Nichelarea chimică: Un ghid tehnic complet

Nichelarea chimică poate fi considerată unul dintre cele mai precise, versatile și fiabile procese din domeniul ingineriei suprafețelor și al finisării metalelor, care permite îmbunătățirea proprietăților de suprafață a numeroase materiale. Aceasta, spre deosebire de galvanizarea obișnuită, nu are nevoie de un curent electric exterior. Depinde, în schimb, de o reacție chimică controlată care depune o peliculă uniformă de nichel-fosfor sau nichel-bor prin alierea lor uniformă pe o suprafață. Acest proces oferă cea mai bună rezistență la coroziune, factor de uzură și grosime constantă, chiar și pe forme complicate.

Acoperirea chimică a fost adesea aleasă de producători, ingineri și proiectanți în locul altor proceduri de acoperire datorită performanței și beneficiilor sale cosmetice. Indiferent dacă este vorba de piese aerospațiale, auto, matrițe sau utilaje industriale, procesul oferă rezultate repetabile capabile să prelungească durata de viață a unei componente și să reducă cheltuielile de întreținere a acesteia.

În acest tutorial, vom aprofunda intrările și ieșirile nichelării fără electrozi, atributele sale pozitive, utilizările, etapele implicate și modul în care se compară cu alte procese, cum ar fi nichelarea, anodizarea dură a aluminiu turnat sub presiune, și nichelarea cromată utilizată în producția contemporană.

Ce este nichelarea chimică?

Nichelarea chimică se referă la depunerea unui aliaj de nichel pe o suprafață metalică sau nemetalică, deoarece are loc o reacție autocatalitică. Baia chimică include săruri de nichel și un agent reducător, de obicei hipofosfit de sodiu, care transformă ionii de nichel în metal, iar aceștia sunt capabili să adere la substrat.

Spre deosebire de procesul de depunere prin galvanoplastie numit nichelare, în care nichelul trebuie să fie depus prin utilizarea curentului electric, în cazul nichelării fără curent electric, procesul nu necesită nicio sursă de alimentare externă. Acest lucru duce la uniformizarea grosimii stratului de acoperire chiar și în secțiunile adâncite, filete sau cavități interne. Rezultatul este un finisaj neporos, dur și rezistent la coroziune se aplică la condiții industriale dificile.

Avantajele majore ale nichelării fără cromatografie chimică

1. Grosime uniformă a stratului de acoperire

Depunerea este aceeași indiferent de forma sau complexitatea piesei.

2. Proprietate de coroziune mai bună

Stratul de aliaj nichel-fosfor oferă protecție superioară împotriva oxidării și a atacului chimic.

3. Duritate și uzură mai bune

După tratament termic, nichelul chimic poate atinge o duritate foarte asemănătoare cu cea a cromului dur.

4. Precizia dimensională

Uniformitatea în grosime este mică, deci utilizabilă în aplicații de inginerie de precizie.

5. Capacitatea de a fi compatibil cu alte materiale

Poate fi utilizat pe oțel, cupru, aluminiu, alamă și poate fi utilizat pe unele materiale plastice cu o pregătire minoră a suprafeței. 

Tipuri de placare cu nichel electrolux

Nichelarea chimică este clasificată în mod obișnuit în funcție de cantitatea de fosfor din aliajul de nichel și fosfor. Fiecare tip are cerințe diferite în ceea ce privește duritatea, rezistența la coroziune și uzura, de unde și utilizarea adecvată în aplicații individuale.

1. Nichelare chimică cu conținut scăzut de fosfor (2 până la 5 % fosfor)

• Proprietăți: Cel mai dificil dintre toate tipurile, rezistent la uzură și coeficient de frecare redus ridicat.
• Rezistență la coroziune: Mediu, acest material poate fi utilizat numai în locuri cu expunere limitată la factori care favorizează coroziunea rapidă.
• Aplicații: Componente hidraulice, matrițe, componente tehnice de precizie pentru care duritatea este importantă.

2. Nichelare chimică Med-Phos (6-9% fosfor)

• Proprietăți: Caracteristici moderate, duritate bună, uzură și protecție împotriva coroziunii.
• Rezistență la coroziune: Acest metal este aplicabil în medii cu mediu scăzut și moderat.
• Aplicații: Piese auto, hardware și aplicații pentru aeronave și componente tehnice generale.

3. Nichelare chimică cu conținut ridicat de fosfor (10-13% fosfor)

• Caracteristici: Nu corodează puternic în medii deosebit de acide sau marine și are un finisaj mai neted, mai latex, și este mai ductil.
• Duritate: Nu sunt la fel de dure ca straturile cu conținut scăzut de fosfor, deși tratamentul termic poate crește duritatea.
• Accesoriu: Marină, petrol/gaze, hardware pentru procesare chimică.

Utilizări ale nichelării fără electroliți

Nichelarea chimică este populară în toate industriile deoarece oferă un strat gros și uniform, rezistență la coroziune și protecție împotriva uzurii. Este foarte versatil și poate servi în numeroase nevoi de inginerie și vopsire.

1. Industria aerospațială

• Cerere: Pentru a acoperi paletele turbinei, piesele trenului de aterizare și piesele sistemului de combustibil.
• Avantaj: Acesta poate face față la niveluri ridicate de schimbări de temperatură, reduce la minimum abraziunea și coroziunea datorate umidității și combustibililor pentru aeronave.

2. Industria auto

• Cerere: Părți ale motorului, injectoare de combustibil și părți ale sistemului de frânare.
• Avantaj: Îmbunătățește rezistența la uzură, buna funcționare și prelungește durata de viață a componentelor.

3. Industria electronică

• Cerere:  Plăci de circuite imprimate (PCB), conectori și hard disk-uri.
• Avantaj: Oferă conductivitate electrică, sudabilitate și oxidare.

4. Sectorul petrolului și gazelor

• Aplicații: Supape, pompe, echipamente de foraj și echipamente de foraj.
• Avantaj: Protejează împotriva abraziunii, atacului chimic și coroziunii apei sărate.

5. Industria matrițelor și a sculelor

• Cerere: Plăcuțe, matrițe de injecție, matrițe de extrudare, scule de precizie.
• Avantaj: Îmbunătățește eliberarea, reduce lipirea și prelungește durata de viață a sculei.

6. Aplicații marine

• Cerere: Elice, arbori, elemente de fixare marine.
• Avantaj: Nivel ridicat de rezistență la coroziunea în apa de mare și la biofouling.

Procesul de nichelare chimică pas cu pas

1. Curățarea suprafețelor - Piesa este curățată complet pentru a scăpa de ulei, murdărie, grăsime și oxidare. Aceasta poate lua forma degresării cu solvenți, băilor alcaline, curățării cu ultrasunete sau decapării ușor acide. Cea mai bună modalitate de a obține o bună aderență a stratului de acoperire este curățarea suprafeței.
2. Activarea suprafeței - După curățare, piesa este scufundată într-un mediu acid sau catalitic care are un ușor efect de gravare și îndepărtează pelicula de oxid rămasă nereacționată. În cazul nemetalelor, se poate aplica o peliculă subțire de catalizator pe acestea pentru a permite reacția de placare.
3. Baie de galvanizare - În acest caz, materialul este scufundat într-o baie cu temperatură reglată (8595C °C) care conține săruri de nichel, hipofosfit de sodiu (agent reducător), stabilizatori și agenți de complexare. Mișcarea persistentă menține aceeași concentrație chimică.
4. Reacția de depunere - Agentul de reducere provoacă o reacție metalică care depune un aliaj de nichel uniform la suprafață, acoperind forme extrem de complicate și confinări interne fără utilizarea electricității.
5. Clătire și uscare - Clătirea se referă la ștergerea componentei placate în apă curată sau deionizată pentru a elimina orice substanțe chimice neabsorbite disponibile, iar uscarea componentei se face folosind aer cald sau încălzitoare, astfel încât să nu aibă loc nicio formă de colorare sau ruginire a componentei.
6. Tratament termic (opțional) - În cazurile în care aplicația necesită o rezistență ridicată la uzură, partea placată este tratată termic la 300-400 o C. Acest lucru face ca duritatea să fie aproape cea a cromului dur și îmbunătățește protecția împotriva coroziunii.

Comparații cu placarea cu crom și nichel

Placarea cu nichel crom este de fapt o electroplacare în trepte, adică mai întâi se depune un strat de nichel și apoi crom deasupra. Acest procedeu formează un finisaj ca o oglindă și este foarte rezistent la coroziune.

Nichelarea chimică, în schimb, depune un strat uniform de nichel-fosfor printr-un proces neelectric. Acest lucru permite metalizarea structurilor complexe, a zonelor adâncite și a toleranțelor fine, care nu pot fi acoperite uniform atunci când se utilizează nichelarea cu crom.

Deși nichelarea cromată oferă o estetică mai bună, nichelarea chimică are o uniformitate mai bună a grosimii, o rezistență superioară la uzură și o compatibilitate mai largă cu substraturile. Nichelarea chimică este utilizată pe scară largă în multe industrii pentru acele piese care sunt esențiale pentru performanță, dar nichelarea cromată este utilizată pentru articolele decorative.

Acoperire cu nichel fără electroliți vs Acoperire cu nichel electrolitic

Deși ambele procese sunt clasificate pentru a acoperi o suprafață folosind nichel, principiile lor de lucru prezintă o mare diferență:

Tabel de comparații Anodizare dură

După cum s-a afirmat în legătură cu piesele din aluminiu, în special, nichelarea este adesea considerată un substitut pentru anodizarea dură a aluminiului turnat sub presiune. Cu toate acestea, anodizarea formează un strat de oxid în loc de un depozit.

Comparație cu nichelarea și cromarea

Procesul de placare cu nichel crom este un tratament de galvanizare în două etape, în care primul strat este nichel pentru a preveni coroziunea, iar un finisaj protector secundar este un strat subțire de crom.

Influențe asupra calității placării

Există o serie de factori care vor avea un impact imediat asupra calității performanței, aspectului și durabilității unei acoperiri de nichel fără electroliți. Reglementarea acestor parametri va conduce la rezultate constante și la un număr mai mic de defecte.

• Baie Chimie - Cantitatea de săruri de nichel, hipofosfat de sodiu, stabilizatori, rs și agenți de complexare trebuie să se încadreze strict în acest raport. Lipirea și aderența neuniformă, grosimea sau rezistența minimă la coroziune pot fi cauzate de dezechilibre.
• Controlul temperaturii -  Băile de placare chimică sunt în mod normal menținute la 85-95 o C. Atunci când se utilizează o temperatură mai scăzută, depunerea este încetinită, iar supraîncălzirea poate provoca reacții necontrolate și poate scurta durata de viață a băii.
• Nivelul PH - PH-ul trebuie să fie ușor acid, la un pH cuprins între 4,55 și 5,5. Defectele pot modifica duritatea și fosforul, precum și finisajul stratului de acoperire.
• Agitație și circulație - Amestecarea va asigura o distribuție chimică completă și va preveni apariția unor regiuni pe suprafața piesei care devin sărace în ioni de nichel ca urmare a amestecării necorespunzătoare.
• Pregătirea suprafeței - O curățare sau o activare incompletă va cauza exfoliere, formarea de bășici sau aderență scăzută. Acest lucru este deosebit de important în placarea aluminiului sau a materialelor plastice.
• Vârsta băii și contaminarea - În timp, în baie există subproduse, care scad eficiența. Filtrarea frecventă și înlocuirea parțială a băii ajută la evitarea depunerilor dure și a petelor.
• Timp de placare - Un timp de placare prelungit poate produce straturi excesiv de groase care se vor rupe la aplicarea de tensiuni, în timp ce un timp prea scurt va produce acoperiri subțiri și delicate.

Materiale de placare cu nichel electrolux

Sursa de nichel

O sare de nichel, fie sulfat de nichel, fie clorură de nichel, este prezentă în baia de placare. Acestea dau ionii de nichel, care vor compune acoperirea în reacție.

Agent reducător

Cel mai popular agent de reducere este hipofosfitul. De asemenea, acesta reduce chimic ionii de nichel la nichel metalic, dar nu necesită electricitate.

Stabilizatori

Se adaugă foarte puține săruri metalice sau stabilizatori organici pentru a se asigura că baia nu se descompune sau nu se transformă prea repede.

Agenți de complexare

Unii dintre acizii organici includ acidul lactic sau acidul citric utilizat pentru a menține ionii de nichel în starea lor dizolvată și pentru a menține un echilibru chimic adecvat al băii.

Ajustori de pH

Substanțe precum acizii ușori sau hidroxidul de amoniu sunt utilizate pentru a regla pH-ul băii pentru a obține o calitate constantă a placării.

Produse chimice de pregătire a suprafeței

Detergenții alcalini dizolvă uleiurile și grăsimile, iar activatorii acizi diluează oxizii și erodează metalul pentru a se lipi bine de metal.

Apă deionizată

Acesta a fost utilizat pentru spălare între operațiuni, astfel încât să se evite contaminarea cu minerale de către sursele normale de apă.

Considerații de mediu

Deși nichelarea chimică, în comparație cu procesele care utilizează substanțe periculoase, cum ar fi cromul hexavalent, este mai sigură, aceasta trebuie totuși efectuată cu un control strict al mediului. În baia de placare există săruri de nichel, hipofosfit de sodiu și alți compuși, care trebuie manipulați cu grijă pentru a preveni contaminarea solului și a apei.

Principalii factori de mediu vor fi:

1. Tratarea apelor reziduale - Compușii de nichel și fosfor sunt prezenți în apă și sunt utilizați în băile de placare. Aceștia trebuie tratați prin precipitare chimică, schimb de ioni sau filtrare cu membrană și apoi eliminați.
2. Manipularea și depozitarea substanțelor chimice -Substanțele chimice trebuie depozitate într-un recipient rezistent la coroziune și trebuie să existe sisteme de control al scurgerilor.
3. Calitatea aerului - Chiar dacă placarea chimică nu emite cantități mari de poluanți atmosferici în timpul procesului, în comparație cu galvanizarea, trebuie asigurat un mediu bine ventilat pentru a evita vaporii chimici.
4. Conformitatea cu reglementările - De asemenea, instalațiile respectă reglementările de mediu, cum ar fi RoHS (Restriction of Hazardous Substances) și politicile de gestionare a deșeurilor impuse în zona lor locală, în timp util pentru a elimina sau minimiza orice tip de generare de deșeuri.
5. Opțiuni ecologice - Cercetările actuale vizează producerea de băi care au stabilizatori biodegradabili, agenți de reducere a clorurilor mai puțin toxici și un conținut scăzut de substanțe grele. Aplicarea acestor măsuri ajută industriile să obțină finisaje de înaltă calitate și să aibă un impact mai redus asupra mediului. Acest fapt este unul dintre motivele pentru care placarea chimică este o opțiune mai bună în comparație cu alte substanțe, cum ar fi nichelarea cu crom.

Tendințe de dezvoltare viitoare în nichelarea chimică

Domeniul nichelării chimice se va schimba, de asemenea, deoarece industriile vor solicita o performanță mai bună, un nivel mai ridicat de durabilitate și un proces mai eficient. Unele tendințe majore determină viitorul:

1. Acoperiri nanostructurate - Lucrările în curs implică proiectarea unui strat de acoperire din nichel-fosfor care conține granulații de dimensiuni nano. Aceste acoperiri sunt mai dure, mai rezistente la uzură și oferă efectiv o protecție mai bună împotriva coroziunii în comparație cu materialele de acoperire tradiționale.
2. Acoperiri compozite - Adăugarea de PTFE, carbură de siliciu sau nitrură de bor la baza de nichel, printre alte materiale, poate crea un efect special precum dezvoltarea de autolubrifianți, suprafețe antiaderente sau rezistență severă la abraziune.
3. Formulări de baie ecologice - Formularea de băi de placare care utilizează stabilizatori biodegradabili, agenți reducători mai puțin toxici și un nivel redus de metale grele pentru a satisface standarde de mediu foarte stricte.
4. Automatizare și robotică - Manipularea robotizată este utilizată în liniile automate de placare, permițând repetarea calității acoperirii, eliminarea erorilor umane și creșterea productivității mașinii.
5. Tehnologii de placare selectivă - Sunt în curs de dezvoltare tehnologii care ar permite acoperirea selectivă doar a acelor suprafețe ale unei componente care necesită acoperire, eliminând risipa de material și postprocesarea.
6. Tratamente hibride de suprafață - Utilizarea altor tehnici în combinație cu nichelarea chimică (placare) pentru a oferi suprafețe multifuncționale cu caracteristici care să satisfacă nevoi foarte specifice în industriile de înaltă tehnologie, de exemplu, "anodizarea dură a aluminiului turnat sub presiune" sau "placarea cu nichel crom".

Nichelarea chimică va continua să fie o tehnologie utilă de finisare a suprafețelor, pe măsură ce inovațiile se dezvoltă într-o gamă mai largă de aplicații, cu mai multe utilizări în industria aerospațială, auto, electronică, a energiei regenerabile și a echipamentelor medicale.

Concluzie

Nichelarea chimică este o tehnică de nichelare de înaltă calitate care oferă o uniformitate inegalabilă, protecție împotriva coroziunii și uzurii. Spre deosebire de nichelarea convențională, aceasta nu se bazează pe curent electric, ceea ce permite acoperirea uniformă a formelor complexe și a suprafețelor interne.

În comparație cu anodizarea dură a aluminiului turnat sub presiune, cel puțin capacitatea de nichelare chimică de a pune placare pe o gamă largă de alte metale în afară de aluminiu este o caracteristică distinctivă a acestui proces. Între timp, chiar dacă produs de placare cu nichel crom are un finisaj strălucitor, nu în toate cazurile nu poate fi la fel de uniformă și versatilă ca placarea chimică.

Având în vedere că industria construcțiilor se orientează către acoperiri de înaltă performanță, această tehnologie va fi un jucător important în sectoarele aerospațial, auto, electronic și de fabricare a matrițelor. Nichelarea chimică promite în continuare să fie una dintre cele mai populare opțiuni datorită inovațiilor continue care urmăresc îmbunătățirea performanței și a conformității cu mediul în următoarele câteva decenii sau cam așa ceva.

Întrebări frecvente

1. Ce înseamnă nichelare chimică?

Termenul nichelare chimică se referă la un proces chimic care depune un strat uniform de aliaj de nichel-fosfor sau nichel-bron pe o suprafață fără electricitate. Acest procedeu crește rezistența la coroziune, rezistența la uzură și duritatea suprafețelor.

2. Care sunt diferențele dintre nichelarea chimică și nichelarea cromată?

Spre deosebire de nichelarea cromată, care depune nichel și crom prin aplicarea de electricitate, nichelarea chimică este autocatalitică și oferă o acoperire netedă chiar și pe forme neregulate și în interiorul golurilor.

3. Se pretează aluminiul la nichelarea chimică?

Este posibil. Aluminiul și chiar substraturile nemetalice pot fi, de asemenea, placate atunci când sunt prevăzute cu curățarea/activarea adecvată a suprafeței. Cel mai adesea este combinată cu combinația de anodizare dură a aluminiului turnat sub presiune, astfel încât obiectele vor fi puternice.

4. Care este avantajul tratamentului termic în cazul placării?

Stratul de nichel este supus unui tratament termic pentru a-l face dur, rezistent la uzură și cu protecție împotriva coroziunii. În funcție de conținutul de fosfor, acesta poate fi la fel de dur ca cromul dur industrial.