Никелирование медных шин и деталей из меди, подслой никеля под защитные покрытия

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/см3. 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.

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.

Основные технологии никелирования

  1. Гальваническое покрытие никелем. Основано на процессе электролиза.
  2. Химический метод. Нанесение слоя происходит под воздействием никелесодержащих химических веществ.

Гальваническое покрытие никелем заключается в осаждении его на поверхности металлической детали под воздействием электрического тока. Для гальванического никелирования изделий к поверхности изделия подключается отрицательный контакт через источник питания. После, аналогичным образом, соединяется с положительным контактом никелевые аноды. После этого, изделие погружают в электролит. Этот раствор состоит из воды и соли хлорида никеля. Благодаря электрическому току, присутствующему в электролите, соль хлорида никеля распадается на отрицательные ионы хлора и положительные катионы никеля. Отрицательный заряд изделия затем притягивает положительные ионы никеля, в то время как положительный заряд никелевого анода привлекает отрицательные хлорид-анионы. В результате этой химической реакции никель в аноде окисляется и растворяется в растворе. Отсюда окисленный никель притягивается к основному материалу и впоследствии покрывает изделие.

Достоинства электрохимического метода:

  • Простота. Технология, позволяет широко использовать гальваническое никелирование от коррозии как в промышленности, так и в домашних условиях, обеспечивая высокую производительность.
  • Экономичность. Для организации процесса не нужно дорогостоящее специализированное оборудование и сырье, что делает технологию высокорентабельной.
  • Качество. Гальванизация позволяет получить слой никеля, отличающийся высокой прочностью, обеспечивающей надежную защиту антикоррозийной поверхности от негативного внешнего воздействия.
  • Эстетические характеристики. В результате поверхность детали становится гладкой и блестящей, устойчивой к механическим повреждениям.

Недостатки электролитического метода:

  • Размеры обрабатываемых деталей ограничены габаритами гальванической ванны, поэтому невозможно покрыть никелем крупные объекты.
  • Стационарность. Для промышленного процесса необходимо громоздкое технологическое оборудование, требующее особых условий эксплуатации, что делает невозможной обработку стационарно закрепленных объектов не подлежащих транспортировке.
  • Тонкий защитный слой. При гальваническом никелировании максимальная толщина получаемого покрытия, равна 40-60 мкм, тогда как химический метод позволяет сформировать слой никеля любой толщины.

Этапы электролитического никелирования различных металлов

  1. Подготовка поверхности – важнейший этап, от которого зависит качество защитного слоя. Ошибки на этой стадии могут привести к отслоению покрытия. Технологии очистки поверхности:
    • Механическая чистка. Желательна обработка пескоструйным аппаратом.
    • Шлифовка. Позволяет получить идеально ровную поверхность и улучшить сцепление слоев.
    • Обезжиривание. Обработка растворителями для очистки от жировых загрязнений, препятствующих адгезии. После обезжиривания деталь промывается в проточной воде и высушивается.
  2. Омеднение. Не является обязательным этапом, но позволяет улучшить качество поверхности, выровнять ее и повысить адгезионные свойства. Производится гальваническим методом с использованием медных катодов и электролитического раствора, состоящего из медного купороса и серной кислоты.
  3. Никелирование. Готовится водяной электролитический раствор из сульфатов никеля, магния, натрия, поваренной соли и борной кислоты. В сосуд опускают никелевые электроды. Заготовку подвешивают, чтобы она не касалась стенок и дна сосуда. На электроды подается напряжение до 6 вольт. Продолжительность процесса около 40 минут. Затем деталь извлекают из ванны, промывают и высушивают.

Химический метод никелирования — по сравнению с гальваническим, химический метод никелирования является более трудоемким и дорогим, поэтому не так распространен. Основные его преимущества – однородность и неограниченная толщина конечного покрытия. Помимо высокой цены, недостатки у технологии такие же как у гальванического метода нанесения покрытий из никеля, связанные с ограничениями по размеру изделий.

Этапы химического никелирования

  1. Подготовительный. Заключается в очистке поверхности различными методами: механической чистке, шлифовке и полировании с применением специального оборудования. В заключении деталь обезжиривают, промывают и сушат. Этап требует ответственного подхода и тщательности, поскольку от него напрямую зависит итоговый результат.
  2. Химическое никелирование. Заключается в погружении деталей в химический раствор на основе солей никеля, разогретый до 90ºC. Дополнительно в него добавляются и другие химические вещества, участвующие в реакции и стабилизирующие ее. Ванны для химического никелирования бывают двух видов:
    • Кислотные – на основе сульфата никеля. Получили наибольшее распространение, благодаря предсказуемости реакции и ее устойчивости. Процесс идет с большой скоростью, получаемое покрытие отличается высоким качеством и прочностью.
    • Щелочные – на основе хлорида никеля. Не так распространены, как химические, из-за неустойчивости процесса в щелочной среде, связанной с улетучиванием аммиака под воздействием высоких температур и низкой скорости реакции. Стабилизации процесса можно добиться добавлением солей лимонной кислоты и аммиака.

Подслой никеля под защитные покрытия

Подслой никеля создает благоприятные условия работы покрытий на трение, предотвращает диффузию основного металла при температурах до 350°C, способствует стабильности контактного сопротивления.

Нанесение подслоя никеля перед электролитическим оловянированием замедляет иглообразование и улучшает паяемость оловянных осадков.

В качества материала для изготовления электрических контактов чаще всего используется медь и ее сплавы, а в качестве покрытия используется серебро. Медь и серебро образуют твердые растворы, что облегчает взаимную диффузию этих металлов. При работе контактной пары это может привести к существенному изменению характеристик контакта и даже к полному исчезновению верхнего слоя серебра с поверхности детали. Кроме того, ухудшение характеристик электрических контактов связано с проникновением продуктов коррозии основы (при нанесении на медную основу, например, оксидов меди) через поры серебра на поверхность контактирующих изделий.

В отличие от меди никель не образует с серебром твердых растворов, что уменьшает возможность взаимной диффузии. При нанесении серебра не по меди, а по промежуточному подслою никеля постоянство значений переходного сопротивления во влажной атмосфере может обеспечиваться более тонким и, соответственно, более пористым слоем серебра. Кроме того, многослойное покрытие позволяет сократить или уменьшить число сквозных пор покрытия, доходящих до поверхности покрываемых изделий, при уменьшении толщины верхнего слоя драгоценного серебра. Именно этот слой должен обеспечивать низкое значение переходного сопротивления при контактировании и сохранение его во времени.

Применение подслоя никеля при осаждении серебра на алюминиевые детали позволяет избежать возможность отслаивания покрытия и повысить прочность сцепления с поверхностью алюминия.

X