Niquelado químico: Guía técnica completa

El niquelado químico puede considerarse uno de los procesos más precisos, versátiles y fiables en el campo de la ingeniería de superficies y el acabado de metales, que permite mejorar las propiedades superficiales de numerosos materiales. A diferencia de la galvanoplastia ordinaria, no necesita una corriente eléctrica exterior. Depende, en cambio, de una reacción química controlada que deposita una película uniforme de níquel-fósforo o níquel-boro aleándolos uniformemente sobre una superficie. Este proceso proporciona la mejor resistencia a la corrosión, factor de desgaste y espesor uniforme, incluso en formas intrincadas.

El revestimiento químico ha sido elegido a menudo por fabricantes, ingenieros y diseñadores en lugar de otros procedimientos de revestimiento debido a sus prestaciones y ventajas estéticas. Independientemente de si se trata de piezas aeroespaciales, de automoción, moldes o maquinaria industrial, el proceso proporciona resultados repetibles capaces de prolongar la vida útil de un componente y reducir los gastos de su mantenimiento.

En este tutorial, nos adentraremos en los entresijos del niquelado químico, sus atributos positivos, usos, los pasos que hay que seguir y cómo se compara con otros procesos como el niquelado, el anodizado duro de aluminio fundido a presióny niquelado-cromado utilizados en la producción contemporánea.

¿Qué es el niquelado químico?

El niquelado químico se refiere a la deposición de una aleación de níquel sobre una superficie metálica o no metálica, ya que se produce una reacción autocatalítica. El baño químico incluye sales de níquel y un agente reductor, normalmente hipofosfito sódico, que convierte los iones de níquel en metal, y estos son capaces de adherirse al sustrato.

A diferencia del proceso galvánico de deposición denominado niquelado, en el que el níquel debe depositarse mediante el uso de corriente eléctrica, en el niquelado químico el proceso no necesita ninguna fuente de alimentación externa. Esto da como resultado la uniformidad del grosor del recubrimiento incluso en secciones empotradas, roscas o cavidades internas. El resultado es un acabado no poroso, duro y resistente a la corrosión que se aplica en condiciones industriales difíciles.

Principales ventajas del niquelado sin electrodeposición

1. Espesor de revestimiento uniforme

La deposición es la misma independientemente de la forma de la pieza o de su complejidad.

2. Mejor propiedad anticorrosiva

La capa de aleación de níquel y fósforo ofrece una protección superior contra la oxidación y el ataque de productos químicos.

3. Mejor dureza y desgaste

Tras el tratamiento térmico, el níquel químico puede alcanzar una dureza muy similar a la del cromo duro.

4. Precisión dimensional

La uniformidad del espesor es pequeña, por lo que puede utilizarse en aplicaciones de ingeniería de precisión.

5. Compatibilidad con otros materiales

Se puede utilizar en acero, cobre, aluminio, latón y en algunos plásticos con sólo una pequeña preparación de la superficie. 

Tipos de niquelado químico

El niquelado químico se suele clasificar por la cantidad de fósforo en la aleación de níquel y fósforo. Cada tipo tiene requisitos distintos en cuanto a dureza, resistencia a la corrosión y desgaste, de ahí su uso en aplicaciones individuales.

1. Niquelado químico de bajo contenido en fósforo (2 a 5 por ciento de fósforo)

• Propiedades: El más difícil de todos los tipos, resistente al desgaste y con un alto coeficiente de baja fricción.
• Resistencia a la corrosión: Medio, este material sólo puede utilizarse en lugares con una exposición limitada a los factores que favorecen una corrosión rápida.
• Aplicaciones: Componentes hidráulicos, moldes, componentes de ingeniería de precisión en los que la dureza es importante.

2. Niquelado químico Med-Phos (6-9 por ciento de fósforo )

• Propiedades: Características moderadas, buena dureza, resistencia al desgaste y protección contra la corrosión.
• Resistencia a la corrosión: Este metal es aplicable en entornos de ambiente bajo y moderado.
• Aplicaciones: Piezas de automóvil, hardware y aplicaciones aeronáuticas, y componentes de ingeniería en general.

3. Niquelado químico de alto contenido en fósforo (10-13% de fósforo)

• Características: Resistente a la corrosión en ambientes particularmente ácidos o marinos, y tiene un acabado más liso, más látex, y es más dúctil.
• Dureza: Tampoco son tan duros como los recubrimientos con bajo contenido en fósforo, aunque el tratamiento térmico puede aumentar la dureza.
• Accesorio: Marina, petróleo/gas, hardware de procesamiento químico.

Usos del niquelado químico

El niquelado químico es popular en todas las industrias porque proporciona un revestimiento grueso y uniforme, resistencia a la corrosión y protección contra el desgaste. Es muy versátil y puede utilizarse en numerosas aplicaciones de ingeniería y pintura.

1. Industria aeroespacial

• Aplicación: Para recubrir álabes de turbina, piezas del tren de aterrizaje y piezas del sistema de combustible.
• Ventaja: Puede soportar altos niveles de cambios de temperatura, minimizar la abrasión y la corrosión debidas a la humedad y a los combustibles de aviación.

2. Industria del automóvil

• Aplicación: Piezas del motor, inyectores de combustible y piezas del sistema de frenos.
• Ventaja: Mejora la resistencia al desgaste, la suavidad de funcionamiento y prolonga la vida útil de los componentes.

3. Industria electrónica

• Aplicación:  Placas de circuito impreso (PCB), conectores y discos duros.
• Ventaja: Ofrece conductividad eléctrica, soldabilidad y oxidación.

4. Sector del petróleo y el gas

• Aplicaciones: Válvulas, bombas, equipos de perforación y equipos de fondo de pozo.
• Ventaja: Protege contra la abrasión, los ataques químicos y la corrosión del agua salada.

5. Industria de moldes y herramientas

• Aplicación: Placas, moldes de inyección, matrices de extrusión, utillaje de precisión.
• Ventaja: Mejora el desprendimiento, reduce la adherencia y prolonga la vida útil de la herramienta.

6. Aplicaciones marinas

• Aplicación: Hélices, ejes, fijaciones marinas.
• Ventaja: Alto nivel de resistencia a la corrosión por agua de mar y a las bioincrustaciones.

Proceso de niquelado químico paso a paso

1. Limpieza de superficies - La pieza se limpia a fondo para eliminar el aceite, la suciedad, la grasa y la oxidación. Esto puede adoptar la forma de desengrase con disolventes, baños alcalinos, limpieza por ultrasonidos o un ligero decapado con ácido. La mejor manera de conseguir una buena adherencia del revestimiento es limpiar la superficie.
2. Activación de la superficie - Tras la limpieza, la pieza se sumerge en un medio ácido o catalítico que tiene un ligero efecto de grabado, además de eliminar la película de óxido que queda sin reaccionar. En el caso de piezas no metálicas, puede recubrirse una fina película de catalizador para permitir la reacción de metalizado.
3. Baño galvánico - Aquí se sumerge el material en un baño de temperatura regulada (8595C °C) en el que intervienen sales de níquel, hipofosfito sódico (agente reductor), estabilizadores y agentes complejantes. El movimiento persistente mantiene inalterada la concentración química.
4. Reacción de deposición - El agente reductor provoca una reacción metálica que deposita uniformemente una aleación de níquel en la superficie, recubre formas extremadamente complicadas y confina internamente sin necesidad de electricidad.
5. Aclarado y secado - El aclarado consiste en limpiar el componente chapado con agua limpia o desionizada para eliminar cualquier producto químico no absorbido, y el secado del componente se realiza con aire caliente o calefactores para que no se produzcan manchas ni oxidación del componente.
6. Tratamiento térmico (opcional) - En los casos en que la aplicación requiere una alta resistencia al desgaste, la pieza chapada se somete a un tratamiento térmico a 300-400 o C. Esto hace que la dureza sea casi la del cromo duro y mejora la protección contra la corrosión.

Comparaciones con el cromado de níquel

El niquelado-cromado es una galvanoplastia por etapas, es decir, primero se deposita una capa de níquel y luego otra de cromo. Así se consigue un acabado de espejo y una gran resistencia a la corrosión.

El niquelado químico, por el contrario, establece una capa uniforme de níquel-fósforo mediante un proceso no eléctrico. Esto permite metalizar estructuras complejas, zonas empotradas y tolerancias finas que no pueden cubrirse uniformemente con el niquelado y el cromado.

Aunque el niquelado y cromado ofrece una mejor estética, el niquelado químico tiene mejor uniformidad de espesor, mayor resistencia al desgaste y mayor compatibilidad con el sustrato. El niquelado químico se utiliza ampliamente en muchas industrias en aquellas piezas que son críticas para el rendimiento, pero el niquelado cromado se utiliza en artículos decorativos.

Niquelado químico vs Niquelado electrolítico

Aunque ambos procesos se clasifican para revestir una superficie con níquel, sus principios de funcionamiento presentan una gran diferencia:

Tabla comparativa Anodizado duro

Como se ha dicho sobre las piezas de aluminio, en particular, el niquelado se considera con frecuencia un sustituto del anodizado duro del aluminio fundido a presión. Sin embargo, el anodizado forma una capa de óxido en lugar de un depósito.

Comparación con el cromado de níquel

El proceso de niquelado-cromado es un tratamiento galvánico en dos fases, en el que la primera capa es de níquel para evitar la corrosión, y un acabado protector secundario es una fina capa de cromo.

Influencias en la calidad del metalizado

Hay una serie de factores que tendrán un impacto inmediato en la calidad del rendimiento, el aspecto y la durabilidad de un recubrimiento de níquel químico. La regulación de dichos parámetros conducirá a resultados constantes y a un menor número de defectos.

• Baño Química - La cantidad de sales de níquel, hipofosfato sódico, estabilizantes, rs y agentes complejantes tiene que estar estrictamente dentro de esta proporción. Los desajustes pueden provocar manchas y una adherencia, espesor o resistencia a la corrosión desiguales.
• Control de temperatura -  Los baños de electrodeposición se mantienen normalmente a 85-95 o C. Cuando se utiliza una temperatura inferior, la deposición se ralentiza, y el sobrecalentamiento puede provocar reacciones fuera de control y acortar la vida útil del baño.
• Nivel de PH - El nivel de PH debe ser ligeramente ácido, entre 4,55 y 5,5. Los defectos pueden modificar la dureza y el fósforo, así como el acabado del revestimiento.
• Agitación y circulación - La mezcla proporcionará una distribución química completa y evitará que las regiones de la superficie de la pieza se queden sin iones de níquel como resultado de una mezcla inadecuada.
• Preparación de la superficie - Una limpieza o activación incompleta provocará descascarillado, formación de ampollas o baja adherencia. Es especialmente importante en el revestimiento de aluminio o plásticos.
• Edad del baño y contaminación - Con el tiempo, en el baño se acumulan subproductos que disminuyen su eficacia. La filtración frecuente y la sustitución parcial del baño ayudan a evitar depósitos duros y manchas.
• Tiempo de revestimiento - Un tiempo de revestimiento prolongado puede producir capas excesivamente gruesas que se romperán al aplicar tensión, mientras que un tiempo demasiado corto dará lugar a revestimientos finos y delicados.

Materiales de niquelado químico

Fuente de níquel

Una sal de níquel, ya sea sulfato de níquel o cloruro de níquel, está presente en el baño de revestimiento. Éstas proporcionan los iones de níquel que formarán el revestimiento en la reacción.

Agente reductor

El agente reductor más popular es el hipofosfito. También reduce químicamente los iones de níquel a níquel metálico, pero no requiere electricidad.

Estabilizadores

Se añade muy poca cantidad de sales metálicas o estabilizantes orgánicos para garantizar que el baño no se descomponga o vaya demasiado rápido.

Agentes complejantes

Algunos de los ácidos orgánicos son el ácido láctico o el ácido cítrico, que se utilizan para mantener los iones de níquel en estado disuelto y mantener un equilibrio químico adecuado del baño.

Ajustadores del pH

Se utilizan sustancias como ácidos suaves o hidróxido de amonio para regular el pH del baño con el fin de obtener una calidad de chapado constante.

Productos químicos para la preparación de superficies

Los limpiadores alcalinos disuelven los aceites y la grasa, y los activadores ácidos diluyen los óxidos y graban el metal para que se adhiera bien a él.

Agua desionizada

Se utilizaba para lavar entre operaciones y así evitar la contaminación mineral por las fuentes de agua normales.

Consideraciones medioambientales

Aunque el niquelado químico, en comparación con los procesos que utilizan sustancias peligrosas como el cromo hexavalente, es más seguro, debe realizarse con un estricto control medioambiental. Hay sales de níquel, hipofosfito sódico y otros compuestos en el baño de niquelado, que deben manipularse con cuidado para evitar la contaminación del suelo y el agua.

Los principales factores medioambientales serán:

1. Tratamiento de aguas residuales - Los compuestos de níquel y fósforo se encuentran en el agua y se utilizan en los baños de revestimiento. Deben eliminarse mediante precipitación química, intercambio iónico o filtración por membrana.
2. Manipulación y almacenamiento de productos químicos -Los productos químicos deben almacenarse en un contenedor anticorrosivo y debe haber medios para controlar los derrames.
3. Calidad del aire - Aunque el metalizado químico no emite grandes cantidades de contaminantes atmosféricos en el proceso en comparación con la galvanoplastia, debe disponerse de un entorno bien ventilado para evitar los humos químicos.
4. Cumplimiento de la normativa - Las instalaciones también cumplen normativas medioambientales como la RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) y las políticas de gestión de residuos exigidas en su área local, a tiempo de eliminar o minimizar cualquier tipo de generación de residuos.
5. Opciones ecológicas - Las investigaciones actuales se dirigen a producir baños que tengan estabilizadores biodegradables, agentes reductores de cloruros menos tóxicos y un bajo contenido en sustancias pesadas. La aplicación de estas medidas ayuda a las industrias a tener acabados de alta calidad y a tener un menor impacto en el medio ambiente. Este hecho es una de las razones por las que el galvanizado químico es una mejor opción en comparación con otras sustancias, como el niquelado-cromado.

Tendencias futuras en el niquelado químico

El campo del niquelado químico también cambiará porque las industrias exigirán un mayor rendimiento, un mayor nivel de sostenibilidad y un proceso más eficaz. Algunas tendencias importantes determinan el futuro:

1. Revestimientos nanoestructurados - Los trabajos en curso consisten en el diseño de un níquel-fósforo como revestimiento de tamaño de grano nano. Estos revestimientos son más duros, más resistentes al desgaste y ofrecen una mejor protección contra la corrosión que los materiales de revestimiento tradicionales.
2. Revestimientos compuestos - Añadir PTFE, carburo de silicio o nitruro de boro a la base de níquel, entre otros materiales, puede crear un efecto especial como el desarrollo de autolubricantes, superficies antiadherentes o una gran resistencia a la abrasión.
3. Formulaciones ecológicas para el baño - Formulación de baños galvánicos que utilizan estabilizantes biodegradables, agentes reductores menos tóxicos y un nivel reducido de metales pesados para satisfacer normas medioambientales muy estrictas.
4. Automatización y robótica - En las líneas automatizadas de revestimiento se utiliza la manipulación robótica, que permite repetir la calidad del revestimiento, eliminar los errores humanos y aumentar la productividad de la máquina.
5. Tecnologías de revestimiento selectivo - Se están desarrollando tecnologías que permitirían recubrir selectivamente sólo las superficies de un componente que lo requieran, eliminando el desperdicio de material y el tratamiento posterior.
6. Tratamientos híbridos de superficie - Utilización de otras técnicas en combinación con el níquel químico (chapado) para proporcionar superficies multifuncionales con características que satisfagan necesidades muy específicas en industrias de alta tecnología, por ejemplo, "anodizado duro de aluminio fundido a presión" o "cromado de níquel".

El niquelado químico seguirá siendo una tecnología útil de acabado de superficies a medida que las innovaciones se desarrollen en una gama más amplia de aplicaciones con más usos en las industrias aeroespacial, automovilística, electrónica, de energías renovables y de equipos médicos.

Conclusión

El niquelado químico es la técnica de niquelado de gama alta que proporciona una uniformidad y una protección contra la corrosión y el desgaste inigualables. A diferencia del niquelado convencional, no se basa en la corriente eléctrica, lo que permite una cobertura uniforme de formas complejas y superficies internas.

En comparación con el anodizado duro del aluminio moldeado a presión, al menos la capacidad del niquelado químico para aplicar el revestimiento sobre una amplia gama de otros metales además del aluminio es una característica distintiva de este proceso. Mientras tanto, aunque el producto de niquelado-cromado tiene un acabado brillante, no en todos los casos puede ser tan uniforme y versátil como el electrodeposición.

Con la industria de la construcción volcada en los revestimientos de alto rendimiento, esta tecnología será un actor importante en los sectores aeroespacial, automovilístico, electrónico y de fabricación de moldes. El niquelado químico sigue prometiendo ser una de las opciones más populares debido a las continuas innovaciones que buscan mejorar el rendimiento y el cumplimiento de las normas medioambientales en las próximas décadas aproximadamente.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué significa niquelado químico?

El término niquelado químico se refiere a un proceso químico que deposita una capa uniforme de una aleación de níquel-fósforo o níquel-boro sobre una superficie sin electricidad. Aumenta la resistencia a la corrosión, al desgaste y la dureza de las superficies.

2. ¿Qué diferencias hay entre el niquelado químico y el niquelado-cromado?

A diferencia del niquelado-cromado, que deposita níquel y cromo mediante la aplicación de electricidad, el niquelado químico es autocatalítico y proporciona un revestimiento liso incluso en formas irregulares y en el interior de huecos.

3. ¿Se presta el aluminio al niquelado químico?

Es posible. El aluminio e incluso los sustratos no metálicos también pueden ser chapados cuando se les proporciona una adecuada limpieza/activación de la superficie. La mayoría de las veces se combina con el anodizado duro de aluminio fundido a presión, por lo que los objetos serán resistentes.

4. ¿Cuál es la ventaja del tratamiento térmico en el caso del chapado?

La capa de níquel se somete a un tratamiento térmico para endurecerla, hacerla resistente al desgaste y protegerla contra la corrosión. Dependiendo del contenido de fósforo, puede llegar a ser tan duro como el cromo duro industrial.