это легко обеспечить, поместив рабочую емкость в водяную баню. Нагретый раствор выделяет сильный и довольно неприятный запах, поэтому процесс никелирования лучше проводить под вытяжкой.
Технология никелирования металлов
Для химического и гальванического никелирования в домашних и промышленных условиях используют сульфатные, борфторидные, хлоридные, сульфаминовых и некоторые другие виды растворов. Химический метод подразумевает простое погружение детали с перемешиванием электролита, а гальваническая технология реализуется несколькими способами:
- Погружение на статической подвесной оснастке. Применяется для габаритных деталей. Этот метод пригоден как для промышленного, так и домашнего применения.
- Никелирование движущегося катода. Таким способом покрывают проволоку и ленты, сматываемые с одной катушки на другую с прохождением через электролит.
- Натирание. Покрытие наносится с помощью ручного приспособления с никелевым стержнем, обернутым в пористый материал с электролитом. Применяется для восстановления небольших участков поверхностей и в домашних мастерских.
- Погружение во вращающихся барабанах (см. рис. ниже). Используется для одновременного никелирования большого количества мелких деталей. Традиционной способ обработки метизов.
Гальваническое никелирование позволяет создавать защитные и декоративные слои, состоящие из композитных материалов, в которых никель может составлять меньшую часть. Наглядным примером этого является «черное никелирование» — нанесение на изделия композита из никеля и солей других металлов. Такое покрытие обладает повышенным светопоглощением, т. к. имеет почти абсолютно черный цвет.
Проведение никелирования в домашних условиях
Оборудование для домашнего никелирования состоит из обычных бытовых компонентов и может быть собрано своими руками даже без знаний основ гальванотехники. Стандартный состав такой домашней установки включает в себя:
- стеклянную или пластиковую емкость для электролита;
- приспособления для подвески никелевого анода (или анодов) с клеммой;
- траверсу для подъема и опускания изделия в электролит с клеммой (обычно это медная трубка или прут);
- источник питания или аккумулятор с выключателем и провода;
- подогреватель и термометр.
Кроме того, может потребоваться сосуд большего размера для помещения домашней гальванической емкости в водяную баню. Для химического никелирования не нужны никелевые аноды, источник питания, провода и клеммы.
Процесс домашнего никелирования включает в себя следующие этапы:
- механическая очистка всех поверхностей;
- обезжиривание;
- промывка в проточной воде;
- никелирование;
- промывка и сушка готового изделия.
В зависимости от потребностей домашнего мастера перед никелированием может потребоваться создание медного подслоя, которое также выполняется гальваническим способом.
Подготовка изделия
Подготовка изделия для домашнего никелирования включает в себя его механическую зачистку и шлифовку, которые можно выполнить с помощью напильника и шлифбумаги. Но если деталь имеет сложную конфигурацию, то по возможности следует воспользоваться услугами пескоструйки или галтовки. Для обезжиривания в домашней мастерской необходимо применять неагрессивные и нетоксичные вещества. На эту роль лучше всего подходят горячие растворы стирального порошка и кальцинированная сода. Если домашний мастер решил никелировать по медному подслою, то подготовленное изделие сначала подвергается омеднению гальваническим или химическим способом, а затем, после промывки и сушки, — никелированию.
Состав ванны для никелирования
В промышленном производстве применяется множество разнообразных растворов для гальванического и химического никелирования. При этом основным компонентом в любой рецептуре является сульфат никеля, который обеспечивает перенос анионов никеля от анода к покрываемой детали. Остальные реагенты служат для повышения электропроводности, а также повышения качества и создания особых свойств никелевых покрытий. В домашних и небольших производственных мастерских, как правило, используют трехкомпонентный раствор, включающий в себя сульфат и хлорид никеля, а также борную кислоту.
Как увеличить стойкость покрытия
Для увеличения коррозионной стойкости и механической прочности никелевые покрытия вводят в состав покрытий, состоящих из нескольких слоев различных металлов. Наиболее распространенными подслоями для никеля являются медь, цинк и кадмий. А в качестве наружного укрепляющего слоя чаще всего наносят хром или никель-фосфорные соединения. Кроме того, существует технология осаждения на никелевые поверхности различных твердых композитов, включающих в себя соединения бора, нитриды и окиси кремния.
В домашних мастерских для повышения коррозионной стойкости никелируют изделия по подслою из меди или цинка, а также обрабатывают их поверхности полимерными материалами.
Как удалить никелевое покрытие
Удаление никелевого покрытия возможно механическим, химическим и электрохимическим способами. В первом случае покрытия снимаются с помощью ручных шлифмашинок с применением абразивоструйного оборудования или галтовочных аппаратов. Поскольку никелем покрывают различные металлы, причем с использованием подстилающих и защитных слоев из меди, цинка, кадмия и хрома. Универсальных методов удаления никелевых покрытий попросту не существует. При этом в каждом случае ставится вопрос о возможности повреждения подстилающего слоя или основного металла детали. Чаще всего в состав реагентов для химического и электрохимического удаления никеля входят азотная, соляная и серная кислоты в совокупности с различными добавками. Для таких методов требуется хорошо оборудованная химическая мастерская, и в домашнем гальваническом производстве они, как правило, неприемлемы.
Нанесение защитных покрытий после никелирования связано с применением токсичных и агрессивных реагентов. А может, все-таки существуют какие-то современные способы укрепления никелевых покрытий, которые безболезненно можно применять в домашних условиях? Если кто-нибудь знает, как это делается, — поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.
