Как покрыть никелем пластмассу в домашних условиях. Никелирование в домашних условиях – получение красивых и надежных покрытий

Никелирование, которое является достаточно распространенной технологической операцией, выполняют для того, чтобы нанести на поверхность металлического изделия тонкий слой никеля. Толщина такого слоя, величину которого можно регулировать, используя различные приемы, может варьироваться от 0,8 до 55 мкм.

Никелирование используется в качестве защитно-декоративного покрытия, а также для получения подслоя при хромировании

С помощью никелирования металла можно сформировать пленку, обеспечивающую надежную защиту от таких негативных явлений, как окисление, развитие коррозионных процессов, реакции, вызванные взаимодействием с соляной, щелочной и кислотной средами. В частности, очень большое распространение получили никелированные трубы, которые активно используются для производства изделий сантехнического назначения.

Чаще всего никелированию подвергаются:

• изделия из металла, которые будут эксплуатироваться на открытом воздухе;
• кузовные детали мото- и автотранспортных средств, в том числе и те, для изготовления которых был использован алюминиевый сплав;
• оборудование и инструменты, применяемые в общей медицине и стоматологии;
• изделия из металла, которые длительное время эксплуатируются в воде;
• ограждающие конструкции, изготовленные из стали или алюминиевых сплавов;
• изделия из металла, подвергающиеся воздействию сильных химических веществ.

Существует несколько используемых как в производственных, так и в домашних условиях методов никелирования металлических изделий. Наибольший интерес в практическом плане представляют способы никелирования металлических деталей, не требующие применения сложного технологического оборудования и реализуемые в домашних условиях. К таким способам относится электролитическое и химическое никелирование.

Электролитическое никелирование

Суть технологии электролитического никелирования металлических деталей, имеющей и другое название – «гальваническое никелирование», можно рассмотреть на примере того, как выполняется омеднение поверхности изделия из металла. Такую процедуру можно проводить как с применением электролитического раствора, так и без него.

Деталь, которая будет в дальнейшем обрабатываться в электролитическом растворе, подвергается тщательной обработке, для чего с ее поверхности при помощи наждачной бумаги удаляют оксидную пленку. Затем обрабатываемое изделие промывается в теплой воде и обрабатывается содовым раствором, после чего снова промывается водой.

Сам процесс никелирования выполняется в стеклянной емкости, в которую заливается водный раствор (электролит). В составе такого раствора содержится 20% медного купороса и 2% серной кислоты. Обрабатываемую деталь, на поверхность которой необходимо нанести тонкий слой меди, в растворе электролита помещают между двумя анодами из меди. Чтобы запустить процесс омеднения, на медные аноды и обрабатываемую деталь необходимо подать электрический ток, величину которого рассчитывают, исходя из показателя 10–15 мА на один квадратный сантиметр площади детали. Тонкий слой меди на поверхности изделия появляется уже через полчаса его нахождения в растворе электролита, причем такой слой будет тем толще, чем дольше будет протекать процесс.

Нанести медный слой на поверхность изделия можно и по другой технологии. Для этого необходимо изготовить кисточку из меди (можно использовать многожильный провод, предварительно сняв с него изоляционный слой). Такую кисточку, сделанную своими руками, надо зафиксировать на деревянной палочке, которая будет служить ручкой.

Изделие, поверхность которого предварительно зачищают и обезжиривают, помещают в емкость из диэлектрического материала и заливают электролитом, в качестве которого можно использовать насыщенный водный раствор медного купороса. Самодельную кисточку подключают к плюсовому контакту источника электрического тока, а обрабатываемую деталь – к его минусу. После этого приступают к процедуре омеднения. Заключается она в том, что кисточкой, которую предварительно обмакивают в электролит, проводят над поверхностью изделия, не прикасаясь к ней. Наносить покрытие, применяя такую методику, можно в несколько слоев, что позволит сформировать на поверхности изделия слой меди, на котором практически отсутствуют поры.

Электролитическое никелирование выполняется по схожей технологии: при его осуществлении тоже используется раствор электролита. Так же, как и в случае с омеднением, обрабатываемое изделие располагают между двумя анодами, только в данном случае они изготовлены из никеля. Аноды, помещенные в раствор для никелирования, подключаются к плюсовому контакту источника тока, а изделие, подвешенное между ними на металлической проволоке, – к минусовому.

Для осуществления никелирования, в том числе и выполняемого своими руками, используются электролитические растворы двух основных типов:

• водный раствор, включающий в свой состав сернокислый никель, натрий и магний (14:5:3), 2% борной кислоты, 0,5% поваренной соли;
• раствор на основе нейтральной воды, содержащий в своем составе 30% сульфата никеля, 4% хлорида никеля, 3% борной кислоты.

Электролит блестящего никелирования с добавкой органических блескообразователей (натриевых солей)

Выравнивающий электролит блестящего никелирования. Подходит для поверхностей с низким классом очистки

Чтобы приготовить электролитический раствор, сухую смесь из вышеуказанных элементов заливают одним литром нейтральной воды и тщательно перемешивают. Если в полученном растворе образовался осадок, от него избавляются. Только после этого раствор можно использовать для выполнения никелирования.

Обработка по данной технологии обычно длится полчаса, при этом используют источник тока с напряжением 5,8–6 В. Результатом является поверхность, покрытая неравномерным матовым цветом серого цвета. Чтобы она стала красивой и блестящей, необходимо ее зачистить и выполнить ее полировку. Следует иметь в виду, что такая технология не может быть использована для деталей, отличающихся высокой шероховатостью поверхности или имеющих узкие и глубокие отверстия. В таких случаях покрытие поверхности металлического изделия слоем никеля следует выполнять по химической технологии, которую также называют чернением.

Суть технологической операции чернения заключается в том, что на поверхность изделия сначала наносится промежуточное покрытие, основой которого может быть цинк или никель, а на верхней части такого покрытия формируется слой черного никеля толщиной не более 2 мкм. Покрытие никелем, выполненное по технологии чернения, смотрится очень красиво и обеспечивает надежную защиту металла от негативного воздействия различных факторов внешней среды.

В отдельных случаях металлическое изделие одновременно подвергают сразу двум технологическим операциям, таким как никелирование и хромирование.

Химическое никелирование

Процедуру химического никелирования изделий из металла выполняют по следующей схеме: обрабатываемую деталь на некоторое время погружают в кипящий раствор, в результате чего на ее поверхности оседают частички никеля. При применении такой технологии электрохимическое воздействие на металл, из которого изготовлена деталь, отсутствует.

Результатом использования такой технологии никелирования является формирование на поверхности обрабатываемой детали никелевого слоя, который прочно связан с основным металлом. Наибольшей эффективности такой способ никелирования позволяет добиться в тех случаях, когда с его помощью обрабатываются предметы, изготовленные из стальных сплавов.

Выполнять такое никелирование в домашних условиях или даже в условиях гаража нетрудно. При этом процедура никелирования проходит в несколько этапов.

• Сухие реактивы, из которых будет приготовлен электролитический раствор, смешиваются с водой в эмалированной посуде.
• Полученный раствор доводят до кипения, а затем в него добавляют гипофосфит натрия.
• Изделие, которое необходимо подвергнуть обработке, помещают в электролитический раствор, причем делают это так, чтобы оно не касалось боковых стенок и дна емкости. Фактически надо изготовить бытовой аппарат для никелирования, конструкция которого будет состоять из эмалированной емкости соответствующего объема, а также диэлектрического кронштейна, на котором будет фиксироваться обрабатываемая деталь.
• Продолжительность кипения электролитического раствора в зависимости от его химического состава может составлять от одного часа до трех.
• После завершения технологической операции уже никелированная деталь извлекается из раствора. Затем ее промывают в воде, в составе которой содержится гашеная известь. После тщательной промывки поверхность изделия подвергается полированию.

Электролитические растворы для выполнения никелирования, которому можно подвергать не только сталь, но также латунь, алюминий и другие металлы, обязательно содержат в своем химическом составе следующие элементы – хлористый или сернокислый никель, гипофосфит натрия различной кислотности, какую-либо из кислот.

Чтобы увеличить скорость никелирования изделий из металла, в состав для выполнения этой технологической операции добавляют свинец. Как правило, в одном литре электролитического раствора выполняют никелевое покрытие поверхности, площадь которой составляет 20 см 2 . В электролитических растворах с более высокой кислотностью проводят никелирование изделий из черных металлов, а в щелочных обрабатывают латунь, осуществляют никелирование алюминия или деталей из нержавеющей стали.

Некоторые нюансы технологии

Выполняя никелирование латуни, изделий из стали различных марок и других металлов, следует учитывать некоторые нюансы этой технологической операции.

• Пленка из никеля будет более устойчивой, если она нанесена на предварительно омедненную поверхность. Еще более устойчивой никелированная поверхность будет в том случае, если готовое изделие будет подвергнуто термической обработке, заключающейся в его выдержке при температуре, превышающей 450°.
• Если никелированию подвергаются детали из закаленных сталей, то нагревать и выдерживать их можно при температуре, не превышающей 250–300°, иначе они могут утратить свою твердость.
• При никелировании изделий, отличающихся большими размерами, возникает потребность в постоянном перемешивании и в регулярной фильтрации электролитического раствора. Такая сложность особенно характерна для процессов никелирования, выполняемых не в промышленных, а в домашних условиях.

По сходной с никелированием технологии можно покрыть латунь, сталь и другие металлы слоем серебра. Покрытие из данного металла наносят, в частности, на рыболовные снасти и изделия другого назначения, чтобы предотвратить их потускнение.

Процедура нанесения слоя серебра на сталь, латунь и другие металлы отличается от традиционного никелирования не только температурой проведения и временем выдержки, но также тем, что для нее применяют электролитический раствор определенного состава. При этом выполняют данную операцию в растворе, температура которого составляет 90°.

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.

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 NiSO 4 (NH 4) 2 SO 4 ·6H 2 O. 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%.

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 NiSO 4 · 7H 2 O, 30-60 NiCl 2 · 6H 2 O, 30 - 40 H 3 ВO 3 .

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).

Покрывая никелем детали из цветных металлов и стали, повышают их сопротивление воздействию коррозионных процессов и механического износа. Никелирование в домашних условиях доступно каждому и характеризуется несложной технологией.

1 Никелирование металлических поверхностей – азы технологии

Никелирование заключается в нанесении на поверхность обрабатываемого изделия тонкого никелевого покрытия, толщина которого, как правило, составляет 1–50 мкм. Этой операции детали подвергают с целью их защиты или для получения характерного (матово-черного или блестящего) внешнего вида никелируемой поверхности. Покрытие, независимо от оттенка, надежно предохраняет металлические предметы от коррозии на открытом воздухе, в растворах солей, щелочей, слабых органических кислот.

Как правило, никелируют детали, изготовленные из стали или таких металлов и сплавов из них, как медь, алюминий, цинк, реже – титан, марганец, молибден, вольфрам. Нельзя обрабатывать химическим никелированием поверхности изделий из свинца, олова, кадмия, висмута, сурьмы. Никелевые покрытия используют в различных промышленных отраслях для защитно-декоративных и специальных целей или в качестве подслоя.

Эту технологию применяют при восстановлении поверхности изношенных деталей различных механизмов и автомобилей, покрытия измерительного и медицинского инструментов, предметов и изделий домашнего обихода, химической аппаратуры, деталей, эксплуатируемых под незначительными нагрузками в условиях воздействия крепких растворов щелочей или сухого трения. Существует 2 метода нанесения покрытий из никеля – электролитический и химический.

Второй несколько дороже, чем первый, однако позволяет получать равномерное по толщине и качеству покрытие на всей поверхности детали, при условии, если обеспечен доступ раствора ко всем ее участкам. Никелирование в домашних условиях является вполне осуществимой задачей. Перед началом работ изделие тщательно очищают от загрязнений и ржавчины (если есть), обрабатывают мелкой наждачной бумагой, чтобы снять оксидную пленку, промывают водой, затем обезжиривают и еще раз промывают.

2 Секреты увеличения стойкости и срока службы никелевых покрытий

Перед никелированием стали желательно выполнять меднение изделия (покрывать подслоем меди). Эта технология используется в промышленности, как отдельный процесс, а также как подготовительный перед серебрением, хромированием, никелированием. Меднение, предваряющее нанесение других слоев, позволяет выровнять дефекты поверхности и обеспечивает надежность и долговечность внешнего защитного покрытия. Медь держится на стали очень прочно, а другие металлы осаждаются на нее гораздо лучше, чем на чистую сталь. Помимо этого, никелевые покрытия не сплошные и на 1 см2 имеют сквозные (до металла подложки) поры:

• несколько десятков – для однослойных покрытий никелем;
• несколько – для трехслойных.

В результате этого коррозионным процессам подвергается металл подложки, находящийся под никелем, при этом возникают условия, провоцирующие отслаивание защитного покрытия. Поэтому, даже при предварительном омеднении, многослойном никелировании, а особенно при однослойном на чистую сталь, необходима обработка поверхности защитного покрытия из никеля специальными составами, которые закрывают поры. При самостоятельной обработке в домашних условиях возможны следующие способы:

• протереть деталь с покрытием кашицеобразной смесью воды с окисью магния и сразу же погрузить ее на 1–2 минуты в 50 % состав соляной кислоты;
• протереть 2–3 раза поверхность детали легко проникающим смазочным составом;
• сразу после обработки еще не остывшее изделие погрузить в рыбий жир (невитаминизированный, лучше старый, который уже непригоден по прямому назначению).

В двух последних случаях излишки смазки (жира) удаляют с поверхности через сутки бензином. В случае обработки больших поверхностей (молдингов, бамперов автомашин) рыбий жир используют следующим образом. В жаркую погоду им протирают деталь 2 раза с промежутком в 12–14 часов, а через 2 суток удаляют излишки бензином.

3 Электролитическое никелирование в домашних условиях

Этот способ требует подготовки электролита, состав которого следующий:

• 140 г сернокислого никеля;
• 50 г сернокислого натрия;
• 30 г сернокислого магния;
• 5 г поваренной соли (хлористого натрия);
• 20 г борной кислоты;
• 1000 г воды.

Химикаты растворяют по отдельности в воде, полученные растворы фильтруют, после чего смешивают. Готовый электролит наливают в емкость. Для гальванического никелирования необходимы электроды из никеля (аноды), которые опускают в ванну с электролитом (одного электрода недостаточно, так как полученное покрытие будет неравномерным). Между анодами на проволочке подвешивают деталь. Медные проводники, идущие от никелевых пластин, соединяют в одну цепь и подключают к положительному выводу источника постоянного тока, провод от детали – к отрицательному.

Для управления силой тока в цепь включают сопротивление (реостат) и миллиамперметр (прибор). Напряжение источника тока должно быть не больше 6 В, плотность тока необходимо поддерживать на уровне 0,8–1,2 А/дм2 (площади поверхности изделия), температура электролита комнатная 18–25 оC. Ток подают 20–30 минут. За это время образуется никелевый слой толщиной примерно 1 мкм. Затем деталь вынимают, как следует промывают водой и просушивают. Полученное покрытие будет серовато-матового цвета. Чтобы слой никеля приобрел блеск, поверхность детали полируют.

Если нет сернокислого натрия и магния, то берут больше сернокислого никеля, доводя его количество в электролите до 250 г, а также борной кислоты – 30 г, натрия хлористого – 25 г. Никелирование в этом случае проводят при значениях плотности тока в пределах 3–5 А/дм2, раствор нагревают до 50–60 оC.

Недостатки электролитического метода:

• на рельефных, неровных поверхностях никель осаждается неравномерно;
• невозможность нанесения покрытия в глубоких и узких полостях, отверстиях и тому подобного.

4 Химическое никелирование изделий в домашних условиях

Все составы для проведения химического никелирования универсальны – пригодны для обработки любых металлов. Готовят растворы, соблюдая определенную последовательность. В воде растворяют все химреактивы (исключая гипофосфит натрия). Посуда должна быть эмалированная. Затем раствор нагревают, доводя его температуру до рабочей, после чего растворяют гипофосфит натрия. Деталь завешивают в жидком составе, температуру которого поддерживают на необходимом уровне. В 1 л подготовленного раствора возможно провести никелирование изделия, площадь поверхности которого до 2 дм2.

Используют следующие составы растворов, г/л:

• Натрий янтарно-кислый – 15, никель хлористый – 25, натрия гипофосфит – 30 (кислотность раствора pH – 5,5). Рабочая температура смеси – 90–92 °С, скорость наращивания покрытия – 18–25 мкм/ч.
• Никель сернокислый – 25, натрий янтарно-кислый – 15, натрия гипофосфит – 30 (pH – 4,5). Температура – 90 °С, скорость – 15–20 мкм/ч.
• Никель хлористый – 30, кислота гликолевая – 39, натрия гипофосфит – 10 (рН – 4,2). 85–89 °С, 15–20 мкм/ч.
• Никель сернокислый – 21, натрий уксуснокислый – 10, свинца сульфид – 20, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5). 90 °С, до 90 мкм/ч.
• Никель хлористый – 21, натрий уксуснокислый – 10, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5,2). 97 °С, до 60 мкм/ч.
• Никель хлористый – 30, кислота уксусная – 15, свинца сульфид – 10–15, натрия гипофосфит – 15 (pH – 4,5). 85–87 °С, 12–15 мкм/ч.
• Никель хлористый – 30, аммоний хлористый – 30, натрий янтарно-кислый – 100, аммиак (25 % раствор) – 35, натрия гипофосфит – 25 (pH – 8–8,5). 90 °С, 8–12 мкм/ч.
• Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий лимоннокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8,5). 90°С, 18–20 мкм/ч.
• Никель сернокислый – 30, аммоний сернокислый – 30, натрия гипофосфит – 10 (pH – 8,2–8,5). 85 °С, 15–18 мкм/ч.
• Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий уксуснокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8–9). 88–90 °С, 18–20 мкм/ч.

По истечении нужного времени изделие промывают в воде, содержащей небольшое количество распущенного мела, затем просушивают и полируют. Полученное таким способом покрытие сталь и железо держат достаточно прочно.

В основе химического процесса никелирования лежит реакция, при которой никель восстанавливается из раствора солей на его основе в присутствии гипофосфита натрия и при помощи остальных химических реактивов. Применяемые составы делят на щелочные (уровень pH превышает 6,5) и кислые (показатель рН составляет 4–6,5). Последние лучше использовать для обработки черных металлов, меди, латуни, а щелочные предназначены для никелирования .

Использование кислых составов позволяет получать на полированном изделии более гладкую, равномерную поверхность, чем с помощью щелочных. У кислых растворов есть и другая немаловажная особенность – вероятность их саморазряда при превышении значений рабочей температуры меньше, чем у щелочных. Никелирование, своими руками выполненное, с использованием щелочных составов гарантирует более прочное и надежное сцепление слоя никеля с металлом, на который произведено его нанесение.

Химическое покрытие одних металлов другими подкупает простотой технологического процесса. Действительно, если, например, необходимо химически отникелировать какую-либо стальную деталь, достаточно иметь подходящую эмалированную посуду, источник нагрева (газовая плита, примус и т.п.) и относительно недефицитные химреактивы. Час-другой - и деталь покрыта блестящим слоем никеля.

Заметим, что только с помощью химического никелирования можно надежно отникелировать детали сложного профиля, внутренние полости (трубы и т.п.). Правда, химическое никелирование (и некоторые другие подобные процессы) не лишено и недостатков. Основной из них - не слишком крепкое сцепление никелевой пленки с основным металлом. Однако этот недостаток устраним, для этого применяют так называемый метод низкотемпературной диффузии. Он позволяет значительно повысить сцепление никелевой пленки с основным металлом. Метод этот применим для всех химических покрытий одних металлов другими.

В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей с помощью гипофосфита натрия и некоторых других химреактивов.

Никелирование

Никелевые покрытия, полученные химическим путем, имеют аморфную структуру. Наличие в никеле фосфора делает пленку близкой по твердости пленке хрома. К сожалению, сцепление пленки никеля с основным металлом сравнительно низкое. Термическая обработка пленок никеля (низкотемпературная диффузия) заключается в нагреве отникелированных деталей до температуры 400°С и выдержке их при этой температуре в течение 1 ч.

Если покрываемые никелем детали закалены (пружины, ножи, рыболовные крючки и т.п.), то при температуре 40°С они могут отпуститься, то есть потерять свое основное качество - твердость. В этом случае низкотемпературную диффузию проводят при температуре 270...300 С с выдержкой до 3 ч. При этом термообработка повышает и твердость никелевого покрытия.

Все перечисленные достоинства химического никелирования не ускользнули от внимания технологов. Они нашли им практическое применение (кроме использования декоративных и антикоррозионных свойств). Так, с помощью химического никелирования осуществляется ремонт осей различных механизмов, червяков резьбонарезных станков и т.д.

В домашних условиях с помощью никелирования (конечно, химического!) можно отремонтировать детали различных бытовых устройств. Технология здесь предельно проста. Например, сносилась ось какого-либо устройства. Тогда наращивают (с избытком) слой никеля на поврежденном месте. Затем рабочий участок оси полируют, доводя его до нужного размера.

Надо отметить, что с помощью химического никелирования нельзя покрывать такие металлы, как олово, свинец, кадмий, цинк, висмут и сурьму.

Растворы, применяемые для химического никелирования, подразделяются на кислые (pH - 4...6,5) и щелочные (pH - выше 6,5). Кислые растворы предпочтительнее применять для покрытия черных металлов, меди и латуни. Щелочные - для нержавеющих сталей.

Кислые растворы (по сравнению с щелочными) на полированной детали дают более гладкую (зеркальную) поверхность, у них меньшая пористость, скорость протекания процесса выше. Еще немаловажная особенность кислых растворов: у них меньше вероятность саморазряда при превышении рабочей температуры. (Саморазряд - мгновенное выпадение никеля в раствор с расплескиванием последнего.)

У щелочных растворов основное преимущество - более надежное сцепление никелевой пленки с основным металлом.

И последнее. Воду для никелирования (и при нанесении других покрытий) берут дистиллированную (можно использовать конденсат из бытовых холодильников). Химреактивы подойдут как минимум чистые (обозначение на этикетке - Ч).

Перед покрытием деталей любой металлической пленкой необходимо провести специальную подготовку их поверхности.

Подготовка всех металлов и сплавов заключается в следующем. Обработанную деталь обезжиривают в одном из водных растворов, а затем деталь декапируют в одном из нижеперечисленных растворов.

Составы растворов для декапирования (г/л)

Для стали

Серная кислота - 30...50. Температура раствора - 20°С, время обработки - 20...60 с.

Соляная кислота - 20...45. Температура раствора - 20°С, время обработки - 15...40 с.

Серная кислота - 50...80, соляная кислота - 20...30. Температура раствора - 20°С, время обработки - 8...10с.

Для меди и ее сплавов

Серная кислота - 5%-ный раствор. Температура - 20°С, время обработки - 20 с.

Для алюминия и его сплавов

Азотная кислота. (Внимание, 10...15%-ный раствор.). Температура раствора - 20°С, время обработки - 5... 15 с.

Учтите, что для алюминия и его сплавов перед химическим никелированием проводят еще одну обработку - так называемую цинкатную. Ниже приведены растворы для цинкатной обработки.

Составы растворов для цинкатной обработки (г/л)

Для алюминия

Едкий натр - 250, окись цинка - 55. Температура раствора - 20°С, время обработки - 3...5 с.

Едкий натр - 120, сернокислый цинк - 40. Температура раствора - 20°С, время обработки - 1,5...2 мин.

При подготовке обоих растворов сначала отдельно в половине воды растворяют едкий натр, в другой половине - цинковую составляющую. Затем оба раствора сливают вместе.

Для литейных алюминиевых сплавов

Едкий натр - 10, окись цинка - 5, сегнетова соль (кристаллогидрат) - 10. Температура раствора - 20°С, время обработки - 2 мин.

Для деформируемых алюминиевых сплавов

Хлорное железо (кристаллогидрат) - 1, едкий натр - 525, окись цинка 100, сегнетова соль - 10. Температура раствора - 25°С, время обработки - 30...60 с.

После цинкатной обработки детали промывают в воде и завешивают их в раствор для никелирования.

Все растворы для никелирования универсальны, то есть годны для всех металлов (хотя есть и некоторая специфика). Готовят их в определенной последовательности. Так, все химреактивы (кроме гипофосфита натрия) растворяют в воде (посуда эмалированная!). Затем раствор разогревают до рабочей температуры и только после этого растворяют гипофосфит натрия и завешивают детали в раствор.

В 1 л раствора можно отникелировать поверхность площадью до 2 дм.

Составы растворов для никелирования (г/л)

Сернокислый никель - 25, янтарнокислый натрий - 15, гипофосфит натрия - 30. Температура раствора - 90°С, pH - 4,5, скорость наращивания пленки - 15...20 мкм/ч.

Хлористый никель - 25, янтарно-кислый натрий - 15, гипофосфит натрия - 30. Температура раствора - 90...92°С, pH - 5,5, скорость наращивания - 18...25 мкм/ч.

Хлористый никель - 30, гликолевая кислота - 39, гипофосфит натрия - 10. Температура раствора 85...89°С, pH - 4,2, скорость наращивания - 15.,.20 мкм/ч.

Хлористый никель - 21, уксуснокислый натрий - 10, гипофосфит натрия - 24. Температура раствора - 97°С, pH - 5,2, скорость наращивания - до 60 мкм/ч.

Сернокислый никель - 21, уксуснокислый натрий - 10, сульфид свинца - 20, гипофосфит натрия - 24. Температура раствора - 90°С, pH - 5, скорость наращивания - до 90 мкм/ч.

Хлористый никель - 30, уксусная кислота - 15, сульфид свинца - 10...15, гипофосфит натрия - 15. Температура раствора - 85...87°С, pH - 4,5, скорость наращивания - 12...15 мкм/ч.

Хлористый никель - 45, хлористый аммоний - 45, лимоннокислый натрий - 45, гипофосфит натрия - 20. Температура раствора - 90°С, pH - 8,5, скорость наращивания - 18... 20 мкм/ч.

Хлористый никель - 30, хлористый аммоний - 30, янтарнокислый натрий - 100, аммиак (25%-ный раствор - 35, гипофосфит натрия - 25). Температура - 90°С, pH - 8...8,5, скорость наращивания - 8...12 мкм/ч.

Хлористый никель - 45, хлористый аммоний - 45, уксуснокислый натрий - 45, гипофосфит натрия - 20. Температура раствора - 88....90°С, pH - 8...9, скорость наращивания - 18...20 мкм/ч.

Сернокислый никель - 30, сернокислый аммоний - 30, гипофосфит натрия - 10. Температура раствора - 85°С, pH - 8,2...8,5, скорость наращивания - 15... 18 мкм/ч.

Внимание! По существующим ГОСТам однослойное покрытие никелем на 1 см 2 имеет несколько десятков сквозных (до основного металла) пор. Естественно, что на открытом воздухе стальная деталь, покрытая никелем, быстро покроется «сыпью» ржавчины.

Защита «железа» от коррозии производится в нескольких случаях: при первичной обработке, в целях восстановления повреждения на отдельном участке или декорирования какого-либо образца. При этом используются различные металлы – латунь, медь, серебро и ряд других. Разберемся с технологией никелирования в домашних условиях как одной из самых простых и доступных в плане самостоятельной реализации.

Кроме того, она является и самой распространенной. При покрытии деталей защитным слоем из других металлов тончайшая пленка никеля играет роль промежуточного. Его целесообразно наносить, к примеру, перед .

Примечание. Рецептов использующихся химикатов довольно много. Автор счел правильным привести лишь те, в эффективности которых он убедился лично, нанося защитное никелевое покрытие в домашних условиях.

Единица измерения компонентов – г/л воды (если иное не оговорено). Все использующиеся химикаты разводятся отдельно, тщательно фильтруются и только после этого перемешиваются для получения электролитического раствора.

Подготовка образцов к никелированию

Все мероприятия не только идентичны, но и обязательны, независимо от выбранной технологии нанесения защитного (декоративного) слоя.

Пескоструйная обработка

Цель – максимально убрать ржавчину, окислы (декапирование) и иные инородные наслоения. Вы можете прочесть статью о том, как изготовить в домашних условиях, из подручных материалов. К примеру, переделать краскопульт.

Составы для декапирования

№1. Серная (концентрированная) кислота (75 г) + хромпик (3 г) на полстакана воды. Время выдержки детали в растворе – порядка 20 сек.

№2. Кислота серная (соляная) 5 г + вода (полстакана). Время обработки – до 1 мин.

Шлифовка

Такое тщательное выравнивание способствует получению однородного никелевого слоя и снижает расход подготовленного раствора. В зависимости от значительности дефектов (величины зазоров, царапин) применяется наждачная бумага с разной зернистостью, щетки карцовочные, шлифовочные пасты.

Обезжиривание

Предварительно, после шлифовки, образец промывается под проточной водой для удаления всех налипших фракций. Что использовать (спирт, бензин, уайт-спирит или специально приготовленный раствор), решается на месте. Главное условие – растворитель должен быть «совместим» с материалом основы, подвергающейся никелированию.

В особо трудных случаях, если не помогают имеющиеся в продаже растворители, целесообразно готовить препараты для обезжиривания самостоятельно.

Рецепты водных растворов для стали и чугуна

№1. Едкий натр (10 – 15) + «жидкое стекло» (10) + сода кальцинированная (50).

№2. Едкий натр (50) + фосфорнокислый натрий и кальцинированная сода (по 30) + «жидкое стекло» (5).

Цветных металлов

№1. Фосфорнокислый натрий + хозяйственное мыло (по 10 – 15).

№2. Едкий натр (10) + натрий фосфорнокислый (50 – 55).

• Чтобы проверить качество обезжиривания, достаточно образец смочить водой. Если она покрывает поверхность тончайшей пленкой, без образования капель, это свидетельствует о том, что цель технологической операции достигнута и деталь готова к никелированию.
• Рабочая температура растворов – в пределах +(65 – 85) ºС.

Технологии никелирования

Никелирование электролитическое

Простейшие схемы для домашнего применения представлены на рисунке.

• Сосуд (1) – любой удобной формы и вместимости. Единственное требование – материал должен быть химически нейтрален по отношению к применяемому электролиту. Чаще всего в домашних условиях при никелировании используются емкости из стекла.
• Аноды (2) – никелевые. Чтобы покрытие образца получилось равномерным, однородным, они должны находиться с разных сторон заготовки. Поэтому – не менее 2-х.
• Деталь (3). Она же является катодом. Вывешивается так, чтобы не касалась стенок и днища емкости.

Соединения: плюс источника – с пластинами, минус – с образцом.

Состав раствора для никелирования: сернокислые натрий (50), никель (140), магний (30) + борная кислота (20) + соль поваренная (5).

Условия никелирования: температура +22 (±2) ºС, плотность тока – в пределах 1 (±0,2) А/дм².

Технология никелирования. Включается питание и выставляется требуемое значение тока. Процесс длится от 20 минут до получаса. Степень готовности детали определяется визуально, по оттенку (серовато-матовому) и его однородности.

При дефиците (отсутствии) некоторых компонентов в домашних условиях можно приготовить состав с ограниченным количеством ингредиентов, повысив их долевое содержание на литр воды.

Никель сернокислый (250) – натрий хлористый (25) – борная кислота (30). Но при таком составе электролита меняются условия никелирования. Раствор подогревается примерно до +55 ºС (с целью активизации процесса, как и при ), а плотность тока увеличивается до 4 – 5.

Что учесть

• Качество никелирования во многом зависит от кислотности раствора. Проверяется по окрашиванию лакмусовой бумаги – цвет должен быть красным. При необходимости понизить значение кислотности можно ввести в электролит аммиачный раствор. Дозировка определяется самостоятельно; ориентир – оттенок лакмусового «индикатора».
• Электролитический способ никелирования не всегда эффективен. Если поверхность образца имеет сложный рельеф, то покрытие ляжет неравномерно, а на особо проблемных участках его может и вообще не быть. Например, в пазах, щелях, отверстиях и так далее.

Никелирование химическое

Технология намного проще, так как все, что понадобится – фарфоровая (эмалированная посуда). При этом качество – выше, так как необработанных участков не останется. Все компоненты растворяются в воде, после чего раствор нагревается до температуры примерно +(85 – 90) ºС. И после этого, независимо от применяемой рецептуры, в него вводится натрия гипофосфит (обозначим НГ).

После перемешивания можно приступать к никелированию. Оно состоит в том, что деталь подвешивается из расчета, чтобы была полностью погружена в хим/реактив. Контроль качества прежний – визуально.

Составов для химического никелирования довольно много. Вот некоторые рецепты:

№1. Сернокислые аммоний и никель (по 30) – повышение температуры – НГ (10). Требуемая кислотность – около 8,5.

№2. Хлористый никель (30) + гликолевая кислота (40) – нагрев – НГ 10 (кислотность 4,2 – 4,4).

№3. Натрий лимоннокислый, хлористый аммоний и хлористый никель (по 45) – подогрев – НГ (20; 8,5).

Рекомендация – кислыми растворами (рН менее 6,5) лучше обрабатывать изделия из меди, черных металлов (сплавов), латуни. При этом получается слой, близкий к идеально гладкому. Составы щелочные (рН от 6,5 и выше) применяются, как правило, для никелирования изделий из «нержавейки». Такое покрытие характеризуется качественной сцепкой с основой.

Никелирование натиранием

Целесообразно практиковать при обработке крупногабаритных заготовок, для которых в домашних условиях подобрать емкость нужных размеров проблематично или невозможно. Сама методика несложная, так как при ней гальванические процессы исключаются. Трудность в другом – придется потратить много времени, чтобы подготовить необходимое оборудование и принадлежности. В первую очередь – щетку.

Состав схемы:

Источник постоянного тока с плавной регулировкой в пределах 5 – 15 В (до 2 А). Приобретать его специально для никелирования смысла нет, так как изготовить самостоятельно для человека, закончившего среднюю школу, не составит труда. Понадобится ТР с соответствующей вторичной обмоткой и выпрямитель (мост). Вполне подойдут диоды серии 303 – 305.

Щетка. Достаточно диаметром 25 (±) мм. Ее ручка должна быть из диэлектрика. Если ориентироваться на то, что есть в доме, то оптимальный вариант – сделать из отрезка трубы ПП или ПЭ. С одного торца ручка «глушится» крышкой. В качестве щетинок используется ворс, например, из синтетики.

Ворсинки собираются в пучок, верхняя часть которого обматывается проволокой (нержавейкой), под которую укладывается изогнутая никелевая пластина. Получается аналог малярной кисти. Это – анод схемы. Минус источника подключается к обрабатываемому изделию.

Провода. Хватит на 0,5 «квадрата». В гараже у любого хозяина всегда найдутся подходящие куски.

Рецептура состава

• Сернокислые натрий и никель – 40 и 70.
• Кислота борная – 20.
• Натрий хлористый – 5.

Примечание. Для никелирования по такой технологии можно использовать тот же раствор, что и по методике электролитической (п. 2.1.3.)

Порядок никелирования: в ручку заливается приготовленный электролит, подается напряжение, и щетка планомерно, с прижимом, перемещается по детали. Неудобство в том, что придется постоянно осуществлять контроль над уровнем раствора в рукоятке и регулярно доливать. Но если в домашних условиях хочется покрыть никелем что-то объемное, например, бампер авто, колесные диски, то другого варианта просто нет.

Рекомендация – для упрощения процесса подготовки оборудования вместо щетки можно использовать пластину их никеля. Она играет роль анода. Ее необходимо обернуть в кусок фланели толщиной не менее 4 мм, и рядом с обрабатываемой деталью поставить емкость с электролитом. Технология простая – постоянно смачивая в растворе такой импровизированный электрод, водить им по поверхности образца. Эффект тот же самый, а результат зависит целиком от усердия и аккуратности домашнего мастера.

Итоговая обработка деталей

• Просушка. Если образец имеет сложный рельеф, то необходимо убедиться в отсутствии влаги на всех проблемных участках (пазы, выемки и так далее).
• Герметизация поверхности. Никелевая пленка характеризуется пористостью, даже если покрытие делается в несколько слоев. Следовательно, прямого контакта основы с жидкостью избежать не получится. Дело лишь во времени. Результат – появление коррозии и отслоение никеля.

Чем можно герметизировать поры в домашних условиях:

• Несколько экзотический, но эффективный способ – погружение еще теплого образца в рыбий жир.
• Смешать окись магния с водой, довести до состояния густой сметаны и натереть такой «кашицей» никелированную деталь и опустить на пару минут в раствор (50%) соляной кислоты.
• Обработать поверхность прозрачной, способной проникнуть вглубь структуры смазкой, в 2 – 3 захода.

Излишки препаратов (не раньше чем через 24 часа) легко смываются бензином.

Полировка

На данном этапе никелированной заготовке придается специфический блеск.

Полезная информация

Не всякое «железо» подвергается никелированию. Такая обработка не применяется для олова, свинца и других, менее распространенных в быту металлов и сплавов.

Для более качественного никелирования желательно сделать предварительное омеднение заготовки. Основных причин две.

Первая уже указана – пористость покрытия.

Вторая – с медью слой никеля скрепляется намного надежнее, чем с любым сплавом или чистой сталью. Следовательно, и никелированная деталь будет намного дольше сохранять неизменный привлекательный вид. Если есть возможность сделать в домашних условиях омеднение образца, то это лучшее решение проблемы.

Состав электролита для покрытия стальной детали медной пленкой

Медный купорос (200) + кислота серная, концентрированная (50). Условия обработки образца: плотность тока – 1,5А/дм²; температура – комнатная +22 (±2) ºС.

При проведении никелирования в домашних условиях можно ориентироваться на такие данные – 1 л электролита хватит для обработки детали общей площадью не более 2 дм². Исходя из этого, и определяется потребное количество раствора.