Никелированная сталь что это такое?

Чем отличается нержавейка от хромированной и никелированной стали?

Отличить по внешнему виду нержавейку от хромированной или от никелированной стали сложно: все изделия имеют глянцевую поверхность. Однако все сплавы имеют свои физико-химические особенности.
Нержавеющая сталь представляет собой соединение хрома с железом, стойкое к коррозии. И чем больше хрома в сплаве, тем сильнее сплав защищен от ржавления. Например, при содержании хрома в 13%-17% металл способен сопротивляться коррозии в слабоагрессивных средах. Если хрома больше 17%, тогда стали не страшны агрессивные окислительные и иные среды.

В отличие от нержавейки хромированная сталь — результат хромирования. Она получается посредством насыщения поверхности черной стали и иных сплавов хромом. И здесь тоже важна доля содержания хрома. Если он покрывает стальную трубу в один слой, со временем на свежем воздухе такая труба просто заржавеет из-за постепенного разрушения защитного слоя. Вообще покрытие хромом весьма чувствительно не только к влажности и к скачкам температур, но и к механическим воздействиям, в том числе к царапинам. А вот нержавейка вечна. У нее нестираемая поверхность. Ей не страшны удары. Ее не поцарапать и ничем не повредить. Правда, стоит нержавейка дороже, чем хромированная сталь. Но это оправдано.

Что касается никелированной стали, она получена путем покрытия поверхности металла (в частности, стали) слоем никеля толщиной в 1-50 микрон. У такого покрытия высокая антикоррозийная способность, прочность и стойкость к истиранию. Однако если все-таки очень сильно ударить по изделию, его никелевое покрытие может треснуть. Кроме того, при некачественном никелировании сохраняется риск отслоения покрытия. Поэтому использование нержавейки остается на практике более предпочтительным.

Если остались вопросы, вы можете их задать по телефону 8 911 527-7799!

Другие новости

Для удобного подъезда к парадному входу инвалидных или детских колясок в современных зданиях активно обустраиваются пандусы. Для безопасности, эффективности и удобства их использования эти конструкции должны отвечать целому ряду требований. Они установлены в нормах и стандартах.
Разберемся, какие же аспекты должен учитывать производитель при изготовлении пандусов для колясок.
По характеру движения конструкции делятся на следующие виды:
прямые;
с изменением направления.
Основные нормативные требования к изготовлению пандусов регламентированы СП 59.13330.2012 «Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения». Здесь обговариваются допустимые размерные параметры конструкций:
1. Длина марша пандуса не может превышать 9 м.
2. Прямой пантус не может быть короче 1,5 м.
3. Верхние и нижние участки (выход на горизонтальную плоскость) не могут быть меньше 1,5 х 1,5 м. При высокой интенсивности использования такие площадки не могут быть меньше 2,1 х 2,1 м. Пандусы с изменением направления снабжаются такими горизонтальными площадками при каждой смене направления движения.
4. Уклон не может быть больше 1:20. Не допускается высота пандуса более 3 м. В таких местах рекомендуется монтировать специальные подъемные устройства.
Пандусы снабжаются двухсторонними поручнями. Расстояние между поручнями (ширина пандуса) – в интервале от 0,9 до 1 м. Высота ограждений в зданиях общего пользования – 0,9 и 0,7 м. Нормы к ограждениям, предназначенным для использования инвалидами и другими маломобильными группами населения, определены в ГОСТ Р 51261-99 «Устройства опорные стационарные реабилитационные». Поручни должны быть круглого сечения диаметром не менее 30 мм (для детей) или 50 мм (для взрослых) или прямоугольного сечения толщиной 25–30 мм.
Для облегчения движения конструкция снабжается колесоотбойными устройствами. Они монтируются на съезде и на всех промежуточных площадках. Высота колесоотбойников – 0,1 м. Они изготавливаются из прочного металла с возможностью добавления прорезиненных элементов.
Требования по качеству материала:
1. Поверхность нескользкая.
2. Наличие отчетливой маркировки цветом или текстурой для выделения на фоне окружающего пространства.
При изготовлении пандусов оптимальным материалом является нержавеющая сталь. Она отличается необходимыми свойствами по надежности, устойчивости к коррозии и долговечности. Полотна пандуса выполняются в виде сплошных ребристых листов или решеток. Решетки обеспечивают быстрое стекание воды при обильных осадках.

Заказать изготовление пандусов для колясок с нужными параметрами вы можете, обратившись в компанию «ЭлитСтиль». Мы специализируемся на производстве металлоконструкций из нержавеющей стали. Гарантируем соблюдение всех действующих норм и стандартов.

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.

Никелированный диск (Фото: Instagram / aqua__decor)

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.

Химическое никелирование (Фото: Instagram / chromgoldastra)

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/мм 2 ;
• 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 — +890 0 С;
• твёрдость по Виккерсу — 550;
• деформация продольного типа — 3–6%;
• адгезионная прочность — от 35 до 50 кгс/мм 2 ;
• 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.

Никелированные болты (Фото: Instagram / galvanika74)

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 — +32 0 С;
• 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 +400 0 С с последующей закалкой в течение 3 часов. Превышение данного значения оказать негативное влияние на свойства металла. Оптимальный диапазон — от +260 0 С до +310 0 С.

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.

Абразивный материал (Фото: Instagram / to4kacveta)

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/см 2 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.

Как осуществить никелирование в домашних условиях?

Определение

Никелированием называют комплекс процедур, в результате которых на поверхности какого-либо металлического сплава создается тонкая пленка из никеля. Слой пленки является достаточно маленьким — от 1 до 50 микрометров, а контролировать толщину никель-слоя можно путем изменения пропорции никеля в составе электролитического раствора. Никелирование металла используется для того, чтобы улучшить исходные физические характеристики основного металлического сплава:

• Повышение коррозийной устойчивости. Никель обладает высокой химической инертностью, поэтому он не вступает в контакт с кислородом и водой. Поэтому никель будет препятствовать появлению коррозии на поверхности металлического элемента.
• Защита от слабых кислот и щелочей. Никель также неплохо выдерживает воздействие слабых химических реагентов, поэтому с его помощью можно также создать дополнительный слой, который будет защищать основной материал от кислот и щелочей.
• Создание прочного внешнего покрытия. При механическом повреждении меняется вид металлического изделия, а также могут ухудшатся его технико-эксплуатационные характеристики. Создание дополнительно слоя из никеля выгодно тем, что при повреждении металла всегда можно быстро нанести новый слой.
• Никель обладает приятным серебристо-серым блеском, поэтому никелирование может выполняться и для декоративных нужд. Украшение металлических игрушек, создание красивых никелированных каркасов и так далее).

Никелировать можно практически любой металл — сталь, чугун, различные железные сплавы, медь, латунь, алюминий, титан и так далее. В качестве объекта обработки — цельные листы, детали с отверстиями, сантехнические установки, болты, шурупы, рыболовные крючки и так далее.

Существует две технологии — гальваническое и химическое никелирование. Обе технологии широко применяют на фабричном производстве. При необходимости можно сделать обработку в домашних условиях самостоятельно.

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.

Технология гальванического никелирования

Гальваническое никелирование — популярная технология, с помощью которой можно нанести тонкий слой никеля на поверхность какого-либо металлического сплава (медь, сталь, железо, чугун, алюминий, латунь и так далее).

Принцип применения гальванического никелирования очень прост: металлический элемент подключается к катоду и помещается в водную среду с большим содержанием никеля, который выступает в растворе в качестве электролита — после этого включается электрический ток, который проходит через никелевые аноды, происходит достаточно равномерное распределение никеля по всей поверхности металлического объекта.

Перед проведением гальванического никелирования с поверхности металлического объекта нужно удалить тонкую оксидную пленку, которая будет препятствовать нанесению никеля. Для удаления пленки рекомендуется использовать грубую наждачную бумагу — с ее помощью оксидная пленка снимается очень легко, а каких-либо серьезных усилий для очистки рабочему прилагать не нужно.

После обработки наждачной бумагой нужно промыть металлический объект водой, чтобы избавиться от остатков оксидной пленки — после этого металл обрабатывается содовым раствором и снова очищается с помощью воды. Обратите внимание, что крупные жесткие детали обрабатывать наждачной бумагой сложно — для их очистки рекомендуется использовать специальное очистительное оборудование.

Хороший пример — пескоструйные аппараты, которые снимают оксидную пленку за счет воздействия на поверхность металла песка, который в данном случае выступает в качестве абразива.

Последовательность действий

После очистки можно приступать непосредственно к никелированию:

1. Сперва нам необходимо собрать ванночку для никелирования. Для этого нам понадобится емкость на основе диэлектрика, два никелевых анода, а также провода и источник электрического тока (рабочее напряжение — 5-6 вольт).
2. Также нам понадобится электролитический раствор. Приготовить его можно на основании двух рецептов, где первый рецепт подходит для гладких однородных деталей, а второй — для шероховатых неровных элементов с низким качеством очистки.
3. Первый рецепт такой — сернокислый никель (250 г), борная кислота (25 г), фтористый калий и хлористый калий (по 4-5 г), а также натриевая соль (2-3 г) и формалин (1-2 г) + 1 литр воды.
4. Второй рецепт следующий — сернокислый никель (300 г), хлористый никель (около 60-90 г), борная кислота (50 г), а также блескообразователь (2 г) и выравнивающая присадка (2 мл) + 1 литр воды (блескообразователь и выравнивающая присадка вносятся по желанию).
5. Установка для никелирования собирается следующим образом (вне зависимости от типа электролита): в ванночку наливается электролит и в нее помещается два никелевых анода по краям ванны — в ванночку по центру помещается деталь для обработки, которая подключена к отрицательному полюсу.
6. После этого запускается электричество на 30-40 минут. Во время работы анодный и электролитический никель под действием электрических сил перемещаются на поверхность металлического элемента, который обладает отрицательной полярностью. При прохождении электрического тока никель прочно прикрепляется к металлу, что приводит к образованию тонкой пленки на основе никеля, что нам и требовалось.

После проведения гальванического никелирования на поверхности металла может образоваться черный налет, который может испортить вид металлической детали. Для очистки детали от налета необходимо выполнить зачистку и полировку детали — в результате у детали должен образоваться равномерный серебристый блеск, на поверхности объекта образуется тонкая пленка из никеля. Зачистку рекомендуется проводить вручную без использования слишком токсичных реактивов, чтобы не повредить защитную пленку.

Влияние режима электролиза на качество никелевого покрытия и выход по току.

На свойства никелевых покрытий сильно влияют:

Механизм и технология процесса гальванического никелирования. Структура и свойства никеля.

Содержание:

1. Что такое никелирование?

Никелирование — процесс нанесения тонкого слоя металлического никеля на изделие для придания ему необходимых свойств.

Покрытия широко применяются в качестве подслоя при покрытии драгоценными металлами, а также для улучшения электропроводности, повышения твердости, защиты в щелочных средах и придания высокодекоративного внешнего вида.

Никель — серебристо-белый металл с сильным блеском. Атомная масса никеля 58,69 г/моль, плотность 8,9 г/см 3 . Имеет электрохимический эквивалент 1,095 г/(А*ч), его стандартный потенциал равен -0,25 В.

Никелевые покрытия легко пассивируются на воздухе и под действием сильных окислителей. Благодаря этому покрытие обладает высокой коррозионной стойкостью. При толщине покрытия 125 мкм основной металл уже предохранен от воздействия промышленных газов и растворов. В менее агрессивных средах достаточно 50-100 мкм. Никель полностью устойчив в щелочах и органических кислотах окислительного характера.

Обозначение покрытия никелем

Nickel coating — анл. обозначение

6-50мкм (возможна и большая толщина)

Удельное электрическое сопротивление при 18 о C

Допустимая рабочая температура

В гальванической паре «никель-сталь» никель является катодным покрытием и, следовательно, может обеспечивать защиту только при условии отсутствия оголенных мест и пор. Поэтому необходимо получать покрытия с минимальной пористостью. В паре никель-медь никель является анодом.

Твердость никеля, полученного из электролитов без органических добавок, к которым относятся блескообразователи, смачиватели и выравнивающие добавки, обычно колеблется в пределах 3000-4000 МПа. При введении добавок твердость повышается до 6000-7000 МПа. Прочность на разрыв соответственно изменяется от 60 до 175 кгс/мм 2 .

Покрытия имеют пониженную пластичность, но после отжига при 900 о С их пластические свойства значительно улучшаются.

Имеются сведения о возможности применения покрытий в оборудовании, связанном с переработкой молока.

На рисунке 1 приведена микроструктура поверхности матового покрытия на изделии.

Рисунок 1 — Микроструктура поверхности матового никелевого покрытия.

2. Электролиты для нанесения.

Для никелирования применяют сульфатные, хлоридные, сульфаминовые, борфторидные, щавелевокислые и другие электролиты, в которых никель находится в виде двухвалентного катиона. Разработано большое количество составов и режимов осаждения, позволяющих получать осадки никеля с различными физико-химическими свойствами.

Чаще всего используют сульфатный электролит Уоттса, так как вещества, которые в него входят , наиболее доступны, он прост в приготовлении и обслуживании.

Основным компонентом сульфатного электролита является сульфат никеля NiSO₄•7H₂O. Технический сульфат никеля марки СН-1 представляет собой кристаллы зеленого цвета. Растворимость без подогрева достигает 300 г/л.

Кроме никелевых солей, являющихся источниками катионов никеля, в состав электролита входят компоненты, предназначенные для того, чтобы повысить электропроводность, стабилизировать кислотность (буфферные добавки), улучшить растворимость анодов (хлориды), придать блеск осадкам, предотвратить различные дефекты, встречающиеся при никелировании.

Если концентрация NiSO₄•7H₂O не превышает 300 г/л, в электролит для увеличения электропроводности иногда вводят Na₂SO₄•10H₂O и MgSO₄•7H₂O. Сульфат натрия обладает значительно большей электропроводностью, однако магний включается в никелевые покрытия, при этом они становятся более мягкими и светлыми.

В качестве буферного соединения наиболее широко применяется борная кислота. Борная кислота регулирует рН не только в общем объеме электролита, но и в прикатодном слое, у которого вследствие разряда и выделения водорода непрерывно повышается уровень рН. При рН>4 осаждение происходит через пленку образующегося гидроксида никеля. Для электролитов с низким значением рН более эффективными являются добавки фторидных соединений.

3. Катодные процессы при электроосаждении.

Электроосаждение металлов железной группы из растворов простых солей имеет ряд особенностей по сравнению с другими металлами. Разряд ионов металла протекает при высокой катодной поляризации и низком перенапряжении водорода, что создает определенные трудности, так как на катоде одновременно с металлом выделяется водород:

Ni 2+ + 2e — → Ni 0

Большой вклад в исследование кинетики электроосаждения никеля внес Ферстер. Им и его сотрудниками было установлено, что поляризационные кривые осаждения металлов подгруппы железа имеют логарифмический характер. При этом наблюдается значительная катодная поляризация уже на малых плотностях тока.

Изначально считалось, что потенциалы осаждения никеля находятся в зависимости от рН среды — при снижении рН с 5 до 2 потенциалы должны были становиться все более отрицательными.

Гластон опроверг эти предположения. Он установил, что в буферированном растворе сернокислого никеля поляризационные кривые всегда медленно поднимаются до -0,57 В, а затем резко идут вверх. Экспериментально при 15 о С из 1Н раствора сульфата никеля металл начинает выделяться на медном катоде именно при -0,57 В. При других температурах потенциал выделения никеля смещается в более отрицательную область. По мнению Гластона рН не влияет на потенциал выделения никеля. При уменьшении рН с 5 наблюдается лишь смещение резкого подъема поляризационной кривой (начала выделения металла) к более высоким значениям плотности тока. Данный факт оказался аналогичным для железа и кобальта.

Таким образом, Гластон заключил, что при осаждении никеля процесс не контролируется замедленным разрядом. По его мнению значительная катодная поляризация наблюдается лишь до начала выделения металла, в дальнейшем же поляризация незначительно превышает ту, которая имеет место при осаждении свинца или меди.

Все вышесказанное иллюстрируется на поляризационных кривых на рисунке 2.

Рисунок 2 — Поляризационные кривые в 1Н растворе сульфата никеля при различных рН. Температура 15 о С: 1 — 0,5Н серная кислота; 2 — рН = 2,8; 3 — рН = 4; 4 — рН = 5; 5 — рН = 6.

Повышение температуры закономерно уменьшает поляризацию. На кривых это выражается в более крутом ходе (рисунок 3).

Рисунок 3 — Поляризационные кривые в 1Н растворе сульфата никеля. Температура 95 о С: 1 — рН = 2,8; 2 — рН = 4; 3 — рН = 5; 4 — рН = 6; 5 — рН = 6 (без никеля).

Видно, что в растворах катодный потенциал после достижения величины -0,57 В изменяется в дальнейшем с ростом плотности тока незначительно. В то же время, при отсутствии в растворе ионов никеля никакого излома поляризационной кривой не наблюдается. При замене сульфатов на ацетаты, хлориды или нитраты, потенциал излома поляризационной кривой остается неизменным (-0,57 В при 15 о С). Изменение концентрации никеля в растворе на 0,01Н приводило к смещению потенциала на -0,06В. Изменение температуры до 55 о С смещало потенциал излома до -0,43 В, а еще большее повышение температуры (до 95 о С) смещало потенциал излома в еще более положительную область (до -0,29 В). Таким образом, по Гластону, при температурах 15 о , 55 о , 95 о С катодная поляризация поляризация в начальный момент выделения никеля составляет 0,33, 0,19 и 0,06 В соответственно и величина рН не оказывает влияния на потенциал выделения металла. Однако, при снижении рН значительно снижается плотность тока, при которой достигается этот потенциал (что противоречит теории Кольшютера).

Гластон, кроме исследования поляризации при осаждении никеля, первым заметил, что электролитический никель осаждается в очень неравновесной форме, отличной от металлургического.

Ферстер обратил внимание, что Гластном была допущена существенная ошибка — значения потенциалов для данной плотности тока фиксировались на основании кратковременного наблюдения, в течение которого эти потенциалы недостаточно стабилизировались. Кроме этого, не уделялось достаточного внимания защите катодного пространства от доступа кислорода. Устранив эти недостатки Ферстеру удалось получить никель при 16 о С из 1Н раствора хлорида никеля при потенциале -0,42 В. В сернокислых растворах никель начинал осаждаться при потенциале -0,50 В, т.е. на 0,07В менее отрицательном, чем об этом указывал Гластон. Природа аниона по Ферстеру оказывала влияние на потенциал выделения никеля — в сернокислых растворах он оказывался отрицательнее.

Дальнейшие исследования, выполненные Томпсоном в стандартной никелевой ванне в присутствии различных посторонних солей, показали зависимость хода поляризационных кривых от состава вводимых слей (рисунок 4).

Рисунок 4 — Поляризационные кривые в нормальных никелевых растворах в присутствии других солей: 1 — стандартная ванна 1Н сульфат никеля, 0,25Н хлорид аммония, 0,25Н борная кислота; 2 — стандартная ванна при 5 о С; стандартная ванна + 0,25Н фторид натрия; 4 — стандартная ванна + 0,50Н натрий лимоннокислый; 5 — стандартная ванна + 1Н натрий лимоннокислый; 6 — стандартная ванна + 1Н виннокислый натрий; 7 — стандартная ванна + 1Н уксуснокислый натрий; 8 — стандартная ванна + 1Н NaH₂PO₄.

Катодная поляризация оказывает заметное влияние на структуру электролитического осадка и на равномерность распределения металла на катодной поверхности. С этой точки зрения катодную поляризацию нужно поднимать настолько, насколько это возможно. В некоторых случаях без заметной катодной поляризации процесс вообще не идет.

4. Анодные процессы при электроосаждении.

Механизм растворения никелевых анодов схематично выражается уравнением реакции:

Никелевые аноды склонны к явлению пассивации. Пассивация анодов приводит к нарушению состава электролита (никель будет израбатываться, а кислотность — расти). Пассивное состояние анодов поддерживается малорастворимыми солями никеля, образующимися на их поверхности при превышении допустимой анодной плотности тока. С момента начала пассивации анод становится все более электроположительным и начинается реакция:

Ионы трехвалентного никеля гидролизуются:

Образующийся диэлектрик Ni₂O₃ способствует еще более глубокой пассивации. Плотность тока пассивации зависит от концентрации сульфат и хлорид ионов. Полная пассивация приводит к выделению на аноде кислорода и хлора. Более подробно анодный процесс при никелировании разобран в статье.

5. Влияние режима электролиза на качество покрытия и выход по току.

На свойства никелевых покрытий сильно влияют:

Для чего необходимо химическое никелирование?

Никелирование химическое — это сложный процесс, позволяющий покрыть изделия из практически любого металла тонким защитным слоем никеля, повысить при этом коррозионную стойкость и придать поверхности блестящий вид и твердость.

1 Процесс химического никелирования деталей

Свойство никеля создавать на своей поверхности тонкую оксидную пленку, устойчивую к действию кислот и щелочей, позволяет использовать его для антикоррозионной защиты металлов.

Основной метод, применяющийся в промышленности — гальваническое никелирование, но оно требует наличия достаточно сложного оборудования и подразумевает работу с кислотами и щелочами, пары которых выделяются во время работы и могут сильно навредить здоровью человека. Для покрытия стали, алюминия, латуни, бронзы и других металлов может быть применен химический способ, так как он прост в использовании, и этот процесс можно проводить в домашних условиях.

На сегодняшний день существует два основных метода покрытия металлических деталей никелем: гальваническое и химическое. Первый метод требует наличия источника постоянного тока — электролитической ванны с электродами и большого количества химических реактивов. Второй способ намного проще. Для его проведения требуется наличие мерной посуды и эмалированной емкости для нагрева реактивов. Несмотря на всю кажущуюся простоту, это довольно сложный процесс, который требует большого внимания и соблюдения правил безопасности. По возможности проводите реакции в хорошо проветриваемом помещении. Идеальным вариантом будет оборудование рабочего места вытяжкой, ни в коем случае не соединенной с общедомовой вентиляцией. При работе пользуйтесь защитными очками, не оставляйте емкость с реактивами без присмотра.

Основные стадии для произведения химического никелирования следующие:

1. Для того чтобы никель покрыл поверхность тонким и равномерным слоем, изделие предварительно шлифуют и полируют.
2. Обезжиривание. Поскольку даже тончайшая пленка жира на поверхности обрабатываемого изделия может вызвать неравномерное распределение никеля по площади детали, последнюю обезжиривают в специальном растворе, состоящем из 25-35 г/л NaOH или KOH, 30-60 г кальцинированной соды и 5-10 г жидкого стекла.
3. Деталь или изделие, которое необходимо покрыть никелем, промывают в воде, после чего на 0,5-1 минуту погружают в 5% раствор HCl. Данный шаг предпринимается для того, чтобы удалить с поверхности металла тонкий слой окислов, который будет значительно снижать адгезию между материалами. После протравки деталь снова промывают в воде, затем немедленно переносят в емкость с раствором для покрытия никелем.

Собственно никелирование производят при помощи кипячения металлического изделия в специальном растворе, который готовят следующим образом:

• берут воду (желательно — дистиллированную) из расчета 300 мл/дм 2 площади поверхности детали, включая как внутреннюю, так и внешнюю;
• воду нагревают до 60°С, после чего растворяют в ней 30 г хлористого никеля (NiCl₂) и 10 г уксуснокислого натрия (CH₃COONa) на 1 л воды;
• температуру поднимают до 80°С и добавляют 15 г гипосульфита натрия, затем в емкость с раствором погружают обрабатываемую деталь.

После погружения детали, раствор нагревают до 90-95°С и поддерживают температуру на таком уровне в течение всего процесса никелирования. Если вы увидели, что количество раствора сильно уменьшилось, можно добавить в него предварительно нагретую дистиллированную воду. Кипячение должно проходить не менее 1-2 часов. Иногда для получения многослойного покрытия, изделия из металла подвергают серии коротких (20-30 минут) кипячений, после каждого из которых деталь достают из раствора, промывают и высушивают. Это дает возможность получить слой никеля из 3-4 прослоев, которые суммарно имеют большую плотность и качество, чем одинарный слой той же мощности.

Особенность покрытия стальных изделий в том, что никель осаждается самопроизвольно вследствие каталитического воздействия железа. Для осаждения защитного слоя на цветных металлах используется другой состав.

2 Никелирование цветных металлов и сплавов

Химическое никелирование цветных металлов позволяет создавать защитную пленку на поверхности латуни, меди и бронзы. Для этого деталь сначала обезжиривают раствором, состав которого указан в первом способе, причем снимать оксидную пленку с металла не обязательно. Раствор для никелирования готовят следующим образом: в эмалированную емкость наливают 10% раствор хлористого цинка (ZnCl₂), который более известен под названием «паяльная кислота». К нему понемногу добавляют сернокислый никель (NiSO₄) до такой концентрации, при которой раствор окрашивается в зеленый цвет. Состав доводят до кипения, после чего погружают деталь в него на 1,5-2 часа. После того как реакция закончится, изделие достают из раствора и помещают в емкость с меловой водой (готовится способом добавления 50-70 г мела в порошке на 1 литр воды), а затем промывается.

Никелирование алюминия проходит по схожей технологии, но состав раствора немного другой:

• 20 г сернокислого никеля;
• 10 г натрия уксуснокислого;
• 25 г натрия фосфорноватистокислого;
• 3 мл тиомочевины концентрацией 1 г/л;
• 0,4 г фтористого натрия;
• 9 мл уксусной кислоты.

Перед обработкой изделия из алюминия погружают в раствор каустической соды, концентрацией 10-15%, и нагретом до температуры 60-70°С. При этом происходит бурная реакция с выделением водорода, пузырьки которого очищают поверхность от окислов и загрязнения. В зависимости от степени загрязненности, детали выдерживают в очищающем растворе от 15-20 секунд до 1-2 минут, после чего промывают в проточной воде и погружают в никелирующий раствор.

3 Применение никелированных изделий

Вследствие никелирования значительно повышаются физико-механические и декоративные свойства металлических изделий. Никель имеет серебристо-белый цвет, на воздухе быстро покрывается незаметной человеческому глазу пленкой окислов, которые практически не меняют его внешнего вида, но при этом надежно защищают от дальнейшего окисления и реакций с агрессивной средой. Никелирование используется для защиты сталей, бронзы, латуни, алюминия, меди и других материалов.

Является катодной защитой. Это значит, что при повреждении целостности покрытия, металл начинает реагировать с внешней средой. Для повышения механических свойств защитного слоя, нужно наносить его, точно придерживаясь технологии и последовательности действий. Никель, нанесенный на поверхность со следами загрязнения и ржавчины, с большим количеством неровностей, может начать вспучиваться и отслаиваться в процессе эксплуатации.

Изделия, покрытые никелем, почти ни в чем не уступают хромированным — имеют похожий блеск и твердость. При больших размерах емкостей для химической реакции никелем можно покрывать довольно большие детали, например, автомобильные диски.

4 Основные выводы по теме

Никелирование придает металлу красивый блестящий вид, высокую коррозионную стойкость и повышает твердость поверхности. Детали, покрытые никелем, можно использовать для украшения столбов ограды, если такую предусматривает проект участка. Красиво выглядят и имеют длительный срок эксплуатации различные метизы — крепежные болты, скобы, элементы мебельной фурнитуры. Они могут быть использованы в условиях повышенной влажности, температуры и нагрузки — в местах, где сталь быстро ржавеет и теряет свойства.

Химическое никелирование можно произвести собственноручно, в условиях хорошо проветриваемого гаража или мастерской.

Нежелательно делать описанные технологические операции на кухне, так как испарения любых химических веществ могут быть опасными для здоровья.

Покрытие никелем с помощью химических реактивов не требует высоких энергозатрат, в отличие от гальванического, но позволяет получить достаточно качественное, блестящее и твердое покрытие.