pdf.php@id=6114
.pdfУстранить это явление следует также пассивированием анодов до получения на них желтовато-золотистого на лета.
Вообще нормальная работа станнатных ванн обеспе чивается поддержанием установленной концентрации олова
всвободной щелочи, а также нормальной работой анодов
иотсутствием в электролите двухвалентного олова, что
контролируется систематическими анализами. Следует остерегаться попадания в электролит анодного шлама, который вызывает получение темных шероховатых отло жений олова.
НИКЕЛИРОВАНИЕ
Никель — серебристо-белый металл довольно твер дый, хорошо противостоящий действию атмосферного воздуха, щелочей и некоторых кислот. Удельный вес никеля 8,9 Г!см3, атомный вес 58,69; электрохимический эквивалент 1,095; нормальный потенциал никеля 0,23 в, температура плавления 1452° С.
По отношению к железу никель является более благо родным металлом, поэтому основной металл — углеро дистые сплавы — защищается никелем от коррозии только при отсутствии пористости, обнаженных и непокрытых мест. Большая склонность никеля к пассивированию значительно повышает его химическую устойчивость.
Цвет никелевых покрытий серебристо-белый с желто ватым оттенком; они легко полируются, но со временем тускнеют. Покрытия характеризуются мелкокристалли ческой структурой, хорошим сцеплением со стальной и медной основой и способностью пассивироваться на воздухе. В тонких слоях (до 25 мк) покрытия никелем отличаются значительной пористостью, которая умень шается с увеличением толщины слоя; для снижения пористости широко применяется предварительное медне ние стальных изделий.
Твердость никелевых покрытий равна 300—360 еди ницам по Виккерсу, отражательная способность состав ляет 58—62%.
Покрытия никелем хорошо противостоят воздейст вию щелочей, но характеризуются неустойчивостью к
сернистым соединениям. |
применяют |
главным образом |
Никелевые покрытия |
||
в защитно-декоративных |
целях в виде |
самостоятельного |
191
покрытия или в качестве одного из слоев в многослойных покрытиях.
Они находят применение также для защиты от корро зии химического оборудования, работающего в щелочной среде, и для повышения поверхностной твердости с целью упрочнения трущихся поверхностей деталей и восста новления их размеров. Твердость осадков никеля повы шается путем совместного осаждения с фосфором и кобаль том.
Никелевые покрытия характеризуются удовлетвори тельной способностью, равномерно распределяются на профилированной поверхности, легко обрабатываются, коэффициент линейного расширения никеля близок к таковому у стали.
Толщина никелевых покрытий |
на |
деталях |
из меди |
и медных сплавов должна быть: |
для |
легких |
условий |
эксплуатации 6—9 мк, для средних условий 12—15 мк. При покрытии стальных деталей никель осаждается на подслой меди; толщина покрытий для легких условий
эксплуатации должна быть 15—18 мк (в том числе толщина слоя меди 9 мк, никеля 6 мк), для средних условий тол щина покрытия составляет 30—36 мк (в том числе тол щина слоя меди 18 мк, никеля 12 мк). Для деталей, ра ботающих в атмосферных условиях, толщину покрытий увеличивают до 48—60 мк (в том числе толщина слоя меди не меньше 30 мк, никеля 12 мк), при этом рекомен дуется дополнительно наносить верхний слой хрома толщиной до 1 мк.
Никелевые покрытия применяются весьма широко для отделки изделий в самых различных областях промыш ленности: в автомобильной и велосипедной промышлен ности, в производстве изделий широкого потребления
И Т. д.
Обладая рядом несомненных достоинств, никелевые покрытия не лишены, однако, серьезных недостатков. Одним из наиболее отрицательных свойств никелевых покрытий является то, что они всегда в большей или меньшей степени пористы, что снижает противокорро зионную стойкость покрытия.
Электролиты для никелирования. Основной солью всех никелевых электролитов является сернокислый никель или никелевый купорос. Двойная соль никель-аммония хотя и употребляется, но имеет ограниченное применение,
192
так как обладает невысокой растворимостью (всего лишь 60—75 Г!л), что не позволяет из этой соли составлять достаточно концентрированный раствор, в котором воз можно было бы применять повышенную плотность тока.
Для улучшения свойств никелевого электролита к нему добавляют сернокислые соли натрия, магния или аммония, борную кислоту и хлориды.
Для увеличения электропроводности раствора приме няется сернокислый натрий (сульфат натрия). Серно кислый магний в количестве 3—5 Г/л повышает кроющую
способность раствора, |
в |
больших |
же количествах (до |
||
50 |
Г!л) придает белый |
цвет осадку |
никеля, |
но делает |
|
его |
более мягким. |
|
повышает |
твердость |
осажден |
|
Сернокислый аммоний |
ного никеля, способствует получению мелкозернистого покрытия и затрудняет так называемое «загорание» осадка при высоких плотностях тока. Хлористый натрий или хлористый никель вводятся для устранения пассивирова ния анодов. Борная кислота является буфером и регули рует устойчивую кислотность никелевого раствора. Все соли и кислоты для электролитов должны применяться только чистые.
из |
Для никелирования применяют аноды, изготовляемые |
|
никеля |
марок НПА1 и НПА2 (обычного качества) |
|
по |
ГОСТу |
492—52 и непассивирующиеся — из никеля |
марки НПАН (по ГОСТу 492—52).
В течение процесса электролиза аноды могут пасси вироваться, что сопровождается запахом хлора и паде нием pH электролита. Для устранения этого явления рекомендуется в электролит добавлять хлориды, поверх ность анодов очищать и увеличивать площадь.
Для никелирования в стационарной ванне широко
применяется следующий состав электролита |
(в |
Г/л): |
||||
Н икель |
сернокислы й . . |
140— 250 |
Б орная кислота . . |
. . |
2 5 — ЗС |
|
Н атрий |
сернокислы й , , |
40 — 60 |
Хлористый |
натрий |
или |
|
Магний |
сернокислы й . . |
20— 30 |
хлористы й |
калий . |
, , |
5 — 7 |
Режим работы: при температуре 18—20° С плотность тока DK = 0,5ч-1,0 а!дм2\ при температуре до 30—35° С плотность тока DK = 1,2-И,5 а!дм2\ pH = 5,2-ч-5,8; при воздушном перемешивании или при помощи качающихся катодных штанг плотность тока можно увеличить до 2,5 а/дм2.
7 П . К. Л з в о р к о |
193 |
В электролитах для никелирования мелких изделий в колоколах и барабанах с целью улучшения электропро водности увеличивают содержание сернокислого натрия до 100—125 Г/л.
Увеличение скорости осаждения никеля возможно при применении подогрева, воздушном перемешивании и не прерывной фильтрации в электролитах с повышенной концентрацией сернокислого никеля, например такого состава (в Г/л):
Н икель |
сернокислы й . . , |
375 |
— 425 |
Н атрий |
сернокислы й . . . |
100 |
— 160 |
Н икель |
хлористы й . . . |
25— 30 |
|
Б орная |
к и с л о т а .....................30 — 45 |
||
Фтористый натрий . . . . |
2 |
— 3 |
|
Режим работы: плотность тока 4—12 а!дм2\ темпера |
|||
тура электролита |
55—60° С; pH |
— 3,5-М ,5. |
|
При приготовлении электролитов все составные части |
|||
электролита растворяют в отдельных |
сосудах. |
Сернокислый никель растворяют при нагреве до тем пературы 75—90° С. Остальные соли разводят в теплой воде, а борную кислоту — в воде, нагретой до 85° С; нагревать ее до более высокой температуры не следует, так как борная кислота переходит в метаборную с более слабо выраженными буферными свойствами.
После растворения и отстаивания растворы осторожно декантируют в рабочую ванну так, чтобы все нераство римые примеси и грязь остались на дне сосудов, затем добавляют воду до требуемого уровня. После перемешива ния электролита проверяют его кислотность по pH. •
Обычно кислотность нового электролита бывает выше нормальной и для понижения кислотности в раствор добавляют при интенсивном перемешивании щелочь в виде 3%-ного раствора едкого натра. Спустя 5—10лш«, после этого проверяют pH.
При отсутствии точного прибора (потенциометра) для определения величины pH и приближенного определения кислотности применяют индикаторные бумажки.
Б л е с т я щ е е н и к е л и р о в а н и е . Методы по лучения блестящих отложений никеля основаны на стрем лении получить структуру осадка, в котором кристаллы осаждаемого металла располагаются определенным обра зом в одной плоскости, т. е. определенно ориентированы.
194
Для блестящих покрытий осадки должны быть весьма мелкозернистыми. Для этого добавляют очень малые количества некоторых металлов, например кадмия и кобальта, а также органические коллоидальные вещества, соли органических кислот и др.
В результате работ Н. Т. Кудрявцева установлено, что наиболее эффективное действие при получении блестя щих покрытий оказывает добавка к никелевому электро литу натриевой соли дисульфонафталиновой кислоты. В таком электролите при перемешивании сжатым возду хом или без него после непродолжительной проработки током можно получать блестящие покрытия без коррек тирования ванн в течение длительного времени.
Эффективность блестящего никелирования заключается в следующем. Устраняется довольно трудоемкая опера ция — полирование (глянцовка) после никелирования и связанное с этим снятие части слоя никеля. Кроме того, при этом экономятся дефицитные материалы; хлопчато бумажные круги и пасты, применяемые при полировании; окись хрома; стеарин и др. Значительно (на 30—35%) уменьшается пористость никелевого покрытия против обычного матового никелирования и улучшаются защит ные свойства изделий. Улучшается цвет покрытия, устра няется желтизна. Покрытие по цвету приближается к блестящему хромовому покрытию. Блестящее никелевое покрытие обладает более высоким коэффициентом отра жения света, чем полированный никель.
К недостаткам блестящего никелирования относится то, что блестящее покрытие обладает повышенной хруп костью, однако при известной проработке электролита, при определенном режиме работы ванн, эта хрупкость исчезает, во всяком случае до толщины порядка 0,015— 0,020 мм, и только в более толстых слоях хрупкость ста новится заметной.
Блестящее никелирование рекомендуется для изделий из цветных металлов и изделий из стали с предваритель ным меднением.
Вредные примеси в никелевых электролитах с добавкой дисульфонафталиновой кислоты оказывают такое же дей ствие, как и в обычных никелевых электролитах. Так, например, блеск покрытия не зависит от присутствия железа, но хрупкость при наличии железа становится значительной.
195
Для блестящего никелирования широкое применение нашел электролит такого состава (в /7л):
Н икель |
сернокислы й .................................... |
210 |
Б орная |
ки сл о1а .............................................. |
30 |
Н атрий |
хлористы й .................................... |
6 |
Н атрий |
фтористый .................................... |
5 |
2,6 - и 2,7-дисульф онаф талиновая |
кис |
|
|
лота ........................................................ |
, |
. . |
2 — 3 |
Ф ормалин |
(40% -ны й) ............................... |
|
1 |
Режим работы: |
плотность тока |
DK — 1,5-ь2,5 а!дм2\ |
|
температура электролита 30—35° С; pH |
= 5,5-^-5,8; не |
обходимо перемешивание электролита и непрерывная фильтрация; без перемешивания плотность тока не выше 0,5—0,6 а1дм2.
Необходимым условием для получения хороших ре зультатов при блестящем никелировании является пра вильная и тщательная подготовка поверхности и без укоризненное соблюдение технологического режима.
Признаком ненормальной работы ванны является отсутствие блеска в никелевом покрытии при нормаль ных pH и режиме электролиза. Причиной может быть обеднение электролита по содержанию дисульфонафталиновой кислоты или загрязнение небольшим количеством примесей меди, цинка и свинца. В этом случае следует добавить дисульфонафталиновую кислоту (согласно ре цепту) и проработать ванну. Если покрытие на краях деталей блестящее, а в середине матовое, это указывает на недостаточное количество дисульфонафталиновой кис лоты или на малую плотность тока. Покрытие в середине детали блестящее, а на краях темное может быть при слишком высокой плотности тока или высоком pH и по ниженной температуре. Желтый оттенок блестящего по крытия бывает при отсутствии или недостатке фторидов; зеленый налет, стирающийся при протирке, наблюдается при защелачивании электролита.
Блестящие никелевые покрытия могут быть также получены в электролитах, содержащих соли кадмия. Для этих целей находит применение аммиачный электро лит такого состава:
Н икель |
сернокислы й |
в Г!л . . |
. |
|
200— 220 |
Аммоний сернокислы й в Г/л . |
. |
20— 25 |
|||
Калий |
хлористы й в |
Г/л . . . . |
|
|
10— 12 |
Аммиак |
25% -ный в мл!л . . . . |
|
|
250— 300 |
|
Кадмий |
сернокислы й |
в Г!л , . |
. |
0 ф 0 — 0,18 |
196
Режим работы: плотность тока DK= 1,0-^6,0 а/дм2 (верхний предел при перемешивании электролита); тем пература 20—25° С; pH = 7,8-5- 7,9.
Избыток солей кадмия вреден, так как ведет к появле нию на покрытии темных полос.
Блестящие эластичные покрытия никелем получаются при покрытии в барабанных ваннах и в обычном электро лите с добавками сернокислого кадмия в количестве 0,06—0,08 Г1л за 1—2 ч до выгрузки деталей из барабана.
Рис. 53. Схема осаждения никеля с выравнива нием поверхности:
а — нз обычною электролита; б — из электролита с вы равнивающими добавками
Повышение концентрации солей кадмия вызывает появление темных пятен на покрытии, в этих случаях следует проработать (4—5 ч) барабанную ванну, загрузив ее случайными катодами (бракованными деталями).
Хорошие результаты получаются при последователь ном покрытии мелких деталей в двух барабанных ваннах. Сначала никелируют положенное время (2—3 ч) в обычном электролите для матового покрытия, а затем барабан перегружают в ванну с электролитом, имеющим в составе сернокислый кадмий (0,07 Г!л), и производят осаждение поверх матового блестящего никеля в течение 0,5—1 ч. Получаются блестящие эластичные покрытия.
Блестящее никелирование с выравниванием поверх ности. На ряде предприятий внедрен новый электролит для блестящего никелирования с выравниванием поверх ности. Электролит выравнивает микрогеометрические и частично макрогеометрические неровности поверхности и дает блестящие покрытия на неполированной матовой основе (рис. 53).
Осадок получается твердым, пластичным и почти беспористым, что обусловливает высокую устойчивость против коррозии. Хороший блеск покрытия позволяет хромиро вать его без механического полирования. Характерно, что никелевый осадок обладает свойством не смачиваться
197
водой — после промывки на покрытии остается вода в виде капель, однако это не мешает последующему хромированию.
Применение этого метода никелирования дает возмож ность уменьшить требуемую по стандарту толщину покры тия за счет экономии никеля, снимаемого при полировании.
Наиболее часто применяется электролит такого состава:
Сернокислый никель в Г / л .......................... |
250—300 |
|
Хлористый никель в Г/л |
.......................... |
60—80 |
Борная кислота в Г 1 л ................................. |
|
30—40 |
_ Паратолуолсульфамид (блескообразователь) |
4 |
|
или хлорамин «Б» в Г / л .......................... |
||
Антипиттинговая добавка |
(синтапон в по |
0,04—0,05 |
рошке или мыльный корень) в Г/л . . . |
||
Сахарин (для устранения хрупкости) в Г/л |
2—3 |
|
Выравнивающая добавка в мл/л ............... |
4 |
|
Формальдегид (40%-ный, |
ежедневная до |
0,02 |
бавка) в м л / л ............................................. |
|
Выравнивающая добавка готовится из следующих компонентов:
Кумарин в Г . . |
125 |
Углекислый ни- |
150 |
Ледяная уксусная |
450 |
кель в Г . . . |
|
кислота в мл . . |
Вода в л . . . . |
До 1 |
Формальдегид добавляется в электролит для стабили зации блескообразующей добавки. Режим работы: плот ность тока DK = 5-ьб а/дм2; температура 55—65° С; кислотность pH = 4,5-ь5,5. Перемешивание пневматиче ское или при помощи качающихся, штанг. Для анодных чехлов рекомендуется применять ткань «хлорин», обла дающую стойкостью к кислотам и щелочам.
При толщине слоя 15—20 мк выравнивание поверх ности достигается с получением блестящего покрытия. При осаждении трехслойных покрытий совершенно отпа дает необходимость в полировании меди и никеля.
При приготовлении электролита для блестящего ни келирования с выравниванием поверхности все компо ненты, кроме добавок, растворяются, как в обычных электролитах. Так как электролит чувствителен к загряз нениям, раствор после приготовления фильтруют через активированный уголь, а затем проработкой при низких плотностях тока (0,1—2 а/дм2) очищают от меди и свинца. Так как катоды должны иметь при этом большую пло щадь, то для их изготовления лучше всего применять гофрированную жесть. Применяемый для очистки от
198
примесей электролит проводят при температуре 55" С и перемешивании в течение 40—60 ч.
В приготовленный таким образом электролит при
бавляют рассчитанное |
количество добавок в |
следующем |
порядке: |
добавку — синтапон |
— раство |
1) антипиттинговую |
ряют в части электролита при нагреве, раствор фильтруют и переливают в рабочую ванну; при этом необходимо, чтобы по всей поверхности электролита находилась тон кая пленка пены;
2) блескообразователь—паратолуолсульфамид—раство ряют по частям в малом количестве электролита притемпературе 80—90° С, фильтруют и переливают в рабочую ванну;
3)добавку для выравнивания поверхности вливают прямо в электролит;
4)формальдегид добавляют непосредственно в элек тролит.
Вследствие того что концентрацию добавок аналити ческим методом установить нельзя, при корректировании электролита прибавляют их по мере уменьшения блеска никелевого осадка,
К числу новых электролитов для получения зеркаль ных эластичных осадков никеля относятся такие, где в качестве выравнивающих добавок применены бутиндиол и хлорамин Б.
1,4-бутандиол (36—38%-ный) представляет собой мас лянистую жидкость коричневого цвета со слабым специ фическим запахом, удельный вес 1,055—0,65 Г/см3 (ТУУХ 57/0638—64).
Хлорамин Б — бензосульфохлорид натрия в виде порошка, известен как антисептик.
Приготовление этих электролитов несложно, так как не требуется специального растворения добавок, а также упрощается корректирование.
Хорошие результаты были получены при применении следующих двух электролитов (в Г/л):
П е р в ы й э л е к т р о л и т |
|
|
Никель сернокислый....... 250—300 |
10—15 |
|
Натрий |
хлористый . . . . . . . . . |
|
Борная |
кислота . ...................... . |
30—40 |
Хлорамин «Б» . .............................. |
2—2,5 |
|
1,4-бутиндиол(или 1,0—1,5 мл/л) . . |
0,3—0,5 |
|
Формальдегид (40%-ный)....0,1—0,03 |
|
|
Ж идкость «П рогдесс» . . . . . . . . . |
0 ,0 0 3 — 0,005 |
199
Режим работы: температура 48—52° С; плотность тока
DK — 1-ь2 а1дм2\ |
кислотность pH = 4,5-ь 5,5; переме |
шивание сжатым |
воздухом; фильтрация — непрерывная |
через фильтр—пресс; селективная очистка — непрерывно при плотности тока 0,1—0,2 и напряжении 0,8—1,0 в; скорость осаждения 0,3—0,4 мк/мин.
П р и г о т о в л е н и е э л е к т р о л и т а . Рассчи танное количество сернокислого никеля, хлористого на трия и борной кислоты растворяется в отдельной емкости при температуре кипения, затем вводится 1—2 Г!л акти вированного угля марки БАУ (ГОСТ 6217—52) для очистки от органических примесей и кипятится 2 ч при переме шивании. После отстаивания раствор фильтруют через фильтпресс в рабочую ванну и доливают до уровня смяг ченной водой. Блескообразующие и выравнивающие до бавки — хлорамин Б, 1,4-бутандиол и формальдегид — вводятся каждая в отдельности непосредственно в ванну.
К о р р е к т и р о в а н и е э л е к т р о л и т а . Бле скообразующие и выравнивающие добавки вводятся сле дующим образом:
а) хлорамин Б — один раз в неделю (перед выходным днем) в количестве 0,6—0,8 Г!л (в виде порошка), засы пается непосредственно в ванну при перемешивании;
б) бутиндиол вводится ежедневно в количестве 0,1 мл!л при перемешивании.
Электролит для блестящего никелирования, позво ляющий получить блестящий осадок с большой степенью выравнивания в большом интервале плотностей тока, что позволяет применять его как в стационарных ваннах, так и в автоматах для покрытия деталей разного профиля, имеет такой состав:
В т о р о й э л е к т р о л и т |
280—300 |
||
Никель сернокислый в Г/л . . . |
|||
Никель |
хлористый вГ/л . . . . |
40—50 |
|
Борная |
кислота |
в Г / л .............. |
30—35 |
Сахарин в Г / л .............................. |
0,7—1,2 |
||
1/4-бутиндиол |
........................... |
0,2—0,5 |
Фталамид в Г / л .............................. 0,08—0,1 Формальдегид (40%-ный) в мл/л . 0,001—0,05
Режим работы: температура 50—60° С; плотность тока катодная DK = 2-ь15 а!дм2\ плотность' тока анодная Da — 1-ь2 а/дм2; кислотность pH = 3,5-ь4,0; переме шивание сжатым воздухом; фильтрация непрерывная.
200