Отчёт по практике в ОАО "Радиоприбор"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Никелевое покрытие.

1. Характеристика никелевого покрытия

Никелевые  покрытия  применяют  в  различных  отраслях.   промышленности.   Широкое использование никеля в гальванотехнике объясняется его физико-химическими и химическими свойствами. Никель – серебристо-белый металл с сильным блеском, имеет атомную массу 58,7; его отражательная способность в видимой части спектра 58 – 62%, плотность – 8900кг/м³, температура плавления 1452˚С. Электрохимический эквивалент 1,095 Г/мм² .Твердость матовых осадков никеля 150-250 кГ/мм², блестящих-500-550 кГ/мм². По отношению к воде и воздуху при обычной температуре, очень устойчив. При наличии в атмосфере различных газовых загрязнений, в частности SO2 и SO3, наблюдается быстрое потускнение, а затем и коррозия никеля. На никелевой жести при нагревании на воздухе появляются цвета побежалости вследствие образования тонкой твердой эластичной плёнки NiO. Никелевые покрытия наносят на Fe, Cu, Ti, Al, Be, W и другие металлы, и их сплавы.

Никель устойчив в  естественной, дистиллированной и движущейся воде. В морской стоячей воде никель быстро корродирует. В разбавленных кислотах H₂SO₄ и НС1 он растворяется медленнее железа. Легко растворяется в разбавленной азотной кислоте, концентрированная HNO₃ пассивирует никель. С азотом никель не реагирует даже при высоких температурах (до 1400 °С). В щелочных растворах  никель устойчив, органические кислоты действуют на него лишь при длительном соприкосновении.  Никель не разрушает витамины, не ядовит.

Недостатком никеля является способность поглощать большое  количество газов, что ухудшает его механические свойства. Взаимодействие с кислородом начинается лишь при температуре 500 °С.

Стандартный потенциал никеля 0,25 В. Во всех средах никель является по отношению к железу катодным покрытием, поэтому основное условие для обеспечения защиты железа от воздействия внешней среды — беспористость никелевых покрытий. Чем меньше слой никеля, тем больше пористость. Толщина слоя никеля, при которой покрытие становится  практически беспористым, 25—30 мкм. Для уменьшения толщины слоя никеля, так как он относится к дорогостоящим и дефицитным металлам, его наносят на медный подслой. При отсутствии цианидных электролитов иногда наносят тонкий слой никеля, а затем — слой меди. Такая комбинация обеспечивает более надежную защиту стали от коррозии, чем покрытия из чистого никеля такой же толщины. Объясняется это также тем, что образование сквозных пор, доходящих до основного металла, в случае двухслойного покрытия менее вероятно.

Коррозионное воздействие  среды, определяемое условиями эксплуатации изделий, является одним из важнейших факторов, обусловливающих выбор покрытий. Условия эксплуатации в соответствии с ГОСТ 14007-68 в зависимости от коррозионной агрессивности среды (степени загрязнения воздуха, коррозионно-активными агентами, температуры окружающей среды и других климатических факторов) классифицируют по группам: лёгкая – Л(1), средняя – С(2), жёсткая – Ж(3), очень жёсткая – ОЖ(4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    Таблица 1. Классификация деталей по группам сложности.

 

Группа сложности	Характеристика	Представители
1	Детали простой геометрической формы, плоские и кольцеобразные без резьбы	Пластины, накладки шайбы, упоры, кольца.
2	Детали сложной геометрической формы, не имеющие трудно промываемых участков.	Рельефные детали со сквозными отверстиями и резьбой, скобы, болты.
3	Детали, имеющие труднодоступные  промывочные участки, в которых могут содержаться электролиты.	Детали с глухими отверстиями, стаканы, детали с глухой резьбой и т.д.

 

При никелировании деталей, изготовленных из меди и ее сплавов и  эксплуатируемых в легких, средних и жестких условиях, рекомендуется толщина слоя никеля соответственно 3,6 и 9 мкм.  

 

2.2.Требования к покрытию

К никелевым покрытиям  предъявляются следующие требования. По внешнему виду – цвет от белого до серебристо-серого. В результате хранения никелированных деталей допускается потускнение поверхности.  Темно-желтый или коричневый цвет не допускается. 

Покрытие должно быть блестящим, гладким, равномерным по толщине в пределах допуска по всей поверхности. Не допускается наличие дендритов, вздутий, отслаивания.

Покрытие должно быть равномерным по толщине, сплошным, не пористым. Эти параметры контролируются при контроле качества покрытия после  его нанесения.

 

 

2.3.Электролиты для нанесения никелевого покрытия

2.3.1.Обзор электролитов никелирования

        Для никелирования применяют сульфатные, хлоридные, сульфаматные, борфторидные, кремнефторидные и другие электролиты.

       Электролиты  никелирования содержат три основных  компонента: соль никеля, являющуюся источником ионов осаждающегося на катоде металла; соли, способствующие повышению электропроводности растворов и депассивации никелевых анодов; буферные соединения, поддерживающие кислотность раствора на определенном уровне. В электролиты никелирования вводят специальные добавки, которые повышают растворимость анодов, предупреждают образование шлама, повышают твердость и уменьшают пористость осадков.

         Наибольшее распространение в  промышленности получили сульфатные  электролиты. Разработано большое количество составов и режимов осаждения, позволяющих получать осадки никеля с различными физико-химическими   свойствами. Катодный выход по току порядка 90-100%.

На заводе ОАО "Радиоприбор" используется сернокислый электролит никелирования, данный процесс с использованием этого электролита был ввидён в 1978 году и используется по сей день.

 

 

 

 

2.3.2. Выбор электролита никелирования

       Блестящее  никелирование сокращает расход  никеля и устраняет опасность  прополировывания покрытия на  кромках и ребрах изделия Электролиты для блестящего никелирования, помимо основных компонентов — сульфата  никеля,   борной кислоты и хлоридов—должны содержать специальные добавки (блескообразователи), которые коренным образом меняют процесс электрокристаллизации никеля, позволяя получать его блестящим в слоях достаточной толщины поверх блестящей и матовой поверхности. Ввод блескообразователей дают лучший эффект при повышенной   плотности   тока,    в    связи   с   чем    основные компоненты также вводятся в повышенной концентрации, а именно содержание никеля доводят до 60—100 г/л, хлоридов не менее  10 г/л, а в некоторых случаях до 68 г/л. Борная кислота должна быть введена в количестве, не меньше 38 г/л. При таких условиях предупреждается легкий загар  на участках с повышенной плотностью тока. Высокая концентрация борной кислоты благоприятствует получению пластичных и хорошо сцепленных покрытий.

          По одной из принятых классификаций блескообразующие добавки делятся на два класса: первый — слабые блескообразователи, второй — сильные блескообразователи.

Слабые блескообразователи позволяют получать блестящие покрытия только на полированной поверхности, их блеск обратно пропорционален толщине. Они не влияют на катодную поляризацию. К ним относятся уротропин, паратолуолсульфамид, сахарин,  хлорамин Б и др.

Сильные блескообразователи способствуют получению блеска не только на полированной, но и на матовой поверхности, причем блеск не зависит от толщины покрытий. Они повышают катодную поляризацию и выравнивают микрорельеф, но ухудшают механические свойства осадков. К ним относятся кумарин, тиомочевина, 1,4-бутиндиол и др.

       При  совместном действии добавок  1-го и 2-го классов осадки  получаются пластичными с равномерным  блеском. Блескообразователи 1-го класса являются в таких случаях пластичными добавками. Для реализации их положительных свойств важна такая комбинация блескообразователей, при которой добавки 2-го класса не подавляют адсорбции на катоде добавок 1-го класса.      

        Следует отметить, что большинство блескообразующих и смачивающих   добавок   являются   сульфосоединениями.   Во   время электроосаждения в результате ряда превращений образуется сульфамид никеля. Содержание серы в осадках неблагоприятно сказывается на механических и коррозионных свойствах осадков.

          На свойства никелевых покрытий  влияет также режим работы. Увеличение  температуры и плотности тока  в заданных пределах способствует  уменьшению внутреннего напряжения  и увеличению блеска покрытий. Оптимальной считается температура 50—60 °С. Все электролиты требуют перемешивания, непрерывного фильтрования  и  селективной  очистки.

          Электроосаждение никеля из растворов простых солей имеет ряд особенностей по сравнению с другими металлами. Разряд ионов металла протекает при высокой катодной поляризации и низком перенапряжении водорода,  что создает определенные трудности,  так  как  на  катоде одновременно  с  металлом  выделяется  водород:

                                       Ni²⁺+mH₂O + 2е -> Ni + nН₂О;

          Ионы никеля в электролите  окружены оболочкой из дипольных  молекул воды. В двойном электрическом  слое часть молекул воды отрывается. Дегидратация последних молекул  воды требует затрат энергии,  что проявляется ростом перенапряжения, называемого химической поляризацией. При этом равновесный потенциал никеля даже при малых плотностях тока становится отрицательным. При низких значениях рН (ниже 1—2) никель почти не осаждается и на катоде выделяется водород. По мере увеличения рН потенциал выделения водорода становится более отрицательным и на катоде создаются условия для совместного выделения водорода и никеля. При этом доля выделения водорода тем меньше, чем выше рН. При высоких значениях рН вести осаждение, никеля нельзя, так как начинается гидролиз. Продукты гидролиза (оксид и гидроксид никеля), внедряясь в покрытие, способствуют удержанию пузырьков водорода на поверхности катода, поэтому осажденный никель становится пористым, шероховатым и темным. При очень высоких значениях рН невооруженным глазом можно заметить на деталях зеленый осадок нерастворимых солей  никеля.

          Для никелирования характерно  явление, называемое питтингом.  Пузырьки газообразного водорода  задерживаются на катодной поверхности, и в этих местах становится невозможным дальнейший разряд никеля. Никель начинает разряжаться около пузырьков. На покрытии возникают поры, и оно теряет защитные и декоративные свойства Прилипанию пузырьков к катоду способствуют все вещества, которые увеличивают поверхностное натяжение. Сильное влияние могут оказать гидроксиды и органические соединения, а также продукты их разложения и даже пыль.

          Наиболее эффективно использование  в качестве анодов плоских  рам из полосового титана со  стенками из перфорированной  пластмассы. В такие рамы помещают кусочки никеля, что позволяет увеличить активную поверхность анодов и способствует их более полному использованию. Все аноды, в том числе и рамы, следует помещать в чехлы из ткани «хлорин» или «бельтинг», предварительно обработанные в 2—10 %-ном растворе НС1; аноды предварительно следует зачистить стальными щетками от шлама.

 

 

 

 

 

 

 

2.2.3.Приготовление электролита никелирования

Для нанесения никелевого покрытия на медные детали на заводе ОАО "Радиоприбор" используется электролит следующего состава:

Никель сернокислый   66 г/л

Никель хлористый   12 г/л

Кислота борная             40 г/л

Температура процесса            55-60ºС

Катодная плотность тока   3 А/дм²

Выход по току    95-98%

рН                                                       4,4-4,8 

 

В емкости для приготовления  электролита при постоянном перемешивании  полностью растворяют следующие  компоненты в указанной последовательности: борная кислота, сульфат никеля, хлорид никеля. Затем вмешивают 0,4кг активированного угля в виде порошка, типа N, на 100л приготовляемого электролита. Минимум через 30 минут раствор фильтруют в рабочую ванну и доливают обессоленной воды до нужного объема. Если рН ниже 4,0 то его доводят до заданного путем простой проработки приблезительно при 3А/дм². Затем в ванну никелирования вводят  необходимое количество добавок и перемешивают. Добавки следующего типа:

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.  Добавки.

Название добавки	Функция	Количество, г/л
RADO-57M	Основная блескообразующая добавка	3
Формальдегид	Улучшает глянец	0,2
Glanzusatz	Улучшает рассеивающую способность	0,35
Netzmittel / PAT-959/ACE	Смачивающее средство против пористости и питтинга.	1

 

 

 

2.2.4. Аноды

 

Электролитный никель в  анодных корзинах из титана. При  применении титановых анодных корзин следить за тем, чтобы напряжение не превышало 10В, иначе повредиться титан. Никелевые аноды или анодные корзины следует обернуть в мешочки из полипропиленовой ткани. При работе с S-никелем требуется 2 анодных мешочка на корзину, чтобы избежать шероховатости поверхности из-за попадания механического загрязнения.