Pokovování bez elektrolytického niklu: Kompletní technický průvodce

Bezelektrické niklování lze považovat za jeden z nejpřesnějších, nejuniverzálnějších a nejspolehlivějších procesů v oblasti povrchového inženýrství a zušlechťování kovů, který umožňuje zlepšit povrchové vlastnosti mnoha materiálů. Na rozdíl od běžného galvanického pokovování nepotřebuje vnější elektrický proud. Místo toho závisí na řízené chemické reakci, která na povrch rovnoměrně nanese rovnoměrný film niklu a fosforu nebo niklu a boru jejich slitinou. Tento proces zajišťuje nejlepší odolnost proti korozi, faktor opotřebení a konzistentní tloušťku i u složitých tvarů.

Výrobci, konstruktéři a designéři často volí bezelektrické povlakování namísto jiných povlakovacích postupů kvůli jeho výkonnostním a kosmetickým výhodám. Bez ohledu na to, zda se jedná o letecký průmysl, automobilové díly, formy nebo průmyslové stroje, poskytuje tento proces opakovatelné výsledky schopné prodloužit životnost součásti a snížit náklady na její údržbu.

V tomto výukovém kurzu se budeme zabývat zákoutími bezelektrického niklování, jeho pozitivními vlastnostmi, použitím, souvisejícími kroky a porovnáním s jinými procesy, jako je niklování, tvrdé eloxování. hliníkový odliteka niklchromování používané v současné výrobě.

Co je bezniklové niklování?

Bezelektrické niklování znamená nanášení slitiny niklu na kovový nebo nekovový povrch, protože dochází k autokatalytické reakci. Chemická lázeň obsahuje soli niklu a redukční činidlo, obvykle hypofosforečnan sodný, které přemění ionty niklu na kov a ty jsou schopny přilnout k podkladu.

Na rozdíl od procesu galvanického pokovování zvaného niklování, kde se nikl musí nanášet pomocí elektrického proudu, u bezniklového niklu proces nepotřebuje žádný vnější zdroj energie. Výsledkem je rovnoměrná tloušťka povlaku i v zapuštěných částech, závitech nebo vnitřních dutinách. Výsledkem je neporézní, tvrdý povrch a odolnost proti korozi se uplatní v náročných průmyslových podmínkách.

Hlavní výhody niklování bez elektrolytického pokovování

1. Rovnoměrná tloušťka nátěru

Usazování je stejné bez ohledu na tvar nebo složitost dílu.

2. Lepší korozní vlastnosti

Vrstva slitiny niklu a fosforu poskytuje vynikající ochranu proti oxidaci a působení chemických látek.

3. Lepší tvrdost a opotřebení

Po tepelném zpracování může elektrolytický nikl dosáhnout tvrdosti velmi podobné tvrdému chromu.

4. Rozměrová přesnost

Rovnoměrnost tloušťky je malá, a proto je použitelná v přesných strojírenských aplikacích.

5. Schopnost kompatibility s jinými materiály

Lze jej použít na ocel, měď, hliník, mosaz a musí být použit na některé plasty pouze s malou přípravou povrchu. 

Typy elektrolytického niklování

Bezelektrické niklování se běžně klasifikuje podle množství fosforu ve slitině niklu a fosforu. Každý typ má různé požadavky na tvrdost, odolnost proti korozi a opotřebení, a proto se hodí pro jednotlivé aplikace.

1. Nízkofosforové elektrolytické niklování (2 až 5 % fosforu)

• Vlastnosti: Nejtěžší ze všech typů, odolné proti opotřebení a s vysokým koeficientem nízkého tření.
• Odolnost proti korozi: Tento materiál lze použít pouze v místech s omezeným působením faktorů, které podporují rychlou korozi.
• Aplikace: Hydraulické součásti, formy, přesné strojírenské součásti, kde je důležitá tvrdost.

2. Med-Phos Elektrolytické niklování (6-9 % fosforu)

• Vlastnosti: Mírné vlastnosti, dobrá tvrdost, ochrana proti opotřebení a korozi.
• Odolnost proti korozi: Tento kov je použitelný v prostředí s nízkými a středně vysokými nároky na prostředí.
• Aplikace: Automobilové díly, letecký hardware a aplikace a obecné strojírenské komponenty.

3. Elektrolytické niklování s vysokým obsahem fosforu (10 13 % fosforu)

• Vlastnosti: Silně nekoroduje ve zvláště kyselém nebo mořském prostředí, má hladší, latexovější povrch a je tvárnější.
• Tvrdost: Ani jeden není tak tvrdý jako povlaky s nízkým obsahem fosforu, ačkoli tepelné zpracování může tvrdost zvýšit.
• Příslušenství: Námořní, ropný/plynový a chemický hardware.

Použití bezniklového niklování

Elektrolytické niklování je oblíbené v různých průmyslových odvětvích, protože poskytuje silný, rovnoměrný povlak, odolnost proti korozi a ochranu proti opotřebení. Je všestranně použitelný a může sloužit v mnoha strojírenských a lakýrnických potřebách.

1. Letecký a kosmický průmysl

• Použití: K natírání lopatek turbín, dílů podvozku a palivového systému.
• Výhoda: Dokáže se vypořádat s vysokými teplotními změnami, minimalizovat otěr a korozi způsobenou vlhkostí a leteckými palivy.

2. Automobilový průmysl

• Použití: Díly motoru, vstřikovače paliva a části brzdového systému.
• Výhoda: Zlepšuje odolnost proti opotřebení, hladký chod a prodlužuje životnost součástí.

3. Elektronický průmysl

• Použití:  desky s plošnými spoji (PCB), konektory a pevné disky.
• Výhoda: Nabízí elektrickou vodivost, pájitelnost a oxidaci.

4. Odvětví ropy a zemního plynu

• Aplikace: Ventily, čerpadla, vrtné zařízení a zařízení pro vrtné práce.
• Výhoda: Chrání proti oděru, chemickému působení a korozi ve slané vodě.

5. Průmysl forem a nástrojů

• Použití: Plakety, vstřikovací formy, vytlačovací formy, přesné nástroje.
• Výhoda: Zlepšuje uvolňování, snižuje zasekávání a prodlužuje životnost nástroje.

6. Mořské aplikace

• Použití: Vrtule, hřídele, lodní spojovací materiál.
• Výhoda: Vysoká odolnost proti korozi mořskou vodou a biologickému znečištění.

Proces galvanického niklování krok za krokem

1. Čištění povrchů - Díl se důkladně očistí, aby se zbavil oleje, nečistot, mastnoty a oxidace. To může mít podobu odmaštění rozpouštědlem, alkalické lázně, čištění ultrazvukem nebo mírného moření kyselinou. Nejlepší způsob, jak dosáhnout dobré přilnavosti povlaku, je vyčištění povrchu.
2. Povrchová aktivace - Po vyčištění se díl ponoří do kyselého nebo katalytického média, které má mírný leptací účinek a odstraňuje zbytky nezreagovaného oxidového filmu. V případě nekovů by na ně mohla být nanesena tenká vrstva katalyzátoru, která umožní reakci pokovování.
3. Galvanická lázeň - Materiál se ponoří do lázně s regulovanou teplotou (8595 °C), která obsahuje soli niklu, hypofosfit sodný (redukční činidlo), stabilizátory a komplexotvorná činidla. Trvalý pohyb udržuje stejnou koncentraci chemických látek.
4. Reakce usazování - Redukční činidlo způsobí kovovou reakci, která rovnoměrně nanese slitinu niklu na povrch, pokryje extrémně složité tvary a vnitřní ohraničení bez použití elektřiny.
5. Oplachování a sušení - Oplachování znamená otření pokovené součásti v čisté nebo deionizované vodě, aby se odstranily všechny neabsorbované dostupné chemikálie, a sušení součásti se provádí pomocí teplého vzduchu nebo ohřívačů, aby nedošlo k žádné formě zabarvení nebo zrezivění součásti.
6. Tepelné zpracování (volitelné) - V případech, kdy aplikace vyžaduje vysokou odolnost proti opotřebení, se pokovený díl tepelně zpracovává při teplotě 300-400 o C. Tím se dosáhne tvrdosti téměř stejné jako u tvrdého chromu a zlepší se ochrana proti korozi.

Srovnání s niklchromováním

Niklchromování je vlastně postupné galvanické pokovování, tj. nejprve se nanese vrstva niklu a poté chromu. Tím se vytvoří skvělý zrcadlový povrch a velmi dobrá odolnost proti korozi.

Naproti tomu při bezelektrickém niklování se neelektrickým procesem vytváří rovnoměrná vrstva niklu a fosforu. To umožňuje metalizaci složitých struktur, zapuštěných míst a jemných tolerancí, které při použití chromniklování nemusí být rovnoměrně pokryty.

Ačkoli chromniklování nabízí lepší estetiku, elektrolytické niklování má lepší rovnoměrnost tloušťky, vyšší odolnost proti opotřebení a širší kompatibilitu s podkladem. Bezelektrické niklování je široce používáno v mnoha průmyslových odvětvích na ty kusy, které jsou kritické pro výkon, ale niklchromování se používá na dekorativní předměty.

Bezniklové niklování vs. elektrolytické niklování

Přestože oba tyto postupy jsou zařazeny do kategorie povlakování povrchu niklem, jejich principy práce se značně liší:

Tabulka srovnání Tvrdé eloxování

Jak již bylo uvedeno zejména u hliníkových dílů, niklování je často považováno za náhradu tvrdého eloxování hliníkových odlitků. Nicméně eloxování vytváří místo nánosu vrstvu oxidu.

Srovnání s niklchromováním

Proces niklchromování je dvoustupňová galvanická úprava, kdy první vrstvu tvoří nikl, který zabraňuje korozi, a druhou ochrannou vrstvu tvoří tenká vrstva chromu.

Vlivy na kvalitu pokovování

Existuje řada faktorů, které mají bezprostřední vliv na kvalitu provedení, vzhled a trvanlivost elektrolytického niklování. Regulace těchto parametrů povede ke stabilním výsledkům a nižšímu počtu vad.

• Koupelnová chemie - Množství solí niklu, hypofosforečnanu sodného, stabilizátorů, rs a komplexotvorných činidel musí být přesně v tomto poměru. Rozmazání a nerovnoměrná přilnavost, tloušťka nebo minimální odolnost proti korozi mohou být způsobeny nevyvážeností.
• Regulace teploty -  Lázně pro bezelektrické pokovování se běžně udržují při teplotě 85-95 o C. Při použití nižší teploty se depozice zpomaluje a přehřátí může způsobit nekontrolovatelné reakce a zkrátit životnost lázně.
• Úroveň PH - PH by mělo být mírně kyselé, pH 4,55 až 5,5. Vady mohou změnit tvrdost a fosfor a povrchovou úpravu nátěru.
• Agitace a cirkulace - Míchání zajistí úplné rozložení chemikálií a zabrání tomu, aby se v důsledku nedostatečného míchání na povrchu dílu vyčerpaly ionty niklu.
• Příprava povrchu - Nedokončené čištění nebo aktivace způsobí odlupování, tvorbu puchýřů nebo nízkou přilnavost. To je důležité zejména při pokovování hliníku nebo plastů.
• Stáří a kontaminace vany - Časem se v lázni objeví vedlejší produkty, které snižují účinnost. Častá filtrace a částečná výměna lázně pomáhají zabránit usazování tvrdých látek a skvrn.
• Doba pokovování - Prodloužená doba pokovování pravděpodobně povede k vytvoření příliš silných vrstev, které se při namáhání zlomí, zatímco příliš krátká doba způsobí tenké a jemné povlaky.

Materiály pro elektrolytické niklování

Zdroj niklu

V pokovovací lázni je přítomna niklová sůl, buď síran nikelnatý, nebo chlorid nikelnatý. Z nich vznikají ionty niklu, z nichž se při reakci skládá povlak.

Redukční činidlo

Nejoblíbenějším redukčním činidlem je hypofosfit. Ten rovněž chemicky redukuje ionty niklu na kovový nikl, ale nevyžaduje elektrickou energii.

Stabilizátory

Přidává se velmi málo kovových solí nebo organických stabilizátorů, aby se lázeň nerozkládala nebo příliš rychle nepropadala.

Komplexující činidla

Mezi organické kyseliny patří kyselina mléčná nebo kyselina citronová, které se používají k udržení iontů niklu v rozpuštěném stavu a k udržení správné chemické rovnováhy lázně.

Regulátory pH

K regulaci pH lázně se používají látky, jako jsou mírné kyseliny nebo hydroxid amonný, aby se dosáhlo stálé kvality pokovování.

Chemikálie pro přípravu povrchu

Alkalické čisticí prostředky rozpouštějí oleje a mastnotu a kyselé aktivátory ředí oxidy a leptají kov, aby se dobře spojily s kovem.

Deionizovaná voda

Používala se k mytí mezi jednotlivými operacemi, aby se zabránilo kontaminaci minerály z běžných vodních zdrojů.

Úvahy o životním prostředí

Přestože je elektrolytické niklování ve srovnání s procesy používajícími nebezpečné látky, jako je šestimocný chrom, bezpečnější, mělo by se stále provádět za přísné kontroly životního prostředí. V pokovovací lázni se nacházejí soli niklu, hypofosfit sodný a další sloučeniny, s nimiž je třeba zacházet opatrně, aby nedošlo ke kontaminaci půdy a vody.

Hlavními faktory prostředí budou:

1. Čištění odpadních vod - Sloučeniny niklu a fosforu jsou ve vodě a používají se v pokovovacích lázních. Ty by se měly odstranit chemickým srážením, iontovou výměnou nebo membránovou filtrací a poté zlikvidovat.
2. Manipulace s chemickými látkami a jejich skladování -Chemikálie musí být skladovány v nádobách, které nepodléhají korozi, a musí být zajištěna ochrana proti rozlití.
3. Kvalita ovzduší - Přestože při elektrolytickém pokovování nevzniká v porovnání s galvanickým pokovováním velké množství látek znečišťujících ovzduší, je třeba zajistit dobře větrané prostředí, aby se zabránilo vzniku chemických výparů.
4. Dodržování předpisů - Provozovny se také řídí předpisy o ochraně životního prostředí, jako je RoHS (omezení nebezpečných látek), a zásadami nakládání s odpady, které jsou vyžadovány v jejich oblasti, aby včas eliminovaly nebo minimalizovaly vznik jakéhokoli druhu odpadu.
5. Zelené možnosti - Současný výzkum je zaměřen na výrobu lázní, které mají biologicky odbouratelné stabilizátory, méně toxické látky snižující obsah chloridů a nízký obsah těžkých látek.Aplikace těchto opatření pomáhá průmyslu mít vysoce kvalitní povrchové úpravy a menší dopad na životní prostředí. Tato skutečnost je jedním z důvodů, proč je elektrolytické pokovování lepší volbou ve srovnání s jinými látkami, jako je například niklchromování.

Budoucí vývojové trendy v oblasti bezniklového niklování

Oblast elektrolytického niklování se změní také proto, že průmyslová odvětví budou vyžadovat lepší výkon, vyšší úroveň udržitelnosti a efektivnější proces. Budoucnost určují některé hlavní trendy:

1. Nanostrukturované povlaky - Probíhající práce zahrnují návrh niklu a fosforu jako povlaku obsahujícího zrna o velikosti nano. Tyto povlaky jsou tvrdší, odolnější proti opotřebení a účinněji poskytují lepší ochranu proti korozi ve srovnání s tradičními povlakovými materiály.
2. Kompozitní nátěry - Přidáním PTFE, karbidu křemíku nebo nitridu bóru k niklové bázi lze mimo jiné vytvořit speciální efekt, jako je vývoj samomazných látek, nepřilnavých povrchů nebo vysoká odolnost proti oděru.
3. Ekologicky šetrné přípravky do koupele - Složení pokovovacích lázní s využitím biologicky odbouratelných stabilizátorů, méně toxických redukčních činidel a sníženého obsahu těžkých kovů, aby byly splněny velmi přísné ekologické normy.
4. Automatizace a robotika - V automatizovaných pokovovacích linkách se používá robotická manipulace, která umožňuje opakovatelnou kvalitu povlakování, eliminaci lidských chyb a vyšší produktivitu stroje.
5. Technologie selektivního pokovování - Vyvíjejí se technologie, které by umožnily selektivní nanášení povlaku pouze na ty povrchy součástí, které povlak vyžadují, čímž by se eliminovalo plýtvání materiálem a následné zpracování.
6. Hybridní povrchové úpravy - Použití jiných technik v kombinaci s bezniklovým niklováním (pokovováním) k vytvoření multifunkčních povrchů s vlastnostmi, které uspokojují velmi specifické potřeby v high-tech odvětvích, např. "tvrdé eloxování hliníkových odlitků" nebo "niklování chromem".

Bezelektrické niklování bude i nadále užitečnou technologií povrchové úpravy, protože inovace se dále rozvíjejí do širšího spektra aplikací s větším využitím v leteckém a automobilovém průmyslu, elektronice, obnovitelných zdrojích energie a lékařských zařízeních.

Závěr

Bezelektrické niklování je špičková technika pokovování, která poskytuje nepřekonatelnou rovnoměrnost, ochranu proti korozi a opotřebení. Na rozdíl od běžného niklování není založena na elektrickém proudu, což umožňuje rovnoměrné pokrytí složitých tvarů a vnitřních povrchů.

Ve srovnání s tvrdým eloxováním hliníkových odlitků je charakteristickým rysem tohoto procesu alespoň schopnost elektrolytického niklování nanášet povlak na širokou škálu jiných kovů než hliník. Přestože se jedná o výrobek z niklchromování má brilantní povrchovou úpravu, ne ve všech případech však může být tak jednotný a univerzální jako elektrolytické pokovování.

Vzhledem k tomu, že se stavební průmysl obrací k vysoce výkonným nátěrům, bude tato technologie důležitým hráčem v odvětvích leteckého a automobilového průmyslu, elektroniky a výroby forem. Bezelektrické niklování stále slibuje být jednou z nejoblíbenějších voleb díky neustálým inovacím, které se snaží zlepšit výkonnost a soulad s požadavky na ochranu životního prostředí v příštích zhruba několika desetiletích.

Nejčastější dotazy

1. Co znamená pokovování elektrolytickým niklem?

Termín bezelektrické niklování označuje chemický proces, při kterém se na povrch nanese rovnoměrná vrstva slitiny niklu a fosforu nebo niklu a boru bez použití elektřiny. Zvyšuje odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení a tvrdost povrchů.

2. Jaké jsou rozdíly mezi elektrolytickým niklováním a niklchromováním?

Na rozdíl od chromování niklem, při kterém se nikl a chrom nanášejí působením elektřiny, je elektrolytický nikl autokatalytický a poskytuje hladký povlak i na nepravidelných tvarech a uvnitř dutin.

3. Je hliník vhodný pro elektrolytické niklování?

Může. Hliník a dokonce i nekovové podklady lze rovněž pokovovat, pokud je povrch řádně očištěn/aktivován. Nejčastěji se kombinuje s kombinací tvrdého eloxování tlakového hliníkového odlitku, takže předměty budou pevné.

4. Jaká je výhoda tepelného zpracování v případě pokovování?

Niklová vrstva se tepelně zpracovává, aby byla tvrdá, odolná proti opotřebení a měla ochranu proti korozi. V závislosti na obsahu fosforu může být tvrdá jako průmyslový tvrdý chrom.