Хімічне нікелювання металів

Хімічне нікелювання сталі, підступний, інвару і суперінвара.
Хімічне нікелювання зазначених металів і сплавів проводиться в кислому гостірованном розчині наступного складу (г / л) і режимі осадження [38]:

Сірчанокислий або хлористий нікель (кристалогідрат) 20-25
Гіпофосфіт натрію 25-30
Ангідрид малеїновий 1,5-2,0
Сірчанокислий амоній 45-50
Оцтова кислота, мл / т 20-25
рН 5,0-5,5
Щільність завантаження дм ² / л 1.0
Температура. ° С 90-95
Швидкість осадження, мкм / год 18-25
Хімічне нікелювання зазначених металів і сплавів проводиться в лужному розчині наступного складу (г / л) і режимі осадження:
Сірчанокислий або хлористий нікель (кристалогідрат) 20-50
Гіпофосфіт натрію 10-25
Хлористий амоній 35-55
Лимоннокислий натрій (тризаміщені) 35-55
рН 7,5-9,0
Щільність завантаження, дм ² / л. 1-2
Температура, ° С 78-88
Швидкість осадження, мкм / год 8-12
Після нанесення покриття деталі піддають термічній обробці при 200-220 ° С протягом 1-2 год для зняття внутрішніх напружень. Для підвищення твердості покриття деталі нагрівають при температурі 400 ° С протягом 1 ч.
Зняття недоброякісного нікелевого покриття роблять у розчині наступного складу [31, 38]:
Сірчана кислота щільність 1,84) частини за обсягом 1
Азотна кислота (щільність 1.4) частини за об'ємом 2
Сірчанокисле залізо (окисне), г / л. 5-10
Щільність завантаження, дм ² / л 1
Температура розчину - кімнатна.
Для зняття недоброякісних покриттів можна застосовувати розчин, що складається з 7 частин за обсягом азотної кислоти (щільність 1.4) і 3 частин за обсягом оцтової кислоти (98%-ний).
Хімічне нікелювання міді та її сплавів. Для нікелювання міді та її сплавів рекомендують лужний розчин, що застосовується для хімічного нікелювання сталі (табл. 5). Коригування здійснюють концентрованими розчинами солі нікелю і гіпофосфіти, а також додаванням аміаку [36]
Таблиця 5
Склад і режими осадження лужних розчинів з неорганічними добавками

Номер розчину	рН	Температура,^о С	Швидкість осадження, мкм / год	Концентрація компонентів розчину, г / л
Хлористий нікель (кристалогідрат)	Сірчанокислий нікель (кристалогідрат)	Гіпофосфіт натрію	Хлористий амоній	Пірофосфат натрію (калію)	Сірчанокислий амоній	Гідразінсульфат
	8-9
	10-10,5	70-75	20-25					60-70
	8,2-8,5		15-18
	8-10		9-10
	8-11	65-75

Зняття недоброякісного нікелевого покриття здійснюють у розчині такого ж складу, як і для сталевих деталей.
Хімічне нікелювання алюмінію. Хімічне нікелювання алюмінію застосовують для захисту від корозії, підвищення твердості, зносостійкості, електропровідності, забезпечення пайки. Можна рекомендувати лужний розчин (табл. 5).
Для міцного зчеплення хімічного нікелю з алюмінієм необхідно зробити попередню подвійну цінкатную обробку алюмінієвої поверхні
Перша обробка проводиться протягом 15-30 с при кімнатній температурі в розчині містить 95-105 г / л окису цинку і 450-550 г / л гідроксиду натрію. Після цінкатной обробки шар цинку знімається в розчині, що містить 300-400 г / л азотної кислоти (щільність 1 4) протягом 15-20с при кімнатній температурі, а потім проводять повторну цінкатную обробку в тому ж розчині і по тому ж режиму, що і перша.
Для алюмінієвих сплавів марок Д1, Д16, АМц перед хімічним нікелюванням на одному із заводів застосовують наступну технологічну підготовку: травлення в розчині, що містить 100 г / л гідроксиду натрію і 40 г / л хлористого натрію при 60 ° С протягом 30 с, освітлення в протягом 5-10 с в 35%-ном розчині азотної кислоти; матування протягом 60 с в розчині, що складається з 1 частини за обсягом плавикової кислоти і 2 частин за обсягом соляної кислоти, активування протягом 60 с у 5%-ном розчині соляної кислоти.
Хімічне нікелювання здійснюють у кислому розчині, що містить 15 г / л оцтовокислого нікелю, 10 г / л гіпофосфіти натрію, 6,2-6,5 мл / л 98%-ний оцтової кислоти, 0,02-0,03 г / л тіомочевіни при температурі 90 ± 2 ° С. Щільність завантаження 2 дм ² / л, швидкість осадження 10-12 мкм / год, рН 4,1-4,3. Крім того, хімічне нікелювання здійснюється і в лужному розчині.
Після нікелювання виробляють термічну обробку протягом 1-2 год при 200-220 ^о С для зняття внутрішніх напружень. Видалення неякісного нікелевого покриття провадять електрохімічним способом у розчині, що містить 1070-1200 г / л сірчаної кислоти і 8-10 г / л гліцерину, при кімнатній температурі, анодної щільності струму 5-10 А / дм ^2, напрузі 12 В, катоди - свинцеві.
Хімічне нікелювання магнієвих сплавів. Магній та його сплави відносяться до найбільш легким і міцним металам, тому хімічне нікелювання цих металів знаходить велике застосування в промисловості. Однак внаслідок високої хімічної активності магнію і його сплавів при підготовці поверхонь виробів до нанесення покриття виникають певні труднощі [39].
Тому що при хімічному нікелювання одночасно протікають два процеси (травлення магнію і осадження нікелю), звичайні розчини хімічного нікелювання непридатні до використання.
Перед хімічним нікелюванням вироби з магнієвих сплавів труїть в 20-30%-ном розчині гідроксиду натрію. Склад хімічного нікелювання для магнієвих сплавів (г / л):
Нікель сірчанокислий (кристалогідрат) 20
Гіпофосфіт амонію 30
Пірофосфорнокіслий натрій. 50
Температура розчину, ° С 50-70
рН 9-10
Після хімічного нікелювання вироби піддають термічній обробці при температурі 150-200 ^о С протягом 1 год.
Хімічне нікелювання цинкових сплавів. Перед хімічним нікелюванням деталі знежирюють в розчині звичайного складу, промивають у гарячій і холодній воді і обробляють у гарячому 50% ном розчині гідроксиду натрію протягом 20-30с. Склад розчину для хімічного нікелювання наступний (г / л) [31-34, 38, 39]:
Хлористий (сірчанокислий) нікель (кристалогідрат) 25-30
Гіпофосфіт натрію (калію) 25-30
Пірофосфат натрію (калію) 30
Карбонат натрію (калію) 40-45
Температура розчину, ° С 45-50
Швидкість осадження, мкм / год. 10-15
Необхідного значення рН 9,5-10,0 досягають додаванням аміаку.
Основні неполадки при хімічному нікелювання. При роботі з розчинами хімічного нікелювання виникають різні неполадки: осадження нікелю на стінках і дні ванни, відшаровування нікелевого покриття та інших, які потрібно усувати. Приклади неполадок та способи їх усунення наведені в табл. 6.
Таблиця 6
Основні неполадки при хімічному нікелювання

Неполадки	Можливі причини	Способи усунення
Для кислих і лужних розчинів
Часткове осадження нікелю на поверхні ванни	Дотик деталями дна або стінок ванни в процесі нікелювання	усунення торкання деталями дна або стінок ванни
Мимовільне осадження нікелю у вигляді чорних крапок на деталях і поверхні ванни	Погана очищення розчину. Наявність у воді механічних забруднень	розчин відфільтрувати, ванну промити азотною кислотою, розведеною 1:1, а потім водою з застосуванням щітки
Відшарування нікелевого покриття	Погана підготовка поверхні перед нікелюванням	Поліпшити підготовку поверхні
Наявність непокритих місць на деталях	Освіта газових мішків, нерівномірне омивання деталей розчином	Виробляти струшування деталей
Для кислих розчинів
Грубий шорсткий осад	рН нижче 3, підвищена температура	Відкоригувати рН додаванням розчину лугу, знизити температуру
Розтріскується крихкий осад	рН вище 5,8	Підкислити розчин кислотою

2.2.5 Хімічне нікелювання неметалічних матеріалів (пластмас і неорганічних діелектриків)

Деталі з неметалічних матеріалів з металевими покриттями широко впроваджуються в автомобілебудування, радіотехнічну промисловість і інші галузі, тому питання про способи хімічного осадження металів у поєднанні з гальванічним є дуже сучасним [37, 40].
Металізацію виробляють шляхом обробки неметалічних деталей в розчинах, в яких металеві покриття утворюються в результаті відновлення іонів металу, присутніх у розчині, під дією відновників. Отриманий тонкий шари відновленого металу потім дорощують гальванічним способом до необхідної товщини. Xіміко-електролітичний спосіб металізації забезпечує одержання великої кількості покриттів за видами і товщинам, не вимагаючи для його виконання складного обладнання, дає можливість отримати рівномірні по товщині покриття і хороше зчеплення покриттів з основою.
Підготовка поверхні пластмас. Хімічному осадженню металів з ​​пластмаси передують операції знежирення, травлення і активування. Особливо важлива операція активування бо в результаті її виконання на поверхні пластмаси утворюються мікроскопічні зародки, зазвичай з паладію або срібла, діаметром у кілька тисячних мікрометра які служать каталізаторами подальшої реакції хімічного відновлення металів.
Підготовку поверхні керамічних деталей здійснюють лужним знежиренням і ретельної промиванням. Хімічна обробка для створення мікрошероховатостей не проводиться, тому що поверхня керамічних деталей завжди має шорсткість.
Хімічне відновлення нікелю є автокаталітіческій реакцією, так як метал, що утворився в результаті хімічного відновлення з розчину, каталізує подальшу реакцію відновлення цього ж металу. Але для початкового періоду відновлення металу необхідно, щоб покривається поверхня мала каталітичні властивості, які створюються в результаті виконання операції, званої активированием Активування полягає в тому, що на оброблювану поверхню хімічним шляхом завдають надзвичайно малі кількості металів, які є каталізаторами реакції хімічного відновлення нікелю. Такими каталізаторами є колоїдні частинки або малорозчинні сполуки паладію, платини, золота, срібла. Саме широке розповсюдження отримав паладій, що володіє високою каталітичною активністю.
Освіта каталітичного шару у вигляді металу, що знаходиться в колоїдному стані, здійснюється у дві стадії.
1) сенсібілізірованіе - нанесення плівки розчину відновлюючого каталітичний метал (паладій) з розчину його солі,
2) активація - занурення в розчин солі металу-каталізатора і відновлення його до металевого стану в плівці розчину, що прилягає до поверхні діелектрика.
Найефективнішим способом сенсибілізації є обробка поверхні в розчині солей двовалентного олова. Найбільш поширений розчин складу олово хлористе 20 - 25 г / л. кислота соляна (щільність 1.2) 40-60 мл / л.
Соляна кислота необхідна для запобігання гідролізу хлористого олова та отримання стабільного прозорого розчину, використовуваного при кімнатній температурі. Тривалість витримки може коливатися в межах від 0 5 до 15 хв. Після сенсібілізірованія необхідно деталі промити в холодній воді, при цьому відбувається гідроліз хлористого олова з реакції.

Розчин для сенсибілізації готують і коректують наступним чином. Розрахункова кількість хлористого олова розчиняють у дистильованій воді, в яку додана соляна кислота відповідно до рецептури. Розчин перемішують, дають відстоятися і потім зливають в робочу ванну. В результаті окислення розчину киснем повітря відбувається часткове освіта чотирьохвалентного олова (Sn ^{4 +),} яке дуже схильне до гідролізу у кислому середовищі, внаслідок чого розчин каламутніє. Щоб уникнути цього явища, рекомендується в розчин опустити кілька гранул металевого олова, у присутності якого чотирьохвалентний олово відновлюється до початкового двовалентного стану:

Для якісної оцінки придатності розчину сенсибілізації одну частину даного розчину змішують приблизно з рівним об'ємом свіжоприготованого розчину для активування. Розчин придатний до роботи, якщо отримана суміш забарвлюється в червоний або коричнево-червоний колір. Розчин для сенсибілізації замінюється свіжоприготованим, якщо він каламутніє або з'являється негативна реакція з розчином активування.
Процес активації полягає в тому, що на поверхні діелектрика, сенсибілізованої двовалентних оловом, відбувається реакція відновлення іонів каталітичного металу (паладію) по реакції:
Металевий паладій у колоїдному вигляді рівномірно розподіляється найтоншим шаром по всій поверхні оброблюваної деталі.
В даний час починає застосовуватися спосіб так званого прямого активування в розчинах, що містять одночасно солі двовалентного олова і паладію. Розчини для прямого активування називають також суміщеними розчинами. Застосування суміщеного розчину для прямого активування технологічно більш перспективно, тому що виключає необхідність досить складного коригування двох взаємопов'язаних розчинів сенсибілізації та активування і скорочує кількість ванн на лініях металізації.
Механізм процесу активації в суміщеному розчині досить складний і може бути представлений наступними етапами:
1) заповнення каталізатором мікровпадін і адсорбція його на поверхні.
2) у результаті взаємодії з водою відбувається гідроліз комплексної солі з утворенням важкорозчинного Sn (OH) Cl, який захоплює частки хлорістото паладію. Отже, на поверхні пластмаси створюються желеподібні частинки з суміші Sn (OH) CI і PdCl _2.
3) обробка в розчині «прискорювача», що містить 120 г / л біфторид амонію і має кисле середовище. У кислому середовищі Sn (OH) Cl розчиняється, в результаті чого утворюються вільні іони Sn ^{2 +} відразу ж вступають в реакцію з наявними на поверхні іонами Pd ^{2 +} з реакції .
Отже, у поверхневому шарі будуть існувати дрібні частинки металевого паладію, оточені більш великими частками гідроокисних сполук чотирьохвалентного олова.
4) промивка у воді, що допомагає видалити частки гідроокису чотирьохвалентного олова, а на поверхні залишаються в колоїдному вигляді адсорбовані частки металевого паладію.
Дуже важливе значення в процесах прямого активування мають промивні операції. Збільшення часу промивки може призвести до видалення реагуючих компонентів і тоді не буде успішного активування.
На пластмаси, які не можна безпосередньо металлизировать, наносять адгезійні шари. Як адгезійних шарів без наповнювача використовують термореактивні смоли (типу поліамідноепоксідних, фенолформальдегідних, мочевіноформальдегидних. Алкідних, поліамідів, поліетанов і поліефірів). Їх використовують при металізації виробів з фенольної пластмаси, сополімерів, вінілацетату, ацетатцеллюлози, скла і стеклотканей. Після сушіння адгезійного шару наповнювач витравлюють у відповідному розчиннику, завдяки чому в плівці створюються поглиблення [41].
Після попередньої підготовки деталі з неметалічних матеріалів піддають хімічному нікелюванню. На ряді підприємств хімічне нікелювання витісняє хімічне меднение внаслідок більш високої швидкості осадження, стабільності розчину і кращої адгезії його на деяких пластмасах (наприклад, епоксидні матеріали). У результаті активування частки металевого нікелю стають надалі каталізаторами процесу нікелювання.
Для металізації діелектриків можна застосовувати кислі та лужні розчини [40]. Найбільш популярними для хімічного нікелювання неметалічних матеріалів є такі розчини (г / л):
1) Сульфат нікелю (кристалогідрат) 30
Гіпофосфіт натрію 10
Ацетат натрію 10
рН 4-6
Температура, ° З 90
Швидкість нікелювання, мкм / год 4-25
2) Хлорид нікелю (кристалогідрат) 30
Гіпофосфіт натрію 10
Цитрат натрію 100
Хлористий амоній до необхідного значення рН 8-9
Температура, ° З 90
Швидкість нікелювання, мкм / год 6
Для нікелювання при кімнатних температурах можна використовувати аміачні розчини (моль / л):
Нікель сірчанокислий (кристалогідрат) 0,1
Гіпофосфіт натрію 0,2
Хлористий амоній 9
Аміак до рН 9
Для нікелювання при невисоких температурах пропонуються цитратні розчини (моль / л):
Нікель хлористий (кристалогідрат) 0,5
Гіпофосфіт натрію 10
Цитрат амонію 0,4
Гідроксид натрію до рН 10.

Дата добавления: 2015-07-11