Никель является металлом подгруппы железа, который получил в гальванотехнике наиболее широкое применение.
По сравнению с меднением, латунированием, серебрением и др. никелирование получило промышленное применение значительно позднее, но уже с конца XIX столетия этот процесс стал наиболее распространенным методом «облагораживания» поверхности металлических изделий. Лишь в двадцатые годы текущего столетия широкое применение получил другой процесс — хромирование, который, казалось, вытеснит никелирование. Однако оба эти процесса — никелирование и хромирование для защитно-декоративных целей применяются комбинированно, т. е. изделия сперва никелируют и затем покрывают тонким слоем хрома (десятые доли микрона). Роль никелевого покрытия при этом не умаляется, напротив к нему предъявляются повышенные требования.
Широкое распространение никелирования в гальванотехнике объясняется ценными физико-химическими, свойствами электролитически осажденного никеля. Хотя в ряде напряжений никель стоит выше водорода, вследствие сильно выраженной склонности к пассивированию, однако он оказывается достаточно стойким против атмосферного воздуха, щелочей и некоторых кислот. По отношению к железу никель имеет менее электроотрицательный потенциал, следовательно, основной металл — железо — защищается никелем от коррозии лишь при отсутствии пор в покрытии.
Как точно определить ЦИНК и достоверно отличить его от других металлов!
Никелевые покрытия, полученные из растворов простых солей, имеют весьма тонкую структуру, и так как в то же время электролитический никель прекрасно принимает полировку, то покрытия могут быть доведены до зеркального блеска. Это обстоятельство позволяет широко применять никелевые покрытия для декоративных целей. При введении в электролит блескообразователей удается получать в слоях достаточной толщины блестящие никелевые покрытия без полировки. Структура нормальных никелевых осадков чрезвычайно тонка, и ее трудно выявить даже при сильном увеличении.
Чаще всего при никелировании преследуют две цели: защиту основного металла от коррозии и декоративную отделку поверхности. Такие покрытия широко применяют для наружных частей автомобилей, велосипедов, различных аппаратов, приборов, хирургических инструментов, предметов домашнего обихода и т. д.
С электрохимической точки зрения никель может быть охарактеризован как представитель металлов группы железа. В сильнокислой среде осаждение этих металлов вообще невозможно — на катоде выделяется почти один водород. Мало того, даже в растворах, близких к нейтральным, изменение рН влияет на выход по току и свойства металлических осадков.
Явление отслаивания осадка, больше всего присущее никелю, также в сильной степени связано с кислотностью среды. Отсюда и вытекает первейшая забота о соблюдении надлежащей кислотности и регулировании ее при никелировании, так же как выбор надлежащей температуры для правильного ведения процесса.
Первые электролиты для никелирования готовили на основе двойной соли NiSO4(NH4)2SO4·6H2O. Эти электролиты были впервые исследованы и разработаны профессором Гарвардского университета Исааком Адамсом в 1866 г. По сравнению с современными высокопроизводительными электролитами с высокой концентрацией никелевой соли электролиты с двойной солью допускают плотность тока, не превышающую 0,3—0,4 А/дм 2 . Растворимость двойной никелевой соли при комнатной температуре не превышает 60—90 г/л, в то время как семиводный сульфат никеля при комнатной температуре растворяется в количестве 270—300 г/л. Содержание металлического никеля в двойной соли 14,87%, а в простой (сернокислой) соли 20,9%.
Как ПОКРЫТЬ ЗОЛОТОМ ЛЮБОЙ МЕТАЛЛ?
Процесс никелирования весьма чувствителен к примесям в электролите и в анодах. Совершенно очевидно, что малорастворимую в воде соль легче освободить в процессе кристаллизации и промывки от вредных примесей, например сульфатов меди, железа, цинка и др., чем более растворимую простую соль. В значительной степени по этой причине электролиты на основе двойной соли имели доминирующее применение во второй половине XIX и в начале XX столетия.
Борная кислота, которая в настоящее время рассматривается как весьма существенный компонент для буферирования электролита никелирования и электролитического рафинирования никеля, была впервые предложена в конце XIX — начале XX в.
Хлориды были предложены для активирования никелевых анодов в начале XX столетия. К настоящему времени в патентной и журнальной литературе предложено большое разнообразие электролитов и режимов для никелирования, по-видимому, больше, чем по какому-либо другому процессу электроосаждения металлов.
Однако без преувеличения можно сказать, что большая часть современных электролитов для никелирования представляет собой разновидность предложенного в 1913 г. профессором Висконзинского университета Уоттсом на основании детального исследования влияния отдельных компонентов и режима электролита. Несколько позднее в результате усовершенствования им было установлено, что в концентрированных по никелю электролитах, при повышенной температуре и интенсивном перемешивании (1000 об/мин) можно получать удовлетворительные в толстых слоях никелевые покрытия при плотности тока, превышающей 100 А/дм 2 (для изделий простой формы). Эти электролиты состоят из трех основных компонентов: сульфата никеля, хлорида никеля и борной кислоты. Принципиально возможна замена хлорида никеля хлоридом натрия, но, по некоторым данным, такая замена несколько снижает допустимую катодную плотность тока (возможно из-за уменьшения общей концентрации никеля в электролите). Электролит Уоттса имеет следующий состав, г/л:
240 — 340 NiSO4 · 7H2O, 30—60 NiCl2 · 6H2O, 30 — 40 H3ВO3.
Из других электролитов, которые в последнее время все больше привлекают к себе внимание исследователей и находят промышленное применение, следует назвать фторборатные, позволяющие применять повышенную плотность тока и сульфаматные, обеспечивающие возможность получения никелевых покрытий с меньшими внутренними напряжениями.
В начале тридцатых годов текущего столетия, и в особенности после второй мировой войны, внимание исследователей было приковано к разработке таких блескообразователей, которые позволяют получать блестящие никелевые покрытия в слоях достаточной толщины не только на отполированной до блеска поверхности основного металла, но и на матовой поверхности.
Разряд ионов никеля, как и других металлов подгруппы железа, сопровождается значительной химической поляризацией и выделение этих металлов на катоде начинается при значениях потенциалов, которые намного отрицательнее соответствующих стандартных потенциалов.
Выяснению причин этой повышенной поляризации посвящено много исследований и было предложено несколько далеко не совпадающих объяснений. По одним данным, катодная поляризация при электроосаждении металлов группы железа резко выражена лишь в момент начала выделения их, при дальнейшем повышении плотности тока потенциалы меняются незначительно. С повышением температуры катодная поляризация (в момент начала выделения) резко снижается. Так, в момент начала выделения никеля при температуре 15° С катодная поляризация равна 0,33 В, а при 95° С 0,05 В; для железа катодная поляризация снижается с 0,22 В при 15° С до нуля при 70° С, а для кобальта с 0,25 В при 15° С до 0,05 В при 95° С.
Высокую катодную поляризацию в момент начала выделения металлов группы железа объясняли выделением этих металлов в метастабильной форме и необходимостью затраты дополнительной энергии для перехода их в устойчивое состояние. Такое объяснение не является общепризнанным, имеются и другие взгляды на причины большой катодной поляризации, при которой происходит выделение металлов группы железа, и связанную с поляризацией мелкокристаллическую структуру.
Другие последователи приписывали особую роль водородной пленке, образующейся в результате совместного разряда ионов водорода, затрудняющей процесс агрегации мелких кристаллов и приводящей к образованию мелкодисперсных осадков металлов группы железа, а также защелачиванию прикатодного слоя и связанным с этим выпадением коллоидных гидроокисей и основных солей, которые могут соосаждаться с металлами и затруднять рост кристаллов.
Некоторые исходили из того, что большая поляризация металлов группы железа связана с большой энергией активации при разряде сильно гидратированных ионов, расчеты других показали, что энергия дегидратации металлов группы железа примерно такая же, как энергия дегидратации таких двухвалентных ионов металлов как медь, цинк, кадмий, разряд ионов которых протекает с незначительной катодной поляризацией, примерно в 10 раз меньшей, чем при электроосаждении железа, кобальта, никеля. Повышенную поляризацию металлов группы железа объяснили и сейчас объясняют адсорбцией чужеродных частиц; поляризация заметно снижалась при непрерывной зачистке катодной поверхности.
Этим не исчерпывается обзор различных взглядов на причины повышенной поляризации при электроосаждении металлов группы железа. Можно, однако, принять, что за исключением области малых концентраций и высоких плотностей тока, кинетика этих процессов может быть описана уравнением теории замедленного разряда.
Вследствие большой катодной поляризации при сравнительно небольшом перенапряжении водорода процессы электроосаждения металлов группы железа чрезвычайно чувствительны к концентрации ионов водорода в электролите и к температуре. Допустимая катодная плотность тока тем выше, чем выше температура и концентрация ионов водорода (чем ниже водородный показатель).
Для электроосаждения металлов группы железа нет нужды прибегать к растворам комплексных солей — эти металлы вполне удовлетворительно кристаллизуются на катоде из растворов простых солей, чаще всего сернокислых или хлористых, более доступных и более экономичных, чем комплексные соли.
- Влияние кислотности на работу никелевых электролитов
- Структура и механические свойства никелевых осадков
- Анодный процесс и никелевые аноды
- Защита от коррозии и механического износа
- Гальванопластика
- Вредные примеси
- Блестящее никелирование
- Двухслойные никелевые покрытия
- Толстые никелевые покрытия
- Покрытие «черным никелем»
- Химическое никелирование
- Электроосаждение кобальта и его сплавов
- Блестящие кобальтовые покрытия
- Электролитическое осаждение железа
- Сульфатные электролиты железнения
- Хлористые электролиты
- Фторборатные электролиты
Защитные покрытия металлов
- Подготовка поверхности
- Электролитическое и химическое полирование металлов
- Электрохимическое выделение и растворение металлов и сплавов
- Макро- и микрорассеивающая способность электролитов. Выравнивание поверхности
- Цинкование
- Кадмирование
- Лужение
- Свинцевание горячее и электролитическое
- Алюминирование
- Меднение
- Никелирование
- Хромирование
- Гальванические покрытия драгоценными металлами
- Гальваническое покрытие легких металлов и сплавов
- Химическое оксидирование металлов и сплавов
- Фосфатирование
- Обезвреживание сточных вод
- Металлургия
Источник: www.stroitelstvo-new.ru
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Катодные покрытия хромом, никелем и медью снижают усталостную прочность стали. При практически применяемых толщинах покрытии снижение предела выносливости достигает 22 35 /, дли хромовых и никелевых покрытий и 13 / 0 для медных покрытий. [1]
Катодные покрытия , вызывающие анодную пассивность. Существуют неплотные катодные покрытия, которые защищают основной металл не только механически, но и электрохимически. В определенных условиях катодное покрытие может вызвать анодную пассивность защищаемого металла в местах пор и других дефектов. Примерами катодных покрытий, вызывающих анодную пассивность, являются медные покрытия на нержавеющих сталях или тонкий ( 2 мкм) пористый слой платины на титане. [2]
Катодные покрытия состоят из металла более положительного, чем защищаемый. Задача сводится к тому, чтобы создавать по возможности беспористые покрытия. Если одно меднение или — одно никелирование стали не предохраняют последнюю от коррозии атмосферной влагой, то, например, двухслойное покрытие ( никель с медным подслоем) является действенным. Поры медного покрытия перекрываются слоем никеля, поры которого редко совпадают с медным ( см. рис. 173 г); в порах — никелевого слоя, заполненных электролитом, короткозамкнутый гальванический элемент ( медь — раствор — никель) не работает потому, что при анодной поляризации никель пассивируется и не растворяется. [4]
Катодные покрытия имеют более положительный, а анодные более электроотрицательный электродные потенциалы по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены. Так, например, медь, никель, серебро, золото, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, а цинк и кадмий по отношению к этой же стали — анодными покрытиями. [5]
Катодные покрытия защищают основной металл лишь механически, изолируя его от внешней среды. Анодные покрытия защищают его не только механически, но и электрохимически. Продукты разрушения заполняют поры, и процесс разрушения замедляется. [6]
Катодные покрытия предохраняют металл только от механических повреждений. При повреждении слоя покрытия ускоряется разрушение покрытого им основного металла. [7]
Катодные покрытия распыленным металлом, являющиеся по своей природе пористыми, могут защищать стали только в том случае, если будут достаточно толстыми, либо при последующем уплотнении пропиткой, последующей механической или химической обработке, нанесении спецальных лаков и растворов. [8]
Катодные покрытия , имеющие более положительный электродный потенциал, чем потенциал углеродистой стали, защищают сталь только механически, пока покрытие сплошное. Из таких покрытий представляют интерес никелевые, хромовые и свинцовые покрытия. Никелевые покрытия обладают стойкостью в щелочных средах и нашли применение для защиты ванн при электролизе воды. Никелевые и хромовые покрытия служат также хорошей защитой от атмосферной коррозии. [9]
Катодные покрытия защищают металл только путем изоляции его от воздействия среды. Для таких покрытии применяют химически стойкие металлы, хорошо сцепляющиеся с защищаемым металлом. Катодную защиту стали осуществляют нанесением на ее поверхность никеля, хрома, свинца, олова. При местном нарушении защитного катодного покрытия начинается коррозия стали. [10]
Катодные покрытия защищают основной металл только механически, изолируя его поверхность от коррозионной среды. [11]
Катодные покрытия защищают основной металл только механически, изолируя его поверхность от коррозионной среды. [12]
Катодное покрытие механически препятствует ионам электролита соприкасаться с основным металлом и тем самым предохраняет его от разрушения. В этом случае для успешного предохранения металла от коррозии покрытие должно быть сплошным и плотным. [13]
Катодные покрытия защищают металл механически, но не электрохимически. [14]
Катодные покрытия защищают основной металл лишь механически, изолируя его от воздействия атмосферы или каких-либо химических реагентов. [15]
Источник: www.ngpedia.ru
Анодным или катодным покрытием является никель для цинка серебра в чем
Дини и Джонсон обнаружили гидроксиды в сплаве Zn—Ni в виде ZnSO4*3Zn(ОH)2*4H2О и, возможно, NiO и NaNiO2.
Курати, Фудзивара и Танака при исследовании сульфатных электролитов установили, что при концентрации ионов цинка в электролите от 10 до 65 % получаются серебристо-белые, γ-фазные покрытия при широком диапазоне плотностей тока и составов растворов. Выход по току составляет 90 % и более.
Из электролитов, содержащих 78—88 % ионов цинка, получены матовые осадки из сплава, состоящие из смеси γ+η-фаз. И. наконец, в электролите с 97 % Zn получили тусклое, темно-серое покрытие (η-фаза). Таким образом, для получения высококачественных γ-фазовых цинкникелевых покрытий необходимо поддерживать молярное отношение Zn:Ni в электролите в пределах 2—3,5.
где R — алкилгруппа с числом атомов С=2—10; R’ — гидроксильная, карбонильная или карбоксильная группа; R» — гидроксильная, карбонильная, карбоксильная или алкоксигруппа с числом атомов C=2—10 (электролит № 2, табл. 64 а).
Степень наводороживания и охрупчивания в этой работе исследовали на образцах с покрытием и надрезом по методике F519 (тип Ia) ASTM. Образцы подвергали статическому нагружению растяжением.
Величина напряжения при испытаниях образцов составляла 75 % от предела прочности стали на растяжение. Если образец выдерживал нагружение в течение 200 ч, его степень наводороживания считалась удовлетворительной. Из числа исследованных образцов (150 шт.) с цинкникелевым покрытием разрушившихся не было. Анализ покрытий на наличие водорода подтвердил эти результаты. При содержании водорода в подложке менее 10в-4 % образцы с надрезом не разрушаются. Образцы с цинкникелевым покрытием толщиной 75 мкм содержали водорода в подложке значительно меньше 10в-4 %.
Склонность образцов к водородному охрупчиванию после осаждения покрытия была также исследована по усовершенствованной методике. Она заключалась в нанесении покрытия на образцы с надрезом и испытании их на растяжение при одновременном воздействии воды. Нагрузка доставляла 45% от пределах прочности стали на растяжение. Неудовлетворительным считали результат, когда разрушение образца происходило раньше, чем через 150 ч.
Образцы подвергали обезводороживающей обработке яри 263±12°C в течение не менее 12 ч, и не позже, чем через 8 ч после осаждения покрытия. Хроматирование покрытия проводили после обезводороживания.
При испытании на водородное охрупчивание образцы с кадмиевым покрытием разрушались через 125 и 210 ч. Три образца с кадмийтитановым покрытием разрушались через 160, 180 и 210 ч, а два — через 300 ч. Образцы с цинкникелевым покрытием не имели повреждений и были сняты с испытаний: 3 шт. через 230 ч, 3 шт. через 295 ч и 3 шт. — через 305 ч.
На рис. 148 приведены результаты испытаний образцов с различными покрытиями на растяжение с кручением. Крутящий момент, при котором происходило разрушение образцов с цинкникелевым покрытием, был примерно равным крутящему моменту, при котором разрушались кадмированные образцы.
Блестящие осадки получены при pH от 2 до 4. Покрытия, осажденные при более низких значениях pH, были матовыми, а при более высоких — тусклыми. Выход по току от pH почти не зависит и составляет 84—87 %. При оптимальном pH = 3 наилучшие блестящие осадки получены при плотности тока 6,4 А/дм2 и температуре от 25 до 45°С. При более высоких температурах электролита образовывались мутные хрупкие осадки, хотя предельная плотность тока при этом увеличивалась. Выход по току сплава при температурах 20, 30 и 50°C составлял соответственно 70, 85 и 94 %.
Твердость блестящих осадков сплавов Zn—Ni была намного больше, чем твердость цинковых и кадмиевых покрытий, и повышалась с увеличением содержания никеля в сплаве. Стационарный потенциал покрытия из цинкникелевого сплава в 3 %-ном растворе NaCl был отрицательнее стационарного потенциала малоуглеродистой стали, но положительнее стационарного потенциала цинка:
Особо следует отметить перспективность производства полосового проката с цинкникелевым покрытием. Хотя никель более дорогой, чем цинк, однако, благодаря тому, что небольшие добавки никеля значительно повышают срок службы оцинкованных изделий, применение цинкникелевых покрытий является экономически целесообразным.
Соотношение стоимости материалов (Э) при нанесении цинкникелевых и цинковых покрытий приблизительно может быть представлено следующим выражением:
Методом рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии установлено, что белые продукты коррозии цинкникелевого покрытия, образующиеся на поверхности этого покрытия, состоят главным образом из смеси Zn(OH)2 и ZnCO3.
Слой покрытия, находящийся под слоем продуктов коррозии, обогащается никелем, что облегчает его пассивацию. При испытаниях в камере соляного тумана продолжительность периода до появления ржавчины при содержании в покрытии 10—16% Ni, оказывается наибольшей (в 6—10 раз, чем у цинкового покрытия) (рис. 155). При более высокой концентрации легирующего компонента в покрытии (область образования двухфазного γ+α-покрытия) его защитная способность уменьшается.
На рис. 156 показана кинетика коррозионного разрушения образцов с цинкникелевым покрытием. Из рисунка следует, что образование ржавчины происходит наиболее медленно на поверхности образцов с однофазным (γ-фаза, 10—16 % Ni) цинкникелевым покрытием. При более высоком содержании никеля (γ+α-фазы) этот процесс резко ускоряется. Защитная способность таких покрытий ниже цинковых.
При измерении плотности тока коррозии iк образцов с цинкникелевым покрытием было установлено, что наименьшее значение iк имело цинкникелевое покрытие, содержащее 13% Ni (рис. 157). При этом такое покрытие длительное время сохраняет протекторное действие по отношению к стали (рис. 158, 159).
Величина и скорость смещения стационарного потенциала образца с цинкникелевым покрытием в 5 %-ном растворе NaCl зависит от концентрации никеля в покрытии. На рис, 160 и 161 даны кинетика коррозионного разрушения и состав продуктов коррозии на цинкникелевых покрытиях при испытаниях в камере соляного тумана. Наибольшая скорость разрушения наблюдается у нелегированного цинкового покрытия. По мере увеличения содержания никеля (до 13—16%), а также во времени скорость коррозии покрытия замедляется. Доля никеля в продуктах коррозии (порядка 0,1 %) значительно ниже, чем в исходном покрытии, что указывает на то, что в процессе коррозии никель практически из покрытия не растворяется.
- Покрытия из сплава Zn-Fe
- Сплавы цинка с металлами группы железа, хромом и марганцем
- Осаждение сплавов и многослойных покрытий на основе цинка
- Металлургическая гальванотехника
- Слабощелочные аммиакатные электролиты для цинкования
- Пирофосфатные электролиты для цинкования
- Щелочные бесцианистые электролиты для цинкования
- Слабокислые и нейтральные электролиты для цинкования
- Кислые электролиты для цинкования
- Цианистые электролиты для цинкования
Источник: metal-archive.ru