Защита «железа» от коррозии производится в нескольких случаях: при первичной обработке, в целях восстановления повреждения на отдельном участке или декорирования какого-либо образца. При этом используются различные металлы – латунь, медь, серебро и ряд других. Разберемся с технологией никелирования в домашних условиях как одной из самых простых и доступных в плане самостоятельной реализации.
Кроме того, она является и самой распространенной. При покрытии деталей защитным слоем из других металлов тончайшая пленка никеля играет роль промежуточного. Его целесообразно наносить, к примеру, перед хромированием деталей.
Примечание. Рецептов использующихся химикатов довольно много. Автор счел правильным привести лишь те, в эффективности которых он убедился лично, нанося защитное никелевое покрытие в домашних условиях.
Единица измерения компонентов – г/л воды (если иное не оговорено). Все использующиеся химикаты разводятся отдельно, тщательно фильтруются и только после этого перемешиваются для получения электролитического раствора.
Никелирование своими руками в домашних условиях
Процедура покрытия никелем поверхности подразумевает за собой нанесение на деталь никелевого слоя толщиной от 1 до 50 мкм. Слой может быть матовым или блестящим, вне зависимости от этого он НЕ обеспечит надежную защиту детали от воздействия агрессивных сред (кислотных, щелочных), высокой температуры, а также возникновения коррозии. Это нужно обязательно иметь ввиду! Для достижения защитных свойств, покрытие должно быть подвергнуто обязательной постобработке.
Важным моментом процедуры никелирования в домашних условиях является правильная подготовка обрабатываемого изделия. Для этого с изделия необходимо удалить оксидную пленку, протерев наждачной бумагой, а затем щеткой, затем тщательно промыть под водой, обезжирить в нагретом содовом растворе, еще раз промыть.
Чтобы предупредить возникновение неприятных последствий неполной подготовки при никелировании в домашних условиях, металлические детали всегда следует покрывать более-менее толстым слоем никеля.
В качестве металлов для никелирования в домашних условиях обычно используют медь, железо, их сплавы. Категорически не рекомендуется наносить покрытие на свинец, олово, висмут и сурьму. Если обрабатываются стальные детали, принято наносить медный подслой.
Кустарные и промышленные способы никелирования
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).
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.
Проведение никелирования в домашних условиях
На практике обычно применяются несколько типов никелирования — электролитическое и химическое. Химическое покрытие хоть и более затратно, но способно обеспечить лучшие результаты и качественное равномерное покрытие на всех участках поверхности.
Электролитическое покрытие никелем в домашних условиях
Обработанные электролитом покрытия отличает пористость, которая зависит от качества основы и толщины никелевого слоя. Чтобы обеспечить надежную защиту от возникновения коррозии, потребуется полностью исключить возможность появления пор. Добиться этого поможет меднение детали перед проведением процедуры никелирования или же нанесение покрытия в несколько плотных слоев.
Самый простейший электролит никелирования содержит:
- соль никеля (хлорид и/или сульфат);
- кислоту (соляную, серную или борную);
- буферную добавку.
Обрабатываемое изделие подвешивается на проволоке между электродами. Следует также соединить проволоки, которые идут от никелевых анодных пластин. Детали подключаются к «минусу» источника тока, а проволочки пластин — к «плюсу». Воздействие током должно происходить 15-20 минут. Далее деталь достают, тщательно промывают и высушивают. Если процедура прошла с учетом всех требований, изделие будет покрыто матовым слоем никеля серого оттенка. Для достижения блеска поверхности, изделие нужно будет отполировать. Стоит также учитывать, что электролитическое никелирование в домашних условиях не всегда проходит идеально, особенно при отсутствии знаний используемых технологий и необходимого оборудования. В таком случае, никель может неравномерно осесть на рельефе детали, и не покроет изделие целиком.
Химическое никелирование в домашних условиях
Вариант нанесения химического никелирования в домашних условиях более удобен, легок, а также производителен, позволяет покрыть изделие равномерным прочным металлическим слоем. Для проведения процедуры Вам потребуется любой электролит для химического никелирования (кислотный, щелочной или нейтральный). Жидкость нагревается до кипения, в качестве сосуда лучше всего использовать посуду из химического стекла. В кипящую смесь на 40-60 минут опускается обрабатываемое изделие, которое было предварительно очищено и обезжирено. По мере выпаривания жидкости, добавляется дистиллированная вода.
Если в процессе проведения никелирования в домашних условиях жидкость приобрела слабо-зеленый оттенок, следует равномерно добавлять сернокислый никель, пока смесь не будет нужного окраса. По завершении процедуры, достаньте изделие, промойте его в воде, просушите.
Растворы никелирования делятся на два вида:
Кислотные растворы обычно применяются для нанесения никеля на черные металлы или медные сплавы, так как дают более ровную поверхность. Щелочные растворы используют для покрытия нержавеющих сталей, гарантируют качественное сцепление никеля с металлической поверхностью. Реактивы потребуются чистые – у таких на этикетке обозначена буква «Ч».
Черное никелирование
Черное никелевое покрытие наносится как в технических, так и в декоративных целях. Такой слой не отличается высокими защитными характеристиками, он имеет глубокий черный цвет, но покрытие не стойко к истиранию и поэтому не подходит для изделий, которые требуют механической стойкости покрытия. При подготовке электролиты в ванны для черного никелирования добавляется большое количество цинка. Если нанесение покрытия будет проводиться на поверхность стального изделия, то потребуется фильтрация готового раствора через слой фильтровальной бумаги. Насыщенного черного цвета можно добиться правильно задав значение плотности тока. Полученное в результате процедуры покрытие будет лишь наполовину содержать никель, остальная половина состоит из азота, углерода, цинка и серы.
Ванны для никелирования
Сцепление никелевого слоя с металлической поверхностью является относительно невысоким, но эту проблему можно устранить путем обработки никелевого покрытия при температуре. В процессе низкотемпературной диффузии, отникелированные детали нагреваются до 400оС, выдерживаются еще 1 час при такой температуре, что делает такое никелирование опасным в домашних условиях.
Осуществляя эту процедуру, следует помнить, что многие закаленные никелированные детали (например, пружины, рыболовные крючки и т.д.) при таких высоких температурах теряют свою твердость. Поэтому подобные детали рекомендуется обрабатывать в температурном диапазоне 270-300оС, выдерживая не менее 2-3 часов. Такая термообработка значительно повысит качественные характеристики изделия с никелевым покрытием.
Для проведения процедуры никелирования и приготовления растворов потребуется специальное оборудование.
Электролитическое никелирование
Суть технологии электролитического никелирования металлических деталей, имеющей и другое название – «гальваническое никелирование», можно рассмотреть на примере того, как выполняется омеднение поверхности изделия из металла. Такую процедуру можно проводить как с применением электролитического раствора, так и без него.
Деталь, которая будет в дальнейшем обрабатываться в электролитическом растворе, подвергается тщательной обработке, для чего с ее поверхности при помощи наждачной бумаги удаляют оксидную пленку. Затем обрабатываемое изделие промывается в теплой воде и обрабатывается содовым раствором, после чего снова промывается водой.
Крупные детали лучше очищать пескоструйным аппаратом
Сам процесс никелирования выполняется в стеклянной емкости, в которую заливается водный раствор (электролит). В составе такого раствора содержится 20% медного купороса и 2% серной кислоты. Обрабатываемую деталь, на поверхность которой необходимо нанести тонкий слой меди, в растворе электролита помещают между двумя анодами из меди. Чтобы запустить процесс омеднения, на медные аноды и обрабатываемую деталь необходимо подать электрический ток, величину которого рассчитывают, исходя из показателя 10–15 мА на один квадратный сантиметр площади детали. Тонкий слой меди на поверхности изделия появляется уже через полчаса его нахождения в растворе электролита, причем такой слой будет тем толще, чем дольше будет протекать процесс.
Схема установки для электролитического никелирования
Нанести медный слой на поверхность изделия можно и по другой технологии. Для этого необходимо изготовить кисточку из меди (можно использовать многожильный провод, предварительно сняв с него изоляционный слой). Такую кисточку, сделанную своими руками, надо зафиксировать на деревянной палочке, которая будет служить ручкой.
Изделие, поверхность которого предварительно зачищают и обезжиривают, помещают в емкость из диэлектрического материала и заливают электролитом, в качестве которого можно использовать насыщенный водный раствор медного купороса. Самодельную кисточку подключают к плюсовому контакту источника электрического тока, а обрабатываемую деталь – к его минусу. После этого приступают к процедуре омеднения. Заключается она в том, что кисточкой, которую предварительно обмакивают в электролит, проводят над поверхностью изделия, не прикасаясь к ней. Наносить покрытие, применяя такую методику, можно в несколько слоев, что позволит сформировать на поверхности изделия слой меди, на котором практически отсутствуют поры.
Схема простого приспособления для нанесения покрытия
Электролитическое никелирование выполняется по схожей технологии: при его осуществлении тоже используется раствор электролита. Так же, как и в случае с омеднением, обрабатываемое изделие располагают между двумя анодами, только в данном случае они изготовлены из никеля. Аноды, помещенные в раствор для никелирования, подключаются к плюсовому контакту источника тока, а изделие, подвешенное между ними на металлической проволоке, – к минусовому.
Для осуществления никелирования, в том числе и выполняемого своими руками, используются электролитические растворы двух основных типов:
- водный раствор, включающий в свой состав сернокислый никель, натрий и магний (14:5:3), 2% борной кислоты, 0,5% поваренной соли;
- раствор на основе нейтральной воды, содержащий в своем составе 30% сульфата никеля, 4% хлорида никеля, 3% борной кислоты.
Электролит блестящего никелирования с добавкой органических блескообразователей (натриевых солей)
Выравнивающий электролит блестящего никелирования. Подходит для поверхностей с низким классом очистки
Чтобы приготовить электролитический раствор, сухую смесь из вышеуказанных элементов заливают одним литром нейтральной воды и тщательно перемешивают. Если в полученном растворе образовался осадок, от него избавляются. Только после этого раствор можно использовать для выполнения никелирования.
Обработка по данной технологии обычно длится полчаса, при этом используют источник тока с напряжением 5,8–6 В. Результатом является поверхность, покрытая неравномерным матовым цветом серого цвета. Чтобы она стала красивой и блестящей, необходимо ее зачистить и выполнить ее полировку. Следует иметь в виду, что такая технология не может быть использована для деталей, отличающихся высокой шероховатостью поверхности или имеющих узкие и глубокие отверстия. В таких случаях покрытие поверхности металлического изделия слоем никеля следует выполнять по химической технологии, которую также называют чернением.
Электролит для осаждения черного никеля
Суть технологической операции чернения заключается в том, что на поверхность изделия сначала наносится промежуточное покрытие, основой которого может быть цинк или никель, а на верхней части такого покрытия формируется слой черного никеля толщиной не более 2 мкм. Покрытие никелем, выполненное по технологии чернения, смотрится очень красиво и обеспечивает надежную защиту металла от негативного воздействия различных факторов внешней среды.
В отдельных случаях металлическое изделие одновременно подвергают сразу двум технологическим операциям, таким как никелирование и хромирование.
Удаление никелевого покрытия
Никелевые покрытия следует снимать в растворе с разбавленной серной кислотой. Для приготовления соответствующей ванны, необходимо смешать 200 мл воды с 300 мл концентрированной серной кислоты. Важно отслеживать температурный уровень — он не должен подниматься выше 60оС. Когда ванна остынет, ее плотность должна достигать 1,6.
Чтобы снизить риск затравливания изделия, рекомендуется также в полученный состав добавить глицерин (50 г/л). Обрабатываемая вещь подвешивается между свинцовыми катодами. Снятие никеля происходит на обратной полярности. Через некоторое время нужно будет восполнить уровень серной кислоты в составе, поддерживая в ванне необходимую плотность. Чтобы состав не был чрезмерно разбавлен, изделия следует погружать в ванну только после их тщательной просушки. Проконтролировать этот процесс не сложно, так как при удалении никеля плотность тока упадет.
Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что никелирование сегодня — один из наиболее актуальных гальванотехнических процессов, обучиться которому при желании может абсолютно каждый. Научно-производственная проводит обучение по направлению «Гальваника» для всех желающих! Вы сможете выбрать удобную для Вас программу обучения, которая лучше всего подойдет под Вашу техническую задачу. На занятиях Вы получите все необходимые знания для работы с электролитами, покрытию поверхностей золотом, серебром, узнаете, как проводить никелирование, меднение и родирование, удалять нежелательные покрытия, а также многое другое! Все интересующие вопросы можно задать по телефону или по электронной почте (на главной странице), наши технологи помогут Вам определиться с подходящим курсом для обучения.
Подробности Вы можете узнать по ссылке:
Гордиенко Анастасия Вадимовна Автор материалов Должность: главный технолог ООО «6 микрон» Образование: высшее Опыт работы в гальванике: 11 лет
Ванны для покрытия никелем
В мастерских часто используется ванна, состоящая из трех основных элементов:
- хлорид;
- сульфат;
- борная кислота.
Сульфат никеля это источник никелевых ионов. Хлорид существенно влияет на работу анодов, его пропорция в ванне точно не указывается. В безхлоридных ваннах происходит значительное пассивирование никеля, после этого количество в ванне никеля снижается, и как результат, падение качества покрытий и снижение выхода по току.
Аноды при хлоридах растворяются в необходимом количестве для достаточного протекания никелирования алюминия или меди. Хлориды повышают работу ванны при загрязнениях цинком и ее проводимость. Борная кислота поддерживает рН на необходимом уровне. Эффективность этого процесса зависит в основном от количества борной кислоты.
В роли хлорида можно выбрать хлорид магния, цинка или натрия. Повсеместно используются сульфатные ванны Воттса, содержащие в роли добавки электропроводные соли, увеличивающие электропроводность ванн и повышающие привлекательный вид защитного слоя. Наиболее часто используемый среди таких солей является сульфат магния (около 30 гр. на 1 л.).
Как правило, сульфат никеля вводить в соотношении приблизительно 220-360 гр. на 1 л. Сегодня появились тенденции к снижению сульфата никеля – менее 190 гр./л., это помогает значительно уменьшить потери раствора.
Добавление борной кислоты приблизительно 25-45 гр. на 1 л. Если менее 25 гр./л., то повышаются процессы защелачивания ванны. А превышение этого предела является неблагоприятным, по причине вероятной кристаллизации борной кислоты и выпадения осадков кристаллов на анодах и стенках ванны.
Никелевая ванна может работать в различном диапазоне температур. Но техника никелирования в домашних условиях нечасто используется при комнатной температуре. От покрытий, нанесенных в прохладных ваннах, зачастую отходит никель, потому ванну нужно прогревать минимум до 32 градусов. Плотность тока подбирают экспериментальным путем, чтобы не произошел прижег защитного слоя.
Натриевая ванна хорошо работает в большом диапазоне рН. Когда-то поддерживали рН 5,3-5,9, мотивируя слабой агрессивностью и лучшими кроющими свойствами ванны. Но высокие показатели рН провоцируют существенное увеличение напряжений в никелевом слое. Потому во многих ваннах рН равен 3,4-4,6.
Особенности никелирования
Сцепление никелевой пленки с металлом относительно низкое. Эту проблему решают при помощи термообработки пленок никеля. В основе процесса низкотемпературной диффузии находится нагрев отникелированных деталей до температуры 400 гр. и выдержке изделий в течение часа при данной температуре.
Но не забывайте, что если изделия, покрытые никелем, были закалены, то при 400 гр. они могут утратить прочность – их главное качество. Потому низкотемпературную диффузию в этих случаях делают при температуре около 260-310 гр. с выдержкой три часа. Эта термообработка может повышать и прочность никелевого покрытия.
Ванны подразумевают специальное оборудование для покрытия никелем и перемешивания водяного раствора для интенсификации процесса никелирования и снижения вероятности питтинга – появления мелких углублений в защитном слое. Перемешивание ванны влечет необходимость организации постоянной фильтрации для удаления загрязнений.
Перемешивание с помощью активной катодной штанги не настолько эффективно, как использование сжатого воздуха, и кроме этого, нуждается в наличии специального вещества, исключающего образования пены.
