Niklowanie

Niklowanie to zbiorczy termin określający różne procesy wytwarzania powłoki niklowej na przedmiotach głównie metalowych .

nieruchomości

Elementy obrabiane niklowane

Ze względu na swoje szczególne właściwości nikiel jest szczególnie odpowiedni jako metal powłokowy w wielu zastosowaniach. Nikiel jest odporny na powietrze , wodę , rozcieńczone kwasy i większość zasad , ale nie na kwas azotowy , stężony kwas solny i amoniak .

Generacja warstwy niklu

Warstwa niklu osadzana jest elektrolitycznie z wodnych roztworów zawierających sole niklu , tzw. Elektrolity niklowe . Elektrolity niklowe zwykle zawierają płytki niklowe lub granulki niklu jako anodę ; służą do uzupełniania jonów metali .

Efektywność procesu

Procesy osadzania niklu są znane od dawna i obecnie zostały znacznie zoptymalizowane. Większość elektrolitów niklowych osiąga sprawność > 98%, co oznacza, że ​​ponad 98% dostarczanej energii elektrycznej jest wykorzystywane do osadzania metalu. Pozostały prąd jest tracony w niepożądanych procesach elektrolitycznych, takich jak wydzielanie się wodoru.

Wygląd warstwy niklu

Powierzchnie niklowe nie są odporne na matowienie; oznacza to, że z czasem mogą pojawić się ciemne przebarwienia. Nikiel ma jasno srebrny kolor, ale różni się od powierzchni chromowanych charakterystycznym, lekko żółtawym odcieniem. Wygląd warstwy niklu w dużej mierze zależy od zachowania właściwych parametrów podczas galwanizacji. Dostawy połysku i dodatków, ale także zawartość jonów metali, a także temperatura i wartość pH muszą być utrzymywane w wąskich granicach. Odpowiednie parametry zależą od rodzaju elektrolitu.

Korpus podstawowy

Obiekty / korpusy / podłoża / materiały bazowe, które są niklowane często składają się / są ze stali , odlewanego ciśnieniowo cynku , mosiądzu lub aluminium , a rzadziej z innych metali, stopów lub tworzyw sztucznych .

Niklowanie galwaniczne

Powłoki niklowe należą do najważniejszych i najczęściej stosowanych powłok metalowych wytwarzanych metodą galwanizacji . W przypadku galwanicznego niklowania (patrz DIN EN 12540, zastąpiony przez DIN EN ISO 1456, grudzień 2009), przedmioty, które mają być niklowane, zanurza się w elektrolicie niklowym po odpowiedniej obróbce wstępnej i na powierzchnię nakłada się powłokę niklową. obiektu przez przyłożenie napięcia elektrycznego z.

Osadzanie niklu na katodzie jest uproszczone zgodnie z następującym schematem:

W rzeczywistości jednak procesy są bardziej skomplikowane, ponieważ jony niklu muszą najpierw zdjąć powłokę hydratacyjną, zanim zostaną zredukowane do niklu metalicznego .

Niklowanie galwaniczne jest dostępne w wielu wariantach:

Jasne niklowanie

Dzięki zastosowaniu specjalnych dodatków nabłyszczających do elektrolitu i ustaleniu określonych parametrów procesu, drobne nierówności na powierzchni surowych części są niwelowane i powstaje błyszcząca powierzchnia, która jest preferowana do zastosowań dekoracyjnych. Jasne powłoki niklowe są bardziej kruche niż matowe powłoki niklowe.

Niklowanie matowe

Jeśli używasz jasnego elektrolitu niklowego bez dodatków nabłyszczających, powłoki niklowe nie będą błyszczące, ale matowe. Matowy wygląd nie jest równy, a raczej nierówny. Aby uzyskać równomiernie matową powierzchnię, istnieją specjalne matowe elektrolity niklowe, które działają z drobno zdyspergowanymi roztworami lub z zawieszonymi ciałami stałymi.

Niklowanie w półpołysku

Elektrolity z półpołyskiem to elektrolity z połyskiem zawierające tylko niektóre dodatki nabłyszczające. Powłoki te nie są stosowane do celów dekoracyjnych, ale do poprawy ochrony antykorozyjnej w systemach wielowarstwowych.

Czarne niklowanie

Specjalne dodatki powodują osadzanie się powłoki w kolorze antracytowym na czarnym.

Niklowanie dyspersyjne

Do elektrolitu dodawane są drobne cząstki, które następnie osadzają się w powłoce niklowej. Jednym z najstarszych przykładów tych cząstek jest proszek diamentowy, powłoka niklowa tworzy doskonały pilnik do paznokci. Inne przykłady: korund, kwarc, węglik tytanu ...

Powłoki niklowe uzyskują szczególnie interesujące właściwości, gdy dodawane są cząsteczki wykonane z teflonu lub dwusiarczku molibdenu : powierzchnia ma wówczas bardzo efektywny i trwały efekt samosmarowania nawet bez oleju lub innych smarów.

Wielokrotne niklowanie

W przypadku podwójnego i potrójnego niklowania łączy się dwie lub trzy różne powłoki niklowe, na przykład nikiel pół-jasny i nikiel jasny. Na przykład w przypadku niklu typu sandwich stosuje się połączenie niklu-chromu-niklu-chromu.

Podwójny nikiel to w zasadzie warstwa bazowa wykonana z prostego niklu watów, a warstwa wierzchnia to jasny nikiel (np. Watowy nikiel z dodatkiem 6 g / l sacharyny jako rozjaśniacza i 5 mmol / l butenodiolu ). W rezultacie powstają warstwy o wysokim połysku i dobrych właściwościach antykorozyjnych. Podwójny nikiel jest alternatywą dla błyszczącego niklu chromowanego; jest prostszy technicznie, bardziej przyjazny dla środowiska (bez chromianów ), ale mniej odporny na korozję. Typowym zastosowaniem są proste nożyczki domowe: błyszczący nikiel ma bardzo dobry wygląd z umiarkowanymi wymaganiami dotyczącymi odporności na korozję.

Grube niklowanie

Starsze nazwy tego procesu to twarde lub ciężkie niklowanie. Osadzane są powłoki niklowe o grubości ok. 200 do 3000 µm. Dzięki temu procesowi można na przykład ponownie wykorzystać zużyte elementy. Grube niklowanie może w niektórych obszarach zastąpić twarde chromowanie .

Elektrolit niklowy Wattsa

Pierwsze elektrolity do osadzania niklu na bazie siarczanu niklu opisano od 1840 roku. Jednak te elektrolity nie nadawały się do wykańczania powierzchni . W 1916 roku Oliver Patterson Watts opisał mieszaninę znaną dziś jako elektrolit niklowy Watts lub elektrolit Wattsa, która jest oparta na większości dzisiejszych elektrolitów niklowych. Elektrolity firmy Watts zawierają około 60 g · l -1 niklu.

Składa się ona z:

Siarczan niklu Niso 4 · 6 H 2 O 240-310 g / l
Chlorek niklu (II) NiCl 2 · 6 H 2 O 20-50 g / l
Kwas borowy H 3 BO 3 20-40 g / l

Siarczan niklu jest głównym dostawcą metalu, chlorek niklu poprawia rozpuszczalność anody dzięki zawartości chlorków . Kwas borowy służy jako substancji buforowej , co oznacza, że utrzymuje się wartość pH w pewnym zakresie.

Sulfaminian niklu

Dalszym rozwojem elektrolitów Watts są elektrolity z amidosulfonianem niklu , ponieważ mogą one zawierać do 140 g · l- 1 niklu. Gęstość prądu 10 mA cm −2 odpowiada szybkości wzrostu niklu 0,205 μm min −1

Składa się z producenta Enthone / Polyclad :

Nikiel
(koncentrat siarczanu niklu z ok. 165 g l- 1 niklu) 		Ni 2+ 80 g l −1
Dodatek EL
(zawiera bromek niklu (II) ) 		NiBr 2 80 ml l −1
Kwas borowy H 3 BO 3 30 g / l
Dodatek K
( środek zwilżający ) 		5 ml l −1
Temperatura elektrolitu 40 ° C
PH elektrolitu 3.2
Gęstość prądu elektrycznego 1-20 mA · cm −2

Niklowanie chemiczne

Jednym z procesów redukcji jest bezprądowe niklowanie chemiczne. Przedmioty, które mają być niklowane, zanurza się w specjalnych elektrolitach, a powłoka niklowa jest osadzana na powierzchni przedmiotów bez przyłożenia napięcia elektrycznego. Chemiczne niklowanie charakteryzuje się jednakową grubością warstwy nawet na skomplikowanych częściach i na powierzchniach wewnętrznych. Powierzchnie charakteryzują się również bardzo dużą twardością, dobrą odpornością na ścieranie oraz doskonałą ochroną antykorozyjną. Chemiczne powłoki niklowe mogą być lutowane i (chociaż nikiel jest metalem ferromagnetycznym) nie są ferromagnetyczne .

Jasno błyszcząca powłoka niklowa jest stopem niklowo-fosforowym, który jest nakładany bez porów. Właściwości warstwy chemicznej powłoki niklowej zależą od czystości materiału podstawowego, obróbki wstępnej i grubości warstwy. Przeważnie stosuje się procesy, w których zawartość fosforu wynosi od 8,5 do 12%.

Ochrona przed korozją

Oprócz funkcji dekoracyjnej i technicznej powłoki niklowe służą również do ochrony przed korozją . Jednak w przypadku części ze stali niklowanej mechanizm ochrony przed korozją jest inny niż w przypadku części ze stali ocynkowanej : ze względu na swoje właściwości elektrochemiczne nikiel nie może pełnić funkcji anody protektorowej w porównaniu ze stalą . H. Skuteczną ochronę przed korozją zapewnia tylko szczelnie zamknięta powłoka niklowa. W przeciwnym razie pory i otwarte obszary szybko ulegną wżerowaniu . Aby wytworzyć całkowicie zamkniętą i szczelną dla porów powłokę z pojedynczą warstwą niklu, powłoka musiałaby mieć znaczną grubość 25 µm lub więcej, co wiąże się z wysokimi kosztami i wadami technicznymi. Z tych powodów powłoka niklowa jest rzadko stosowana jako pojedyncza powłoka, ale bardzo często jako część systemu wielowarstwowego. Przykłady powłok niklowych w układach wielowarstwowych:

  • Warstwa pośrednia miedź, warstwa zewnętrzna nikiel
  • Warstwa pośrednia miedź, warstwa wierzchnia nikiel, dodatkowa organiczna warstwa nawierzchniowa
  • Pierwsza warstwa pośrednia miedź, druga warstwa pośrednia nikiel, warstwa wierzchnia chrom

historia

  • W 1845 roku odkryto, że metaliczny nikiel można osadzać na drodze redukcji chemicznej.
  • OP Watts opracował potężny elektrolit w 1916 roku.
  • Aż do około 1930 roku części samochodowe były pokryte miedzią i górną warstwą niklu.
  • Ponieważ nikiel „matowieje” w warunkach środowiskowych, wielowarstwowy system Cu-Ni-Cr stopniowo zyskiwał akceptację.

posługiwać się

Jako dekoracyjna warstwa antykorozyjna, pomimo ryzyka uczulenia na nikiel, niklowanie jest nadal bardzo ważne, na przykład w przemyśle optycznym i przy okuciach meblowych.

W przypadku części mających kontakt z ciałem (sztuczna biżuteria, zamki błyskawiczne, guziki) nikiel został w dużej mierze zastąpiony innymi metalami lub stopami.

Zobacz też

Indywidualne dowody

  1. ↑ Thomas Fritz: Charakterystyka galwanicznie osadzonych warstw niklu i niklu wolframu do zastosowań mikrotechnicznych , rozprawa 2002
  2. ^ Hans Gut: Struktury procesu chemicznego niklowania , Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1993; doi : 10.1007 / 978-3-642-47870-3 Sekcja 2.1.

literatura

  • Friedrich Hartmann: Cynowanie, cynkowanie, niklowanie, stalowanie, powlekanie ołowiu i ogólnie powlekanie metali innymi metalami. Ilustracja praktycznych metod wytwarzania wszystkich powłok metalowych z cyny, cynku, ołowiu . (= Biblioteka chemiczno-techniczna ; tom 76). Hartleben, Wiedeń 1881. Ostatnio w 9. wydaniu, poprawione i uzupełnione przez Wolfganga Friedricha Hartmanna: Hartleben, Wiedeń i Lipsk 1931

linki internetowe