Niquelagem sem eletrólito: Um guia técnico completo

A niquelagem eletrolítica pode ser considerada um dos processos mais precisos, versáteis e confiáveis no campo da engenharia de superfícies e do acabamento de metais, o que permite melhorar as propriedades da superfície de vários materiais. Esse processo, ao contrário da galvanoplastia comum, não precisa de uma corrente elétrica externa. Em vez disso, depende de uma reação química controlada que deposita uma película uniforme de níquel-fósforo ou níquel-boro, ligando-os uniformemente em uma superfície. Esse processo oferece a melhor resistência à corrosão, fator de desgaste e espessura consistente, mesmo em formas complexas.

Os fabricantes, engenheiros e projetistas costumam escolher o revestimento Electroless em vez de outros procedimentos de revestimento devido a seus benefícios cosméticos e de desempenho. Independentemente de se tratar de peças aeroespaciais, automotivas, moldes ou maquinário industrial, o processo fornece resultados repetíveis capazes de prolongar a vida útil de um componente e reduzir as despesas com sua manutenção.

Neste tutorial, vamos nos aprofundar nos detalhes do revestimento de níquel sem eletrólito, seus atributos positivos, usos, as etapas envolvidas e como ele se compara a outros processos, como o revestimento de níquel, a anodização dura de alumínio fundidoe cromagem de níquel usados na produção contemporânea.

O que é niquelagem eletrolítica?

A niquelagem eletrolítica refere-se à deposição de uma liga de níquel em uma superfície metálica ou não metálica, uma vez que ocorre uma reação autocatalítica. O banho químico inclui sais de níquel e um agente redutor, geralmente hipofosfito de sódio, que converte os íons de níquel em metal, e eles podem aderir ao substrato.

Em contraste com o processo de deposição por galvanoplastia chamado niquelagem, em que o níquel precisa ser depositado por meio do uso de corrente elétrica, no níquel sem eletrólito, o processo não precisa de nenhuma fonte de alimentação externa. Isso resulta em uniformidade da espessura do revestimento mesmo em seções rebaixadas, roscas ou cavidades internas. O resultado é um acabamento não poroso, duro e resistente à corrosão que se aplica a condições industriais desafiadoras.

Principais vantagens da niquelagem sem eletroless

1. Espessura uniforme do revestimento

A deposição é a mesma, independentemente do formato ou da complexidade da peça.

2. Melhor propriedade de corrosão

A camada de liga de níquel-fósforo oferece proteção superior contra oxidação e ataque de produtos químicos.

3. Melhor dureza e desgaste

Após o tratamento térmico, o níquel eletrolítico pode atingir uma dureza muito semelhante à do cromo duro.

4. Precisão dimensional

A uniformidade na espessura é pequena e, portanto, pode ser usada em aplicações de engenharia de precisão.

5. Capacidade de ser compatível com outros materiais

Pode ser usado em aço, cobre, alumínio, latão e deve ser usado em alguns plásticos com apenas uma pequena preparação da superfície. 

Tipos de niquelagem eletrolítica

O revestimento de níquel sem eletrólito é comumente classificado pela quantidade de fósforo na liga de níquel e fósforo. Cada tipo tem requisitos variados em termos de dureza, resistência à corrosão e desgaste, por isso o uso adequado em aplicações individuais.

1. Niquelagem eletrolítica com baixo teor de fósforo (2 a 5 por cento de fósforo)

• Propriedades: O mais difícil de todos os tipos, resistente ao desgaste e com alto coeficiente de baixo atrito.
• Resistência à corrosão: Médio, esse material só pode ser utilizado em locais com exposição limitada a fatores que promovem a corrosão rápida.
• Aplicativos: Componentes hidráulicos, moldes, componentes de engenharia de precisão em que a dureza é importante.

2. Niquelagem eletrolítica Med-Phos (6 a 9% de fósforo)

• Propriedades: Características moderadas, boa dureza, proteção contra desgaste e corrosão.
• Resistência à corrosão: Esse metal é aplicável em ambientes de baixa e moderada intensidade.
• Aplicativos: Peças automotivas, hardware e aplicações para aeronaves e componentes de engenharia em geral.

3. Niquelagem eletrolítica com alto teor de fósforo (10,13% de fósforo)

• Características: Forte resistência à corrosão em ambientes particularmente ácidos ou marinhos, além de ter um acabamento mais suave, com mais látex, e ser mais dúctil.
• Dureza: Não são tão duros quanto os revestimentos com baixo teor de fósforo, embora o tratamento térmico possa aumentar a dureza.
• Acessório: Hardware de processamento marítimo, de petróleo/gás e químico.

Usos do revestimento de níquel sem eletrólito

A niquelagem eletrolítica é popular em todos os setores porque proporciona um revestimento espesso e uniforme, resistência à corrosão e proteção contra desgaste. É versátil e pode atender a várias necessidades de engenharia e pintura.

1. Indústria aeroespacial

• Aplicativo: Para revestir lâminas de turbina, peças do trem de pouso e peças do sistema de combustível.
• Vantagens: Ele pode suportar altos níveis de mudanças de temperatura, minimizar a abrasão e a corrosão devido à umidade e aos combustíveis de aeronaves.

2. Setor automotivo

• Aplicativo: Peças do motor, injetores de combustível e peças do sistema de freio.
• Vantagens: Ele melhora a resistência ao desgaste, a operação suave e prolonga a vida útil dos componentes.

3. Indústria de eletrônicos

• Aplicativo:  Placa de circuito impresso (PCB), conectores e discos rígidos.
• Vantagens: Oferece condutividade elétrica, capacidade de solda e oxidação.

4. Setor de petróleo e gás

• Aplicativos: Válvulas, bombas, equipamentos de perfuração e equipamentos de fundo de poço.
• Vantagens: Ele protege contra abrasão, ataque químico e corrosão por água salgada.

5. Indústria de moldes e ferramentas

• Aplicativo: Placas, moldes de injeção, matrizes de extrusão, ferramentas de precisão.
• Vantagens: Melhora a liberação, reduz a aderência e aumenta a vida útil da ferramenta.

6. Aplicativos marítimos

• Aplicativo: Hélices, eixos, fixadores marítimos.
• Vantagens: Alto nível de resistência à corrosão e à bioincrustação na água do mar.

Processo de niquelagem sem eletrólito passo a passo

1. Limpeza de superfície A peça é deixada completamente limpa para se livrar de óleo, sujeira, graxa e oxidação. Isso pode ocorrer na forma de desengorduramento com solvente, banhos alcalinos, limpeza ultrassônica ou decapagem com ácido leve. A melhor maneira de obter uma boa adesão do revestimento é limpar a superfície.
2. Ativação de superfície - Após a limpeza, a peça é imersa em um meio ácido ou catalítico que tem um leve efeito de corrosão, além de remover a película de óxido que não reagiu. No caso dos não-metais, uma fina película de catalisador pode ser revestida sobre eles para permitir a reação de galvanização.
3. Banho de galvanoplastia - Nesse caso, o material é imerso em um banho com temperatura regulada (8595C °C) que envolve sais de níquel, hipofosfito de sódio (agente redutor), estabilizadores e agentes complexantes. O movimento persistente mantém a concentração química inalterada.
4. Reação de deposição - O agente redutor provoca uma reação metálica que deposita uma liga de níquel uniformemente na superfície, reveste formas extremamente complicadas e confinamentos internos sem o uso de eletricidade.
5. Enxágue e secagem - O enxágue refere-se à limpeza do componente revestido em água limpa ou deionizada para remover quaisquer produtos químicos não absorvidos disponíveis, e a secagem do componente é feita com ar quente ou aquecedores para que não ocorra nenhuma forma de mancha ou ferrugem no componente.
6. Tratamento térmico (opcional) - Nos casos em que a aplicação exige alta resistência ao desgaste, a peça revestida é tratada termicamente a 300-400 o C. Isso torna a dureza quase igual à do cromo duro e melhora a proteção contra corrosão.

Comparações com o revestimento de níquel-cromo

A niquelagem de cromo é efetivamente uma etapa de galvanoplastia, ou seja, primeiro deposita-se uma camada de níquel e, em seguida, de cromo por cima. Isso forma um excelente acabamento espelhado e é muito bom em termos de resistência à corrosão.

A niquelagem eletrolítica, por outro lado, estabelece uma camada uniforme de níquel-fósforo por meio de um processo não elétrico. Isso permite a metalização de estruturas complexas, áreas rebaixadas e tolerância fina, que podem não ser cobertas uniformemente quando se usa a niquelagem de cromo.

Embora a niquelagem cromada ofereça melhor estética, a niquelagem eletrolítica tem melhor uniformidade de espessura, resistência superior ao desgaste e maior compatibilidade com o substrato. A niquelagem eletrolítica é amplamente usada em muitos setores nas peças que são essenciais para o desempenho, mas a niquelagem cromada é usada em itens decorativos.

Niquelagem sem eletrólito vs. Niquelagem eletrolítica

Embora esses dois processos sejam categorizados para revestir uma superfície usando níquel, seus princípios de funcionamento apresentam uma grande diferença:

Tabela de comparações Anodização dura

Como já foi dito sobre peças de alumínio, em particular, o revestimento de níquel é frequentemente visto como um substituto para a anodização dura do alumínio fundido. No entanto, a anodização forma uma camada de óxido em vez de um depósito.

Comparação com o revestimento de níquel-cromo

O processo de niquelagem de cromo é um tratamento de galvanoplastia de duas etapas, em que a primeira camada é de níquel para evitar a corrosão, e um acabamento protetor secundário é uma fina camada de cromo.

Influências na qualidade do revestimento

Há vários fatores que terão um impacto imediato na qualidade do desempenho, na aparência e na durabilidade de um revestimento de níquel químico. A regulamentação desses parâmetros levará a resultados estáveis e a um número menor de defeitos.

• Química do banho - A quantidade de sais de níquel, hipofosfato de sódio, estabilizadores, agentes complexantes e de resistência deve estar estritamente dentro dessa proporção. Manchas e aderência irregular, espessura ou resistência mínima à corrosão podem se dever a desequilíbrios.
• Controle de temperatura -  Os banhos de galvanoplastia são normalmente mantidos a 85-95 o C. Quando uma temperatura mais baixa é usada, a deposição é retardada, e o superaquecimento pode causar reações fora de controle e reduzir a vida útil do banho.
• Nível de PH - O nível de PH deve ser ligeiramente ácido, com pH de 4,55 a 5,5. Os defeitos podem alterar a dureza, o fósforo e o acabamento do revestimento.
• Agitação e circulação - A mistura proporcionará uma distribuição química completa e evitará que regiões da superfície da peça fiquem sem íons de níquel devido à mistura inadequada.
• Preparação da superfície Deixar uma limpeza ou ativação incompleta causará descascamento, formação de bolhas ou baixa adesão. Isso é particularmente importante na galvanização de alumínio ou plásticos.
• Idade do banho e contaminação Com o tempo, há subprodutos no banho que diminuem a eficiência. A filtragem frequente e a substituição parcial do banho ajudam a evitar depósitos duros e manchas.
• Tempo de revestimento - Um tempo de galvanização prolongado provavelmente produzirá camadas excessivamente espessas que se romperão com a aplicação de tensão, enquanto um tempo muito curto causará revestimentos finos e delicados.

Materiais de niquelagem sem eletrólito

Fonte de níquel

Um sal de níquel, seja sulfato de níquel ou cloreto de níquel, está presente no banho de revestimento. Esses sais fornecem os íons de níquel, que comporão o revestimento na reação.

Agente redutor

O agente redutor mais popular é o hipofosfito. Ele também reduz quimicamente os íons de níquel a níquel metálico, mas não requer eletricidade.

Estabilizadores

É adicionada uma quantidade muito pequena de sais metálicos ou estabilizadores orgânicos para garantir que o banho não se decomponha ou se torne muito rápido.

Agentes complexantes

Alguns dos ácidos orgânicos incluem o ácido lático ou o ácido cítrico, usados para manter os íons de níquel em seu estado dissolvido e manter o equilíbrio químico adequado do banho.

Ajustadores de pH

Substâncias como ácidos suaves ou hidróxido de amônio são usadas para regular o banho de pH a fim de obter uma qualidade de revestimento consistente.

Produtos químicos de preparação da superfície

Os limpadores alcalinos dissolvem óleos e graxas, e os ativadores ácidos diluem os óxidos e gravam o metal para que ele se una bem ao metal.

Água deionizada

Era usado para lavar entre as operações, de modo que a contaminação mineral por fontes de água normais pudesse ser evitada.

Considerações ambientais

Embora a niquelagem eletrolítica, em comparação com os processos que utilizam substâncias perigosas, como o cromo hexavalente, seja mais segura, ela ainda deve ser realizada com rigoroso controle ambiental. Há sais de níquel, hipofosfito de sódio e outros compostos no banho de revestimento, que devem ser manuseados com cuidado para evitar a contaminação do solo e da água.

Os principais fatores ambientais serão:

1. Tratamento de águas residuais Os compostos de níquel e fósforo estão na água e são usados em banhos de revestimento. Eles devem ser tratados por meio de precipitação química, troca iônica ou filtragem por membrana e, em seguida, descartados.
2. Manuseio e armazenamento de produtos químicosOs produtos químicos devem ser armazenados em um contêiner livre de corrosão e deve haver um sistema de controle de derramamento.
3. Qualidade do ar Embora a galvanização sem eletrodos não emita grandes quantidades de poluentes atmosféricos no processo, em comparação com a galvanoplastia, um ambiente bem ventilado deve ser fornecido para evitar vapores químicos.
4. Conformidade regulatória As instalações também seguem as regulamentações ambientais, como a RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas) e as políticas de gerenciamento de resíduos exigidas em sua área local, a fim de eliminar ou minimizar qualquer tipo de geração de resíduos.
5. Opções verdes - As pesquisas atuais visam à produção de banhos com estabilizadores biodegradáveis, agentes redutores de cloretos menos tóxicos e baixo teor de metais pesados. Esse fato é uma das razões pelas quais a galvanização eletrolítica é uma opção melhor em comparação com outras substâncias, como a niquelagem de cromo.

Tendências de desenvolvimento futuro na galvanização de níquel sem eletrólito

O campo da niquelagem eletrolítica também mudará porque os setores exigirão um desempenho mais aprimorado, um nível mais alto de sustentabilidade e um processo mais eficaz. Algumas tendências importantes determinam o futuro:

1. Revestimentos nanoestruturados - O trabalho em andamento envolve o projeto de um níquel-fósforo como um revestimento com tamanho de grão nano. Esses revestimentos são mais duros, mais resistentes ao desgaste e oferecem melhor proteção contra corrosão em comparação com os materiais de revestimento tradicionais.
2. Revestimentos compostos - A adição de PTFE, carbeto de silício ou nitreto de boro à base de níquel, entre outros materiais, pode criar um efeito especial, como o desenvolvimento de autolubrificantes, superfícies antiaderentes ou resistência severa à abrasão.
3. Formulações de banho ecologicamente corretas Formulação de banhos de galvanização utilizando estabilizadores biodegradáveis, agentes redutores menos tóxicos e um nível reduzido de metais pesados para atender a padrões ambientais muito rigorosos.
4. Automação e robótica - O manuseio robótico está sendo usado nas linhas de galvanização automatizadas, permitindo a repetição da qualidade do revestimento, a eliminação de erros humanos e a maior produtividade da máquina.
5. Tecnologias de galvanização seletiva - Estão sendo desenvolvidas tecnologias que permitiriam o revestimento seletivo apenas das superfícies de um componente que necessitam de revestimento, eliminando o desperdício de material e o pós-processamento.
6. Tratamentos de superfície híbridos - Uso de outras técnicas em combinação com níquel químico (galvanização) para fornecer superfícies multifuncionais com recursos para atender a necessidades muito específicas em setores de alta tecnologia, por exemplo, "anodização dura de alumínio fundido" ou "niquelagem de cromo".

A niquelagem eletrolítica continuará sendo uma tecnologia útil de acabamento de superfície à medida que as inovações se desenvolverem em uma gama mais ampla de aplicações, com mais usos nos setores aeroespacial, automotivo, eletrônico, de energia renovável e de equipamentos médicos.

Conclusão

A niquelagem eletrolítica é a técnica de niquelagem de ponta que oferece uniformidade, proteção contra corrosão e desgaste inigualáveis. Em contraste com a niquelagem convencional, ela não se baseia em corrente elétrica, o que permite a cobertura uniforme de formas complexas e superfícies internas.

Em comparação com a anodização dura do alumínio fundido, pelo menos a capacidade do revestimento de níquel sem eletrólito de aplicar o revestimento em uma ampla gama de outros metais além do alumínio é uma característica distintiva desse processo. Entretanto, mesmo que o produto de revestimento de níquel-cromo tem um acabamento brilhante, mas nem sempre pode ser tão uniforme e versátil quanto o revestimento eletrolítico.

Com o setor de construção se voltando para revestimentos de alto desempenho, essa tecnologia será importante nos setores aeroespacial, automotivo, eletrônico e de fabricação de moldes. A niquelagem eletrolítica ainda promete ser uma das opções mais populares devido às inovações contínuas que buscam melhorar o desempenho e a conformidade ambiental nas próximas décadas.

Perguntas frequentes

1. O que significa niquelagem sem eletrólito?

O termo niquelagem eletrolítica refere-se a um processo químico que deposita uma camada uniforme de uma liga de níquel-fósforo ou níquel-boro em uma superfície sem eletricidade. Ele aumenta a resistência à corrosão, a resistência ao desgaste e a dureza das superfícies.

2. Quais são as diferenças entre a niquelagem sem eletrólito e a niquelagem com cromo?

Em contraste com a niquelagem cromada, que deposita níquel e cromo por meio da aplicação de eletricidade, o níquel eletrolítico é autocatalítico e proporciona um revestimento suave mesmo em formas irregulares e dentro de espaços vazios.

3. O alumínio se presta ao revestimento de níquel sem eletrólito?

Pode ser. O alumínio e até mesmo os substratos não metálicos também podem ser revestidos quando a limpeza/ativação da superfície é feita de forma adequada. Na maioria das vezes, ele é combinado com a combinação de anodização dura e alumínio fundido, para que os objetos sejam resistentes.

4. Qual é a vantagem do tratamento térmico no caso do revestimento?

A camada de níquel é submetida a tratamento térmico para torná-la dura, resistente ao desgaste e com proteção contra corrosão. Dependendo do teor de fósforo, ele pode ser tão duro quanto o cromo duro industrial.