Elektrolízis nélküli nikkelezés: Védőfémezés: Teljes műszaki útmutató

Az elektornikkelezés az egyik legpontosabb, legsokoldalúbb és legmegbízhatóbb eljárásnak tekinthető a felületkezelés és a fémek kikészítése területén, amely számos anyag felületi tulajdonságainak javítását teszi lehetővé. Ehhez, ellentétben a közönséges galvanizálással, nincs szükség külső elektromos áramra. Ehelyett egy ellenőrzött kémiai reakción múlik, amely a nikkel-foszfor vagy nikkel-bór ötvözésével egyenletesen, egyenletesen rakódik le egy felületen egy egyenletes nikkel-foszfor vagy nikkel-bór filmréteg. Ez az eljárás biztosítja a legjobb korrózióállóságot, kopási tényezőt és egyenletes vastagságot, még bonyolult formákon is.

A gyártók, mérnökök és tervezők gyakran választják az elektrosztatikus bevonatot más bevonási eljárások helyett, teljesítménye és kozmetikai előnyei miatt. Függetlenül attól, hogy repülőgép-, autóipari alkatrészekről, szerszámokról vagy ipari gépekről van szó, az eljárás megismételhető eredményeket biztosít, amelyek képesek meghosszabbítani az alkatrész élettartamát és csökkenteni a karbantartási költségeket.

Ebben a bemutatóban az elektrolízis nélküli nikkelezés, annak pozitív tulajdonságai, felhasználása, az érintett lépések, és hogyan hasonlítja össze más eljárásokkal, például a nikkelezéssel, a kemény eloxálással, a nikkelezéssel és a nikkelezéssel, a nikkelezéssel, a nikkelezéssel és a nikkelezéssel. öntött alumínium, és a kortárs gyártásban használt nikkel-krómozás.

Mi az az elektrolízis nélküli nikkelezés?

Az elektrolízis nélküli nikkelezés egy nikkelötvözet fém vagy nem fémes felületre történő lerakását jelenti, mivel egy autokatalitikus reakció megy végbe. A kémiai fürdő nikkelsókat és egy redukálószert, általában nátrium-hipofoszfitot tartalmaz, amely a nikkelionokat fémmé alakítja, és azok képesek megtapadni a hordozón.

A nikkelezésnek nevezett galvanizáló eljárással ellentétben, ahol a nikkelt elektromos áram segítségével kell lerakni, az elektrolízis nélküli nikkelezésnél a folyamatnak nincs szüksége külső áramforrásra. Ennek eredményeképpen a bevonat vastagsága egyenletes lesz még a süllyesztett részeken, meneteken vagy belső üregekben is. Az eredmény egy nem porózus, kemény felület és korrózióálló ellenállás, amely a kihívást jelentő ipari körülmények között is alkalmazható.

A nikkelezés fő előnyei elektrolízis nélkül

1. Egyenletes bevonatvastagság

A lerakódás az alkatrész alakjától és összetettségétől függetlenül ugyanaz.

2. Jobb korróziós tulajdonság

A nikkel-foszfor ötvözetből készült réteg kiváló védelmet nyújt az oxidáció és a vegyi anyagok támadása ellen.

3. Jobb keménység és kopás

Hőkezeléssel az elektrolízis nélküli nikkel a keménykrómhoz nagyon hasonló keménységet érhet el.

4. Méretpontosság

A vastagság egyenletessége kicsi, ezért precíziós mérnöki alkalmazásokban használható.

5. Más anyagokkal való kompatibilitás

Használható acélra, rézre, alumíniumra, sárgarézre, és néhány műanyagon is használható, csak kisebb felület-előkészítéssel. 

Elektrolízis nélküli nikkelezés típusai

Az elektrolízis nélküli nikkelezést általában a nikkel és a foszfor ötvözetében lévő foszfor mennyisége alapján osztályozzák. Minden típusnak eltérő követelményei vannak a keménység, a korrózióállóság és a kopás tekintetében, ezért alkalmasak az egyes alkalmazásokban való felhasználásra.

1. Alacsony foszfortartalmú elektrolízis nélküli nikkelezés (2-5 százalék foszfor)

• Tulajdonságok: Az összes típus közül a legnehezebb, kopásálló és magas alacsony súrlódási együtthatóval.
• Korrózióállóság: Közepes, ez az anyag csak olyan helyeken használható, ahol a gyors korróziót elősegítő tényezőknek korlátozottan vannak kitéve.
• Alkalmazások: Hidraulikus alkatrészek, szerszámok, precíziós mérnöki alkatrészek, ahol a keménység fontos.

2. Med-Phos elektrolízis nélküli nikkelezés (6-9 százalék foszfor)

• Tulajdonságok: Mérsékelt jellemzők, jó keménység, kopás- és korrózióvédelem.
• Korrózióállóság: Ez a fém alacsony és mérsékelt környezeti környezetben alkalmazható.
• Alkalmazások: Autóalkatrészek, repülőgép-alkatrészek és -alkalmazások, valamint általános műszaki alkatrészek.

3. Magas foszfortartalmú elektrolízis nélküli nikkelezés (10 13 százalék foszfor)

• Jellemzők: Erős korróziómentesség különösen savas vagy tengeri környezetben, és simább, latexesebb felületű, és képlékenyebb.
• Keménység: Nem olyan kemény, mint az alacsony foszfortartalmú bevonatok, bár a hőkezelés növelheti a keménységet.
• Kiegészítő: Tengeri, olaj/gáz, vegyipari feldolgozó hardverek.

Az elektrolízis nélküli nikkelezés felhasználása

Az elektrolízis nélküli nikkelezés népszerű az iparágakban, mivel vastag, egyenletes bevonatot, korrózióállóságot és kopásvédelmet biztosít. Mindenben sokoldalú, és számos mérnöki és festési igényt szolgálhat ki.

1. Repülőgépipar

• Alkalmazás: Turbinalapátok, futóművek és üzemanyagrendszerek alkatrészeinek bevonására.
• Előny: Megbirkózik a nagyfokú hőmérséklet-változásokkal, minimalizálja a nedvesség és a repülőgép-üzemanyagok okozta kopást és korróziót.

2. Autóipar

• Alkalmazás: Motoralkatrészek, üzemanyag-befecskendezők és a fékrendszer részei.
• Előny: Javítja a kopásállóságot, a sima működést és meghosszabbítja az alkatrészek élettartamát.

3. Elektronikai ipar

• Alkalmazás:  Nyomtatott áramköri lap (PCB), csatlakozók és merevlemezek.
• Előny: Elektromos vezetőképességet, forraszthatóságot és oxidációt biztosít.

4. Olaj- és gázágazat

• Alkalmazások: Szelepek, szivattyúk, fúróberendezések és fúróberendezések.
• Előny: Véd a kopás, a vegyi támadások és a sós víz okozta korrózió ellen.

5. Szerszám- és szerszámgyártás

• Alkalmazás: Táblák, fröccsöntőformák, extrudáló szerszámok, precíziós szerszámok.
• Előny: Javítja a kioldást, csökkenti a ragadást és meghosszabbítja a szerszám élettartamát.

6. Tengeri alkalmazások

• Alkalmazás: Propeller, tengelyek, tengeri kötőelemek.
• Előny: Magas szintű tengervíz korrózió- és biofouling-ellenállás.

Elektrolízis nikkelezés folyamat lépésről lépésre

1. Felületi tisztítás - Az alkatrészt alaposan megtisztítják, hogy megszabaduljon az olajtól, szennyeződéstől, zsírtól és oxidációtól. Ez történhet oldószeres zsírtalanítás, lúgos fürdő, ultrahangos tisztítás vagy enyhe savas pácolás formájában. A bevonat jó tapadásának legjobb módja a felület tisztítása.
2. Felszíni aktiválás - A tisztítást követően az alkatrészt savas vagy katalitikus közegbe merítik, amely enyhén maró hatású, és eltávolítja a maradék, nem reagált oxidréteget. A nem fémek esetében egy vékony katalizátorfilmet lehet rájuk felvinni, hogy lehetővé tegyék a galvanizálási reakciót.
3. Galvanizáló fürdő - Ilyenkor az anyagot nikkelsókat, nátrium-hipofoszfitot (redukálószer), stabilizátorokat és komplexképző anyagokat tartalmazó, szabályozott hőmérsékletű fürdőbe (8595C °C) merítik. A tartós mozgás a kémiai koncentrációt változatlanul tartja.
4. Lerakódási reakció - A redukálószer olyan fémes reakciót vált ki, amely egyenletesen, elektromosság használata nélkül egy nikkelötvözetet rak le a felületre, rendkívül bonyolult formákat és belső zárványokat bevonva.
5. Öblítés és szárítás - Az öblítés a bevonattal ellátott alkatrész tiszta vagy ionmentesített vízben történő áttörlésére vonatkozik, hogy eltávolítsuk a nem felszívódott vegyszereket, és az alkatrész szárítása meleg levegővel vagy fűtőtestekkel történik, hogy az alkatrészen ne keletkezzen semmiféle szennyeződés vagy rozsdásodás.
6. Hőkezelés (opcionális) - Azokban az esetekben, amikor az alkalmazás nagy kopásállóságot igényel, a bevonattal ellátott alkatrészt 300-400 o C-on hőkezelik. Ezáltal a keménység majdnem a keménykróméhoz hasonlóvá válik, és javul a korrózióvédelem.

Összehasonlítások a nikkel-krómozással

A nikkel-krómozás gyakorlatilag egy lépcsős galvanizálás, azaz először egy nikkelréteg, majd a krómréteg lerakása. Ez nagyszerű tükörszerű felületet képez, és nagyon jó korrózióállóságot biztosít.

Ezzel szemben az elektrolízis nélküli nikkelezés nem elektromos eljárással egy egyenletes nikkel-foszfor réteget hoz létre. Ez lehetővé teszi bonyolult szerkezetek, süllyesztett területek és finom tűréshatárok metálozását, amelyek nikkel-krómozás esetén nem feltétlenül fedhetők le egyenletesen.

Bár a nikkel-krómozás jobb esztétikát kínál, az elektrolízis nélküli nikkelezés jobb vastagságegyenletességgel, kiváló kopásállósággal és szélesebb szubsztrátkompatibilitással rendelkezik. Az elektornélküli nikkelezést nagyon sok iparágban széles körben használják a teljesítmény szempontjából kritikus darabokon, de a nikkelkrómozást a dekoratív tárgyakon használják.

Elektrolízis nélküli nikkelezés vs elektrolitikus nikkelezés

Bár mindkét eljárás a nikkel bevonására szolgál, a működési elvük nagy különbséget mutat:

Összehasonlítási táblázat Kemény eloxálás

Amint azt az alumínium alkatrészekről már megállapították, különösen a nikkelezést gyakran tekintik a kemény eloxálással öntött alumínium helyettesítésének. Mindazonáltal az eloxálás lerakódás helyett oxidréteget képez.

Összehasonlítás a nikkel-krómozással

A nikkel-krómozás folyamata kétlépcsős galvanizáló kezelés, ahol az első réteg nikkel a korrózió megelőzésére, a másodlagos védőbevonat pedig egy vékony krómréteg.

A bevonatminőségre gyakorolt hatások

Számos olyan tényező van, amely közvetlen hatással van az elektrolízis nélküli nikkelbevonat teljesítményének, megjelenésének és tartósságának minőségére. Az ilyen paraméterek szabályozása egyenletes eredményekhez és a hibák alacsonyabb számához vezet.

• Kémia a fürdőben - A nikkelsók, nátrium-hipofoszfát, stabilizátorok, rs és komplexképző anyagok mennyiségének szigorúan ezen az arányon belül kell lennie. A maszatolódás és az egyenetlen tapadás, vastagság vagy a minimális korrózióállóság mind az egyensúlyhiányra vezethető vissza.
• Hőmérsékletszabályozás -  Az elektrolízisfürdőket általában 85-95 o C-on tartják. Ha alacsonyabb hőmérsékletet használnak, a lerakódás lelassul, és a túlmelegedés kontrollálatlan reakciókat okozhat, és lerövidítheti a fürdő élettartamát.
• PH szint - A PH-szintnek enyhén savasnak kell lennie, pH 4,55 és 5,5 között. A hibák megváltoztathatják a bevonat keménységét és foszfortartalmát, valamint a bevonat felületét.
• Mozgás és keringés - A keverés biztosítja a vegyszer teljes eloszlását, és megakadályozza, hogy a nem megfelelő keverés következtében az alkatrész felületén a nikkelionok kimerüljenek.
• Felület előkészítés - A hiányos tisztítás vagy aktiválás hámláshoz, hólyagosodáshoz vagy alacsony tapadáshoz vezet. Ez különösen fontos az alumínium vagy a műanyagok galvanizálásánál.
• Fürdő kora és szennyeződés - Idővel a fürdőben melléktermékek keletkeznek, amelyek csökkentik a hatékonyságot. A gyakori szűrés és a fürdő részleges cseréje segít elkerülni a kemény és foltos lerakódásokat.
• Galvanizálási idő - A hosszabb galvanizálási idő valószínűleg túl vastag rétegeket eredményez, amelyek feszültség hatására megtörnek, míg a túl rövid idő vékony és finom bevonatokat eredményez.

Elektrolízis nélküli nikkelezés anyagok

Nikkel Forrás

A galvanizálófürdőben nikkelsó, nikkelszulfát vagy nikkelklorid van jelen. Ezek adják a nikkelionokat, amelyek a reakcióban a bevonatot alkotják.

Redukálószer

A legnépszerűbb redukálószer a hipofoszfit. Kémiai úton szintén nikkelionokat redukál fémes nikkellyé, de nem igényel elektromos áramot.

Stabilizátorok

Nagyon kevés fémsót vagy szerves stabilizátort adunk hozzá, hogy a fürdő ne bomoljon le vagy ne menjen túl gyorsan.

Komplexizáló szerek

A szerves savak közé tartozik a tejsav vagy a citromsav, amelyet a nikkelionok oldott állapotban tartására és a fürdő megfelelő kémiai egyensúlyának fenntartására használnak.

pH-szabályozók

A pH-érték szabályozására olyan anyagokat használnak, mint az enyhe savak vagy ammónium-hidroxid, hogy a galvanizálás minősége egyenletes legyen.

A felület-előkészítés vegyi anyagai

A lúgos tisztítószerek feloldják az olajokat és a zsírokat, a savas aktivátorok pedig felhígítják az oxidokat és marják a fémet, hogy jól kötődjenek a fémhez.

Deionizált víz

A műveletek közötti mosásra használták, hogy elkerülhető legyen a normál vízforrások ásványi szennyeződése.

Környezeti megfontolások

Bár az elektrolízis nélküli nikkelezés az olyan veszélyes anyagokat, mint például a hat vegyértékű krómot használó eljárásokhoz képest biztonságosabb, mégis szigorú környezeti ellenőrzés mellett kell végezni. A galvanizálófürdőben nikkelsók, nátrium-hipofoszfit és más vegyületek vannak, amelyeket óvatosan kell kezelni a talaj és a víz szennyeződésének megelőzése érdekében.

A fő környezeti tényezők a következők:

1. Szennyvíztisztítás - A nikkel- és foszforvegyületek vízben vannak, és a galvanizáló fürdőkben használják. Ezeket kémiai kicsapással, ioncserével vagy membránszűréssel kell kezelni, majd ártalmatlanítani.
2. Vegyszerek kezelése és tárolása -A vegyi anyagokat korróziómentes tartályban kell tárolni, és rendelkezni kell a kiömlést megakadályozó intézkedésekkel.
3. Levegőminőség - Bár az elektrolízis során a galvanizáláshoz képest nem bocsát ki nagy mennyiségű légszennyező anyagot, a vegyi füstök elkerülése érdekében jól szellőző környezetet kell biztosítani.
4. Szabályozási megfelelés - A létesítmények a környezetvédelmi előírásokat, mint például a RoHS (veszélyes anyagok korlátozása) és a helyi területükön előírt hulladékkezelési irányelveket is követik, hogy időben megszüntessenek vagy minimalizáljanak mindenféle hulladék keletkezését.
5. Zöld lehetőségek - A jelenlegi kutatások célja olyan fürdők előállítása, amelyek biológiailag lebomló stabilizátorokat, kloridcsökkentő, kevésbé mérgező szereket és alacsony nehézanyag-tartalmat tartalmaznak.Ezen intézkedések alkalmazása segíti az iparágakat abban, hogy kiváló minőségű felületeket kapjanak, és kevésbé terheljék a környezetet. Ez a tény az egyik oka annak, hogy az elektrolízis jobb választás más anyagokkal, például a nikkel-krómozással szemben.

Jövőbeli fejlődő tendenciák az elektrolízis nélküli nikkelezésben

Az elektrolízis nélküli nikkelezés területe is meg fog változni, mivel az iparágaknak nagyobb teljesítményre, nagyobb fenntarthatósági szintre és hatékonyabb eljárásra lesz szükségük. Néhány fő trend határozza meg a jövőt:

1. Nanoszerkezetű bevonatok - A folyamatban lévő munka magában foglalja a nikkel-foszfor, mint bevonatot tartalmazó szemcseméretű nano bevonat kialakítását. Ezek a bevonatok keményebbek, kopásállóbbak, és a hagyományos bevonatanyagokhoz képest hatékonyan jobb korrózióvédelmet biztosítanak.
2. Kompozit bevonatok - A PTFE, a szilícium-karbid vagy a bór-nitrid hozzáadása a nikkel alapanyaghoz - más anyagok mellett - olyan különleges hatást hozhat létre, mint az önkenőanyag, a tapadásmentes felület vagy a súlyos kopásállóság.
3. Környezetbarát fürdőkészítmények - Biológiailag lebomló stabilizátorokat, kevésbé mérgező redukálószereket és csökkentett nehézfémszintet alkalmazó galvanizáló fürdők előállítása a nagyon szigorú környezetvédelmi előírásoknak való megfelelés érdekében.
4. Automatizálás és robotika - Az automatizált galvanizáló sorokban robotizált kezelést alkalmaznak, ami lehetővé teszi a bevonat megismételhető minőségét, az emberi hibák kiküszöbölését és a gép nagyobb termelékenységét.
5. Szelektív galvanizálási technológiák - Olyan technológiák vannak fejlesztés alatt, amelyek lehetővé tennék, hogy az alkatrésznek csak azokat a felületeit lehessen szelektíven bevonattal ellátni, amelyek bevonatot igényelnek, kiküszöbölve az anyagpazarlást és az utófeldolgozást.
6. Hibrid felületkezelések - Más technikák alkalmazása elektornikkelezéssel (galvanizálással) kombinálva, hogy a csúcstechnológiai iparágakban nagyon speciális igényeket kielégítő tulajdonságokkal rendelkező multifunkcionális felületeket biztosítsanak, pl. “kemény eloxálással öntött alumínium” vagy “nikkel-krómozás”.

Az elektromosan nikkelezés továbbra is hasznos felületkezelési technológia marad, ahogy az innovációk tovább fejlődnek, és egyre szélesebb körű alkalmazásokat tesznek lehetővé a repülőgépiparban, az autóiparban, az elektronikai iparban, a megújuló energiaiparban és az orvosi berendezésekben.

Következtetés

Az elektornikkelezés a legkorszerűbb galvanizálási technika, amely páratlan egyenletességet, korrózió- és kopásvédelmet biztosít. A hagyományos nikkelezéssel ellentétben nem elektromos áramra épül, és ez lehetővé teszi az összetett formák és belső felületek egyenletes lefedését.

A kemény eloxálású öntött alumíniummal összehasonlítva, legalábbis az elektrolízis nikkelezésnek az a képessége, hogy az alumíniumon kívül számos más fémre is fel tudja vinni a bevonatot, az eljárás megkülönböztető jellemzője. Eközben, bár a a nikkel-krómozás terméke ragyogó kivitelű, nem minden esetben lehet olyan egységes és sokoldalú, mint az elektrolízis.

Mivel az építőipar a nagy teljesítményű bevonatok felé fordul, ez a technológia fontos szereplője lesz a repülőgépipar, az autóipar, az elektronika és a szerszámgyártás ágazatának. Az elektrosztatikus nikkelezés továbbra is az egyik legnépszerűbb választásnak ígérkezik a folyamatos innovációknak köszönhetően, amelyek a teljesítmény és a környezetvédelmi megfelelőség javítására törekszenek a következő évtizedekben vagy évtizedekben.

GYIK

1. Mit jelent az elektrolízis nélküli nikkelezés?

Az elektrolízis nélküli nikkelezés olyan kémiai eljárásra utal, amely egy nikkel-foszfor vagy nikkel-bór ötvözetből álló egyenletes réteget helyez el egy felületre elektromos áram nélkül. Ez növeli a korrózióállóságot, a kopásállóságot és a felületek keménységét.

2. Mi a különbség az elektrolízis nélküli nikkelezés és a nikkel-krómozás között?

A nikkel-krómozással ellentétben, amely a nikkelt és a krómot elektromos áram alkalmazásával vezeti le, az elektrolízis nélküli nikkel autokatalitikus, és még szabálytalan formákon és üregekben is sima bevonatot biztosít.

3. Az alumínium alkalmas az elektrolízis nélküli nikkelezésre?

Lehet. Alumínium és még nem fémes aljzatok is bevonhatók, ha megfelelő felülettisztítással/aktiválással látják el őket. Leggyakrabban kombinálják a kemény eloxálással, az öntött alumíniummal, így a tárgyak erősek lesznek.

4. Mi az előnye a hőkezelésnek a galvanizálás esetében?

A nikkelréteget hőkezelésnek vetik alá, hogy kemény, kopásálló és korrózióálló legyen. A foszfortartalomtól függően olyan keménységűvé tehető, mint az ipari keménykróm.