Никелирование

Никелирование, техннч. процесс нанесения на поверхность металлов б. или м. тонкой пленки металлическою никеля или никелевых бплавов; цель этого нанесения—уменьшить коррозию (смотрите) металла, увеличить твердость наружного слоя, повысить или изменить отражательную способность поверхности, сообщить ей более красивый вид. Полученное впервые Беттгером в 1842 г. н промышленно осуществленное в США с 1860 г., Н. в настоящее время сделалось одним из наиболее широко усвоенных промышленностью способов покрытия металлов. Ниже приводятся данные, служащие дополнением к сведениям, сообщаемым в статье Гальванотехника (смотрите).

Существующие многочисленные способы Н. могут быть подразделены на две главные группы: способы контактные и способы гальванотехнические; в настоящее время особенно часто прибегают к последним. Нанесение никелевой пленки применяется в отношении поверхностей различных металлов, причем в соответствии с характером Н. их можно разделить на группы: 1) медные, латунные, бронзовые, цинковые, 2) железные, 3) оловянные, свинцовые и из сплавов типа британия-металла,

4) алюминиевые и из алюминиевых сплавов. Никелевые пленки представляют вполне удовлетворительную защиту железа от ржавления во внутренних помещениях. Однако они недостаточны под открытым небом; кроме того на отполированные никелированные поверхности действуют горячие жиры, уксус, чай, горчица, вследствие чего столовая и кухонная никелированная посуда покрывается пятнами. В тех случаях когда требуется вполне надежная защита от воздействия непогоды и вместе с тем нарядный вид никелированной поверхности, на железо должен быть наложена двойная пленка— цинковая, а затем никелевая. Этот способ двойного покрытия (цинком, а затем никелем) применяется также в отношении т. н. корсетной стали. При необходимости получить особенно стойкие пленки, как наир, на проволоках, откладывают одновременно никель и платину, причем содержание последней постепенно повышают от 25% до 100% и наконец прокачивают предмет в струе водорода при 900—1 000°. Крупные изделия, например котлы для варки, барабаны центрифуг или вентиляторы, если по экономич. условиям не могут быть сделаны из чистого никеля, но недостаточно стойки при никелевой пленке по железу или меди, облицовываются слоем свинцав несколько лш, а по нему слоем никеля в 1—2 миллиметров. Ржавление железных и стальных никелированных изделий объясняется присутствием электролита, остающегося в тонких порах никелевой пленки. Это явление устраняется, если изделия перед никелировкой выдержат), в масле при 200°, по охлаждении обезжирить, слабо омеднить, затем отникелировать в лимоннокислой никелевой ванне слабым током и наконец просушить в шкафу при 200°; тогда влага удаляется из пор, которые закупориваются находящимся в них маслом.

Имеется ряд предложений накладывать двойные защитные пленки по литому железу, железным или стальным листам, проволокам и полосам в порядке обратном вышеуказанному, то есть сначала покрывать изделия тонкой пленкой никеля контактным или электролитич. способом, а затем уже погружать в ванну с расплавленным цинком или оловом (Вивиен и Лефебр, 1860 г.). Предложено также добавлять некоторое количество никеля в сплав из 25—28 килограмм цинка, 47— 49 килограмм свинца и 15 килограмм олова, служащий для покрытия железных листов горячим способом. Стойкость поверхностей алюминия и его сплавов против соли и морской воды м. б. достигнута гальваническим осаждением на них, после очистки их песчаною струей, последовательных слоев: никеля толщиною в 0 μ, меди в 20 μ и затем снова никеля в 50 μ, после чего поверхность полируется. Стойкость алюминия против 15%-ной натровой щелочи достигается никелевой пленкой в 40 μ толщиною. В нек-рых случаях применяется покрытие не чистым никелем, а сплавом, например никелево-медным; для этого электролиз ведется в ванне, содержащей катионы в соотношении требуемого сплава; осажденная пленка затем переводится в сплав нагреванием изделия до краснокалильного жара.

Контактное Н. Стальные предметы, согласно указанию Ф. Штольба (187G г.), после полировки и надлежащего обезжире-ния кипятятся в ванне из 10—15%-ного· водного раствора чистого хлористого пинка, к к-рому добавлено сернокислого никеля до образования зеленой мути от основной никелевой соли. Н. длится ок. 1 ч. После этого предмет прополаскивается в воде с мелом, а ванна, после фильтрации и добавки никелевой соли, может применяться вновь. Получающаяся пленка никеля тонка, но держится прочно. Для повышения температуры ванны предложено или вести процесс под давлением (Ф. Штольба, 1880 г.) или применять ванну с конц. раствором хлористого цинка. Во избежание ржавления предметов их выдерживают в течение 12 ч. в известковом молоке. Более сложная ванна для железных предметов, предварительно омедненных в ванне из 250 г сернокислой меди в 2 > л волы с несколькими каплями серной к-ты, содержит 20 г винного камня, 1<> г нашатыря, 5 г хлористого натрия, 20 з хлорного олова. 30 з сернокислого никеля и 50 г двойной сернокислой никелево-аммониевой соли.

Гальваническое Н. Обеднение никелевой ванны м. б. предупреждаемо достаточно легким растворением никелевых анодов. Вальцованые, и в особенности из чистого никеля, аноды растворяются трудно и потому при техническом Н. пользуются в качестве анодов никелевыми брусками, содержащими до 10% железа. Однако такие аноды ведут к осаждению на предмете железа, а наличие железа в никелевой пленке влечет за собой целый ряд пороков Н. Как указано Калгане и Гаммоге (1908 год), невозможно получить при анодах с железом осадок, вполне свободный от последнего. Но осадок никеля будет содержать уже только 0,10—0,14% железа, если в анодах содержание железа снижено до 7,5%; содержание железа в осадке можно еще уменьшить, заключая аноды в тканевые мешки, тогда как вращение электродов ведет к повышенному содержанию железа в осадке и к снижению его выхода. Присутствие железа в никелевой пленке ведет к отложению осадков с постепенно понижающимся содержанием железа и потому неоднородных в отношении меха-нич. свойств на различной глубине; К. Эн-геман (1911 год) считает эту неоднородность единственной причиной легкой отщепляемо-сти никелевых пленок. Наличие железа м. б. причиною ряда других пороков Н. (смотрите табл.), например легкости ржавления пленок.

Электролитич. ванна для Н. составляется гл. образом из двойной никелево-аммониевой соли, причем для устранения основных

Порок

Осаждение никеля не происходит,газообразования нет

Неполное покрытие предмета никелевой пленкой

Легкая отщепляе-мость белой или еле желто-никелевой пленки при .полировке,

Отставание никелевой пленки или разрыв ее при изгибэ и растяжении предметов

Недостаточная об-раб 1Тываемость листов, покрытых толстым слоем никеля Поверхность в ямочках и пленка пронизана бесчисленными порами Грубость и неровность поверхности

Недостаточная гпб-i ОСТЬ плснкн Желтизпа пленки; поверхность становится матовой, а за-тем получает жел-тый и темножелтый цвет

Чернота пленки, темные полосы в местах отставания при и равильной плотности тока

Загар поверхности

Образование полос

Образование пятен

Непрочное приставание никелевой пленки к железу

Причина возникновения

Источник тока не работает Провода приключены неправильно

Ванн а слишком холодна Ванна слишком кисла

Ванна содержит цинк

Недостаточный ток

Очень глуб. вогнутости поверхности предмета Щелочность ванны

Загрязненность поверхности предметов оки и жиром

Слишком большое напряжение (выше 4 V) Слишком большая кислотность ванны Бедность ванны никелем

Несоответственные вязкость и поверхностное натяжение ванны Выделение водородных ионов

Несоответственная подготовка поверхности предметов

Присутствие капиллярных прослоек электролита

Мера борьбы

Проверка и возобновление источника энергии Переключение проводов

Нагрев ванны до t° выш“ 15°

Подливается водный раствор нашатырного а или водная взвесь углекисл, никеля при непрерывном помешивании и частом испытании на конго-бумагу Ванн i делается щеточной посредством углекислого никеля, размешивается в течение нескольких часов, фильтруется и подкисляется 10%-ной серной к-той Предметы подвешиваются на равных расстояниях от анодов, вшна подогревается не м“нее как до 2}° Устанавливаются небольшие вспомогательные аноды, вводимые в углубления предмета Осторожное подкисление ванны 10%-ной серной к-той при помешивании и постоянном испытании лакмусовой бумагой

Дополнительная очистка поверхности предметов

Увеличивают число никелируемых предметов или снижают напряжение до 2,5—3 V Нейтрализация нашатырным ом или водной взвесью углекислого никеля

Удаление части электролита и добавка никелевой соли, пока ванна не стан т норм, зеленого цвета Добавка глицерина или амилового а, или растительных отваров, или других коллоидов

Добавка окислителей или поглотителей водорода; применение несимметричного переменного тока Сообщение поверхностям шероховатости, механически или химически, покрытие их тонким слоем никеля из горячего раствора хлористого никеля или холодного коиц. раствора этило-сернокислого никеля Просушка н нагрев предметов до 250—270°

Вероятно та же

Промывка, просушка без доступа воздуха п наконец нагрев до слабого краснокалильного жара

Пыль и частички волокон, плавающие в ванне Образование газовых пузырьков

Выделение водорода

Высокое сопротивление ванны

Наличие примесей железа в ванне, содержание которых повышается в старых ваннах

Ванну кипятят, фильтруют и устанавливают в ней правильную реакцию

Постукивание по токоведущ^му стержню. Пузырьки удаляют; устанавливают слабо кислую реакцию Введение связывающего водород свободного хлора в газообразном виде временами пропускаемой струей или в водном растворе; с несколько меньшим успехом хлор м. б. замен н бромом; весьма рекомендуется добавление раствора хлористого кобальта Добавка соли натрия

Избегать старых ванн, не слишком двигать ванны, работать со слабыми токами

Содержание в ванне посторонних металлов < "* 1%)

1Ге достаток проводя щи х солей

Бедность ванны солью никеля

Очень сильная щелочность ванны

Слишком большая проводимость ванны из-за чрезмерной крепости ее Загрязнения, производимые полировальным кругом в небольших углублениях

Изменения концентрации и возникновение потоков жидкости

II едостаточ на я о ч истка г ото в ы х отни ке л и р о в а и -пых изделий Наличие ржавчнпы

Удаление посторонних металлов

Добавление проводящих солей в количестве 2—3 ке на 100 л ваимы: нашатырь, хлористый калий и хлористый натрий дают повышение проводимости на 84, 31 и 18% соответственно Добавка никелевой соли

Контроль концентрации ванны (наир, постоянства плотности в 5° В6) и плотности тока

Устранение затруднительно; достигается до известной степени мгновенным погружением в котел со щелоком или механич. протиркой предметов

Уменьшение плотности тока и повышение i° ванны

Тщательная промывка в проточной воде изделий после II. затем погружение в кипящую вполне чистую воду, отряхивание изделий и просушка в нагретых опилках Тщательное освобождение от ржавчины Галъванич. нанесение нромежут. слоя из циппкалиевой ванны, после чего пленка утолщается в кислой ванне солей добавляют слабые кислоты. Большая кислотность ванны ведет к более твердым пленкам. Необходимо иметь в виду, что тех-нич. никелевый купорос не пригоден для ванн, т. к. часто содержит медь; ее следует удалить пропусканием сероводорода чрез водный раствор купороса. Применяются также хлористые соли, но при сульфатных ваннах осадки тверже, белее и более стойки, чем при хлоридных. Высокое сопротивление никелевой ванны выгодно снижать добавкою различных проводящих солей—особенно нашатыря и хлористого натрия—и нагреванием. Нейтрализация избыточной серной кислоты в старых растворах успешно производится углекислым никелем, к-рый получается из теплого водного раствора сернокислого никеля, осаждаемого содой. Для белизны и гладкости пленок сделано большое количество предложений добавлять к никелевой ванне различные органич. кислоты (винную, лимонную и т. д.) и их соли, например уксусно-, лимонно- и виннокислые соли щелочных и щелочноземельных металлов (Кейт, 1878 г,), пропионовокислый никель, борно-виннокислые соли щелочных металлов. При необходимости получить толстые никелевые осадки предложено добавление борной, бензойной, салициловой, галловой или пирогал-ловой кислот, и кроме того 10 капель серной, муравьиной, молочной кислоты на 1 л ванны, чтобы предупредить поляризацию на изделии. Как указал Пауелл (1881 г.), прибавка бензойной кислоты (31 а на ванну из 124 г сернокислого никеля и 03 з лимоннокислого никеля в 4,5 л воды) избавляет от необходимости пользоваться химически чистыми солями и кислотами. Осадок никеля имеет хорошие свойства также и при простой ванне из никелево-аммонийного сульфата, но при условии щелочности раствора, что достигается добавкою аммиака. Весьма хорошие осадки получаются из нейтрального раствора фтористо-борнокислого никеля при комнатной t° (при t° выше 35° раствор разлагается с образованием нерастворимой основной соли) и плотности тока 1,1—1,65 А/дм². Приводим несколько рецептов ванн. 1) 50 ч. бисульфита натрия, 4 ч. азотнокислого окисного никеля и 4 ч. конц. нашатырного а растворяют в 150 ч. воды. 2) 10—12 ч. сернокислого никеля, 4 ч. двойной никелево-аммониевой сернокислой соли, 1—3 ч. борной кислоты,2 ч. хлористого магния, 0,2—0,3 ч. лимоннокислого аммония, доливается до 100 ч. (всего) воды. Ток плотностью 1,6 А/Au² отлагает пленку со скоростью 2 μ/ч.; повышая температуру до 70°, можно снизить сопротивление ванны в два-три раза и тем ускорить Н. 3) Электролит из 72 з двойной никелевоаммониевой сернокисл, соли, 8 з сернокисл, никеля, 48 з борной кислоты и 1 л воды особенно благоприятен для мягкости и непористости осадка, т. к. снижает выделение водорода.

Получение никелевых пленок особого вида. 1) Белая пленка по цинку, олову, свинцу и британия-металлу получается в ванне из 20 г двойной никелевоаммониевой сернокислой соли и 20 з углекислого никеля, растворенных в 1 л кипящей воды, и нейтрализованной при 40° ук сусной кислотою; ванна должна поддерживаться нейтральною. 2) Матово-белая пленка получается в ванне из 60 з двойной никелево-аммониевой сернокислой соли, 15 г перекристаллизованного сернокислого никеля, 7,4 з нашатыря, 23 з хлористого натрия и 15 з борной кислоты на 1 л воды; ванна д. б концентрирована до 10° Вё; напряжение от 2 до 2,5 V. 3) Черная пленка получается на поверхностях, тщательно обезжиренных или покрытых тонким слоем белого никеля путем электролиза в ванне из 60 г двойной никелево-аммониевой сернокислой соли, 1,5 з роданистого аммония и ок. 1 з сернокислого цинка на 1 л воды 4) Черная пленка получается также в электролите из 9 з двойной никелево-аммониевой сернокислой соли в 1 л воды с последующей добавкой 22 з роданистого калия, 15 з углекислой меди и 15 з белого а, предварительно растворенного в углекислом аммонии; глубина черного тона вырастает с содержанием в растворе а. 5) Глубоко синяя пленка получается в ванне из равных частей двойной и простой сернокислых солей никеля, доведенной до 12° Вё, причем на л добавляют 2 ч. аммиачного отвара лакричного корня; электролиз длится 1 час при 3,5 V, а затем еще ¹/_i часа при 1,4 V. 6) Коричневая пленка получается так: электролиз при напряжении 0,75—1 V ведется в ванне из 180 з двойной никелево-аммониевой сернокислой соли и 60 з сернокислого никеля, растворенных в возможно малом количестве кипящей воды, добавленной до 50 см³ и смешанной затем с растворами 30 з сернокислого никеля и 60 з роданистого натрия, каждый в 0,5 л воды, после чего добавляют раствор до 4,5 л. Полученной пленке черного цвета придают коричневый оттенок, погружая изделие на несколько секунд в-ванну из 100,6 з перхлората железа и 7,4 з соляной кислоты в 1 л воды: после промывки и просушки поверхность изделия для закрепления тона лакируют.

Н. алюминия и его сплавов. Предложено несколько процессов. 1) Подготовка поверхности алюминиевых изделий состоит в обезжирении, затем очистке пемзой и наконец погружении в 3%-ный водный раствор цианистого калия; после электролиза в никелевой ванне изделия промываются холодной водой. 2) После промывки 2%-ным раствором цианистого калия изделия погружаются в раствор из 1 з хлористого железа (феррохлорид) на 0,5 л воды и технич. соляной к-ты, пока поверхность не станет серебряно-белой, и затем никелируются в течение 5 мин. при напряжении 3 V. 3) Полировка изделий, удаление полировочного состава бензином, выдержка в течение нескольких минут в теплом водном растворе фосфорнокислого натрия, соды и смолы, промывка, погружение на короткое время в смесь из равных частей 66%-ной серной кислоты (содержащей несколько хлористого железа) и 38%-ной азотной к-ты, новая промывка и электролиз в ванне, содержащей никелевую соль, горькую соль и борную к-ту; напряжение 3—3,25 V. 4) По Ж. Канаку и Э. Тассилли: протравка изделия кипящей калиевой щелочью, чистка щеткой в известковом молоке, 0,2%-ная цианкалие-вая ванна, ванна из i г железа в 500 г соляной кислоты и 500 г воды, промывка, Н. в ванне из 1 .г воды, 500 з хлористого никеля и 20 г борной кислоты при напряжении 2,5 V и плотности тока 1 А/дм-, наконец полировка матово-серого осадка. Железная ванна служит для огрубления поверхности алюминия и тем содействует прочности, с какою удерживается пленка на металле. 5) По Фишеру, ванна для Н. составляется из 50 з сернокислого никеля и 30 з нашатыря в 1 л воды при плотности тока 0,1—0,15 А/дм^г; за 2— 3 часа получается толстый осадок, который обладает высоким блеском после полировки стеариновым маслом и венской известью. 0) Горячая ванна (00°) составляется из 3 400 з двойной никелево-ахммониевой сернокислой соли, 1100 з сернокислого аммония и 135 з молочного сахара в 27 л воды. 7) Холодная ванна содержит азотнокислый никель, цианистый калий и фосфорнокислый аммоний.

Контроль никелевой пленки. Распознавание состава металлической пленки на предмете, по Л. Ловитону (1880 г.), может производиться посредством нагревания предмета в наружном пламени бунзеновской горелки: никелевая пленка синеет, получает черный отблеск и сохраняется невредимою; серебро не изменяется в пламени, но чернеет при обработке разбавленным раствором сернистого аммония; наконец оловянное покрытие быстро становится от серо-желтого до серого и исчезает при обработке указанным реагентом. Проверка качества никелевой пленки на железе и меди в отношении пор и изъянов может производиться при помощи т. н. ферроксилового испытания и с особым удобством при помощи ферроксиловой бумаги, покрытой гелем агар-агара с железисто-синеродистым калием и хлористым натрием. Наложенная в смоченном виде на испытуемую поверхность и по прошествии

3—5 мин. закрепленная в воде, эта бумага дает документальное изображение малейших пор, к-рое м. б. сохраняемо.

Регенерация никеля со старых изделий. Удаление никелевого покрытия с изделий из железа и других неамальгами-руемых металлов производится следующими способами: а) парами ртути под вакуумом или.под обыкновенным давлением; б) нагреванием обрезков с серою, после чего слой металла легко удаляется молотками; в) нагреванием обрезков с веществами, отдающими серу при высокой <°; при внезапном охлаждении пленка никеля соскакивает; г) обработкою нагретой до 50—00° серною или азотною кислотою; железо переходит в раствор, и никель остается почти нерастворенным; однако несмотря на свою простоту этот способ мачо применим, т. к. полученный никель сохраняет еще значительное содержание железа, не удаляемое и при повторной обработке кислотою (Т. Флеётман); д) длительным нагреванием при доступе воздуха или водяного пара, после чего обрезки подвергаются ме-ханич. ударам и никель отскакивает; е) электролитическим растворением: железный покрываемый никелем предмет делают анодом в ванне, содержащей углекислый аммоний;

если покрытие состоит из сплава никеля, то-необходимо регулировать напряжение, причем при 0,5 V осаждается медь, а при напряжении большем 2 V—никель; при этом процессе железо не разъедается; ж) железные или стальные обрезки делают анодом в ванне из водного раствора натриевой селитры, тогда как катод состоит из угольной палки; напряжение не должно превосходить 20 V; з) с цинковых кружек никель удаляется электролизом предметов, сделанных анодом в 50°-ной серной к-те; к-та этой концентрации обладает свойством растворять только никель, серебро и золото, но не другие металлы, если идет ток; напряжение применяется 2—5 V; в качестве катодов служат железные листы, на которых никель осаждается в виде пыли; цинк не растворяется, хотя бы кружки и оставались в электролите долгое время.

Лит.: Г. II. 70731, 325668; Г. II. 1 85780; Ам П. 32377; Ам. II. 173268; Г. II. 23716; Г. II. 6741; Г. II. 201663; Г. II. 133315; АН. II. 24010; Г. II. 97580; An. II. 12601/07; Г. И. 1 01 628; Ф .Ί с» р e н-с к и О II. А. и Кремлевок и ii П.*А. Феррокси-ловое испытапие надежности никелевых и оловянных пленок на поверхности железа, «Вестник электротехники», Москва, 1930, 9—10; Г. II. 275195; Г. II. 67178; Г. II. 54227; Г. П. 102646; Г. II. 100975; Г. П. 189876; Р «nti о, «Zeitscliril I Юг anorganische Oheinie», Hamburg—Leipzig, 1902, В. 29, p. 472 (pe-фер. Определение количества осажденного Никеля); «Cnemische Ztg». 1916, p. 972 (быстрое никелирование). См. также литературу к статье Гальванотехника. П. Флоренский.