Нанесение металлических покрытий химическим способом

Температура, при которой  осуществляется термическая обработка, имеет большое влияние на магнитные  свойства покрытия.

2.2.3. Технологические процессы осаждения Ni— Р-покрытий

 

При нанесении покрытий химическим способом предъявляют повышенные требования к подготовке поверхности покрываемых деталей. Поверхность деталей перед химическим нанесением покрытия подготавливают теми же способами, что и при нанесении гальванических покрытий. Детали обезжиривают в органических растворителях и щелочных растворах; травление осуществляют в кислотах в присутствии ингибиторов коррозии так же, как и активирование. Составы растворов для химического никелирования приведены в ГОСТ 9 047—75. Однако в производственных условиях применяют более широкий ассортимент составов [31, 38, 39].

Основные показатели эффективности растворов — скорость образования покрытий при той  или иной плотности загрузки; масса  покрытия, полученного из 1 л раствора (т. е. выход металла), стабильность, зависимость этих величин от различных факторов (кислотности, температуры и т. д.).

Кислые растворы (рН 4,0—6,5) применяют при нанесении покрытий на детали из черных и некоторых  цветных металлов (медь, латунь и  др. ), особенно когда их рабочие поверхности должны иметь высокие твердость, износостойкость и коррозионно-защитные свойства.

С течением времени скорость никелирования в некорректируемых кислых растворах постепенно уменьшается  и через 6 ч работы процесс образования  покрытий почти прекращается. При этом кислотность растворов возрастает, они мутнеют, на дно ванны выпадает нерастворимый осадок. Перегрев растворов и изменение оптимальной концентрации компонентов приводят к саморазряду и образованию никеля в объеме ванны. Практически установлено, что растворы с янтарнокислым натрием позволяют получать за то же время более толстый слой покрытия чем растворы с уксусно- или лимоннокислым натрием. Кроме того, чем больше плотность загрузки ванны, тем меньше скорость осаждения покрытия за равный промежуток времени.

Необходимо иметь в  виду, что поддержание в ходе реакции  оптимальной величины рН, например, гидроксилом натрия, мало повышает скорость осаждения химического никеля, что объясняется нарушением оптимальной концентрации его основных компонентов, а также накоплением в растворе побочных продуктов реакции.

Периодическое корректирование кислых растворов гипофосфитом способствует увеличению выхода никеля на 6—12 %. Одновременное корректирование кислых растворов солями никеля и гипофосфитом не дает существенного повышения выхода никеля по сравнению с корректированием одним гипофосфитом.

Рис. 6. Зависимость скорости осаждения покрытия от продолжительности никелирования  в кислом растворе. 1 – с 15 мг/л сульфида свинца и корректированием; 2 – то же, без корректирования; 3 – с 15 мг/л аллилчепа и корректированием; 4 – то же, без корректирования.

 

На рис. 6 показана зависимость скорости осаждения покрытия от продолжительности никелирования в кислом некорректируемом и корректируемом растворах с сульфидом свинца в качестве стабилизатора. Для этих целей применяют раствор следующего состава (г/л), хлористый никель 21, гипофосфит натрия 24, уксуснокислый натрий 10, рН  5,2, температура 97—98 °С, плотность загрузки 1 дм²/л. В обоих случаях начальная скорость никелирования в свежеприготовленных растворах составляет около 60 мкм/ч, однако некорректируемый раствор уже после 1 ч работы почти полностью выработался и осаждение никеля в нем прекратилось. В корректируемом растворе, когда концентрация компонентов и рН поддерживались на оптимальном уровне, такая скорость никелирования сохраняется длительное время. При использовании в том же растворе в качестве стабилизатора 15 м/л аллилчепа (вместо сульфида свинца) скорость никелирования снижается на 20—22 % по сравнению с первым случаем, однако и тогда при помощи корректирования можно использовать раствор длительное время. Применение в кислых растворах указанных стабилизаторов позволяет вести процесс при максимальной температуре и на наибольшей скорости. При этом возможно многоразовое корректирование растворов, что является чрезвычайно важным фактором в производственной практике так же, как возрастание выхода металла из кислых растворов до 50 % [31, 33, 34].

На рис. 7 показана зависимость скорости осаждения покрытия от продолжительности никелирования в растворе с малеиновым ангидридом и без него. Из рисунка видно, что в растворе следующего состава (г/л), сернокислый никель 21, гипофосфит натрия 24, уксуснокислый натрий 10, рН 5.0—5,2 и температура 82—84 °С. при плотности загрузки 1 дм²/л, содержащем 1.5—2 г/л малеинового ангидрида, скорость покрытия на четвертом часу работы ванны почти в четыре раза выше, чем без этого стабилизатора.

.

Рис. 7. Зависимость скорости осаждения покрытия от продолжительности  никелирования в водном растворе. 1 – с малеиновым ангидридом (1,5-2,0 г/л), 2 – без малеинового ангидрида.

2.2.4. Химическое никелирование металлов

 

Химическое  никелирование стали, ковара, инвара и суперинвара.

Химическое никелирование  указанных металлов и сплавов  проводится в кислом гостированном растворе следующего состава (г/л)  и режиме осаждения [38]:

Сернокислый или хлористый  никель (кристаллогидрат)             20—25

Гипофосфит   натрия                                                                        25—30

Ангидрид   малеиновый                                                                1,5—2,0

Сернокислый   аммоний                                                                   45—50

Уксусная кислота, мл/т                                                                     20—25

рН                                                                                                      5,0—5,5

Плотность загрузки дм²/л                                                                        1.0

Температура. °С                                                                                90—95

Скорость осаждения, мкм/ч                                                             18—25

Химическое никелирование указанных  металлов и сплавов проводится в  щелочном растворе следующего состава (г/л) и режиме осаждения:

Сернокислый или хлористый никель (кристаллогидрат)              20—50

Гипофосфит натрия                                                                          10—25

Хлористый аммоний                                                                         35—55

Лимоннокислый натрий  (трехзамещенный)                                  35—55

рН                                                                                                     7,5—9,0

Плотность загрузки, дм²/л .                                                                  1—2

Температура, °С                                                                                   78-88

Скорость осаждения, мкм/ч                                                                8—12

После нанесения покрытия детали подвергают термической обработке  при 200—220 °С в течение 1—2 ч для  снятия внутренних напряжений. Для повышения твердости покрытия детали нагревают при температуре 400 °С в течение 1 ч.

Снятие недоброкачественного никелевого покрытия производят в растворе следующего состава [31, 38]:

Серная кислота плотность 1,84)части по объему                         1

Азотная кислота (плотность 1.4)   части по объему                 2

Сернокислое железо (окисное), г/л .                                                   5-10

Плотность загрузки, дм²/л                                      1

Температура раствора —  комнатная.

Для снятия недоброкачественных  покрытий можно применять раствор, состоящий из 7 частей по объему азотной кислоты (плотность 1.4) и 3 частей по объему уксусной кислоты (98 %-ной).

Химическое  никелирование меди и ее сплавов. Для никелирования меди и ее сплавов рекомендуют щелочной раствор, применяемый для химического никелирования стали (табл. 5). Корректирование осуществляют концентрированными растворами соли никеля и гипофосфита, а также добавлением аммиака [36]

Таблица 5

Состав и режимы осаждения  щелочных растворов с неорганическими  добавками

Номер раствора	рН	Температура, оС	Скорость осаждения, мкм/ч	Концентрация компонентов раствора, г/л
				Хлористый никель (кристаллогидрат)	Сернокислый никель (кристаллогидрат)	Гипофосфит натрия	Хлористый аммоний	Пирофосфат натрия (калия)	Сернокислый аммоний	Гидразинсульфат
1	8-9	90	5	30		10	100
2	10-10,5	70-75	20-25	25		25	15	60-70
3	8,2-8,5	85	15-18		30	10			30
4	8-10	90	9-10		29					13
5	8-11	65-75	15		25	25		50

 

Снятие недоброкачественного никелевого покрытия осуществляют в  растворе такого же состава, как и для стальных деталей.

Химическое  никелирование алюминия. Химическое никелирование алюминия применяют для защиты от коррозии, повышения твердости, износостойкости, электропроводности, обеспечения пайки. Можно рекомендовать щелочной раствор (табл. 5).

Для прочного сцепления  химического никеля с алюминием необходимо сделать предварительную двойную цинкатную обработку алюминиевой поверхности

Первая обработка производится в течение 15—30 с при комнатной  температуре в растворе содержащем 95—105 г/л окиси цинка и 450—550 г/л  гидроксида натрия. После цинкатной обработки слой цинка снимается в растворе, содержащем 300—400 г/л азотной кислоты (плотность 1 4) в течение 15—20с при комнатной температуре, а затем производят повторную цинкатную обработку в том же растворе и по тому же режиму, что и первая.

Для алюминиевых сплавов марок Д1, Д16, АМц перед химическим никелированием на одном из заводов применяют следующую технологическую подготовку: травление в растворе, содержащем 100 г/л гидроксида натрия и 40 г/л хлористого натрия при 60 °С в течение 30 с, осветление в течение 5—10 с в 35 %-ном растворе азотной кислоты; матирование в течение 60 с в растворе, состоящем из 1 части по объему плавиковой кислоты и 2 частей по объему соляной кислоты, активирование в течение 60 с в 5 %-ном растворе соляной кислоты.

Химическое никелирование осуществляют в кислом растворе, содержащем 15 г/л уксуснокислого никеля, 10 г/л гипофосфита натрия, 6,2—6,5 мл/л 98%-ной уксусной кислоты, 0,02—0,03 г/л тиомочевины при температуре 90±2 °С. Плотность загрузки 2 дм²/л, скорость осаждения 10—12 мкм/ч, рН 4,1—4,3. Кроме того, химическое никелирование осуществляется и в щелочном растворе.

После никелирования  производят термическую обработку  в течение 1—2 ч при 200—220 ^оС для снятия внутренних напряжений. Удаление некачественного никелевого покрытия производят электрохимическим способом в растворе, содержащем 1070—1200 г/л серной кислоты и 8—10 г/л глицерина, при комнатной температуре, анодной плотности тока 5—10 А/дм², напряжении 12 В, катоды — свинцовые.

Химическое  никелирование магниевых сплавов. Магний и его сплавы относятся к наиболее легким и прочным металлам, поэтому химическое никелирование этих металлов находит большое применение в промышленности. Однако вследствие высокой химической активности магния и его сплавов при подготовке поверхностей изделий к нанесению покрытия возникают определенные трудности [39].

Так как при химическом никелировании одновременно протекают  два процесса (травление магния и  осаждение никеля), обычные растворы химического никелирования непригодны к использованию.

Перед химическим никелированием изделия из магниевых сплавов  травит в 20—30 % ном растворе гидроксида натрия. Состав химического никелирования  для  магниевых сплавов (г/л):

Никель сернокислый (кристаллогидрат)                             20

Гипофосфит аммония                                                         30

Пирофосфорнокислый натрий                     .                              50

Температура раствора, °С                                                    50—70

рН                                                                                   9—10

После химического никелирования изделия подвергают термической обработке при температуре 150—200^оС в течение 1ч.