Как максимально повысить эффективность никелирования

Никелирование широко применяется в гальванической отрасли. Никель необходим при гальванопластике, нанесении покрытий на печатные платы и почти во всех электронных компонентах, либо в качестве промежуточного слоя, либо в качестве окончательной отделки.

Никелевые растворы очень просты в приготовлении. Чтобы приготовить любой электролит, для начала нужен источник металла, которым в данном случае является никель. Как правило, используется сульфат никеля, хотя, в зависимости от области применения, можно выбрать сульфамат никеля. Однако в данной статье мы будем рассматривать сульфат никеля в качестве предпочтительного источника металла.

Затем нам нужно добавить в раствор хлорид никеля, чтобы увеличить его проводимость, а затем смачивающее средство, чтобы вся поверхность была тщательно увлажнена. В зависимости от конкретного случая могут быть использованы различные блескообразователи для улучшения внешнего вида и распределения металла в покрытии. Последним компонентом в стандартной никелевой ванне является рН-буфер. В качестве буферного агента подавляющее большинство специалистов использует борную кислоту. Позже мы обсудим, почему это необходимо.

Рассмотрим количество металла в различных растворах. В качестве примера возьмем нанесение покрытий на подвесках. Количество металла, используемого в электролитических растворах, может незначительно варьироваться, но оно должно быть близко к значениям на рисунке 1.

Как показано на рисунке 1, количество никеля в стандартной ванне сильно отличается и намного выше по сравнению с другими металлами, даже для растворов, которые используются в аналогичных областях применения. Для сульфаматных ванн концентрация никеля в электролите еще выше.

Рисунок 1. Изменение концентрации металла в зависимости от типа металла. Изображение предоставлено компанией Technic

Как правило, требуется раствор с меньшим количеством металла. Этому есть несколько причин: во-первых, большинство металлов дорого стоят, поэтому, чем ниже концентрация, тем дешевле будет приготовление и поддержание электролита. Вот почему производители при нанесении покрытий на подвесках предпочитают использовать ванны золочения с содержанием золота 5 г/л, а не с 20 г/л, хотя во втором случае раствор был бы более стабильным.

Во-вторых, если концентрация металла в растворе ниже, то унос металла также будет менее значительным. Это означает, что снизятся затраты на очистку сточных вод, а также проблемы, связанные с уносом электролита после никелирования. Кроме того, распределение металла имеет тенденцию к уменьшению, когда концентрация металла в растворе выше. Это называется эффектом «собачьей кости”.

По всем перечисленным причинам, как правило, предпочтительно, чтобы любой электролит содержал низкое количество металла. Однако уменьшение количества металла также сопряжено с некоторыми недостатками. Один из них заключается в снижении применимой плотности тока, что снижает общую скорость производственного процесса.

Чтобы решить некоторые из этих проблем, компания Technic разработала процесс под названием Goldeneye Nickel. Самым большим преимуществом Goldeneye Nickel является то, что он может работать при содержании никеля всего 30 г/л (рисунок 1). Это значение намного ниже стандартной концентрации никеля и больше похоже на концентрацию других металлов (например, меди и серебра). Goldeneye Nickel обеспечивает все преимущества более низкой концентрации металла без такого недостатка, как замедление процесса. Еще одним преимуществом этого процесса является то, что он может работать на высокой скорости до 40 А/дм при 60 г/л никеля.

Когда мы рассматривали состав электролита никелирования, мы упомянули об использовании буферных агентов. Стандартное значение рН для электролита никелирования составляет около 4-4,5. Чтобы понять, зачем нужен буферный агент, нам нужно знать, что происходит на поверхности катода. При нанесении никелевого покрытия в зонах с высокой плотностью тока рН на поверхности детали будет увеличиваться.

В свою очередь, при повышении рН никель превращается в гидроксид никеля. Гидроксид никеля не осаждается гальваническим способом, но впоследствии он растворится в растворе. Поскольку у нас все еще есть напряжение, ток ищет ионы для осаждения; однако, поскольку ион никеля застрял в форме гидроксида, единственным доступным ионом становится водород в воде. Никель также остается в гидроксиде никеля из-за более высокого значения рН вблизи катода. Если водород попадет на деталь, он превратится в H2 и выделится из раствора в виде газообразного водорода.

Следовательно, низкое количество ионов в ванне — это причина образования газа в зонах высокой плотности тока. Чтобы предотвратить все эти явления, в никелевой ванне нужен буферный агент, который предотвращает образование гидроксида никеля, замедляя повышение рН, что обеспечит больше ионов никеля для нанесения покрытия.

Как мы уже упоминали, борная кислота широко используется в качестве буферного агента для никелирования. Однако она имеет некоторые недостатки.

Прежде всего, в Европе борная кислота классифицируется как опасное вещество, токсичное для репродуктивной системы (H360FD), и “особо опасное вещество”, которое в настоящее время находится в “списке кандидатов на получение разрешения”. Если борная кислота в конечном итоге будет включена в перечень веществ, требующих специального разрешения, в будущем ее использование и поставки могут быть строго ограничены или полностью запрещены.

Кроме того, борная кислота — это соль и как таковая плохо растворяется в воде. Ее концентрация в ванне обычно составляет около 40 г/л, но растворить в воде более 60 г/л борной кислоты невозможно. Это немного затрудняет добавление борной кислоты в ванну, так как после добавления твердой соли необходимо будет подождать, пока она полностью не растворится. Если ванна остынет, удерживать ее в растворе будет еще труднее. Если борная кислота не растворена должным образом, покрытие на деталях будет неравномерным.

Научно-исследовательская группа Technic сосредоточилась на решении этих проблем, разработав запатентованное жидкое буферное средство без бора, которое предотвращает образование гидроксида никеля (что обычно приводит к повышению рН в процессе и влияет на выравнивание поверхности и блеск) и не изменяет рабочий уровень рН. Более того, поскольку удаление бора из сточных вод сопряжено с определенными трудностями, использование электролита никелирования без бора позволяет более безопасно и экологически ответственно управлять сточными водами и снижает общие затраты.

В зависимости от области применения компания Technic поставляет различные виды электролитов никелирования, не содержащие бора, такие как:

  • никель на основе сульфата: блестящий, полублестящий и матовый;
  • никель на основе сульфамата: для электроники, а также для покрытий большой толщины;
  • Goldeneye Nickel никель-железо: оба могут поставляться в варианте без борной кислоты.

Возвращаясь к стандартным компонентам никелевой ванны, блескообразователи и смачивающие средства менее проблематичны по сравнению с рН-буфером.

Смачивающие средства можно классифицировать двумя способами:

  1. Пенообразующие смачивающие агенты;
  2. Непенообразующие смачивающие агенты.

Крайне важно понять, какой тип смачивающего средства лучше подходит для конкретной области применения. Некоторые производители предпочитают использовать воздушный поток в ваннах никелирования; в этом случае наиболее подходящим вариантом было бы непенообразующее смачивающее средство. Для высокоскоростных процессов на рулонных линиях лучше подойдет также непенообразующий агент, тогда как для областей применения, в которых используется только механическое перемещение, можно использовать пенообразующий смачивающий агент.

Блескообразователи и органические добавки довольно просты в использовании, но рекомендуется периодически очищать электролит. В зависимости от конкретного случая, очистку следует проводить от одного до четырех раз в год. Очистка электролита означает удаление продуктов распада блескообразователя. Для этого есть несколько способов; самый простой — обработка активированным углем. Более эффективно было бы удаление всех органических добавок сначала перекисью водорода или перманганатом калия, а затем обработка углем. Перманганат калия является очень сильным окислителем, он разрушает органические добавки в ванне, поэтому они легче абсорбируются активированным углем.

В заключение, растворы никелирования, не содержащие бор, такие как приведенные выше примеры от компании Technic, позволяют производителям оставаться на шаг впереди в условиях постоянно меняющейся нормативной базы по всему миру и поддерживать важнейшие усилия по защите окружающей среды.

Список использованных источников

  1. Т. Лафикара, “Решение проблем регулирования для особо опасных веществ”, www.technic.com/blog/navigating-regulation-challenges-svhc
  2. У. Мачу: Metallische Überzüge, Leipzig 1948 г., стр. 402.
  3. H.W. Dettner, J. Elze (Hrsg.): Handbuch der Galvanotechnik Bd. II, München 1966 г., стр. 87.
  4. Autorenkollektiv: VEM-Handbuch Galvanotechnik, Berlin1974, стр. 160.
  5. R. Brugger, Die galvanische Vernicklung, Saulgau 1984
  6. Г.А. Дибари, Никелирование, 78 выпуск Surface Finishing, Нью-Йорк, 2010 г., стр. 231.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Практические рекомендации по  очистке сточных вод и отработанных растворов гальванических производств
Практические рекомендации по очистке сточных вод и отработанных растворов гальванических производств
В последние годы существенно обострились проблемы, связанные с загрязнениями воды. Кардинальное решение проблемы охраны окружающей…
Перелыгин Ю.П., Пензенский ГУ
21.06.2018
1754
Измерение толщины покрытия – это приоритетная задача
Измерение толщины покрытия – это приоритетная задача
Если толщина покрытия больше заданной, это влияет на внешний вид и долговечность покрытия.
Джозеф Субда
16.11.2020
660
Значение покрытий, полученных методом вакуумного напыления, для медицинских изделий
Значение покрытий, полученных методом вакуумного напыления, для медицинских изделий
Нанесение покрытий на медицинские изделия методом вакуумного напыления обеспечивает как эстетические, так и функциональные преимущества.…
Дерек Корн
30.06.2020
1396
Намеренное избыточное нанесение покрытия
Намеренное избыточное нанесение покрытия
Технология нанесения покрытий развивалась медленнее, чем другие производственные процессы. В то время как в этой…
Фелипе Атти, KraftPowercon
24.09.2019
693
Электрохимическая модификация поверхности в медицине
Электрохимическая модификация поверхности в медицине
В работе рассмотрены электрохимичсекие методы модификации поверхности материалов, изделий, инструментов и устройств, применяемых в медицине…
Гольдин М.М., Евсеев А.К., Шапиро А.И., Иванова К.В., Одинокова И.В., Смирнов К.Н.
21.01.2020
1375
Процесс нанесения покрытий на пластмассы впервые в Европе соответствует требованиям REACH
Процесс нанесения покрытий на пластмассы впервые в Европе соответствует требованиям REACH
Несколько лет назад компания Coventya запустила долгосрочный научно-исследовательский проект, направленный на удаление продуктов, содержащих Cr…
Coventya
02.08.2021
264
Коррозионностойкие сверхгидрофобные покрытия на основе графена на медной подложке
Коррозионностойкие сверхгидрофобные покрытия на основе графена на медной подложке
Ученые представили потенциостатическое осаждение, используемое для электроосаждения покрытий на основе никеля (Ni) и никель-графена (Ni-G)…
Притам Рой
06.12.2022
181
Применение метода анодного растворения металлов для электролитов серебрения и золочения
Применение метода анодного растворения металлов для электролитов серебрения и золочения
В основу приведенной методики легли эксперименты наших специалистов на одном из предприятий Украины. Простая, с…
В.М. Данилюк, А.И. Агеев
21.08.2018
1287
Травление без хрома для нанесения покрытий на пластмассы
Травление без хрома для нанесения покрытий на пластмассы
Компания MacDermid Enthone Industrial Solutions продвигает Evolve как первый проверенный на производстве процесс травления без…
24.01.2023
131