Nickelage sans électrolyse : Guide technique complet

Le nickelage chimique peut être considéré comme l'un des procédés les plus précis, polyvalents et fiables dans le domaine de l'ingénierie des surfaces et de la finition des métaux, qui permet d'améliorer les propriétés de surface de nombreux matériaux. Contrairement à la galvanoplastie ordinaire, ce procédé ne nécessite pas de courant électrique extérieur. Il dépend plutôt d'une réaction chimique contrôlée qui dépose un film uniforme de nickel-phosphore ou de nickel-bore en les alliant uniformément sur une surface. Ce procédé offre la meilleure résistance à la corrosion, le meilleur facteur d'usure et une épaisseur constante, même sur des formes complexes.

Les fabricants, les ingénieurs et les concepteurs ont souvent opté pour le revêtement autocatalytique plutôt que pour d'autres procédés de revêtement en raison de ses avantages en termes de performances et d'esthétique. Qu'il s'agisse de pièces aérospatiales, automobiles, de moules ou de machines industrielles, le procédé fournit des résultats reproductibles capables de prolonger la durée de vie d'un composant et de réduire les dépenses liées à son entretien.

Dans ce tutoriel, nous allons nous pencher sur les tenants et les aboutissants du nickelage chimique, ses attributs positifs, ses utilisations, les étapes à suivre et sa comparaison avec d'autres procédés tels que le nickelage, l'anodisation dure de l'aluminium et la galvanoplastie. aluminium moulé sous pressionet le placage nickel-chrome utilisés dans la production contemporaine.

Qu'est-ce que le nickelage chimique ?

Le nickelage chimique désigne le dépôt d'un alliage de nickel sur une surface métallique ou non métallique, à la suite d'une réaction autocatalytique. Le bain chimique comprend des sels de nickel et un agent réducteur, généralement de l'hypophosphite de sodium, qui convertit les ions de nickel en métal et leur permet d'adhérer au substrat.

Contrairement au procédé de dépôt électrolytique appelé nickelage, où le nickel doit être déposé à l'aide d'un courant électrique, dans le cas du nickel chimique, le procédé ne nécessite aucune alimentation électrique extérieure. Il en résulte une uniformité de l'épaisseur du revêtement, même dans les sections encastrées, les filetages ou les cavités internes. Le résultat est une finition non poreuse, dure et résistante à la corrosion, qui s'applique à des conditions industrielles difficiles.

Principaux avantages du nickelage sans dépôt chimique

1. Épaisseur de revêtement uniforme

Le dépôt est le même quelle que soit la forme ou la complexité de la pièce.

2. Meilleure propriété anticorrosion

La couche d'alliage nickel-phosphore offre une protection supérieure contre l'oxydation et les attaques chimiques.

3. Meilleure dureté et usure

Après traitement thermique, le nickel chimique peut atteindre une dureté très proche de celle du chrome dur.

4. Précision dimensionnelle

L'uniformité de l'épaisseur est faible, ce qui permet de l'utiliser dans des applications d'ingénierie de précision.

5. Compatibilité avec d'autres matériaux

Il peut être utilisé sur l'acier, le cuivre, l'aluminium, le laiton et peut être utilisé sur certains plastiques avec une préparation de surface mineure. 

Types de nickelage chimique

Le nickelage chimique est généralement classé en fonction de la quantité de phosphore dans l'alliage de nickel et de phosphore. Chaque type a des exigences différentes en matière de dureté, de résistance à la corrosion et d'usure, d'où une utilisation appropriée dans des applications individuelles.

1. Nickelage chimique à faible teneur en phosphore (2 à 5 % de phosphore)

• Propriétés : Le plus difficile de tous les types, résistant à l'usure et doté d'un coefficient de frottement élevé.
• Résistance à la corrosion : Moyen, ce matériau ne peut être utilisé que dans des endroits peu exposés à des facteurs favorisant une corrosion rapide.
• Applications : Composants hydrauliques, moules, composants de mécanique de précision où la dureté est importante.

2. Nickelage chimique Med-Phos (6 à 9 % de phosphore)

• Propriétés : Caractéristiques modérées, bonne dureté, bonne protection contre l'usure et la corrosion.
• Résistance à la corrosion : Ce métal peut être utilisé dans des environnements à faible et moyen degrés.
• Applications : Pièces automobiles, matériel et applications aéronautiques et composants d'ingénierie générale.

3. Nickelage chimique à haute teneur en phosphore (10 à 13 % de phosphore)

• Caractéristiques : Forte non-corrosion dans les environnements particulièrement acides ou marins, finition plus lisse, plus latex et plus ductile.
• Dureté : Ils ne sont pas aussi durs que les revêtements à faible teneur en phosphore, bien qu'un traitement thermique puisse augmenter leur dureté.
• Accessoire : Matériel pour la marine, le pétrole/gaz et le traitement chimique.

Utilisations du nickelage chimique

Le nickelage chimique est populaire dans toutes les industries parce qu'il donne un revêtement épais et uniforme, une résistance à la corrosion et une protection contre l'usure. Il est polyvalent et peut répondre à de nombreux besoins en matière d'ingénierie et de peinture.

1. Industrie aérospatiale

• Application : Pour revêtir les pales de turbine, les pièces du train d'atterrissage et les pièces du système d'alimentation en carburant.
• Avantage : Il peut supporter de fortes variations de température, minimiser l'abrasion et la corrosion dues à l'humidité et aux carburants aéronautiques.

2. Industrie automobile

• Application : Pièces de moteur, injecteurs de carburant et pièces du système de freinage.
• Avantage : Il améliore la résistance à l'usure, le fonctionnement en douceur et prolonge la durée de vie des composants.

3. Industrie électronique

• Application :  Carte de circuit imprimé (PCB), connecteurs et disques durs.
• Avantage : Offre une conductivité électrique, une aptitude à la soudure et à l'oxydation.

4. Secteur du pétrole et du gaz

• Applications : Vannes, pompes, équipement de forage et matériel de fond de puits.
• Avantage : Il protège contre l'abrasion, les attaques chimiques et la corrosion par l'eau de mer.

5. Industrie des moules et de l'outillage

• Application : Plaques, moules d'injection, matrices d'extrusion, outillage de précision.
• Avantage : Améliore le démoulage, réduit le collage et prolonge la durée de vie de l'outil.

6. Applications marines

• Application : Hélices, arbres, fixations marines.
• Avantage : Haut niveau de résistance à la corrosion par l'eau de mer et à l'encrassement.

Processus de nickelage chimique étape par étape

1. Nettoyage de surface - La pièce est ensuite nettoyée en profondeur pour la débarrasser de l'huile, de la saleté, de la graisse et de l'oxydation. Ce nettoyage peut prendre la forme d'un dégraissage au solvant, de bains alcalins, d'un nettoyage par ultrasons ou d'un léger décapage à l'acide. Le nettoyage de la surface est le meilleur moyen d'obtenir une bonne adhérence du revêtement.
2. Activation de la surface - Après le nettoyage, la pièce est immergée dans un milieu acide ou catalytique qui a un léger effet de décapage et élimine la pellicule d'oxyde qui n'a pas réagi. Dans le cas des non-métaux, une fine pellicule de catalyseur peut être déposée sur la pièce pour permettre la réaction de placage.
3. Bain de galvanisation - Il s'agit d'immerger le matériau dans un bain à température régulée (8595°C) contenant des sels de nickel, de l'hypophosphite de sodium (agent réducteur), des stabilisants et des agents complexants. Le mouvement persistant maintient la même concentration chimique.
4. Réaction de dépôt - L'agent réducteur provoque une réaction métallique qui dépose un alliage de nickel uniformément à la surface, revêt des formes extrêmement compliquées et des confinements internes sans utilisation d'électricité.
5. Rinçage et séchage - Le rinçage consiste à essuyer le composant plaqué dans de l'eau propre ou déionisée afin d'éliminer tous les produits chimiques disponibles non absorbés, et le séchage du composant est effectué à l'aide d'air chaud ou de radiateurs afin d'éviter toute forme de tache ou de rouille sur le composant.
6. Traitement thermique (en option) - Dans les cas où l'application exige une résistance élevée à l'usure, la pièce plaquée est soumise à un traitement thermique à 300-400 o C. Ce traitement confère à la pièce une dureté proche de celle du chrome dur et améliore la protection contre la corrosion.

Comparaisons avec le chromage au nickel

Le nickelage-chromage est en fait une galvanoplastie par étapes, c'est-à-dire que l'on dépose d'abord une couche de nickel, puis une couche de chrome. Ce procédé permet d'obtenir une excellente finition miroir et une très bonne résistance à la corrosion.

Le nickelage chimique, en revanche, dépose une couche uniforme de nickel-phosphore par un procédé non électrique. Cela permet de métalliser des structures complexes, des zones en retrait et des tolérances fines qui ne peuvent pas être couvertes uniformément par le nickelage au chrome.

Bien que le nickelage-chromage soit plus esthétique, le nickelage chimique présente une meilleure uniformité d'épaisseur, une résistance supérieure à l'usure et une plus grande compatibilité avec les substrats. Le nickelage chimique est largement utilisé dans de nombreuses industries pour les pièces essentielles à la performance, tandis que le nickelage chromé est utilisé pour les articles décoratifs.

Nickelage chimique vs nickelage électrolytique

Bien que ces deux procédés soient catégorisés pour revêtir une surface de nickel, leurs principes de fonctionnement présentent une grande différence :

Tableau de comparaison Anodisation dure

Comme cela a été dit à propos des pièces en aluminium, en particulier, le nickelage est souvent considéré comme un substitut à l'anodisation dure de l'aluminium moulé sous pression. Néanmoins, l'anodisation forme une couche d'oxyde au lieu d'un dépôt.

Comparaison avec le placage nickel-chrome

Le processus de nickelage-chromage est un traitement électrolytique en deux étapes, où la première couche est du nickel pour prévenir la corrosion, et une finition protectrice secondaire est une fine couche de chrome.

Influences sur la qualité du placage

Un certain nombre de facteurs ont un impact immédiat sur la qualité des performances, l'apparence et la durabilité d'un revêtement de nickel chimique. La régulation de ces paramètres permettra d'obtenir des résultats réguliers et de réduire le nombre de défauts.

• Chimie du bain - La quantité de sels de nickel, d'hypophosphate de sodium, de stabilisants, de rs et d'agents complexants doit être strictement respectée. Des déséquilibres peuvent être à l'origine d'un maculage et d'une adhérence inégale, d'une épaisseur inégale ou d'une résistance minimale à la corrosion.
• Contrôle de la température -  Les bains de galvanoplastie sont normalement maintenus entre 85 et 95 o C. Lorsqu'une température inférieure est utilisée, le dépôt est ralenti, et une surchauffe peut provoquer des réactions incontrôlées et raccourcir la durée de vie du bain.
• Niveau PH - Le PH doit être légèrement acide, entre 4,55 et 5,5. Les défauts peuvent modifier la dureté, le phosphore et la finition du revêtement.
• Agitation et circulation - Le mélange assurera une distribution chimique complète et évitera que des zones de la surface de la pièce soient appauvries en ions nickel en raison d'un mélange inadéquat.
• Préparation de la surface - Un nettoyage ou une activation incomplets provoquent un décollement, des cloques ou une faible adhérence. C'est particulièrement important pour la métallisation de l'aluminium ou des plastiques.
• Âge du bain et contamination - Avec le temps, des sous-produits se forment dans le bain, ce qui réduit l'efficacité. Une filtration fréquente et un remplacement partiel du bain permettent d'éviter les dépôts durs et les taches.
• Temps de placage - Un temps de placage prolongé risque de produire des couches trop épaisses qui se briseront sous l'effet d'une contrainte, tandis qu'un temps trop court donnera des revêtements minces et délicats.

Matériaux de nickelage chimique

Source de nickel

Un sel de nickel, soit du sulfate de nickel, soit du chlorure de nickel, est présent dans le bain de placage. Ces sels donnent les ions de nickel qui composeront le revêtement lors de la réaction.

Agent réducteur

L'agent réducteur le plus répandu est l'hypophosphite. Il réduit également les ions nickel en nickel métallique par voie chimique, mais ne nécessite pas d'électricité.

Stabilisateurs

Très peu de sels métalliques ou de stabilisants organiques sont ajoutés pour éviter que le bain ne se décompose ou ne se dégrade trop rapidement.

Agents complexants

Parmi les acides organiques, on peut citer l'acide lactique ou l'acide citrique, utilisés pour maintenir les ions de nickel à l'état dissous et maintenir un équilibre chimique adéquat dans le bain.

Ajusteurs de pH

Des substances telles que des acides doux ou de l'hydroxyde d'ammonium sont utilisées pour réguler le bain de pH afin d'obtenir une qualité de placage constante.

Produits chimiques pour la préparation des surfaces

Les nettoyants alcalins dissolvent les huiles et les graisses, et les activateurs acides diluent les oxydes et attaquent le métal pour bien adhérer à celui-ci.

Eau déionisée

Elle était utilisée pour le lavage entre les opérations afin d'éviter la contamination minérale par les sources d'eau normales.

Considérations environnementales

Bien que le nickelage chimique soit plus sûr que les procédés utilisant des substances dangereuses telles que le chrome hexavalent, il doit néanmoins faire l'objet d'un contrôle environnemental rigoureux. Le bain de nickel contient des sels de nickel, de l'hypophosphite de sodium et d'autres composés qui doivent être manipulés avec précaution pour éviter la contamination du sol et de l'eau.

Les principaux facteurs environnementaux seront les suivants

1. Traitement des eaux usées - Les composés de nickel et de phosphore sont présents dans l'eau et utilisés dans les bains de placage. Ils doivent être traités par précipitation chimique, échange d'ions ou filtration sur membrane, puis éliminés.
2. Manipulation et stockage des produits chimiques -Les produits chimiques doivent être stockés dans un récipient non corrosif et des dispositions doivent être prises pour éviter les déversements.
3. Qualité de l'air - Même si la galvanoplastie n'émet pas de grandes quantités de polluants atmosphériques dans le processus par rapport à la galvanoplastie, un environnement bien ventilé doit être mis en place pour éviter les fumées chimiques.
4. Conformité réglementaire - Les installations respectent également les réglementations environnementales telles que la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substances) et les politiques de gestion des déchets requises dans leur région, afin d'éliminer ou de minimiser tout type de production de déchets.
5. Options vertes - Les recherches actuelles visent à produire des bains contenant des stabilisants biodégradables, des agents réducteurs de chlorures moins toxiques et une faible teneur en métaux lourds. L'application de ces mesures permet aux industries d'obtenir des finitions de haute qualité et d'avoir un impact moindre sur l'environnement. C'est l'une des raisons pour lesquelles le dépôt chimique est une meilleure option par rapport à d'autres substances, telles que le nickelage-chromage.

Tendances futures en matière de nickelage chimique

Le domaine du nickelage chimique évoluera également parce que les industries exigeront des performances accrues, un niveau de durabilité plus élevé et un processus plus efficace. Quelques grandes tendances déterminent l'avenir :

1. Revêtements nanostructurés - Les travaux en cours portent sur la conception d'un revêtement à base de nickel-phosphore dont la taille des grains est nanométrique. Ces revêtements sont plus durs, plus résistants à l'usure et offrent une meilleure protection contre la corrosion que les revêtements traditionnels.
2. Revêtements composites - L'ajout de PTFE, de carbure de silicium ou de nitrure de bore à la base de nickel, entre autres matériaux, peut créer un effet spécial tel que le développement d'autolubrifiants, de surfaces antiadhésives ou d'une forte résistance à l'abrasion.
3. Formules de bain respectueuses de l'environnement - Formulation de bains de placage utilisant des stabilisants biodégradables, des agents réducteurs moins toxiques et une teneur réduite en métaux lourds pour répondre à des normes environnementales très strictes.
4. Automatisation et robotique - La manipulation robotisée est utilisée dans les lignes de placage automatisées, ce qui permet de répéter la qualité du revêtement, d'éliminer les erreurs humaines et d'accroître la productivité de la machine.
5. Technologies de placage sélectif - Des technologies sont en cours de développement pour permettre un revêtement sélectif des seules surfaces d'un composant qui doivent être revêtues, ce qui élimine le gaspillage de matériau et le post-traitement.
6. Traitements de surface hybrides - L'utilisation d'autres techniques en combinaison avec le nickel chimique (placage) pour obtenir des surfaces multifonctionnelles avec des caractéristiques répondant à des besoins très spécifiques dans les industries de haute technologie, par exemple l'"anodisation dure de l'aluminium moulé sous pression" ou le "placage nickel-chrome".

Le nickelage chimique restera une technologie de finition de surface utile à mesure que les innovations se développeront dans une gamme plus large d'applications, notamment dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de l'électronique, de l'énergie renouvelable et de l'équipement médical.

Conclusion

Le nickelage chimique est une technique de revêtement haut de gamme qui offre une uniformité inégalée et une protection contre la corrosion et l'usure. Contrairement au nickelage conventionnel, il n'est pas basé sur le courant électrique, ce qui permet de couvrir uniformément les formes complexes et les surfaces internes.

Par rapport à l'anodisation dure de l'aluminium moulé sous pression, la capacité du nickelage chimique à revêtir une large gamme de métaux autres que l'aluminium est une caractéristique distinctive de ce procédé. Entre-temps, même si le produit de nickelage et de chromage a une finition brillante, mais dans tous les cas, elle ne peut pas être aussi uniforme et polyvalente que la galvanoplastie.

L'industrie de la construction se tournant vers les revêtements à haute performance, cette technologie jouera un rôle important dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de l'électronique et de la fabrication de moules. Le nickelage chimique promet de rester l'un des choix les plus populaires en raison des innovations continues qui visent à améliorer les performances et la conformité environnementale au cours des prochaines décennies.

FAQ

1. Qu'est-ce que le nickelage chimique ?

Le terme nickelage chimique désigne un procédé chimique qui dépose une couche uniforme d'un alliage de nickel-phosphore ou de nickel-bore sur une surface sans électricité. Il augmente la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et la dureté des surfaces.

2. Quelles sont les différences entre le nickelage chimique et le nickelage au chrome ?

Contrairement au nickelage-chromage, qui dépose du nickel et du chrome par application d'électricité, le nickel chimique est autocatalytique et permet d'obtenir un revêtement lisse même sur des formes irrégulières et à l'intérieur d'espaces vides.

3. L'aluminium se prête-t-il au nickelage chimique ?

Il peut. L'aluminium et même les substrats non métalliques peuvent également être plaqués s'ils font l'objet d'un nettoyage/activation de surface adéquat. Le plus souvent, il est combiné à l'anodisation dure de l'aluminium moulé sous pression, afin que les objets soient solides.

4. Quel est l'avantage du traitement thermique dans le cas du placage ?

La couche de nickel est soumise à un traitement thermique qui la rend dure, résistante à l'usure et dotée d'une protection contre la corrosion. En fonction de la teneur en phosphore, il peut être rendu aussi dur que le chrome dur industriel.