Nickel wird häufig im Maschinen- und Instrumentenbau sowie in verschiedenen Industrien verwendet. In der Lebensmittelindustrie ersetzt Nickel Zinnbeschichtungen und in der Optik hat es sich durch die schwarze Vernickelung des Metalls verbreitet. Teile aus NE-Metallen und Stahl werden mit Nickel beschichtet, um die Widerstandsfähigkeit der Produkte gegen mechanischen Verschleiß zu erhöhen und vor Korrosion zu schützen. Das Vorhandensein von Phosphor in Nickel macht die Filmhärte nahe der von Chrom!
Inhalt:
Vernickelungsverfahren
Vernickeln ist das Aufbringen einer Nickelbeschichtung auf die Oberfläche eines Teils, die typischerweise 1 bis 50 Mikrometer dick ist. Nickelbeschichtungen sind glänzend oder mattschwarz, dennoch schützen sie Metall zuverlässig in aggressiver Umgebung (Säuren, Laugen) und bei erhöhten Temperaturen.
Vor dem Vernickeln muss das Produkt vorbereitet werden. Es wird mit Sandpapier bearbeitet, um den Oxidfilm zu entfernen, mit einer Bürste abgewischt, mit Wasser gewaschen, in heißer Sodalösung entfettet und erneut gewaschen. Nickelbeschichtungen können mit der Zeit ihren Primärglanz verlieren, daher überdecken sie die Nickelschicht oft mit einer widerstandsfähigeren Chromschicht.
Nickel, das direkt auf Stahl aufgebracht wird, ist eine kathodische Beschichtung und schützt das Material ausschließlich mechanisch. Die Diskontinuität der Schutzschicht trägt zum Auftreten von korrosiven Dämpfen bei, in denen Stahl als lösliche Elektrode wirkt. Als Ergebnis entwickelt sich unter der Beschichtung Korrosion, die das Stahlsubstrat zerstört und ein Ablösen der Nickelbeschichtung verursacht. Um dies zu verhindern, muss das Metall immer mit einer dicken Nickelschicht überzogen werden..
Nickelbeschichtungen können auf Eisen, Kupfer, deren Legierungen sowie Wolfram, Titan und andere Metalle aufgebracht werden. Metalle wie Blei, Cadmium, Zinn, Blei, Antimon und Wismut dürfen nicht chemisch vernickelt werden. Beim Vernickeln von Stahlprodukten ist es üblich, eine Kupferunterschicht aufzubringen.
Nickelbeschichtungen werden in verschiedenen Industrien für spezielle, schützende und dekorative Zwecke sowie als Unterlage verwendet. Die Vernickelungstechnologie wird verwendet, um abgenutzte Auto- und Maschinenteile zu restaurieren, chemische Geräte, medizinische Instrumente, Messgeräte, Haushaltsgegenstände, Teile zu beschichten, die mit geringer Belastung unter Bedingungen von Trockenreibung oder Einwirkung starker Alkalien betrieben werden.
Vernickelungsarten
Die Praxis kennt zwei Arten der Vernickelung – elektrolytisch und chemisch. Das letztere Verfahren ist etwas teurer als das elektrolytische, aber es bietet die Möglichkeit, eine Beschichtung mit gleichmäßiger Qualität und Dicke auf allen Teilen der Oberfläche zu erzeugen, wenn die Zugangsbedingung zu ihnen erfüllt ist..
Elektrolytische Vernickelung
Elektrolytische Beschichtungen zeichnen sich durch eine gewisse Porosität aus, abhängig von der sorgfältigen Vorbereitung des Substrats und der Dicke der Schutzbeschichtung. Um einen hochwertigen Korrosionsschutz zu organisieren, ist eine völlige Porenfreiheit erforderlich; dazu ist es üblich, ein Metallteil vorab zu verkupfern oder eine mehrlagige Beschichtung aufzubringen, die auch bei zuverlässiger ist als eine einlagige Beschichtung gleiche Dicke.
Dazu müssen Sie einen Elektrolyten vorbereiten. Nehmen Sie 30 Gramm Nickelsulfat, 3,5 Gramm Nickelchlorid und 3 Gramm Borsäure pro 100 Milliliter Wasser und gießen Sie diesen Elektrolyten in einen Behälter. Die Vernickelung von Stahl oder Kupfer erfordert Nickelanoden, die in den Elektrolyten getaucht werden müssen.
Hängen Sie das Teil an einen Draht zwischen den Nickelelektroden. Die Drähte von den Nickelstreifen müssen zusammengebunden werden. Die Teile werden mit dem Minuspol der Stromquelle und die Drähte mit dem Pluspol verbunden. Dann müssen Sie einen Rheostat in die Schaltung einbeziehen, um den Strom und ein Milliamperemeter einzustellen. Wählen Sie eine Gleichstromquelle mit 6 V oder weniger.
Der Strom muss etwa zwanzig Minuten lang eingeschaltet sein. Anschließend muss das Teil entnommen, gespült und getrocknet werden. Das Produkt ist mit einer mattgrauen Nickelschicht bedeckt. Damit die Schutzschicht einen Glanz bekommt, muss sie poliert werden. Denken Sie jedoch beim Arbeiten an die erheblichen Nachteile der elektrolytischen Vernickelung zu Hause – ungleichmäßige Abscheidung auf der Reliefoberfläche von Nickel und die Unmöglichkeit, tiefe und enge Löcher sowie Hohlräume abzudecken.
Chemische Vernickelung
Neben dem elektrolytischen Verfahren können Sie ein weiteres, sehr einfaches Verfahren anwenden, um Eisen oder polierten Stahl mit einer dünnen, aber haltbaren Nickelschicht zu beschichten. Es ist üblich, eine 10 %ige Zinkchloridlösung zu nehmen und der Nickelsulfatlösung nach und nach zuzugeben, bis die Flüssigkeit hellgrün wird. Danach muss die Flüssigkeit zum Kochen gebracht werden, besser ist es, dafür ein Porzellangefäß zu verwenden..
In diesem Fall tritt eine charakteristische Trübung auf, die jedoch keinen Einfluss auf den Prozess der Vernickelung von Teilen hat. Wenn Sie die Flüssigkeit zum Kochen bringen, sollten Sie das zu vernickelnde Objekt darin absenken. Reinigen Sie das Teil und entfetten Sie es vorher. Das Produkt sollte etwa eine Stunde in der Lösung kochen, von Zeit zu Zeit destilliertes Wasser hinzufügen, wenn es verdunstet.
Wenn Sie während des Kochens feststellen, dass sich die Farbe der Flüssigkeit von hellgrün zu leicht grün verändert hat, müssen Sie etwas Nickelsulfat hinzufügen, um die ursprüngliche Farbe zu erhalten. Nach Ablauf der angegebenen Zeit das Produkt aus der Lösung nehmen, mit etwas Kreide gelöstem Wasser abspülen und gut trocknen. Stahl oder poliertes Eisen, in einem ähnlichen Vernickelungsverfahren plattiert, diese Schutzschicht hält sehr fest.
Das chemische Vernickelungsverfahren basiert auf der Reduktion von Nickel aus einer wässrigen Lösung seiner Salze unter Verwendung von Natriumhypophosphit und anderen chemischen Reagenzien. Die für die chemische Vernickelung verwendeten Lösungen sind sauer mit einem pH-Wert von 4-6,5 und alkalisch mit einem pH-Wert über 6,5.
Zum Beschichten von Eisenmetallen, Messing und Kupfer empfiehlt es sich, saure Lösungen zu verwenden. Alkalisch für rostfreie Stähle. Eine saure Lösung im Vergleich zu einer alkalischen Lösung ergibt eine glattere Oberfläche auf dem polierten Teil. Ein weiteres wichtiges Merkmal saurer Lösungen ist die geringere Wahrscheinlichkeit einer Selbstentladung beim Überschreiten der Betriebstemperaturschwelle. Alkalische Lösungen garantieren eine zuverlässigere Haftung des Nickelfilms auf dem Grundmetall.
Alle wässrigen Lösungen für die Do-it-yourself-Vernickelung sind universell, also für alle Metalle geeignet. Zum chemischen Vernickeln wird destilliertes Wasser verwendet, aber Sie können auch Kondensat aus einem Haushaltskühlschrank verwenden. Chemische Reagenzien sind geeignet sauber – mit der Bezeichnung auf dem Etikett “H”.
Die Reihenfolge der Herstellung der Lösung ist wie folgt. Alle chemischen Reagenzien, mit Ausnahme von Natriumhypophosphit, müssen mit Emaillegeschirr in Wasser gelöst werden. Anschließend die Lösung auf Betriebstemperatur erhitzen, Natriumhypophosphit auflösen und die Teile in die Lösung legen. Mit Hilfe von einem Liter Lösung ist es möglich, Teile mit einer Oberfläche von bis zu 2 dm2 . zu vernickeln.
Schwarze Beschichtungen
Für besondere und dekorative Zwecke werden Schwarznickelbeschichtungen verwendet. Ihre Schutzeigenschaften sind sehr gering, daher ist es üblich, sie auf einer Unterschicht aus gewöhnlichem Nickel, Zink oder Cadmium aufzutragen. Stahlprodukte müssen vorverzinkt, Kupfer und Messing vernickelt sein..
Die schwarze Vernickelung ist hart, aber spröde, besonders wenn sie dick ist. In der Praxis hören sie bei einer Dicke von 2 µm auf. Ein Nickelbad für solche Beschichtungen enthält in der Regel große Mengen an Thiocyanat und Zink. Fast die Hälfte des Nickels ist in der Beschichtung enthalten, die restlichen 50 % sind Schwefel, Stickstoff, Zink und Kohlenstoff..
Es ist üblich, Bäder zur Schwarzvernickelung von Aluminium oder Stahl durch Auflösen aller Bestandteile in warmem Wasser und Filtrieren mit Filterpapier herzustellen. Treten beim Auflösen von Borsäure Schwierigkeiten auf, wird diese separat in auf 70 Grad Celsius erhitztem Wasser gelöst. Die Erzielung tiefer Schwarztöne hängt von der richtigen Wahl der Stromdichte ab.
Vernickelungsbäder
In Werkstätten wird häufig eine Badewanne verwendet, die aus 3 Hauptkomponenten besteht: Borsäure, Sulfat und Chlorid. Nickelsulfat ist eine Quelle für Nickelionen. Chlorid beeinflusst die Funktion von Nickelanoden erheblich, seine Konzentration im Bad ist nicht genau genormt. In chloridfreien Bädern findet eine starke Nickelpassivierung statt, wonach der Nickelgehalt im Bad abnimmt, die Stromausbeute sinkt und die Beschichtungsqualität sinkt..
In Gegenwart von Chloriden lösen sich die Anoden in einer für den normalen Ablauf der Vernickelung von Kupfer oder Aluminium ausreichenden Menge auf. Chloride erhöhen die Leitfähigkeit des Bades und dessen Leistung bei Verunreinigung mit Zink. Borsäure hilft, den pH-Wert auf einem bestimmten Niveau zu halten. Die Wirksamkeit dieser Wirkung hängt stark von der Borsäurekonzentration ab..
Das Chlorid kann Natrium-, Zink- oder Magnesiumchlorid sein. Weit verbreitet sind Sulfatbäder von Watts, die als Zusatz elektrisch leitfähige Salze enthalten, die die elektrische Leitfähigkeit der Bäder erhöhen und das Erscheinungsbild von Schutzbeschichtungen verbessern. Das am häufigsten verwendete Salz ist Magnesiumsulfat (ca. 30 Gramm pro Liter)..
Nickelsulfat wird üblicherweise in einer Konzentration von etwa 250-350 Gramm pro Liter eingeführt. In letzter Zeit gibt es Trends zur Begrenzung von Nickelsulfat – weniger als 200 g / l, was dazu beiträgt, Lösungsverluste deutlich zu reduzieren.
Die Borsäurekonzentration beträgt 25-40 Gramm pro Liter. Unter 25 g/l steigt die Tendenz zur schnellen Alkalisierung des Bades. Eine Überschreitung des zulässigen Wertes wird aufgrund der möglichen Kristallisation von Borsäure und der Ablagerung von Kristallen an den Wänden des Nickelbades und der Anoden als ungünstig angesehen..
Das Nickelbad arbeitet in einem anderen Temperaturbereich. Die Heimvernickelungstechnologie wird jedoch selten bei Raumtemperatur verwendet. Nickel löst sich oft von Beschichtungen, die in Kaltbädern aufgetragen werden, daher muss das Bad auf mindestens 30 Grad Celsius erhitzt werden. Die Stromdichte wird experimentell so gewählt, dass die Beschichtungen nicht verbrennen.
Das Natriumbad arbeitet zuverlässig über einen weiten pH-Bereich. Zuvor wurde der pH-Wert auf einem Niveau von 5,4-5,8 gehalten, was die geringere Aggressivität und höhere Deckkraft des Bades motiviert. Hohe pH-Werte provozieren jedoch eine deutliche Zunahme der Spannungen in der Vernickelung. Daher beträgt der pH-Wert in den meisten Bädern 3,5-4,5.
Feinheiten der Vernickelung
Die Haftung des Nickelfilms am Metall ist vergleichsweise gering. Dieses Problem kann durch Wärmebehandlung von Nickelfilmen gelöst werden. Das Niedertemperatur-Diffusionsverfahren besteht darin, nicht vernickelte Produkte auf eine Temperatur von 400 Grad Celsius zu erhitzen und die Teile eine Stunde lang bei dieser Temperatur zu halten.
Denken Sie jedoch daran, dass, wenn die vernickelten Teile gehärtet wurden (Angelhaken, Messer und Federn), sie sich bei einer Temperatur von 400 Grad lösen können und ihre Härte verlieren – ihre Hauptqualität. Daher wird die Niedertemperaturdiffusion in einer solchen Situation bei einer Temperatur von nahe 270-300 Grad mit einer Einwirkzeit von bis zu 3 Stunden durchgeführt. Diese Wärmebehandlung kann auch die Härte der Nickelbeschichtung erhöhen..
Moderne Nickelbäder erfordern eine spezielle Ausrüstung zum Vernickeln und Rühren einer wässrigen Lösung, um den Vernickelungsprozess zu intensivieren und das Risiko von Lochfraß – dem Auftreten kleiner Vertiefungen in der Beschichtung – zu reduzieren. Das Rühren des Bades erfordert eine kontinuierliche Filtration, um Verunreinigungen zu beseitigen.
Das Rühren mit einem beweglichen Kathodenstab ist hierfür nicht so effektiv wie die Verwendung von Druckluft und erfordert vor allem eine spezielle Zutat, die das Aufschäumen verhindert..
Entfernen der Vernickelung
Nickelschichten auf Stahl werden meist in Bädern mit verdünnter Schwefelsäure entfernt. 30 Liter konzentrierte Schwefelsäure in 20 Liter kaltem Wasser portionsweise unter ständigem Rühren zugeben. Kontrollieren Sie, dass die Temperatur 60 Grad Celsius nicht überschreitet. Nach dem Abkühlen des Bades auf Raumtemperatur sollte seine Dichte 1,63 . erreichen.
Um das Risiko der Aussaat des Substratmaterials zu verringern, wird dem Bad Glycerin in einer Menge von 50 Gramm pro Liter zugesetzt. Badewannen bestehen normalerweise aus Vinyl-Kunststoff. Die Produkte werden an der mittleren Leiste aufgehängt, die mit dem Plus der Stromquelle verbunden ist. Die Stäbe, an denen die Bleibleche befestigt sind, werden mit dem Minus der Stromquelle verbunden.
Achten Sie darauf, dass die Temperatur des Bades 30 Grad nicht überschreitet, da die heiße Lösung aggressiv auf den Untergrund einwirkt. Die Stromdichte sollte 4 A / dm2 betragen, aber eine Spannungsschwankung innerhalb von 5-6 Volt ist erlaubt.
Fügen Sie im Laufe der Zeit konzentrierte Schwefelsäure hinzu, um die Dichte bei 1,63 zu halten. Um eine Verdünnung des Bades zu vermeiden, tauchen Sie die Artikel nach dem Vortrocknen in das Bad. Die Prozessführung ist nicht besonders schwierig, da die Stromdichte zum Zeitpunkt der Nickelentfernung stark abfällt.
Somit ist die Vernickelung das beliebteste Galvanisierungsverfahren. Die Vernickelung zeichnet sich durch Härte, große Korrosionsbeständigkeit, tolerierbare Vernickelungskosten, gute Reflektivität und elektrischen Widerstand aus.
