Niklowanie bezprądowe: Kompletny przewodnik techniczny

Niklowanie bezprądowe można uznać za jeden z najbardziej dokładnych, wszechstronnych i niezawodnych procesów w dziedzinie inżynierii powierzchni i wykańczania metali, który pozwala poprawić właściwości powierzchni wielu materiałów. W przeciwieństwie do zwykłej galwanizacji, nie wymaga zewnętrznego prądu elektrycznego. Zamiast tego zależy od kontrolowanej reakcji chemicznej, która osadza jednolitą warstwę niklowo-fosforową lub niklowo-borową poprzez równomierne stopienie ich na powierzchni. Proces ten zapewnia najlepszą odporność na korozję, współczynnik zużycia i stałą grubość, nawet w przypadku skomplikowanych kształtów.

Powłoka bezprądowa jest często wybierana przez producentów, inżynierów i projektantów zamiast innych procedur powlekania ze względu na jej wydajność i zalety kosmetyczne. Niezależnie od tego, czy są to części lotnicze, motoryzacyjne, formy czy maszyny przemysłowe, proces ten zapewnia powtarzalne wyniki, które mogą przedłużyć żywotność komponentu i obniżyć koszty jego konserwacji.

W tym samouczku zagłębimy się w tajniki niklowania bezprądowego, jego pozytywne cechy, zastosowania, etapy i porównanie z innymi procesami, takimi jak niklowanie, twarde anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie, anodowanie i anodowanie. odlew aluminiowyi chromowanie niklowe stosowane we współczesnej produkcji.

Czym jest niklowanie bezprądowe?

Niklowanie bezprądowe odnosi się do osadzania stopu niklu na powierzchni metalicznej lub niemetalicznej, ponieważ zachodzi reakcja autokatalityczna. Kąpiel chemiczna zawiera sole niklu i środek redukujący, zwykle podfosforyn sodu, który przekształca jony niklu w metal i są one w stanie przylegać do podłoża.

W przeciwieństwie do procesu osadzania galwanicznego zwanego niklowaniem, w którym nikiel musi być osadzany za pomocą prądu elektrycznego, w przypadku niklu bezprądowego proces nie wymaga żadnego zewnętrznego źródła zasilania. Skutkuje to jednorodnością grubości powłoki w nawet zagłębionych sekcjach, gwintach lub wewnętrznych wnękach. Rezultatem jest nieporowate, twarde wykończenie i odporność na korozję w trudnych warunkach przemysłowych.

Główne zalety niklowania bezprądowego

1. Równomierna grubość powłoki

Proces osadzania jest taki sam niezależnie od kształtu i złożoności części.

2. Lepsze właściwości antykorozyjne

Warstwa stopu niklowo-fosforowego zapewnia doskonałą ochronę przed utlenianiem i atakiem chemikaliów.

3. Lepsza twardość i odporność na zużycie

Po obróbce cieplnej nikiel bezprądowy może osiągnąć twardość bardzo zbliżoną do twardego chromu.

4. Precyzja wymiarów

Jednorodność grubości jest niewielka, dzięki czemu nadaje się do zastosowań w inżynierii precyzyjnej.

5. Kompatybilność z innymi materiałami

Może być stosowany na stali, miedzi, aluminium, mosiądzu i może być stosowany na niektórych tworzywach sztucznych przy niewielkim przygotowaniu powierzchni. 

Rodzaje niklowania bezprądowego

Niklowanie bezprądowe jest powszechnie klasyfikowane według ilości fosforu w stopie niklu i fosforu. Każdy typ ma różne wymagania w zakresie twardości, odporności na korozję i zużycia, stąd odpowiednie zastosowanie w poszczególnych aplikacjach.

1. Niklowanie bezprądowe o niskiej zawartości fosforu (od 2 do 5 procent fosforu)

• Właściwości: Najtrudniejsze ze wszystkich typów, odporne na zużycie i o wysokim współczynniku tarcia.
• Odporność na korozję: Materiał ten może być stosowany tylko w miejscach o ograniczonej ekspozycji na czynniki sprzyjające szybkiej korozji.
• Zastosowania: Elementy hydrauliczne, formy, precyzyjne elementy inżynieryjne, w których ważna jest twardość.

2. Med-Phos Electroless Nickel Plating (6-9 procent fosforu)

• Właściwości: Umiarkowane właściwości, dobra twardość, odporność na zużycie i korozję.
• Odporność na korozję: Metal ten znajduje zastosowanie w środowiskach o niskim i umiarkowanym natężeniu ruchu.
• Zastosowania: Części samochodowe, sprzęt lotniczy i aplikacje oraz ogólne komponenty inżynieryjne.

3. Wysokofosforowe niklowanie bezprądowe (10-13 procent fosforu)

• Cechy: Silna antykorozyjność w środowiskach szczególnie kwaśnych lub morskich, gładsze, bardziej lateksowe wykończenie i większa plastyczność.
• Twardość: Ani tak twarde jak powłoki niskofosforowe, chociaż obróbka cieplna może zwiększyć twardość.
• Akcesoria: Sprzęt dla przemysłu morskiego, naftowego/gazowego i chemicznego.

Zastosowania niklowania bezprądowego

Niklowanie bezprądowe jest popularne w wielu branżach, ponieważ zapewnia grubą, jednolitą powłokę, odporność na korozję i ochronę przed zużyciem. Jest wszechstronny i może służyć w wielu potrzebach inżynieryjnych i malarskich.

1. Przemysł lotniczy

• Zastosowanie: Do powlekania łopatek turbin, części podwozia i części układu paliwowego.
• Zalety: Jest w stanie sprostać wysokim zmianom temperatury, zminimalizować ścieranie i korozję spowodowaną wilgocią i paliwami lotniczymi.

2. Przemysł motoryzacyjny

• Zastosowanie: Części silnika, wtryskiwacze paliwa i części układu hamulcowego.
• Zalety: Poprawia odporność na zużycie, płynność działania i wydłuża żywotność komponentów.

3. Przemysł elektroniczny

• Zastosowanie:  Płytka drukowana (PCB), złącza i dyski twarde.
• Zalety: Zapewnia przewodność elektryczną, lutowność i odporność na utlenianie.

4. Sektor ropy naftowej i gazu

• Zastosowania: Zawory, pompy, sprzęt wiertniczy i sprzęt wiertniczy.
• Zalety: Chroni przed ścieraniem, atakami chemicznymi i korozją słonej wody.

5. Przemysł form i narzędzi

• Zastosowanie: Tabliczki, formy wtryskowe, matryce do wytłaczania, precyzyjne oprzyrządowanie.
• Zalety: Poprawia uwalnianie, zmniejsza przywieranie i wydłuża żywotność narzędzia.

6. Zastosowania morskie

• Zastosowanie: Śruba napędowa, wały, łączniki morskie.
• Zalety: Wysoki poziom odporności na korozję morską i biofouling.

Proces niklowania bezprądowego krok po kroku

1. Czyszczenie powierzchni - Część jest dokładnie czyszczona, aby pozbyć się oleju, brudu, smaru i utleniania. Może to przybrać formę odtłuszczania rozpuszczalnikiem, kąpieli alkalicznych, czyszczenia ultradźwiękowego lub lekkiego trawienia kwasem. Najlepszym sposobem na uzyskanie dobrej przyczepności powłoki jest oczyszczenie powierzchni.
2. Aktywacja powierzchniowa - Po czyszczeniu część jest zanurzana w kwaśnym lub katalitycznym medium, które ma niewielki efekt trawienia, a także usuwa nieprzereagowaną warstwę tlenku. W przypadku niemetali można na nie nałożyć cienką warstwę katalizatora, aby umożliwić reakcję galwaniczną.
3. Kąpiel galwaniczna - W tym przypadku materiał jest zanurzany w kąpieli o regulowanej temperaturze (8595C °C) z udziałem soli niklu, podfosforynu sodu (środek redukujący), stabilizatorów i środków kompleksujących. Stały ruch utrzymuje stężenie chemiczne na tym samym poziomie.
4. Reakcja osadzania - Czynnik redukujący wywołuje reakcję metaliczną, w wyniku której stop niklu jest równomiernie nakładany na powierzchnię, pokrywając niezwykle skomplikowane kształty i wewnętrzne ograniczenia bez użycia energii elektrycznej.
5. Płukanie i suszenie - Płukanie odnosi się do wycierania powlekanego elementu w czystej lub dejonizowanej wodzie w celu usunięcia wszelkich niewchłoniętych chemikaliów, a suszenie elementu odbywa się za pomocą ciepłego powietrza lub grzejników, aby nie doszło do poplamienia lub rdzewienia elementu.
6. Obróbka cieplna (opcjonalnie) - W przypadkach, gdy zastosowanie wymaga wysokiej odporności na zużycie, powlekana część jest poddawana obróbce cieplnej w temperaturze 300-400 o C. Dzięki temu twardość jest zbliżona do twardego chromu i poprawia ochronę przed korozją.

Porównanie z chromowaniem niklowym

Chromowanie niklowe jest w rzeczywistości galwanizacją stopniową, tj. najpierw nakładana jest warstwa niklu, a następnie chromu. Tworzy to doskonałe lustrzane wykończenie i jest bardzo odporne na korozję.

Z kolei niklowanie bezprądowe nakłada jednolitą warstwę niklowo-fosforową w procesie nieelektrycznym. Umożliwia to metalizację skomplikowanych struktur, zagłębionych obszarów i drobnych tolerancji, które mogą nie być równomiernie pokryte przy użyciu chromowania niklowego.

Chociaż chromowanie niklowe oferuje lepszą estetykę, niklowanie bezprądowe ma lepszą jednorodność grubości, doskonałą odporność na zużycie i szerszą kompatybilność z podłożem. Niklowanie bezprądowe jest szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu na elementach o krytycznym znaczeniu dla wydajności, ale chromowanie niklowe jest stosowane na elementach dekoracyjnych.

Niklowanie bezprądowe a niklowanie elektrolityczne

Chociaż oba te procesy są skategoryzowane w celu pokrycia powierzchni niklem, ich zasady działania wykazują dużą różnicę:

Tabela porównawcza Anodowanie twarde

Jak wspomniano w szczególności o częściach aluminiowych, niklowanie jest często postrzegane jako substytut twardego anodowania odlewów aluminiowych. Niemniej jednak anodowanie tworzy warstwę tlenku zamiast osadu.

Porównanie z chromowaniem niklowym

Proces chromowania niklowego to dwuetapowa obróbka galwaniczna, w której pierwszą warstwą jest nikiel zapobiegający korozji, a wtórnym wykończeniem ochronnym jest cienka warstwa chromu.

Wpływ na jakość poszycia

Istnieje szereg czynników, które mają bezpośredni wpływ na jakość działania, wygląd i trwałość bezprądowej powłoki niklowej. Regulacja takich parametrów doprowadzi do stabilnych wyników i mniejszej liczby defektów.

• Chemia do kąpieli - Ilość soli niklu, podfosforanu sodu, stabilizatorów, rs i czynników kompleksujących musi być ściśle w tym stosunku. Rozmazanie i nierównomierna przyczepność, grubość lub minimalna odporność na korozję mogą być spowodowane brakiem równowagi.
• Kontrola temperatury -  Kąpiele do powlekania bezprądowego są zwykle utrzymywane w temperaturze 85-95 o C. Gdy używana jest niższa temperatura, osadzanie jest spowolnione, a przegrzanie może spowodować niekontrolowane reakcje i skrócić żywotność kąpieli.
• Poziom PH - Poziom pH powinien być lekko kwaśny i wynosić od 4,55 do 5,5. Wady mogą zmienić twardość i zawartość fosforu oraz wykończenie powłoki.
• Pobudzenie i krążenie - Mieszanie zapewni pełną dystrybucję chemiczną i ochroni przed obszarami na powierzchni części, które zostaną pozbawione jonów niklu w wyniku nieodpowiedniego mieszania.
• Przygotowanie powierzchni - Pozostawienie niekompletnego czyszczenia lub aktywacji spowoduje złuszczanie, powstawanie pęcherzy lub niską przyczepność. Jest to szczególnie ważne w przypadku powlekania aluminium lub tworzyw sztucznych.
• Wiek wanny i zanieczyszczenie - Z czasem w wannie pojawiają się produkty uboczne, które zmniejszają wydajność. Częsta filtracja i częściowa wymiana wanny pomagają uniknąć twardych i plamiących osadów.
• Czas powlekania - Wydłużony czas powlekania prawdopodobnie spowoduje powstanie zbyt grubych warstw, które będą pękać pod wpływem naprężeń, podczas gdy zbyt krótki czas spowoduje powstanie cienkich i delikatnych powłok.

Materiały do niklowania bezprądowego

Źródło niklu

Sól niklu, siarczan niklu lub chlorek niklu, jest obecna w kąpieli galwanicznej. Dają one jony niklu, które będą tworzyć powłokę w reakcji.

Środek redukujący

Najpopularniejszym środkiem redukującym jest podfosforyn. On również chemicznie redukuje jony niklu do niklu metalicznego, ale nie wymaga energii elektrycznej.

Stabilizatory

Dodawana jest bardzo niewielka ilość soli metalicznych lub stabilizatorów organicznych, aby zapewnić, że kąpiel nie ulegnie rozkładowi lub zbyt szybkiemu zużyciu.

Czynniki kompleksujące

Niektóre z kwasów organicznych obejmują kwas mlekowy lub kwas cytrynowy stosowane w celu utrzymania jonów niklu w stanie rozpuszczonym i utrzymania właściwej równowagi chemicznej kąpieli.

Regulatory pH

Substancje takie jak łagodne kwasy lub wodorotlenek amonu są stosowane do regulacji pH kąpieli w celu zapewnienia stałej jakości powlekania.

Środki chemiczne do przygotowania powierzchni

Alkaliczne środki czyszczące rozpuszczają oleje i smary, a aktywatory kwasowe rozcieńczają tlenki i wytrawiają metal, aby dobrze związać się z metalem.

Woda dejonizowana

Używano go do mycia między operacjami, aby uniknąć zanieczyszczenia minerałami z normalnych źródeł wody.

Względy środowiskowe

Chociaż niklowanie bezprądowe, w porównaniu z procesami wykorzystującymi niebezpieczne substancje, takie jak chrom sześciowartościowy, jest bezpieczniejsze, nadal powinno być wykonywane przy ścisłej kontroli środowiska. W kąpieli galwanicznej znajdują się sole niklu, podfosforyn sodu i inne związki, z którymi należy obchodzić się ostrożnie, aby zapobiec zanieczyszczeniu gleby i wody.

Głównymi czynnikami środowiskowymi będą:

1. Oczyszczanie ścieków - Związki niklu i fosforu znajdują się w wodzie i są stosowane w kąpielach galwanicznych. Powinny one być usuwane poprzez strącanie chemiczne, wymianę jonową lub filtrację membranową, a następnie utylizowane.
2. Obsługa i przechowywanie chemikaliów -Chemikalia muszą być przechowywane w pojemnikach odpornych na korozję, a także muszą istnieć rozwiązania zapobiegające wyciekom.
3. Jakość powietrza - Chociaż powlekanie bezprądowe nie emituje dużych ilości zanieczyszczeń powietrza w procesie w porównaniu do galwanizacji, należy zapewnić dobrze wentylowane środowisko, aby uniknąć oparów chemicznych.
4. Zgodność z przepisami - Zakłady przestrzegają również przepisów dotyczących ochrony środowiska, takich jak RoHS (Restriction of Hazardous Substances) i polityki zarządzania odpadami wymaganej w ich lokalnym obszarze, w celu wyeliminowania lub zminimalizowania wszelkiego rodzaju wytwarzania odpadów.
5. Zielone opcje - Obecne badania mają na celu produkcję kąpieli, które mają biodegradowalne stabilizatory, mniej toksyczne środki redukujące chlorki i niską zawartość ciężkich substancji. Zastosowanie tych środków pomaga przemysłowi uzyskać wysokiej jakości wykończenia i mieć mniejszy wpływ na środowisko. Fakt ten jest jednym z powodów, dla których powlekanie bezprądowe jest lepszą opcją w porównaniu z innymi substancjami, takimi jak chromowanie niklowe.

Przyszłe trendy w niklowaniu bezprądowym

Dziedzina niklowania bezprądowego również ulegnie zmianie, ponieważ branże będą wymagać lepszej wydajności, wyższego poziomu zrównoważonego rozwoju i bardziej efektywnego procesu. Niektóre główne trendy determinują przyszłość:

1. Powłoki nanostrukturalne - Prowadzone prace obejmują zaprojektowanie niklowo-fosforowej powłoki zawierającej ziarna o rozmiarze nano. Powłoki te są twardsze, bardziej odporne na zużycie i skutecznie zapewniają lepszą ochronę przed korozją w porównaniu z tradycyjnymi materiałami powłokowymi.
2. Powłoki kompozytowe - Dodanie PTFE, węglika krzemu lub azotku boru do niklowej bazy, wśród innych materiałów, może stworzyć specjalny efekt, taki jak rozwój samosmarujących, nieprzywierających powierzchni lub wysokiej odporności na ścieranie.
3. Ekologiczne preparaty do kąpieli - Formuła kąpieli galwanicznych wykorzystujących biodegradowalne stabilizatory, mniej toksyczne środki redukujące i obniżony poziom metali ciężkich w celu spełnienia bardzo surowych norm środowiskowych.
4. Automatyka i robotyka - W zautomatyzowanych liniach galwanicznych stosowana jest obsługa zrobotyzowana, umożliwiająca powtarzalną jakość powlekania, eliminację błędów ludzkich i większą wydajność maszyny.
5. Technologie selektywnego powlekania - Opracowywane są technologie, które umożliwią selektywne powlekanie tylko tych powierzchni komponentu, które wymagają powlekania, eliminując marnotrawstwo materiału i obróbkę końcową.
6. Hybrydowa obróbka powierzchni - Stosowanie innych technik w połączeniu z niklowaniem bezprądowym (galwanizacja) w celu zapewnienia wielofunkcyjnych powierzchni o cechach spełniających bardzo specyficzne potrzeby w branżach zaawansowanych technologicznie, np.

Niklowanie bezprądowe będzie nadal przydatną technologią wykańczania powierzchni, ponieważ innowacje rozwijają się w szerszym zakresie zastosowań, z większą liczbą zastosowań w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, elektronicznym, energii odnawialnej i sprzęcie medycznym.

Wnioski

Niklowanie bezprądowe to zaawansowana technika powlekania, która zapewnia niezrównaną jednorodność, ochronę przed korozją i zużyciem. W przeciwieństwie do konwencjonalnego niklowania, nie jest ona oparta na prądzie elektrycznym, co pozwala na równomierne pokrycie skomplikowanych kształtów i powierzchni wewnętrznych.

W porównaniu z twardym anodowaniem odlewanego ciśnieniowo aluminium, przynajmniej zdolność bezprądowego niklowania do nakładania powłoki na szeroką gamę innych metali oprócz aluminium jest charakterystyczną cechą tego procesu. W międzyczasie, nawet jeśli Produkt chromowania niklowego ma doskonałe wykończenie, ale nie we wszystkich przypadkach może być tak jednolite i wszechstronne jak powlekanie bezprądowe.

Wraz ze zwrotem branży budowlanej w kierunku wysokowydajnych powłok, technologia ta będzie ważnym graczem w sektorach lotniczym, motoryzacyjnym, elektronicznym i produkcji form. Niklowanie bezprądowe nadal zapowiada się jako jeden z najpopularniejszych wyborów ze względu na ciągłe innowacje, które mają na celu poprawę wydajności i zgodności ze środowiskiem w ciągu najbliższych kilku dekad.

Najczęściej zadawane pytania

1. Co oznacza niklowanie bezprądowe?

Termin niklowanie bezprądowe odnosi się do procesu chemicznego polegającego na osadzaniu jednolitej warstwy stopu niklowo-fosforowego lub niklowo-borowego na powierzchni bez użycia energii elektrycznej. Zwiększa to odporność na korozję, zużycie i twardość powierzchni.

2. Jakie są różnice między niklowaniem bezprądowym a chromowaniem niklowym?

W przeciwieństwie do chromowania niklowego, które osadza nikiel i chrom poprzez zastosowanie energii elektrycznej, nikiel bezprądowy jest autokatalityczny i zapewnia gładką powłokę nawet na nieregularnych kształtach i wewnątrz pustych przestrzeni.

3. Czy aluminium nadaje się do niklowania bezprądowego?

Może. Aluminium, a nawet podłoża niemetaliczne mogą być również powlekane, jeśli zapewnione jest odpowiednie czyszczenie / aktywacja powierzchni. Najczęściej łączy się to z kombinacją twardego anodowania odlewanego ciśnieniowo aluminium, dzięki czemu przedmioty będą mocne.

4. Jaka jest zaleta obróbki cieplnej w przypadku galwanizacji?

Warstwa niklu jest poddawana obróbce cieplnej w celu uzyskania twardości, odporności na zużycie i ochrony przed korozją. W zależności od zawartości fosforu może być tak twarda, jak twardy chrom przemysłowy.