Cynkowanie a niklowanie: Którą powłokę wybrać?

Cynkowanie i niklowanie to częste punkty odniesienia w zakresie wykańczania metali. Te dwie metody są stosowane w celu ochrony metali, zwiększenia ich wydajności i wydłużenia żywotności produktów. Różnice między tymi dwoma typami zależą od kosztów, trwałości i wyglądu. Wykończenie powierzchni to nie tylko wygląd. Chodzi o dokładność, z jaką produkt może przeciwdziałać rdzy, zużyciu i uszkodzeniom. Nawet mocne metale mogą zostać uszkodzone, jeśli nie mają odpowiedniej powłoki. Jest to powód, dla którego galwanizacja jest ważnym procesem w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, budowlanym i elektronicznym.

Cynkowanie galwaniczne jest dobrze znane jako tanie i skuteczne. Tworzy cienką i trwałą powłokę ochronną, która jest odporna na rdzewienie metalu znajdującego się pod spodem. Daje to pierwszeństwo elementom złącznym, nakrętkom, śrubom i wielu innym małym elementom używanym w codziennych przedmiotach. Z drugiej strony niklowanie jest mocniejsze i trwalsze. Nie zużywa się łatwo i jest odporna na działanie kwasów. Niklowanie jest również jasnym, atrakcyjnym wykończeniem, więc jest idealne, gdy jest potrzebne na dekoracyjnych lub widocznych częściach, takich jak listwy samochodowe i elementy wyposażenia urządzeń lub na obudowach elektronicznych.

Rozważając między cynkowaniem a niklowaniem, pojawia się pytanie: które rozwiązanie jest lepsze w danej sytuacji? W zależności od miejsca, w którym dana część znajdzie zastosowanie, stopnia jej zabezpieczenia i ilości, z jaką jesteś gotowy się rozstać, określasz odpowiedź.

W bieżącym blogu omówimy oba procesy, ich zalety, ograniczenia i główne obszary, w których można je najlepiej wykorzystać, aby pomóc w podjęciu najbardziej odpowiedniej decyzji.

Czym jest cynkowanie galwaniczne?

Cynkowanie galwaniczne jest szeroko stosowaną i opłacalną techniką powlekania. Polega ona na nakładaniu cienkiej warstwy cynku na powierzchnię metalu, najczęściej stali lub żelaza, w procesie znanym jako galwanizacja. W procesie tym stosuje się roztwór soli cynku do zanurzenia metalu podstawowego i przepuszcza się prąd elektryczny. Roztwory cynku przemieszczają się na powierzchnię elementu, pozostawiając równomierną i cienką powłokę.

Korzyści z cynkowania galwanicznego

• Odporność na korozję: Cynk może być stosowany jako powłoka protektorowa, dzięki czemu koroduje jako pierwszy, zanim inny metal ulegnie korozji. To znacznie wydłuża żywotność części.
• Niski koszt: Cynkowanie galwaniczne to tani sposób powlekania w porównaniu do innych.
• Dobry wygląd: Daje jasne, błyszczące wykończenie, które może być poddane dalszej obróbce chromianami w celu uzyskania innych kolorów (żółty lub przezroczysty).
• Elastyczność: Nadaje się do nakrętek, śrub, elementów złącznych i części samochodowych.

Ograniczenia cynkowania galwanicznego

• Ma krótszą żywotność w porównaniu do niklu: Cynk zapewnia wysoką ochronę nawet w najtrudniejszych warunkach, ale jego żywotność jest ograniczona.
• Niższa odporność na zużycie: Materiał ten nie nadaje się do zastosowań o wysokim współczynniku tarcia.
• Odporność na niskie temperatury: Na powłokę cynkową mają wpływ wysokie temperatury.

Czym jest niklowanie?

Niklowanie jest również powszechną techniką wykończeniową, ale w porównaniu z cynkiem oferuje twardszą, trwalszą i bardziej estetyczną powierzchnię. Proces ten można osiągnąć na dwa główne sposoby:

Niklowanie elektrolityczne (Galwanizacja) - Podobnie jak w procesie cynkowania, surowy metal jest umieszczany w roztworze soli niklu, a nikiel osadza się na powierzchni poprzez zastosowanie prądu elektrycznego do metalu.

Niklowanie bezprądowe to metoda, która nie wymaga użycia energii elektrycznej. Wykorzystuje ona raczej proces chemiczny w celu równomiernego osadzania niklu na powierzchni, w tym w złożonych strukturach lub w miejscach niedostępnych w inny sposób.

Korzyści z niklowania

• Doskonały środek antykorozyjny: Nikiel zapewnia warstwę ochronną, która nie pozwala na przenikanie lub rozwój wilgoci. Nikiel bezprądowy jest szczególnie skuteczny w powstrzymywaniu rdzewienia.
• Wyższa twardość i odporność na zużycie: Powłoki niklowe są twardsze niż cynkowe i bardziej odporne na tarcie, ścieranie i intensywne użytkowanie.
• Lepszy wygląd: Wykończenia niklowe są gładkie, błyszczące i profesjonalne. Są one stosowane do celów dekoracyjnych.
• Uniwersalność grubości: Nikiel może być dodawany w grubszych powłokach w celu poprawy ochrony.

Ograniczenia niklowania

• Nadmierne wydatki: Niklowanie jest droższe w porównaniu z cynkowaniem, zarówno pod względem materiału, jak i procesu.
• Potencjalna kruchość: Istnieją sytuacje, w których grube powłoki niklowe mają tendencję do pękania z powodu kruchości.
• Działania na rzecz środowiska: Niklowanie jest uważane za bardziej złożone pod względem przetwarzania odpadów w porównaniu do cynkowania.
• Wolniejszy proces produkcji: Niklowanie jest zwykle wolniejsze niż cynkowanie, co może mieć wpływ na produkcję na dużą skalę.

Proces galwanizacji

Proces cynkowania galwanicznego

Przygotowanie powierzchni jest bardzo skrupulatne w przypadku cynkowania. Przed wykonaniem powłoki, powierzchnia, która w większości przypadków jest metalowa, zwykle stalowa lub żelazna, musi zostać oczyszczona z oleju, brudu, rdzy i tlenków. Aby to osiągnąć, komponenty są czyszczone w kwaśnych lub alkalicznych płynach, a następnie płukane, aby nie pozostały żadne pozostałości. Po oczyszczeniu, element jest umieszczany w kąpieli elektrolitycznej zawierającej roztwór soli cynku, głównie siarczanu cynku lub chlorku cynku. Następnie przez wannę przepływa prąd elektryczny. Ten ruch powoduje, że jony cynku w medium przemieszczają się i osadzają na powierzchni metalu nieszlachetnego. Efektem jest bardzo cienka, równomierna powłoka cynku pokrywająca cynk znajdujący się pod nią. Często przeprowadzana jest obróbka końcowa powlekanego elementu, która może zapewnić bardziej odporny na korozję efekt, a także może zmienić wygląd powłoki, zapewniając żółte, czarne lub przezroczyste wykończenie. Cynkowanie galwaniczne jest stosunkowo szybkie, ma niską cenę i ma duże zastosowanie w masowej produkcji sprzętu i części samochodowych.

Proces niklowania

Niklowanie jest przygotowywane w prawie podobny sposób, przy czym początkowym etapem jest czyszczenie. Powierzchnie części są dobrze przygotowane i oczyszczone, aby zapewnić, że przyczepność nie jest zagrożona przez pozostałości. Niklowanie elektrolityczne: Część jest umieszczana w wannie z roztworami soli niklu, np. siarczanu niklu, a następnie podawany jest prąd elektryczny. Powoduje to osadzanie się jonów niklu na powierzchni, tworząc twardą i ochronną warstwę. Innym podejściem, które polega na niklowaniu i nie wymaga zasilania, jest niklowanie bezprądowe. Część jest raczej zanurzana w niektórych chemikaliach pod solami niklu i roztworem redukującym, takim jak podfosforyn sodu. Zachodzi również platerowana reakcja chemiczna, a nikiel jest równomiernie osadzany na części. Proces ten ma tę przewagę nad powlekaniem elektrolitycznym, że pokrywa równomiernie nawet wgłębienia, rowki i inne złożone geometrie. Osady niklu bezprądowego są bardzo twarde i odporne na korozję, ale proces ten jest droższy niż metoda galwaniczna i wymaga znacznie większej dbałości o skład chemiczny kąpieli, poziom pH i temperaturę.

Cynkowanie a niklowanie: Kluczowe różnice

Przy wyborze między cynkowaniem a niklowaniem należy wziąć pod uwagę koszty, trwałość, wygląd, odporność na korozję i odpowiedniość zastosowania. Przyjrzyjmy się im po kolei.

1.     Odporność na korozję

• Cynkowanie galwaniczne: Zapewnia ona umiarkowaną ochronę w umiarkowanych warunkach. Powłoka cynkowa chroni stal, poświęcając się w obszarach narażonych na wilgoć od czasu do czasu, takich jak śruby, nakrętki i części. Ale New Light nie działa lepiej, gdy występuje duże obciążenie, środowisko korozyjne, szczególnie na morzu.
• Niklowanie: Zapewnia zwiększony poziom odporności na wilgoć, chemikalia i utlenianie. Szczególnie nikiel bezprądowy jest dość odporny na korozję i jest powszechnie stosowany w przemyśle morskim, lotniczym i naftowym. 

Zwycięzca: Niklowanie zapewnia długotrwałą ochronę przed korozją.

2. Wytrzymałość / podatność na zużycie

• Cynkowanie galwaniczne: mniej twarde i odporne na zużycie. Wykorzystanie najlepszych komponentów, które nie mogą być używane bezpośrednio za każdym razem.
• Niklowanie: Twardsza i bardziej odporna na zarysowania, tarcie i zużycie powłoka niklowa. Do stosowania na częściach o wysokiej wydajności lub częściach ruchomych.

Zwycięzca: Niklowanie; Twardość, odporność na zużycie.

3. Koszt

• Cynkowanie galwaniczne: IJest znacznie tańszy zarówno pod względem kosztów materiałowych, jak i procesowych.
• Niklowanie: Kosztuje więcej ze względu na koszt surowego niklu, a czas przetwarzania jest również dłuższy.

 Zwycięzca: Cynkowanie galwaniczne do opłacalnych rozwiązań.

4. Wygląd

• Cynkowanie galwaniczne: Odbija światło i dobrze wygląda, ale nie jest tak wyrafinowany jak nikiel. Możliwość chromowania w celu uzyskania różnych wykończeń (przezroczyste, żółte, czarne).
• Niklowanie: Profesjonalne, lustrzane wykończenie. Lepiej nadaje się do produktów przeznaczonych dla konsumentów lub użytkowników końcowych (produkty elektroniczne, dekoracje, produkty luksusowe).

 Zwycięzca: Niklowanie - aby dobrze wyglądać.

5. Wpływ na środowisko

• Cynkowanie galwaniczne: Z reguły mniej niebezpieczne dla środowiska. Przetwarzanie odpadów staje się prostsze.
• Niklowanie: Należy go wyrzucić i obchodzić się z nim w bardziej restrykcyjny sposób, ponieważ jego substancja chemiczna jest niebezpieczna.

 Zwycięzca: Cynkowanie na zielono.

Tabela szybkiego porównania

Przemysłowe zastosowania cynkowania i niklowania

Obie techniki powlekania są bardzo powszechne w przemyśle; jednak większość ludzi określa, którą z nich zastosować w zależności od dostępnego przydziału budżetowego, wymagań dotyczących wydajności i sytuacji środowiskowej.

1. Przemysł motoryzacyjny

Cynkowanie galwaniczne: Szeroko stosowane w kołpakach końcowych, nakrętkach, śrubach i elementach złącznych, częściach hamulcowych. Komponenty te powinny być materiałowe, a ochrona antykorozyjna może nie wymagać wysokiej jakości wykończenia. Cynkowanie zapewnia opłacalną metodę w masowej produkcji motoryzacyjnej.

Niklowanie: Niklowanie Równowaga między wyglądem a wytrzymałością jest zawsze niezbędna w przypadku ozdobnych wykończeń, emblematów i części układu wydechowego. Nikiel jest również powlekany elektrycznie; jest stosowany w częściach, które muszą pracować w trudnych warunkach, takich jak układy paliwowe.

2. Przemysł lotniczy

Cynkowanie galwaniczne: Nie jest to typowa powłoka dla przemysłu lotniczego, ponieważ nie zapewnia dużej ochrony przed korozją. Jednak stopy cynku i niklu (połączenie obu) mogą być czasami stosowane jako umiarkowana ochrona.

Niklowanie: Jest to bardzo preferowane rozwiązanie, ponieważ charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję i wytrzymałością na wysokie temperatury. Niklowanie jest szeroko stosowane w częściach silników lotniczych, układach hydraulicznych i podwoziach.

3. Budownictwo i infrastruktura

Cynkowanie galwaniczne: Istnieje wiele elementów okuć budowlanych, które wykorzystują cynkowanie, takich jak śruby, gwoździe, wsporniki i rury. Jest to przydatne, ponieważ zapewnia odpowiednią ochronę budynkom narażonym na różne warunki pogodowe.

Niklowanie: Nie jest tak popularny w budownictwie, ponieważ jest zbyt drogi, ale w sprzęcie, który wymaga długotrwałego użytkowania i czystego wykończenia (np. elementy dekoracyjne, windy i schody ruchome).

4. Urządzenia/produkty elektroniczne

Cynkowanie galwaniczne: Jest on również stosowany do wewnętrznych elementów złącznych i łączników, których estetyka nie jest istotnym aspektem.

Niklowanie: Powszechnie stosowany na powierzchniach zewnętrznych, takich jak obudowy telefonów, dekoracyjne wykończenia urządzeń i złącza elektryczne ze względu na jego przewodność, zużycie i błyszczący wygląd.

5. Ropa i gaz / Maszyny ciężkie

Cynkowanie galwaniczne: nie jest najlepszym wyborem ze względu na wysoce korozyjny charakter środowiska platform wiertniczych.

Niklowanie: Nikiel jest standardem, jeśli chodzi o maszyny, które będą miały kontakt ze słoną wodą, chemikaliami i środowiskami wysokociśnieniowymi. Niklowanie bezprądowe jest jedyną procedurą, która zapewnia równomierne pokrycie najbardziej złożonych kształtów, a zatem cieszy się dużym zainteresowaniem na tym rynku.

Którą z nich wybrać?

Ostatecznie wybór między cynkowaniem a niklowaniem sprowadza się do tego, które z tych czynników jest dla użytkownika najważniejsze:

Wybierz cynkowanie galwaniczne, gdy

• Potrzebujesz opłacalnego rozwiązania.
• Komponent jest stosowany w umiarkowanych środowiskach.
• A ty galwanizujesz elementy złączne, śruby lub ogólny sprzęt.
• Przyjazność dla środowiska i szybkość produkcji są ważne.

Wybierz niklowanie, gdy

• Wymagana jest długotrwała odporność na korozję.
• Komponent będzie narażony na wysokie tarcie, chemikalia lub wysokie temperatury.
• Oczekuje się specjalnego, dekoracyjnego, profesjonalnego wykończenia na wysokim poziomie.
• Pracujesz w branży lotniczej, morskiej lub wyczynowej.

W innych branżach stosuje się powłoki ze stopu cynku i niklu, które są równie ekonomiczne jak cynk, ale mają większą trwałość niż nikiel. Zaletę tego hybrydowego systemu uzyskano zarówno w programach motoryzacyjnych, jak i lotniczych.

Podział kosztów: Cynk vs Nikiel

Koszt jest jednym z głównych czynników decydujących. Średnio:

1. Koszty cynkowania galwanicznego: 0,10 do 0,25 za stopę kwadratową.
2. Koszt niklowania: 0.75-2.00$.

Przekłada się to na to, że cynkowanie jest do 10 razy bardziej opłacalne niż niklowanie i dlatego stało się tak przydatne w produkcji masowej. Biorąc jednak pod uwagę długoterminowy koszt posiadania, niklowanie opłaca się w dłuższej perspektywie, ponieważ wydłuża żywotność części, dzięki czemu znacznie mniej części wymaga wymiany.

Materiały wymagane do galwanizacji

Materiały do cynkowania galwanicznego

Cynkowanie galwaniczne wymaga szeregu materiałów, aby zagwarantować zadowalające wykończenie. Najczęstszym metalem bazowym jest stal lub żelazo, choć inne metale również mogą być stosowane. Środkiem kąpieli galwanicznej jest roztwór soli cynku, zwykle przygotowywany z siarczanu cynku lub chlorku cynku. Ma to na celu przewodzenie prądu elektrycznego; do kąpieli dodaje się chemikalia zwane elektrolitami. Prąd elektryczny, który powoduje ruch jonów cynku z roztworu na powierzchnię metalu, jest również wytwarzany za pomocą zasilacza. Podczas przygotowywania powierzchni stosuje się środki alkaliczne, odtłuszczające i trawiące kwasem w celu usunięcia tlenków, brudu i oleju. Inne substancje chemiczne, takie jak chromiany, są dodawane po powlekaniu w celu zwiększenia odporności na korozję i zmiany koloru elementu.

Materiały do niklowania

Niklowanie ma jeszcze inny skład. Najważniejszą rzeczą jest kąpiel solna niklu, która zwykle składa się z siarczanu niklu, chlorku niklu, a czasami węglanu niklu. Elektroliza niklu W elektrolitycznym procesie galwanizacji niklu, do przeniesienia jonów niklu na powierzchnię metalu nieszlachetnego potrzebny jest prąd stały. Niklowanie bezprądowe Niklowanie bezprądowe Niklowanie bezprądowe to metoda powlekania, która nie wymaga energii elektrycznej, oparta na roztworze redukującym zwanym roztworem podfosforynu sodu. Podobnie jak w przypadku cynkowania, roztwory czyszczące i inne chemikalia przygotowujące powierzchnię są również wymagane do uzyskania silnej przyczepności warstwy niklu. Czasami do kąpieli dodawane są rozjaśniacze i stabilizatory w celu poprawy koloru i jakości powłoki. Ponieważ w niklowaniu stosuje się więcej szkodliwych chemikaliów, istnieje potrzeba uzyskania większej ilości materiałów do przetwarzania odpadów i bezpiecznego obchodzenia się z nimi.

Trendy w przyszłości galwanizacji metali

Branża galwanizacyjna zmienia się bardzo szybko ze względu na nowe wymagania środowiskowe i potrzeby przemysłowe. Oto niektóre z trendów, które definiują przyszłość:

• Stopy cynk-nikiel: Nowszy, bardziej powszechny obecnie stop w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, ze względu na pewien kompromis między kosztami a wydajnością. Warstwy cynkowo-niklowe mogą być odporne na korozję nawet 10 razy bardziej niż zwykły cynk.
• Procesy przyjazne dla środowiska: Firmy eliminują niebezpieczne substancje chemiczne, takie jak sześciowartościowy chrom, i szukają bardziej ekologicznych rozwiązań.
• Zwiększenie udziału energii odnawialnej i pojazdów elektrycznych: Wraz z rozwojem energii odnawialnej i coraz większym wykorzystaniem pojazdów elektrycznych, niklowanie doświadcza rosnącego popytu w wyniku zwiększonego wykorzystania w częściach baterii i złączach.
• Automatyzacja i precyzja: Roboty do powlekania umożliwiają powlekanie części z najwyższą precyzją, co skutkuje mniejszą ilością odpadów i większą spójnością.

Ostatnie słowa

Zarówno cynkowanie, jak i niklowanie znajdują zastosowanie we współczesnej produkcji. Cynkowanie jest po prostu opłacalnym rozwiązaniem, a nikiel jest mocniejszy i bardziej luksusowy. Najrozsądniejszym podejściem w wielu branżach jest połączenie tych dwóch rozwiązań, w których cynkowanie jest stosowane jako dodatek do ogólnego sprzętu, a niklowanie jest stosowane na elementach o krytycznym znaczeniu lub estetycznych. Zaskakująca liczba innowacji, w tym cynk-nikiel i inne stopy oraz procesy przyjazne dla środowiska, w niewielkim stopniu prowadzą do zastąpienia jednej metody inną, ale raczej do inteligentnego i bardziej zrównoważonego wykorzystania obu. Wszystko zależy od priorytetów: cynk jest dobry, gdy nie masz czasu i potrzebujesz czegoś praktycznego, nikiel, gdy wygląd i wydajność nie są zaniedbywane za wszelką cenę.

Najczęściej zadawane pytania

1. Cynk czy nikiel - która powłoka zewnętrzna jest lepsza?

Zastosowania zewnętrzne są zwykle odpowiednie dla wózków widłowych, które wytrzymają dłużej w deszczu i będą utleniać się w wolniejszym tempie. Cynkowanie galwaniczne jest zbyt wrażliwe, aby używać go w zastosowaniach zewnętrznych bez dodatkowych powłok (takich jak chromiany).

2. Czy możliwe jest łączenie powłok cynkowych i niklowych?

Niektórzy producenci nakładają warstwę niklu na istniejący cynk lub stosują płytki ze stopu cynku i niklu. Jest to technika hybrydowa, która może być bardzo opłacalna i trwała.

3. Co jest bardziej przyjazne dla środowiska?

Cynkowanie nie jest tak szkodliwe dla środowiska, ponieważ jego odpady można łatwiej przetwarzać. Niklowanie jest procesem bardziej toksycznym i wymaga dokładniejszej kontroli procesu utylizacji.

4. Jaką trwałość może mieć każda powłoka?

• Cynkowanie galwaniczne: Ta powłoka galwaniczna wytrzymuje od 12 miesięcy do 3 lat w niestabilnych środowiskach.
• Niklowanie: Może to trwać ponad 10 lat, szczególnie w przypadku niklu bezprądowego.

5. Czy cynkowanie jest kiedykolwiek tak dobre jak niklowanie?

Niekoniecznie. Niklowanie będzie działać lepiej, ale jest stosunkowo droższe. W przypadku masowych, tanich urządzeń cynk jest zdecydowanie najlepszym rozwiązaniem.