Niklowanie - pokrywanie wyrobów metalowych warstwą niklu. Niklowanie wykonuje się w celach antykorozyjnych, dekoracyjnych a także technologicznych jako podłoże dla innych powłok galwanicznych.
Niklowanie wykonuje się najczęściej na przedmiotach stalowych, a najtrwalsze powłoki osiąga się pokrywając stal najpierw grubszą warstwą miedzi, jako warstwą pośrednią o lepszej przyczepności zarówno do stali, jak i niklu, a następnie cieńszą warstwą niklu. Z kolei w powłokach najwyższej jakości taki układ warstw służy jako podłoże dla warstwy chromu.
Powłoki niklowe charakteryzują się nieco gorszym wyglądem od powłok chromowych (gorszy połysk, możliwość lekkich przebarwień), mniejszą odpornością na korozję i słabszą wytrzymałością mechaniczną, są jednak tańsze.
Nikiel jest srebrzystobiałym, połyskującym metalem, trudno korodującym i odpornym na ścieranie. Jest metalem stosunkowo twardym ale plastycznym. Pod względem chemicznym nikiel jest podobny do żelaza, kobaltu, miedzi i metali szlachetnych.
Pomimo dobrych własności technicznych sam nikiel, przede wszystkim ze względu na wysoką cenę nie jest surowcem, z którego wyrabiane są jakiekolwiek przedmioty lecz znalazł olbrzymie zastosowanie jako dodatek stopowy do stali oraz jako galwaniczna powłoka ochronna i dekoracyjna (niklowanie).
Nikiel nie rozpuszcza się w alkaliach i znacznej ilości kwasów. Ta odporność chemiczna wynika ze zdolności samorzutnego pokrywania się pasywną, tlenkową warstewką. Z uwagi na bardziej elektrododatni potencjał nikiel nie chroni żelaza elektrochemicznie. Dlatego aby ochronić podłoże stalowe przed korozją wżerową powłoka niklowa musi być szczelna, pozbawiona porów, spękań i naprężeń własnych.
Niklowanie ma na celu poprawienie własności użytkowych takich jak: twardość, odporność korozyjna także w środowisku agresywnym, odporność na ścieranie i innych.
Niklowanie wykonujemy na linii automatycznej w technologii:
· niklowanie zawieszkowe - detale o maksymalnych gabarytach: 1350mm x 850mm x 400mm
· niklowanie bębnowe - detale drobne, normalia
Niklowanie można wykonać na przedmiotach wykonanych z różnych gatunków stali, miedzi, mosiądzu i aluminium.
Po raz pierwszy nikiel został wyodrębniony w 1860 r. przez Adamsa i w kilka lat później zaczęto stosować powłoki niklowe przemysłowe.
Nikiel na powietrzu w normalnej temperaturze prawie się nie zmienia. W kwasie siarkowym i solnym rozpuszcza się bardzo powoli, a w rozcieńczonym kwasie azotowym dosyć intensywnie. Gorące tłuszcze i kwas octowy pozostawiają na powierzchni niklu ciemne plamy. Pod działaniem wysokiej temperatury, powierzchnia pokrycia niklowego pokrywa się elastyczną, twardą warstewką tlenków o odcieniu żółtym lub fioletowym w zależności od temperatury i czasu ogrzewania.
Powlekanie galwanicznie niklem jest obecnie jednym z najbardziej popularnych i rozpowszechnionych procesów elektrolitycznego powlekania metali. Do niklowania zużywa się prawie 10% światowego wydobycia tego metalu. Tak szerokie zastosowanie niklu w galwanotechnice można tłumaczyć przede wszystkim fizykochemicznymi właściwościami powłok osadzonych metodą elektrolityczną. Poza tym wpłynęły na to takie czynniki, jak uzyskiwany ładny biały kolor powłoki, odpowiednia twardość, a oprócz tego, jak już wspomniałem, wysoka odporność na wpływy atmosferyczne przewyższające w pewnych przypadkach odporność takiego metalu jak srebro. Na przykład w atmosferze zawierającej siarkowodór nikiel i jego powłoki galwaniczne prawie nie zmieniają się lub po bardzo długim czasie nieco ciemnieją, w przeciwieństwie do srebra lub jego powłoki, które w bardzo krótkim czasie czernieją. Powłoki niklowe służą obecnie nie tylko jako powłoki dekoracyjne, w mniejszym stopniu ochronne przed rdzewieniem, lecz również jako powłoki utwardzające stosunkowo miękki podkład czcionek i płyt drukarskich. Znalazły one zastosowanie w różnych przemysłach takich, jak samochodowy, sanitarno-chirurgiczny, poligraficzny, wyrobów użytku domowego oraz galanteryjno-dekoracyjny. Tzw. czarny nikiel jest stosowany w przemyśle optycznym i precyzyjnym oraz aparatury naukowej.
Galwaniczne elektrolity niklowe są bardzo wrażliwe na kwasowość; nieprzestrzeganie odpowiedniej kwasowości powoduje złą przyczepność powłoki do podłoża, rozwarstwianie się powłok i często jej odpryskiwanie. Nie mniejsze znaczenie przy niklowaniu odgrywa także temperatura kąpieli niklowej; zbyt wysoka temperatura powoduje polaryzacje metali grupy żelaza, a ponadto wpływa ujemnie na strukturę i równomierność powłoki niklowej. Natężenie prądu podczas niklowania, ma tak samo duży wpływ nie tylko na strukturę powłoki niklowej, ale i na jej własności mechaniczne. Jak widać warunki kąpieli podczas niklowania odgrywają dużą rolę; trzeba, więc zawsze pamiętać, że powodzenie przeprowadzanego procesu zależy w dużym stopniu od utrzymania właściwej kwasowości kąpieli (pH), temperatury oraz gęstości prądu. Należy jeszcze zaznaczyć, że dostatecznie dobrze i trwale można poniklować miedź i jej stopy oraz żelazo i stal, a cynk i glin tylko w specjalnych kąpielach - bezpośrednio. Cynk i glin oraz bardzo często wyroby żelazne nikluje się po uprzednim miedziowaniu (w kąpielach cyjankowych) w celu otrzymania dobrej powłoki nie tylko z powodu dekoracyjnego, ale głównie ochronnego (przed korozją).
W układzie stal-nikiel, nikiel jest bardziej elektrododatni i jest pokryciem katodowym nie mogącym ochraniać elektrochemicznie stali przed korozją. Odpowiednią odporność korozyjną można zapewnić na drodze szczelności pokrycia oraz odpowiedniej jego grubości. Powłoki galwaniczne obdarzone są zawsze pewną porowatością, a dla otrzymania powłok nieporowatych stosuje się wielowarstwowe powłoki. Istnieje bardzo małe prawdopodobieństwo, żeby w wielowarstwowych powłokach pory powtarzały się w tych samych miejscach. Oprócz tego wielowarstwowe powłoki znacznie obniżają ich cenę, ponieważ miedź stosowana najczęściej jako podwarstwa pod nikiel, jest wielokrotnie tańsza od niklu. Grubość stosowanej podwarstwy miedzi najczęściej wynosi połowę całkowitej grubości powłoki dekoracyjno-ochronnej.
Elektrolity używane do niklowania
Wyróżniamy trzy podstawowe składniki do sporządzenia kąpieli niklowej: siarczan niklawy, chlorek niklawy lub inna sól chlorkowa oraz kwas borowy.
Głównym składnikiem kąpieli galwanicznych do niklowania jest siarczan niklu. Kąpiel wprowadzona przez Watts’a jest najczęściej stosowanym obecnie rodzajem kąpieli i większość późniejszych zmian w jej składzie polega jedynie na różnicy stężeń użytych soli. Najważniejszą zmianą dokonaną przez Schloettera w 1930 r. było dodanie dodatków umożliwiających uzyskanie powłok błyszczących nie wymagających polerowania, co spowodowało olbrzymi postęp w zakresie dotąd stosowanych technologi.
UWAGA : Im większa gęstość prądu, tym większa jest szybkość procesu i tym większe stężenie kąpieli należy stosować. Gęstość prądu jest również współzależna od temperatury kąpieli, jak i pH oraz intensywności mieszania kąpieli lub ruchu detalu. Anody należy umieszczać w workach anodowych, w celu uniknięcia przedostania się do kąpieli powstającego w czasie procesu szlamu anodowego. Obecność szlamu w kąpieli powoduje szorstkość powłoki, powstawanie narostów, obniża odporność korozyjną. Worki anodowe mogą być z polipropylenu, tkaniny Köppera lub z tkaniny bawełnianej gatunku BT-1. Powierzchnia anod powinna być większa lub równa powierzchni wsadu.
Zadania poszczególnych składników kąpieli
Siarczan niklawy - jest podstawowym składnikiem kąpieli dostarczającej jonów niklu. Im większe jest stężenie jonów niklu w roztworze tym można stosować większą gęstość prądu. Niskie stężenie jonów niklu może być przyczyną przypaleń na powierzchniach, na których gęstość prądu jest zbyt duża (ostre krawędzie), a wydajność katodowa niska.
Chlorek niklawy - obecność chlorków w kąpieli ułatwia rozpuszczalność anod, zapobiega polaryzacji anod oraz poprawia przewodność kąpieli. Powłoki otrzymywane z kąpieli o dużej zawartości chlorków są grubsze, twarde, posiadają drobniejszą strukturę i mają mniejszą tendencję do przypalania i dendrytów, niż z kąpieli zawierających mniej chlorków.
Kwas borowy - jest dodawany do kąpieli w celu zapewnienia w niej stabilizacji pH w czasie pracy, ponieważ posiada tzw. właściwości buforujące. Buforowanie roztworu jest to zdolność utrzymywania prawie stałego pH roztworu, niezależnie od zwiększenia w nim stężenia kwasów lub zasad (oczywiście do pewnego stopnia). Niskie stężenie kwasu borowego, poniżej 15 g/l, powoduje zanik właściwości buforujących i utrudnia utrzymanie właściwego pH, powoduje także zmniejszenie plastyczności powłoki.
Wpływ pozostałych parametrów
Wzrost temperatury - pozwala na zastosowanie większej ilości prądu, a tym samym zwiększenia szybkości otrzymywania powłoki bez obawy przypalenia, zwiększa przewodność kąpieli, zmniejsza twardość powłoki a zarazem zwiększa jej plastyczność. Najczęstsza stosowana temperatura to 45 - 60°C, a przy szybkosprawnych kąpielach nawet do 70°C .
Wpływ pH - kąpiel pracuje prawidłowo w zakresie pH od 1,5 do 6,0, przy czym optymalna wartość pH to 3,8 - 4,5. W tym zakresie pH powłoki są najbardziej plastyczne i posiadają najmniejszą twardość. Niskie pH pozwala na użycie większych gęstości prądu, zwiększa przewodność kąpieli, zwiększa wydajność anodowąlecz także zmniejsza wydajność katodową.
Mieszanie - jest praktycznie potrzebne we wszystkich typach kąpieli. Najbardziej wydajnym jest mieszanie sprężonym powietrzem w ilości 20 l/min na każde 10 cm długości drążka katodowego. Powietrze musi być wolne od zanieczyszczeń mechanicznych i oleju. Mieszanie zmniejsza grubość pozbawionej jonów niklawych warstewki przykatodowej, co umożliwia stosowanie większej gęstości prądu bez przypalenia powłoki, zabezpiecza przed niekorzystnym nawarstwieniem kąpieli oraz pozwala na utrzymanie w całej masie kąpieli stałej temperatury.
Kąpiele do niklowania są trwałe w pracy i, jeżeli są prawidłowo eksploatowane i poddawane systematycznemu lub ciągłemu oczyszczaniu od szkodliwych zanieczyszczeń mechanicznych jak i chemicznych, organicznych to można na nich pracować przez wiele długich lat. Korygowanie składu kąpieli polega na uzupełnianiu jej składu do składu przewidzianego przez przepisy technologiczne, po uprzednim rozpuszczeniu ich w gorącej, destylowanej wodzie i przefiltrowaniu. Codziennie należy korygować wartość pH przez dodatek 3% roztworu czystego kwasu siarkowego.
Najczęściej spotykane wady przy elektrolitycznym niklowaniu, przyczyny ich
powstawania i sposoby usuwania
Napotykane wady
Przyczyny powstawania
Sposoby usuwania
Powierzchnia przedmiotów pokryta plamami; nikiel nie osadza się
mała gęstość prądu; niska temperatura elektrolitu
oczyścić kontakty; podwyższyć natężenie prądu; podnieść temperaturę elektrolitu do wymaganej np.60°C
Nikiel nie osadza się; na katodzie zachodzi obfite wydzielanie się gazów (wodoru)
duża kwasowość elektrolitu
zobojętnić roztworem zasadowym np. węglanem sodu, w celu uzyskania pH podanego w przepisie
Za powolne osadzanie się niklu przy prawidłowym natężeniu prądu na katodzie i stałe wydzielanie się wodoru
niska temperatura elektrolitu; mała powierzchnia anod; słabe przewodnictwo elektrolitu
podnieść temperaturę; powiększyć powierzchnię anod; dodać wskazane w przepisie sole które podnoszą przewodnictwo elektrolitu
Powłoka koloru szarego, w pasy albo czarna
obecność ołowiu, miedzi lub cynku w elektrolicie
przepracować elektrolit np. blachą falowaną, przy gęstości 0,2 A/dm2 po uprzednim podkwaszeniu kąpieli np. do 3,5 pH
Powłoka rozwarstwiona
bardzo zimny lub bardzo kwaśny elektrolit; zbyt wysoki prąd; złe przygotowanie powierzchni wyrobów; obecność ołowiu w elektrolicie, zanieczyszczenia organiczne
zneutralizować roztworem np. ługu sodowego i podgrzać elektrolit, wyregulować natężenie prądu; ulepszyć przygotowanie powierzchni przedmiotów; przepracować elektrolit w ciągu co najmniej 10-15 godzin przy gęstości prądu na katodzie 0,2-0,3A/dm2, przefiltrować przez węgiel aktywny
Powłoka krucha lub popękana
obecność żelaza w elektrolicie; obecność zanieczyszczeń organicznych; zaniska temperatura kąpieli; duża kwasowość elektrolitu oraz za duża gęstość prądu
zobojętnić elektrolit; po opadnięciu wodorotlenku żelaza przefiltrować elektrolit i przepracować przy dużym natężeniu prądu; przefiltrować elektrolit przez węgiel aktywny; podnieść temperaturę
Pasywacja anod; pojawienie się zapachu chloru; obniżenie pH
duża anodowa gęstość prądu, zbyt mało chlorków w kąpieli
dodać chlorków; anody należy wytrawić w 5% kwasie solnym i oczyścić je stalową szczotką
Powłoka o żółtym odcieniu
zbyt duża wartość pH i duża katodowa gęstość prądu
wyregulować pH kąpieli chemicznie czystym kwasem siarkowym do potrzebnej wysokości, zmniejszyć gęstość prądu
Wodorowa porowatość powłoki
obecność zanieczyszczeń organicznych; duża kwasowość elektrolitu
przefiltrować kąpiel przez węgiel aktywny i przepracować elektrolit niskim prądem o napięciu do 1V; wyregulować pH
Powłoka koloru czarnego
obecność cynku, ołowiu lub miedzi w kąpieli
przepracować elektrolit prądem do 1V lub dodać do elektrolitu mielonej kredy do ustalenia pH = 6-6,5; po odstaniu elektrolitu usunąć osad i zakwasić kąpiel do prawidłowego pH
W powłoce drobne, punktowe wtrącenia; po polerowaniu zostają punktowe pory i drobne rysy
zanieczyszczenie kąpiel szlamem anodowym, pyłem i innymi mechanicznymi zanieczyszczeniami
przefiltrować kąpiel
Powłoka jasna, ale przerywana
źle przygotowany(odtłuszczony) detal do obróbki galwanicznej
lepiej przygotować(odtłuścić) powierzchnię przedmiotów
Powstawanie pittingu (wodorowanie)
kąpiel zanieczyszczona związkami organicznymi lub żelazem; zbyt niska temp. kąpieli, nieprawidłowa wartość pH w stosunku do innych parametrów, nieprawidłowo zawieszone detale na wieszakach, małe mieszanie kąpieli
filtrować przez węgiel aktywny, podnieść temp. do prawidłowej, uregulować pH, zmienić sposób zawieszania detali, zwiększyć mieszanie kąpieli, przepracować kąpiel o napięciu minimalnie ponad 1V
Powłoka półbłyszczonca, przy wyższych gęstościach prądu matowa
zbyt niskie stężenie wybłyszczacza w kąpieli
uzupełnić kąpiel dodatkiem blaskotwórczym
Pamiętajmy jednak o żelaznej zasadzie : lepiej zapobiegać niż leczyć.
Usuwanie wadliwych powłok niklowych
Usuwanie wadliwych powłok z podstawowego materiału można przeprowadzić na drodze elektrolitycznej lub chemicznej.
Sposób elektrolityczny polega na tym, że przedmioty z wadliwą powłoką zawiesza się w wannie w kąpieli składającej się z wodnego roztworu kwasu siarkowego (80,7%) z dodatkiem 10 g gliceryny na każdy litr kwasu. Przedmioty o wadliwej powłoce niklowej są anodami, płyty ołowiane - katodami..
Odniklowywanie metodą czysto chemiczną jest dość trudne, ponieważ jest niezwykle trudno uchronić materiał podstawowy. Są już wprawdzie na naszym rynku bardzo dobre kąpiele do chemicznego usuwania niklu, ale niestety są dosyć drogie.
Szereg napięciowy metali (inaczej szereg elektrochemiczny, szereg aktywności metali) to zestawienie pierwiastków chemicznych o własnościach metalicznych, według ich potencjału standardowego E0. Punktem odniesienia dla tego zestawienia jest elektroda wodorowa, której potencjał standardowy przyjmuje się umownie za zero.
Praktyczne ...
Mikaaa_14