Из-за высокого спроса на никелевое покрытие в различных отраслях промышленности, таких как декоративная, аэрокосмическая, электронная и телекоммуникационная, ежегодно наносится 150,000 2024 тонн гальванического никеля. Объем рынка гальванического никеля в 2.80 году составил около 3.83 млрд долларов США, и ожидается, что к 2033 году он увеличится до XNUMX млрд долларов США.
Что такое никелирование?
Никелирование — это метод, при котором слой никеля или его сплава наносится на другие материалы, такие как сталь, АБС, латунь, медь или нейлон. Этот метод направлен на улучшение механических и физических свойств поверхности различных компонентов. два основных метода: электролитическое никелирование и химическое никелирование.
История никелирования
Луиджи Бругнателли изобрел процесс гальванопокрытия в 19 веке. Первоначально он использовался для покрытия золотом или серебром для создания декоративных предметов и ювелирных изделий. Позднее Golding Bird разработал раствор сульфата никеля для гальванопокрытия медицинских инструментов. Со временем были созданы различные никелевые сплавы для гальванопокрытия, и сегодня гальванопокрытие никелем выполняется с использованием различных растворов на основе никеля, специально разработанных для удовлетворения потребностей конкретных компонентов и отраслей.
Что такое процесс никелирования?
Вот пошаговый процесс гальванопокрытия
- Очистка и обезжиривание поверхности: на этом этапе с поверхности металла удаляются все масла и окислы с помощью чистящих средств, часто с применением ультразвукового перемешивания.
- Активация кислотой и травление: Поверхность обрабатывается кислотами, такими как соляная кислота и серная кислота, чтобы удалить растворенные оксиды и активировать поверхность субстрата. При этом pH контролируется в пределах 3.5–4.5.
- Электролитическое осаждение никеля: в электролитической ячейке подложка (катод) и аноды из чистого никеля погружаются в раствор никеля, температура которого поддерживается в пределах 40–70 °C, обычно в ванну с сульфатом или сульфаматом никеля. Затем подается постоянный ток, заставляя ионы Ni²⁺ мигрировать и восстанавливаться на поверхности катода посредством реакции: Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni (s).
В результате образуется плотное, прочное никелевое покрытие.
- Последующая обработка: Здесь поверхность с покрытием промывается деионизированной водой для удаления остатков электролитов. Пассивация слоя выполняется путем обработки его азотной кислотой, что способствует образованию стабильного оксидного слоя, и, наконец, для сушки используется горячий воздух.
Меры контроля качества
- Измерение толщины покрытия: чтобы проверить, находится ли толщина покрытия в определенном диапазоне, используются такие методы, как рентгенофлуоресцентный анализ, магнитная индукция и вихревые токи.
- Испытание на адгезию: Для измерения прочности сцепления покрытия с поверхностью подложки проводятся такие испытания, как отслаивание, царапание и отрыв.
- Визуальный и оптический контроль: здесь микроскопы или 3D-сканеры обнаруживают дефекты, такие как трещины, раковины или неровности слоев.
- Испытание на коррозионную стойкость: чтобы проверить, насколько хорошо гальванический слой противостоит разрушению в суровых условиях, солевой туманПроводятся испытания на устойчивость к влажности и циклической коррозии.
Преимущества никелирования
Устойчивость к коррозии
Никелирование действует как барьер против влаги, химикатов и истирания, делая металл устойчивым к коррозии.
Проводимость
Поскольку никель является хорошим проводником при нанесении на поверхность компонентов, он повышает их проводимость. Разъемы и печатные платы, покрытые никелем, демонстрируют более эффективные электрические характеристики.
Визуальное Обращение
Никель обеспечивает блестящую или матовую отделку с ярким, полированным видом. Это свойство делает его идеальным для декоративных целей.
Прочность и износостойкость
Никелевое покрытие повышает твердость поверхности и износостойкость. Это свойство делает компоненты долговечными и идеальными для работы в тяжелых условиях.
Термостойкость
Никелирование обеспечивает повышенную устойчивость к нагреву, защищая компоненты от воздействия высоких температур.
маслянистость
Никелирование также может улучшить смазывающую способность поверхности детали, уменьшая трение и износ движущихся частей.
Виды никелирования
Электролитическое никелирование
Покрытие блестящим никелем
В основном используется для декоративной отделки из-за его высокого блеска и выравнивающих свойств. В этом типе никелирования органические добавки (носители и выравниватели) контролируют рост кристаллов никеля. Эти органические добавки повышают яркость и выравнивающие свойства покрытия.
Сатиновое никелирование
Сатиновое никелирование, также известное как перламутровая никелевая печать, представляет собой технологию, при которой гальваническое покрытие выполняется путем совместного осаждения частиц. При таком покрытии мелкие частицы, такие как кремний, внедряются в никель, что нарушает рост кристаллов для рассеивания света. Сатиновое никелирование широко используется на дверях, мебели и других изделиях, поскольку оно создает красивую сатиновую или полуглянцевую отделку.
Черное никелевое покрытие
Покрытие черным никелем обычно приводит к осаждению тонкого черного слоя толщиной около 0.2-1.0 мкм. Он показывает плохие свойства коррозионной стойкости и стойкости к истиранию. В этой технике используется смесь никеля и цинка вместе с соединениями серы. Он используется в декоративных целях и для уменьшения бликов в оптических и электронных компонентах.
Никелирование
Что такое химическое никелирование? Это химический процесс, который включает осаждение сплава никеля и фосфора на подложку. В этом процессе не требуется внешний ток цепи; он включает в себя самокаталитическую реакцию. Он делится на три типа в зависимости от состава фосфора:
Высокофосфорное химическое никелирование: этот тип химического никелирования содержит 10-12% фосфора. Его покрытие обеспечивает самую высокую коррозионную стойкость среди всех покрытий EN, особенно в кислых средах, хорошую пластичность и твердость около 45-57HRC
Средний фосфор: Химическое никелирование: Содержит 6-9% фосфора. Это широко используемый тип покрытия, который обеспечивает баланс между коррозионной стойкостью и износостойкостью.
Химический никель с низким содержанием фосфора: обеспечивает самую высокую твердость (58-62 HRC) и износостойкость среди типов химического никеля. Содержит 1-4% фосфора.
Что такое раствор для никелирования?
Этот раствор представляет собой химическую ванну, используемую в процессе гальванопокрытия для нанесения тонкого слоя никеля на подложку. Тип раствора и его параметры, такие как pH, температура и плотность тока, определяют качество и свойства никелевого покрытия.
Типы используемых электролитов
Раствор никеля Уоттса (на основе сульфата):
Большинство растворов для никелирования, особенно для декоративного покрытия, основаны на формуле «Уоттса», разработанной профессором Оливером П. Уоттсом.
Это смесь сульфата никеля (NiSO₄), хлорида никеля (NiCl₂) и борной кислоты (H₃BO₃).
| Компонент/Параметр | Значение |
|---|---|
| Сульфат никеля (NiSO₄·6H₂O) | 240 – 300 г/л |
| Хлорид никеля (NiCl₂·6H₂O) | 30 – 90 г/л |
| Борная кислота (H₃BO₃) | 30 – 45 г/л |
| Температура | 40 – 60 °С |
| pH | 3.5 – 4.5 |
| Катодная плотность тока | 2 – 7 А/дм² |
| Скорость осаждения | 25 – 85 мкм/ч |
Раствор сульфамата никеля
Он содержит раствор сульфамата никеля (Ni(NH₂SO₃)₂) и идеально подходит для получения толстых никелевых покрытий с низким напряжением и гладкой поверхностью.
| Компонент/Параметр | Типичный диапазон |
|---|---|
| Сульфамат никеля (Ni(NH₂SO₃)₂) | 300 – 450 г/л |
| Борная кислота (H₃BO₃) | 30 – 40 г/л |
| Температура | 40 – 60 °С |
| pH | 3.5 – 4.5 |
| Катодная плотность тока | 2 – 15 А/дм² |
Растворы на основе хлорида
Это модифицированные ванны типа Уоттса с более высокой концентрацией хлорида никеля (NiCl₂). Эти ванны обеспечивают лучшую проводимость, макроразбрасывающую способность и растворение анода. Они работают при температурах от 40 до 70°C.
Какие материалы можно никелировать?
Сталь: Никелирование стали повышает коррозионную стойкость, твердость и прочность, что делает ее идеальной для использования в машиностроении.
Цинк и цинковые сплавы: никель повышает долговечность и коррозионную стойкость цинка, что делает его пригодным для использования в промышленных товарах и автомобильной промышленности.
Медь: Покрытие меди никелем обеспечивает более эффективную проводимость, что позволяет использовать ее в производстве разъемов, клемм и проводов.
Алюминий: хотя перед никелированием требуется предварительная обработка, в результате никелирования повышается прочность и долговечность его поверхности.
Латунь: Никелирование латуни обеспечивает повышенную прочность, коррозионную стойкость и полированный вид. Часто используется в декоративных элементах и электрических разъемах.
Для чего используется никелирование?
Детали порошковой металлургии
Износ и коррозия являются распространенными проблемами детали порошковой металлургии, поскольку их взаимосвязанная пористость способствует коррозии внутри пор, ограничивая их потенциальное применение. Никелирование может эффективно повысить коррозионную стойкость и улучшить качество поверхности.
При электроосаждении никеля необходимо заполнять поры в деталях, изготовленных методом порошковой металлургии, а при химическом никелировании этого не требуется.
Автомобильная промышленность:
Никелирование используется для покрытия деталей автомобиля, таких как компоненты двигателя, топливные системы и детали отделки, поскольку оно обеспечивает защиту компонентов от коррозии и износа.
Аэрокосмическая индустрия
Применяется для аэрокосмических компонентов, таких как лопатки турбин, шестерни и шасси. Обеспечивает отличную защиту от коррозии, износостойкость и эрозионную стойкость, а также адгезию и твердость.
Электроника
Благодаря высокой паяемости и коррозионной стойкости никелирование применяется на разъемах, переключателях и контактах.
Мед
Поскольку никелевое покрытие обеспечивает износостойкость, коррозионную стойкость и биосовместимость поверхности компонентов, его используют в медицинских приборах. Это обеспечивает долговечность и надежность приборов, контактирующих с телом человека.
FAQ
1. Что такое цинк-никелирование?
Это коррозионно-стойкий процесс гальванопокрытия, при котором на подложку наносится никель-цинковый сплав. Он обеспечивает улучшенную защиту от коррозии по сравнению с традиционными цинкование.
2. Что такое никель-хромовое покрытие?
Двухслойный процесс гальванопокрытия, при котором сначала наносится слой никеля, а затем тонкий слой хрома. Он не только обеспечивает высокую коррозионную стойкость и долговечность, но и отражающую, блестящую отделку.
3. Какого цвета никелирование?
Обычно имеет серебристо-белый цвет. Его цвет может варьироваться в зависимости от типа и используемых добавок.