El niquelado químico (ENP) es una técnica que deposita una capa de níquel o su aleación sobre una sustancia mediante una reacción de reducción química autocatalítica. A diferencia del niquelado electrolítico, no requiere ninguna fuente de voltaje externa. El niquelado químico ha tenido un gran impacto en la industria en los últimos 50 años. La tendencia al alza de este proceso se puede estimar a partir de su valor de mercado, que alcanzó aproximadamente USD 2.80 millones en 2024 y se espera que alcance los USD 3.83 millones para 2033.
Contenido
¿Qué es el niquelado químico?
El niquelado químico ofrece resistencia a la corrosión y al desgaste de los componentes, incluso en condiciones adversas, expuestos a productos químicos y humedad. Por ello, se aplica ampliamente en diversas industrias, como la textil, la metalúrgica y la aeroespacial. Los agentes reductores más comunes son el hipofosfito, el borohidruro de sodio y el dimetilaminaborano.
Proceso de niquelado electrolítico
El niquelado químico químico es el más común. Se deposita mediante la reducción catalítica de iones de níquel con hipofosfito de sodio en un baño ácido con un pH de 4.5-5.0 a 85-95 °C.
1. Limpieza de superficies
En este paso se reduce la sustancia y se limpia con ayuda de agentes de limpieza ácidos o alcalinos.
2. Activación
Para que la deposición sea efectiva, se activa la superficie de materiales no metálicos o pasivados. Este paso:
- El grabado ácido se suele realizar para metales como el aluminio.
- La sensibilización y activación se realizan para no metales u óxidos utilizando cloruro estannoso (SnCl₂) y cloruro de paladio (PdCl₂).
3. Niquelado químico
La sustancia se sumerge en un baño de niquelado durante aproximadamente 15 a 60 minutos a 195 °F. En esta etapa, el hipofosfito presente en la solución de niquelado experimenta deshidrogenación catalítica en la superficie del metal catalítico, generando hidrógeno atómico [H] e iones de hidrógeno (H⁺), mientras se oxida a fosfito.
H₂PO₂⁻ + H₂O → HPO₃²⁻ + H⁺ + 2[A]
La reacción autocatalítica comienza con la galvanoplastia:
El proceso comienza con la adsorción de hipofosfito, lo que genera especies reactivas [H] que liberan electrones. Estos electrones reducen el Ni²⁺ a níquel metálico:
Ni²⁺ + 2[H] → Ni + 2H⁺
En la superficie del metal catalítico, parte del hipofosfito se reduce a fósforo elemental y entra en la capa de níquel, formando así una capa de aleación Ni-P.
H₂PO₂⁻ + H⁺ + [H] → P↓ + H₂O
4. Tratamiento posterior
Incluye el enjuague de los componentes con agua desionizada para eliminar los residuos químicos. En algunos casos, se aplica un tratamiento térmico a 300-400 °C para mejorar la dureza y la cristalinidad de la aleación de Ni-P.
Soluciones de niquelado químico
A continuación se muestran los baños de niquelado químico:
Baños de níquel y fósforo
Estos baños utilizan hipofosfito de sodio (H₂PO₂⁻) como agente reductor. A continuación, se muestra la composición del baño de niquelado químico de níquel-fósforo:
- Fuente de Ni²⁺ (de un complejo quelato de Ni²⁺)
- Agentes complejantes como ácido cítrico y EDTA (para controlar la concentración de Ni²⁺ libre)
- Estabilizadores y tampones para mantener la estabilidad del baño y el pH.
De base alcalina
Estos baños están formulados para sustratos no conductores, como los plásticos. Permiten una deposición uniforme tras la activación de la superficie.
Baño de níquel-boro
Una alternativa a los sistemas basados en fósforo, los baños de níquel-boro utilizan borohidruro o dimetilamina borano (DMAB) como agente reductor.
Estos recubrimientos ofrecen:
- Mayor dureza
- Buena resistencia al desgaste
- Buena conductividad y baja porosidad.
Tipos de niquelado químico
- Niquelado químico con bajo contenido de fósforo (2-5%): Proporcionar recubrimientos más duros y cristalinos.
- Niquelado químico de fósforo medio (6-9%): Ofrece equilibrio entre dureza y resistencia a la corrosión.
- Niquelado químico con alto contenido de fósforo (10-13%) :Este recubrimiento muestra una estructura amorfa y una excelente resistencia a la corrosión.
Propiedades del niquelado químico
Resistencia a la corrosión
ENP forma una matriz de níquel-fósforo altamente estable, que es altamente resistente a la corrosión.
No necesita alimentación eléctrica externa
En comparación con la galvanoplastia de níquel, el ENP no requiere energía eléctrica, aparatos eléctricos ni plantillas sofisticadas.
Dureza y Resistencia al Desgaste
El ENP presenta una excelente dureza y resistencia al desgaste. Presenta una dureza de aproximadamente 500-720 HK₁₀₀°. Esta dureza puede incrementarse hasta 850-950 HK₁₀₀° mediante tratamiento térmico, generalmente calentándolo a 400 °C durante una hora.
Espesor uniforme: El ENP permite producir un recubrimiento de espesor uniforme incluso en geometrías complejas. Suele tener un espesor de 12 a 25 micras.
Magnetismo
Las propiedades magnéticas del ENP dependen de la concentración de fósforo.
Adhesión
El niquelado químico garantiza una excelente adhesión cuando las superficies están correctamente tratadas. Su fuerza de adhesión suele estar entre 350 y 450 MPa.
Propiedades termales
El niquelado químico 8,100 30 mantiene la integridad y el rendimiento incluso a temperaturas elevadas. Normalmente, su temperatura máxima de funcionamiento es de ~200 °C, pero puede alcanzar los 400 °C tras el tratamiento térmico.
Solderabilidad
Los recubrimientos ENP, especialmente los de fósforo medio y bajo, se pueden soldar con una preparación mínima de la superficie. Su ángulo ideal de humectación de la soldadura es <40°.
Apariencia
Los recubrimientos ENP tienen un acabado brillante a semibrillante dependiendo de la química del baño y del contenido de fósforo.
Limitaciones del niquelado electrolítico
Mayor costo de los productos químicos
Una de las principales desventajas es el mayor coste de los productos químicos en comparación con los procesos de galvanoplastia tradicionales. La ENP suele ser costosa debido al uso de agentes reductores como el hipofosfito de sodio y a la necesidad de formulaciones de baño complejas.
Fragilidad
Debido a su alto contenido de fósforo, puede presentar mayor fragilidad. Esta fragilidad puede provocar grietas o delaminación bajo tensión mecánica.
Preocupaciones ambientales
Los residuos de ENP pueden contener iones de níquel y compuestos de fósforo que requieren un tratamiento adecuado para cumplir con las regulaciones ambientales.
Aplicaciones del niquelado electrolítico
El niquelado químico tiene una amplia gama de aplicaciones, incluida la industria de la pulvimetalurgia, el sector del petróleo y el gas y el campo automotriz.
Metalurgia de polvos
Piezas de pulvimetalurgia Contienen poros en su interior, que se infiltran fácilmente con soluciones ácidas, alcalinas y de recubrimiento químico durante el pre-recubrimiento y el proceso de recubrimiento químico, y posteriormente se corroen. Para obtener un recubrimiento de alta calidad en la superficie, es necesario realizar un tratamiento de sellado antes del recubrimiento.
Industria de petróleo y gas
En la industria del gas, el ENP se utiliza ampliamente en válvulas y componentes de control de flujo debido a su espesor uniforme y buena resistencia a la corrosión y al desgaste. En estas industrias, los componentes se enfrentan a entornos corrosivos y abrasivos agresivos.
Aeroespacial
En el sector aeroespacial, el ENP se utiliza para recubrir componentes que requieren tolerancias estrictas, resistencia al desgaste y protección contra la corrosión. Estos componentes incluyen actuadores, trenes de aterrizaje y sistemas hidráulicos.
Automóvil
Para mejorar la lubricidad y la resistencia al desgaste, el ENP se aplica a los sistemas de inyección de combustible, pistones, componentes de transmisión y sistemas de frenos.
Electrónicos
ENP proporciona una excelente soldabilidad y conductividad eléctrica, lo que lo hace adecuado para conectores y placas de circuitos impresos.
Textil y herramientas
El niquelado químico también se aplica en textiles; proporciona una mayor vida útil y una superficie lubricante y resistente al desgaste para las piezas textiles. Se aplica en rodillos, matrices, moldes y componentes de extrusión.
La siguiente tabla muestra la diferencia entre niquelado electrolítico y niquelado químico.
| Propiedad | Revestimiento de níquel no electrolítico | Níquel galvanizado |
|---|---|---|
| Método de deposición | Autocatalítico (no requiere corriente externa) | Electrolítico (requiere corriente eléctrica externa) |
| Uniformidad del recubrimiento | Excelente; espesor uniforme en geometrías complejas | Mala calidad en formas complejas; la acumulación de bordes es común |
| Contenido de fósforo | Contiene fósforo (niveles bajo, medio o alto) | Normalmente no contiene fósforo. |
| Dureza (tal como está chapada) | 500 a 720 HK100 | 150 a 400 HK100 |
| Dureza (tratada térmicamente) | 850 a 950 HK100 | Aumenta ligeramente |
| Resistencia a la Corrosión | Superior, especialmente en recubrimientos con alto contenido de fósforo | Moderado; necesita postratamiento para un alto rendimiento. |
| Propiedades magnéticas | Puede ser no magnético (alto contenido de fósforo) | Magnético |
| Acabado de la superficie | Suave, mate a semibrillante. | Brillante y reflectante |
| Mantenimiento del baño | Más complejo; requiere monitoreo químico | Mantenimiento más sencillo |
| Costo | Mayor costo de los productos químicos | Menores costos químicos y operativos |
| Adherencia al sustrato | Fuerte en aluminio y metales no ferrosos. | Bueno en superficies conductoras |
| Tasa de deposición | 7.5–20 μm/hora | ~25–75 μm/hora |
| Idoneidad de la aplicación | Precisión, resistencia a la corrosión, recubrimiento uniforme. | Recubrimientos decorativos de uso general |
Preguntas Frecuentes
1. ¿Qué es el niquelado químico AMS-C-26074?
AMS-C-26074 es una especificación de materiales aeroespaciales de SAE que define los requisitos para recubrimientos de níquel químico. Los requisitos incluyen espesor, dureza y contenido de fósforo, utilizados principalmente en aplicaciones aeroespaciales y militares.
2. ¿Cuál es el color del niquelado electrolítico?
El niquelado químico suele tener un color plateado metálico brillante. También presenta un ligero tono grisáceo o azulado según el contenido de fósforo.