A causa dell'elevata domanda di nichelatura in vari settori, come quello decorativo, aerospaziale, elettronico e delle telecomunicazioni, ogni anno vengono depositate 150,000 tonnellate di nichel elettroplaccato. Il valore del mercato della nichelatura elettroplaccata nel 2024 era di circa 2.80 miliardi di dollari e si prevede che raggiungerà i 3.83 miliardi di dollari entro il 2033.
Contenuti
Cos'è la nichelatura?
La nichelatura è una tecnica in cui uno strato di nichel o di una sua lega viene depositato su altri materiali come acciaio, ABS, ottone, rame o nylon. Questa tecnica mira a migliorare le proprietà meccaniche e fisiche della superficie di vari componenti. Esistono due metodi principali: la nichelatura elettrolitica e la nichelatura chimica.
Storia della nichelatura
Luigi Brugnatelli inventò il processo di galvanoplastica nel XIX secolo. Inizialmente, veniva utilizzato per placcare oro o argento per creare oggetti decorativi e gioielli. Successivamente, Golding Bird sviluppò una soluzione di solfato di nichel per la galvanoplastica di strumenti medicali. Nel corso del tempo, furono create diverse leghe di nichel per la galvanoplastica e oggi la galvanoplastica al nichel viene eseguita utilizzando diverse soluzioni a base di nichel, studiate appositamente per soddisfare le esigenze di componenti e settori specifici.
In cosa consiste il processo di nichelatura?
Ecco il processo di galvanica passo dopo passo
- Pulizia e sgrassaggio delle superfici: in questa fase, l'olio e gli ossidi vengono rimossi dalla superficie del metallo utilizzando agenti pulenti spesso coadiuvati dall'agitazione ultrasonica.
- Attivazione acida e decapaggio: la superficie viene trattata con acidi come acido cloridrico e acido solforico per rimuovere gli ossidi disciolti e attivare la superficie del substrato. In questo caso, il pH viene mantenuto tra 3.5 e 4.5.
- Deposizione elettrolitica di nichel: in una cella elettrolitica, il substrato (catodo) e gli anodi di nichel puro vengono immersi in una soluzione di nichel la cui temperatura viene mantenuta tra 40 e 70 °C, solitamente un bagno di solfato o solfammato di nichel. Viene applicata una corrente continua, che provoca la migrazione degli ioni Ni²⁺ e la loro riduzione sulla superficie del catodo attraverso la reazione: Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni(s).
Ciò determina la formazione di uno strato di nichel denso e aderente.
- Post-trattamento: in questo caso, la superficie rivestita viene risciacquata con acqua deionizzata per rimuovere eventuali elettroliti residui. La passivazione dello strato avviene trattandolo con acido nitrico, che contribuisce a sviluppare uno strato di ossido stabile, e infine, l'asciugatura avviene tramite aria calda.
Misure di controllo della qualità
- Misurazione dello spessore del rivestimento: per verificare se lo spessore del rivestimento rientra in un intervallo specifico o meno vengono utilizzate alcune tecniche come XRF, induzione magnetica e correnti parassite
- Test di adesione: per misurare la forza di adesione del rivestimento alla superficie del substrato vengono eseguiti test di distacco, graffiatura e strappo.
- Ispezione visiva e ottica: in questo caso, microscopi o scanner 3D rilevano difetti come crepe, vaiolature o strati irregolari.
- Test di resistenza alla corrosione: per verificare quanto bene lo strato elettroplaccato resiste alla degradazione in condizioni difficili, test di nebbia salinavengono eseguiti test di umidità e test di corrosione ciclica.
Vantaggi della nichelatura
Resistenza alla corrosione
La nichelatura agisce come una barriera contro umidità, sostanze chimiche e abrasione, rendendo il metallo resistente alla corrosione.
Conducibilità
Poiché il nichel è un buon conduttore quando placcato sulla superficie dei componenti, ne migliora la conduttività. I connettori e i circuiti stampati placcati in nichel mostrano prestazioni elettriche più efficaci.
Appello visivo
Il nichel offre una finitura lucida o opaca con un aspetto brillante e levigato. Questa proprietà lo rende ideale per scopi decorativi.
Durata e resistenza all'usura
Il rivestimento in nichel aumenta la durezza superficiale e la resistenza all'usura. Questa proprietà rende i componenti durevoli e ideali per l'uso in condizioni difficili.
Resistenza al calore
La nichelatura garantisce una maggiore resistenza al calore, proteggendo i componenti dagli ambienti ad alte temperature.
Lubricità
La nichelatura può anche migliorare la lubrificazione della superficie di un componente, riducendo l'attrito e l'usura nelle parti mobili.
Tipi di nichelatura
Nichelatura elettrolitica
Nichelatura lucida
Viene utilizzato principalmente per finiture decorative grazie alla sua elevata lucentezza e alle sue proprietà livellanti. In questo tipo di nichelatura, gli additivi organici (veicolanti e livellanti) controllano la crescita dei cristalli di nichel. Questi additivi organici migliorano la brillantezza e le proprietà livellanti del rivestimento.
Placcatura in nichel satinato
La nichelatura satinata, nota anche come stampaggio al nichel perlato, è una tecnica in cui la galvanica viene eseguita per codeposizione di particelle. In questa placcatura, particelle fini come la silice vengono incorporate nel nichel, interrompendo la crescita dei cristalli e diffondendo la luce. La nichelatura satinata è ampiamente utilizzata su porte, mobili e altri accessori perché produce una splendida finitura satinata o semilucida.
Placcatura in nichel nero
La nichelatura nera si traduce tipicamente nella deposizione di un sottile strato nero di circa 0.2-1.0 µm di spessore. Presenta scarse proprietà di resistenza alla corrosione e all'abrasione. In questa tecnica, viene utilizzata una miscela di nichel e zinco, insieme a composti di zolfo. Viene utilizzata per scopi decorativi e per ridurre l'abbagliamento nei componenti ottici ed elettronici.
Nichelatura chimica
Cosa è nichelatura chimica? Si tratta di un processo chimico che prevede la deposizione di una lega nichel-fosforo su un substrato. In questo processo non è necessaria alcuna corrente di circuito esterna; si tratta di una reazione autocatalitica. Si divide in tre tipologie a seconda della composizione del fosforo:
Nichelatura chimica ad alto contenuto di fosforo: questo tipo di nichelatura chimica contiene il 10-12% di fosforo. Il suo rivestimento offre la più alta resistenza alla corrosione tra tutti i depositi EN, soprattutto in ambienti acidi, una buona duttilità e una durezza di circa 45-57 HRC.
Medio fosforo: nichelatura chimica: contiene dal 6 al 9% di fosforo. È un tipo di placcatura ampiamente utilizzato che bilancia resistenza alla corrosione e all'usura.
Nichel chimico a basso contenuto di fosforo: offre la più elevata durezza (58-62 HRC) e resistenza all'usura tra i tipi di nichel chimico. Contiene dall'1 al 4% di fosforo.
Che cosa è una soluzione di nichelatura?
Questa soluzione è un bagno chimico utilizzato nel processo di galvanica per depositare un sottile strato di nichel su un substrato. Il tipo di soluzione e i suoi parametri, come pH, temperatura e densità di corrente, determinano la qualità e le proprietà del rivestimento di nichel.
Tipi di elettroliti utilizzati
Soluzione di nichel Watts (a base di solfato):
La maggior parte delle soluzioni di nichelatura, in particolare per la placcatura decorativa, si basano sulla formula “Watts” sviluppata dal professor Oliver P. Watts.
È una miscela di solfato di nichel (NiSO₄), cloruro di nichel (NiCl₂) e acido borico (H₃BO₃).
| Componente / Parametro | Valore |
|---|---|
| Solfato di nichel (NiSO₄·6H₂O) | 240 – 300 g/L |
| Cloruro di nichel (NiCl₂·6H₂O) | 30 – 90 g/L |
| Acido borico (H₃BO₃) | 30 – 45 g/L |
| Temperatura | 40 – 60 °C |
| pH | 3.5 - 4.5 |
| Densità di corrente catodica | 2 – 7 A/dm² |
| Tasso di deposito | 25 – 85 µm/h |
Soluzione di nichel solfammato
Contiene una soluzione di solfammato di nichel (Ni(NH₂SO₃)₂) ed è ideale per produrre rivestimenti di nichel spessi e poco sollecitati con finiture lisce.
| Componente/Parametro | Gamma tipica |
|---|---|
| Solfamato di nichel (Ni(NH₂SO₃)₂) | 300 – 450 g/L |
| Acido borico (H₃BO₃) | 30 – 40 g/L |
| Temperatura | 40 – 60 °C |
| pH | 3.5 - 4.5 |
| Densità di corrente catodica | 2 – 15 A/dm² |
Soluzioni a base di cloruro
Si tratta di bagni di tipo Watts modificati con concentrazioni più elevate di cloruro di nichel (NiCl₂). Questi bagni offrono una migliore conduttività, un maggiore potere di macro-getto e una migliore dissoluzione dell'anodo. Operano a temperature comprese tra 40 e 70 °C.
Quali materiali possono essere nichelati?
Acciaio: la nichelatura dell'acciaio ne migliora la resistenza alla corrosione, la durezza e la resistenza, rendendolo ideale per l'impiego in applicazioni ingegneristiche.
Zinco e leghe di zinco: il nichel aumenta la durevolezza e la resistenza alla corrosione dello zinco, rendendolo adatto ai prodotti industriali e ai veicoli.
Rame: la placcatura del rame con un rivestimento in nichel garantisce una conduzione più efficace, il che ne consente l'impiego nella produzione di connettori, terminali e cablaggi.
Alluminio: sebbene necessiti di un pretrattamento prima della nichelatura, la placcatura ne aumenta la resistenza superficiale e la durata.
Ottone: la nichelatura dell'ottone offre maggiore durata, resistenza alla corrosione e un aspetto lucido. Viene spesso utilizzata in oggetti decorativi e connettori elettrici.
A cosa serve la nichelatura?
Parti di metallurgia delle polveri
L'usura e la corrosione sono problemi comuni con parti di metallurgia delle polveri, poiché la loro porosità interconnessa favorisce la corrosione all'interno dei pori, limitandone le potenziali applicazioni. La nichelatura galvanica può migliorare efficacemente la resistenza alla corrosione e la finitura superficiale.
La nichelatura galvanica richiede che i pori delle parti in metallo prezioso vengano riempiti, cosa che non avviene con la nichelatura chimica.
Industria automobilistica
La nichelatura viene utilizzata per rivestire componenti automobilistici come componenti del motore, sistemi di alimentazione e parti di finitura, perché offre protezione contro la corrosione e l'usura.
Aeronautico
Viene applicato a componenti aerospaziali come pale di turbine, ingranaggi e carrelli di atterraggio. Offre un'eccellente protezione dalla corrosione, resistenza all'usura e all'erosione, nonché adesione e durezza.
Elettronica
Grazie all'elevata saldabilità e resistenza alla corrosione, la nichelatura viene utilizzata su connettori, interruttori e contatti.
Medicale
Poiché la nichelatura offre resistenza all'usura, alla corrosione e biocompatibilità alla superficie dei componenti, viene utilizzata nei dispositivi medici. Ciò garantisce la longevità e l'affidabilità dei dispositivi a contatto con il corpo umano.
FAQ
1. Che cos'è la placcatura in zinco-nichel?
Si tratta di un processo di galvanizzazione resistente alla corrosione in cui una lega di nichel-zinco viene depositata su un substrato. Offre una protezione dalla corrosione migliore rispetto ai processi tradizionali. zincatura.
2. Che cos'è la nichelcromatura?
Un processo di galvanizzazione a doppio strato in cui viene applicato prima uno strato di nichel, seguito da un sottile strato di cromo. Oltre a garantire elevata resistenza alla corrosione e durevolezza, offre anche una finitura riflettente e lucida.
3. Di che colore è la nichelatura?
Di solito è di colore bianco-argenteo. Il suo colore può variare con variazioni di brillantezza a seconda del tipo e degli additivi utilizzati.