Elektrolytisch vernikkelen: Een complete technische gids

Elektrolytisch vernikkelen kan worden beschouwd als een van de meest nauwkeurige, veelzijdige en betrouwbare processen op het gebied van oppervlaktetechniek en metaalafwerking, waarmee de oppervlakte-eigenschappen van talrijke materialen kunnen worden verbeterd. In tegenstelling tot gewoon galvaniseren is er geen elektrische stroom van buitenaf nodig. In plaats daarvan is het afhankelijk van een gecontroleerde chemische reactie die een uniforme film van nikkel-fosfor of nikkel-borium afzet door ze gelijkmatig op een oppervlak te legeren. Dit proces biedt de beste corrosiebestendigheid, slijtvastheid en consistente dikte, zelfs op ingewikkelde vormen.

Elektrolytisch coaten wordt vaak gekozen door fabrikanten, ingenieurs en ontwerpers in plaats van andere coatingprocedures vanwege de prestaties en cosmetische voordelen. Of het nu gaat om lucht- en ruimtevaart, auto-onderdelen, mallen of industriële machines, het proces levert reproduceerbare resultaten op die de levensduur van een onderdeel kunnen verlengen en de onderhoudskosten kunnen verlagen.

In deze tutorial zullen we ons verdiepen in de ins en outs van Elektrolytisch vernikkelen, de positieve eigenschappen, het gebruik, de stappen en hoe het te vergelijken is met andere processen zoals vernikkelen, hard anodiseren of anodiseren. gegoten aluminiumen nikkelverchroming gebruikt in de hedendaagse productie.

Wat is elektrolytisch vernikkelen?

Elektrolytisch vernikkelen verwijst naar de afzetting van een nikkellegering op een metalen of niet-metalen oppervlak, aangezien er een autokatalytische reactie plaatsvindt. Het chemische bad bevat nikkelzouten en een reductiemiddel, meestal natriumhypofosfiet, dat de nikkelionen omzet in metaal, waardoor ze zich aan het substraat kunnen hechten.

In tegenstelling tot het galvanische afzettingsproces dat vernikkelen wordt genoemd, waarbij nikkel moet worden afgezet met behulp van elektrische stroom, heeft het proces bij elektrodeloos nikkel geen externe stroomvoorziening nodig. Dit resulteert in uniformiteit in de dikte van de coating, zelfs bij verzonken delen, schroefdraad of inwendige holtes. Het resultaat is een niet-poreuze, harde afwerking en corrosiebestendigheid die bestand is tegen veeleisende industriële omstandigheden.

Belangrijkste voordelen van vernikkelen zonder elektrolassen

1. Gelijkmatige laagdikte

De depositie is hetzelfde, ongeacht de vorm van het onderdeel of de complexiteit.

2. Beter Corrosiebezit

De laag nikkel-fosforlegering biedt superieure bescherming tegen oxidatie en aantasting door chemicaliën.

3. Betere hardheid en slijtage

Na een warmtebehandeling kan elektroless nikkel een hardheid bereiken die veel lijkt op die van hardchroom.

4. Maatnauwkeurigheid

De uniformiteit in dikte is klein en daarom bruikbaar in precisietoepassingen.

5. Compatibel met andere materialen

Het kan gebruikt worden op staal, koper, aluminium, messing en kan gebruikt worden op sommige kunststoffen met slechts een kleine voorbereiding van het oppervlak. 

Soorten elektrolytisch vernikkelen

Elektrolytisch vernikkelen wordt gewoonlijk ingedeeld volgens de hoeveelheid fosfor in de legering van nikkel en fosfor. Elk type heeft verschillende eisen op het gebied van hardheid, corrosiebestendigheid en slijtage, waardoor het geschikt is voor individuele toepassingen.

1. Elektrolytisch vernikkelen met een laag fosforgehalte (2 tot 5 procent fosfor)

• Eigenschappen: Moeilijkste van alle types, slijtvast en hoge wrijvingscoëfficiënt.
• Corrosiebestendigheid: Medium, dit materiaal kan alleen worden gebruikt op plaatsen met beperkte blootstelling aan factoren die snelle corrosie bevorderen.
• Toepassingen: Hydraulische onderdelen, matrijzen, fijnmechanische onderdelen waarbij hardheid belangrijk is.

2. Med-Phos elektrolytisch vernikkelen (6-9 procent fosfor)

• Eigenschappen: Gematigde eigenschappen, goede hardheid, slijtage en corrosiebescherming.
• Corrosiebestendigheid: Dit metaal is toepasbaar in omgevingen met lage en gemiddelde milieus.
• Toepassingen: Auto-onderdelen, hardware en toepassingen voor vliegtuigen en algemene technische onderdelen.

3. Elektrolytisch vernikkelen met hoog fosforgehalte (10-13 procent fosfor)

• Kenmerken: Sterke non-corrosie in bijzonder zure of mariene omgevingen en heeft een gladdere, meer latex afwerking en is kneedbaarder.
• Hardheid: Ook niet zo hard als coatings met een laag fosforgehalte, hoewel een warmtebehandeling de hardheid kan verhogen.
• Accessoire: Apparatuur voor scheepvaart, olie/gas en chemische verwerking.

Toepassingen van elektrolytisch vernikkelen

Elektrolytisch vernikkelen is populair in alle industrieën omdat het een dikke, uniforme coating, corrosiebestendigheid en slijtagebescherming geeft. Het is allemaal veelzijdig en kan dienen in tal van engineering- en schilderbehoeften.

1. Ruimtevaartindustrie

• Toepassing: Voor het coaten van turbinebladen, onderdelen van landingsgestellen en onderdelen van het brandstofsysteem.
• Voordeel: Het is bestand tegen grote temperatuurschommelingen en minimaliseert slijtage en corrosie door vocht en vliegtuigbrandstoffen.

2. Auto-industrie

• Toepassing: Motoronderdelen, brandstofinjectoren en onderdelen van het remsysteem.
• Voordeel: Het verbetert de slijtvastheid, soepele werking en verlengt de levensduur van onderdelen.

3. Elektronica-industrie

• Toepassing:  Printplaten, connectoren en harde schijven.
• Voordeel: Biedt elektrische geleiding, soldeerbaarheid en oxidatie.

4. Olie- en gassector

• Toepassingen: Afsluiters, pompen, boorapparatuur en booruitrusting.
• Voordeel: Het beschermt tegen slijtage, chemische aantasting en zoutwatercorrosie.

5. Vorm- en werktuigindustrie

• Toepassing: Drukplaten, spuitgietmatrijzen, extrusiematrijzen, precisiegereedschap.
• Voordeel: Verbetert de afgifte, vermindert kleven en verlengt de levensduur van het gereedschap.

6. Mariene toepassingen

• Toepassing: Schroef, assen, bevestigingsmiddelen voor de scheepvaart.
• Voordeel: Hoge weerstand tegen zeewatercorrosie en biofouling.

Elektrolytisch vernikkelen stap voor stap

1. Oppervlaktereiniging - Het onderdeel wordt grondig gereinigd om het te ontdoen van olie, vuil, vet en oxidatie. Dit kan in de vorm van ontvetten met oplosmiddelen, alkalische baden, ultrasoon reinigen of licht zuur beitsen. De beste manier om een goede hechting van de coating te verkrijgen is door het oppervlak te reinigen.
2. Oppervlakteactivering - Na het reinigen wordt het onderdeel ondergedompeld in een zuur of katalytisch medium dat een licht etsend effect heeft en de overgebleven niet-gereageerde oxidelaag verwijdert. Bij niet-metalen kan er een dunne laag katalysator op worden aangebracht om de plateringsreactie mogelijk te maken.
3. Galvanisch bad - Hierbij wordt het materiaal ondergedompeld in een bad met temperatuurregeling (8595 °C) waarin nikkelzouten, natriumhypofosfiet (reductiemiddel), stabilisatoren en complexvormers worden gebruikt. Door de aanhoudende beweging blijft de chemische concentratie gelijk.
4. Depositiereactie - Het reductiemiddel veroorzaakt een metaalreactie die een nikkellegering gelijkmatig aan het oppervlak aanbrengt, coat extreem gecompliceerde vormen en interne opsluitingen zonder het gebruik van elektriciteit.
5. Spoelen en drogen Afspoelen is het afvegen van de verzinkte component in schoon of gedeïoniseerd water om niet-geabsorbeerde chemicaliën te verwijderen en het drogen van de component gebeurt met warme lucht of verwarming zodat er geen vlekken of roestvorming op de component ontstaat.
6. Warmtebehandeling (optioneel) - In gevallen waarin de toepassing een hoge slijtvastheid vereist, wordt het geplateerde onderdeel warmtebehandeld bij 300-400 o C. Hierdoor wordt de hardheid bijna die van hardchroom en wordt de corrosiebescherming verbeterd.

Vergelijkingen met vernikkelen

Verchromen met nikkel is in feite een stapsgewijze galvanisatie, waarbij eerst een nikkellaag wordt aangebracht en vervolgens chroom. Dit vormt een prachtige spiegelachtige afwerking en is zeer goed bestand tegen corrosie.

Bij elektrolytisch vernikkelen daarentegen wordt een uniforme nikkel-fosforlaag aangebracht via een niet-elektrisch proces. Dit maakt de metallisatie mogelijk van ingewikkelde structuren, verzonken gebieden en fijne toleranties die niet uniform kunnen worden bedekt bij gebruik van nikkelverchroming.

Hoewel nikkelverchromen een betere esthetiek biedt, heeft elektrolytisch vernikkelen een betere uniformiteit in dikte, een superieure slijtvastheid en een bredere compatibiliteit met substraten. Elektrolytisch vernikkelen wordt op grote schaal gebruikt in veel industrieën op die onderdelen die kritisch zijn voor de prestaties, maar nikkelverchromen wordt gebruikt op decoratieve onderdelen.

Elektrolytisch vernikkelen vs. elektrolytisch vernikkelen

Hoewel beide processen zijn gecategoriseerd om een oppervlak te coaten met nikkel, vertonen hun werkingsprincipes een groot verschil:

Vergelijkingstabel Hard Anodiseren

Zoals al gezegd is over aluminium onderdelen in het bijzonder, wordt vernikkelen vaak gezien als een vervanging voor het hard anodiseren van gegoten aluminium. Anodiseren vormt echter een oxidelaag in plaats van een afzetting.

Vergelijking met nikkelchroomplateren

Het proces van nikkelverchromen is een galvanische behandeling in twee stappen, waarbij de eerste laag nikkel is om corrosie te voorkomen en een secundaire beschermende afwerking een dunne laag chroom is.

Invloeden op de plateerkwaliteit

Er zijn een aantal factoren die een directe invloed hebben op de kwaliteit van de prestaties, het uiterlijk en de duurzaamheid van een elektrolytische nikkelcoating. Regeling van dergelijke parameters leidt tot stabiele resultaten en een lager aantal defecten.

• Chemie voor het bad - De hoeveelheid nikkelzouten, natriumhypofosfaat, stabilisatoren, rs en complexvormers moet strikt binnen deze verhouding liggen. Smeren en ongelijkmatige hechting, dikte of minimale weerstand tegen corrosie kunnen allemaal te wijten zijn aan de onevenwichtigheden.
• Temperatuurregeling -  Elektrolytloze plateringsbaden worden normaal gesproken op 85-95 o C gehouden. Wanneer een lagere temperatuur wordt gebruikt, wordt de afzetting vertraagd en kan oververhitting ongecontroleerde reacties veroorzaken en de levensduur van het bad verkorten.
• PH-niveau - Het PH-niveau moet licht zuur zijn bij pH 4,55 tot 5,5. Defecten kunnen de hardheid en fosfor en de afwerking van de coating veranderen.
• Roering en circulatie - Mengen zorgt voor een volledige chemische verdeling en voorkomt dat gebieden op het oppervlak van het onderdeel uitgeput raken van nikkelionen als gevolg van onvoldoende mengen.
• Oppervlaktevoorbereiding - Een onvolledige reiniging of activering veroorzaakt afschilfering, blaasvorming of een lage hechting. Dit is vooral belangrijk bij het plateren van aluminium of kunststoffen.
• Leeftijd van het bad en vervuiling - Na verloop van tijd ontstaan er bijproducten in het bad, die de efficiëntie verminderen. Regelmatige filtratie en gedeeltelijke vervanging van het bad helpen om harde afzettingen en vlekken te voorkomen.
• Plateertijd - Een langere plateertijd zal waarschijnlijk te dikke lagen produceren die zullen breken als er spanning op wordt uitgeoefend, terwijl een te korte tijd dunne en delicate coatings zal veroorzaken.

Elektrolytisch vernikkelen materialen

Nikkel Bron

Een nikkelzout, ofwel nikkelsulfaat of nikkelchloride, is aanwezig in het platingbad. Deze geven de nikkelionen die tijdens de reactie de deklaag vormen.

Reductiemiddel

Het populairste reductiemiddel is hypofosfiet. Het reduceert nikkelionen ook chemisch tot metallisch nikkel, maar er is geen elektriciteit voor nodig.

Stabilisatoren

Er wordt heel weinig metaalzout of organische stabilisatoren toegevoegd om ervoor te zorgen dat het bad niet vergaat of te snel gaat.

Complexvormers

Enkele van de organische zuren zijn melkzuur of citroenzuur die worden gebruikt om de nikkelionen in opgeloste vorm te houden en een goede chemische balans van het bad te handhaven.

pH-aanpassers

Stoffen zoals milde zuren of ammoniumhydroxide worden gebruikt om het pH-bad te reguleren voor een consistente kwaliteit van het plateren.

Chemicaliën voor oppervlaktevoorbereiding

Alkalische reinigers lossen olie en vet op en zure activators verdunnen oxides en etsen het metaal zodat het zich goed hecht aan het metaal.

Gedeïoniseerd water

Het werd gebruikt om tussen de werkzaamheden door te wassen, zodat minerale verontreiniging door normale waterbronnen kon worden vermeden.

Milieu-overwegingen

Hoewel elektrolytisch vernikkelen, in vergelijking met processen waarbij gevaarlijke stoffen zoals zeswaardig chroom worden gebruikt, veiliger is, moet het nog steeds worden uitgevoerd met strenge milieucontroles. Er zitten nikkelzouten, natriumhypofosfiet en andere verbindingen in het platingbad, waar voorzichtig mee moet worden omgegaan om verontreiniging van bodem en water te voorkomen.

De belangrijkste omgevingsfactoren zijn:

1. Afvalwaterzuivering - Nikkel- en fosforverbindingen zitten in water en worden gebruikt in platingbaden. Deze moeten worden behandeld door chemische neerslag, ionenuitwisseling of membraanfiltratie en vervolgens afgevoerd.
2. Behandeling en opslag van chemische stoffenDe chemicaliën moeten worden opgeslagen in een corrosievrije container en er moeten voorzieningen zijn om morsingen te voorkomen.
3. Luchtkwaliteit - Hoewel bij elektrolytisch plateren geen grote hoeveelheden luchtverontreinigende stoffen vrijkomen, moet er toch voor een goed geventileerde omgeving worden gezorgd om chemische dampen te vermijden.
4. Naleving van regelgeving Vestigingen volgen ook de milieuregelgeving zoals RoHS (Restriction of Hazardous Substances) en het afvalbeheerbeleid dat vereist is in hun lokale omgeving, op tijd om elke vorm van afvalproductie te elimineren of tot een minimum te beperken.
5. Groene opties - Het huidige onderzoek is gericht op het produceren van baden met biologisch afbreekbare stabilisatoren, chloridereducerende minder giftige middelen en een laag gehalte aan zware metalen. De toepassing van deze maatregelen helpt industrieën om afwerkingen van hoge kwaliteit te verkrijgen en minder impact op het milieu te hebben. Dit is een van de redenen waarom elektroless plating een betere optie is dan andere stoffen, zoals nikkelchroomplating.

Toekomstige trends in elektrolytisch vernikkelen

Het gebied van elektrolytisch vernikkelen zal ook veranderen omdat de industrie betere prestaties, een hoger niveau van duurzaamheid en een effectiever proces vereist. Enkele belangrijke trends bepalen de toekomst:

1. Nanogestructureerde coatings - Er wordt gewerkt aan het ontwerp van een nikkel-fosfor coating met een nano-korrelgrootte. Deze coatings zijn harder, slijtvaster en bieden een betere bescherming tegen corrosie in vergelijking met traditionele coatingmaterialen.
2. Composietcoatings - Door onder andere PTFE, siliciumcarbide of boornitride toe te voegen aan de nikkelbasis kan een speciaal effect worden gecreëerd, zoals de ontwikkeling van zelfsmeermiddelen, antikleefoppervlakken of ernstige slijtvastheid.
3. Milieuvriendelijke badformules - Formulering van galvaniseerbaden met biologisch afbreekbare stabilisatoren, minder giftige reductiemiddelen en een lager gehalte aan zware metalen om te voldoen aan zeer strenge milieunormen.
4. Automatisering en robotica - In de geautomatiseerde bekledingslijnen wordt gebruik gemaakt van robothandling, waardoor een herhaalbare kwaliteit van de coating, het elimineren van menselijke fouten en een grotere productiviteit van de machine mogelijk worden.
5. Selectieve plateringstechnologieën - Er zijn technologieën in ontwikkeling die het mogelijk maken om selectief alleen die oppervlakken van een onderdeel te coaten die gecoat moeten worden, waardoor materiaalverspilling en nabewerking geëlimineerd worden.
6. Hybride oppervlaktebehandelingen - Het gebruik van andere technieken in combinatie met elektrolytisch nikkel (plating) om multifunctionele oppervlakken te maken met eigenschappen om te voldoen aan zeer specifieke behoeften in hightechindustrieën, bijv.

Elektrolytisch vernikkelen zal een nuttige technologie voor oppervlakteafwerking blijven naarmate innovaties zich verder ontwikkelen tot een breder toepassingsgebied met meer toepassingen in de luchtvaart-, auto-, elektronica-, duurzame energie- en medische apparatuurindustrie.

Conclusie

Elektrolytisch vernikkelen is de hoogwaardige vernikkeltechniek die een ongeëvenaarde uniformiteit en corrosie- en slijtagebescherming biedt. In tegenstelling tot conventioneel vernikkelen is deze techniek niet gebaseerd op elektrische stroom, waardoor zelfs complexe vormen en interne oppervlakken bedekt kunnen worden.

Vergeleken met het hard anodiseren van gegoten aluminium, is in ieder geval het vermogen van elektroless nickel plating om plating op een breed scala van andere metalen naast aluminium is een onderscheidend kenmerk van dit proces. Hoewel de product van nikkelchroomplateren heeft een schitterende afwerking, maar kan niet in alle gevallen zo uniform en veelzijdig zijn als elektrolytisch plateren.

Nu de bouwindustrie zich richt op hoogwaardige coatings, zal deze technologie een belangrijke speler worden in de luchtvaart-, auto-, elektronica- en matrijzenbouwsector. Elektrolytisch vernikkelen belooft nog steeds een van de populairste keuzes te worden dankzij voortdurende innovaties die de prestaties en de naleving van milieueisen in de komende decennia willen verbeteren.

FAQs

1. Wat betekent elektrolytisch vernikkelen?

De term elektroless nickel plating verwijst naar een chemisch proces waarbij een uniforme laag van een legering van nikkel-fosfor of nikkel-boor op een oppervlak wordt aangebracht zonder elektriciteit. Het verhoogt de corrosiebestendigheid, slijtvastheid en hardheid van oppervlakken.

2. Wat zijn de verschillen tussen elektrolytisch vernikkelen en nikkelverchromen?

In tegenstelling tot nikkelverchroming, waarbij nikkel en chroom door de toepassing van elektriciteit worden afgezet, is elektrodeloos nikkel autokatalytisch en zorgt het voor een gladde deklaag, zelfs op onregelmatige vormen en in holle ruimten.

3. Leent aluminium zich voor elektrolytisch vernikkelen?

Het kan. Aluminium en zelfs niet-metalen substraten kunnen ook worden geplateerd als het oppervlak goed wordt gereinigd/geactiveerd. Meestal wordt het gecombineerd met de combinatie van hard anodiseren spuitgieten van aluminium, zodat de voorwerpen sterk worden.

4. Wat is het voordeel van warmtebehandeling bij plateren?

De nikkellaag ondergaat een warmtebehandeling om hem hard, slijtvast en corrosiebestendig te maken. Afhankelijk van het fosforgehalte kan het zo hard worden gemaakt als industrieel hardchroom.