Покрытия никелем мелких деталей из меди

      CuO+2HCl à CuCl₂+H₂O         (1)

      Cu+H₂SO₄+1/2O₂ à CuSO₄+H₂O        (2)

      Температура раствора 18-23°С. Продолжительность 3-5 мин. Материал ванны – полипропилен. На бортах установлены бортовые отсосы. Дно ванны имеет уклон в сторону патрубка донного слива.

      5.5 Промывка

      После активирования – холодная промывка для предотвращения загрязнения электролита никелирования кислотами. Схема промывки - одноступенчатая. Ванна изготовлена из стали марки Ст-3. Отбортовка и обвязка ванны стальным швеллером. Дно ванны имеет уклон в сторону патрубка донного слива. Для промывки используется проточная вода. Материал ванны сталь СТ-3. 

      5.6 Никелирование

1. Кислые электролиты никелирования
2. Сульфаминовые электролиты никелирования
3. Электролиты блестящего никелирования

     Кислые  электролиты никелирования характеризуются  наличием ионов Ni²⁺. Данные электролиты весьма чувствительны к отклонениям от заданного режима и к наличию посторонних примесей. В зависимости от состава используемая плотность тока может меняться в пределах от 0,5 до 10 А/дм². Выход по току 85-95%. Электролиты устойчивы в работе и при правильной эксплуатации и систематической очистке от вредных примесей они могут использоваться в течение нескольких лет без замены [6]. Твердость получаемых покрытий 160-200 кгс/мм², отражательная способность 30-40% [13].

     Использование сульфаминовых электролитов, содержащих комплексное соединение [NH₂SO₃]₂Ni, позволяет получать пластичные покрытия без внутренних напряжений. Плотность тока до 5 А/дм². Выход по току 98-99%. Однако, кислые и сульфаминовые электролиты не позволяют получать блестящие покрытия [6].

     Для получения блестящих покрытий применяют  кислые электролиты, содержащие ионы Ni²⁺, с добавлением различных блескообразователей – 1,4-бутиндиола, фталимида и сахарина [6]. Плотность тока 3-8 А/дм². Выход по току 95-98%. Отражательная способность 65-75%, микротвердость покрытий около 400 кгс/мм² [13].

     Для нанесения блестящего никелевого покрытия на подслой меди выбран электролит блестящего никелирования, содержащий блескообразователь, так как данный электролит позволяет получать прочно сцепленное с подслоем меди блестящее покрытие.

     Состав  электролита [7]:

• Деминерализованная вода H₂O
• NiSO₄·7H₂O……………………………………………............….250-300 г/л
• NiCl₂·6H₂O ………………………………………………………......50-60 г/л
• H₃BO₃…………………………………………………………….......25-30 г/л
• Сахарин……………………………………………………………...…1-2 г/л
• Фталимид…………………………………………………...…...0,08-0,12 г/л
• 1,4-бутиндиол……………………………………………...……..0,15-0,2 г/л
• pH……………………………………………………………………….4,0-4,8

      Рабочая температура 50-60°С. j_к = 3-8 А/дм², в случае использования барабанов j_к = 1-2,5 А/дм², при использовании корзин с насыпными анодами S^корз_раб:S_к=1:1 [9]. Кусковые никелевые аноды в титановых корзинах. Аноды помещены в чехлы из полипропиленовой ткани.

    Ванна выполнена из полипропилена. Для нагрева электролита на дне ванны установлен змеевик из нержавеющей стали, нагрев осуществляется с помощью водяного пара. Дно ванны имеет уклон в сторону патрубка донного слива. На бортах ванны установлены бортовые отсосы.

     При никелировании на электродах протекают  следующие процессы [12]:  

Катод: Ni²⁺+2e=Ni, Вт^к=95-98%                                                                                                 (3)

2H⁺+2e=H₂, Вт^к=5-2%                                                                                                     (4) 

Анод:  Ni-2e=Ni²⁺, Вт^а=100%                                                                                                     (5) 

     Электроосаждение Ni всегда сопровождается значительной катодной и анодной поляризацией, которая зависит как от состава  электролита, так и от режима ведения процесса [14].

     Высокая катодная поляризация связана [12]:

   Анодная поляризация связана с образованием на поверхности анода оксидных пленок, вследствие чего поверхность пассивируется и потенциал сдвигается в область выделения кислорода [10].

     Чтобы избежать пассивации анодов при больших  плотностях тока увеличивают площадь  анодной поверхности. Для этого применяются кусковые аноды никелевые аноды. Их помещают в титановые корзины, на которые надевают мешки из полипропиленовой ткани, для предотвращения загрязнения электролита частицами выкрашиваемого никеля. Учитывая высокую развитость реакционной поверхности анодных кусков принимаем S^корз_раб:S_к=1:1 [9].

     Процесс электрокристаллизации, структура  и свойства гальванических осадков  наряду с другими факторами зависят  от условий электролиза – плотности  тока, температуры и перемешивания. Установлено, что с повышением плотности тока возрастает число образующихся кристаллических зародышей, осадки получаются мелкокристаллические, плотные, следовательно, структура их улучшается [12].

     От  плотности тока и выхода по току зависит скорость выделения металла на катоде: чем выше выход по току и плотность тока, тем больше скорость процесса. Однако для каждого электролита существует предел допустимой плотности тока, по достижении которого качество осадков резко ухудшается и снижается выход по току. Максимально допустимая плотность тока зависит от состава электролита, концентрации соли осаждаемого металла, pH среды, наличия буферизирующих добавок.

     Так осаждение никеля на подслой меди в выбранном электролите идет при плотности тока: j_к=3-8 А/дм² [12].

     В практике наибольшее распространение  получили сульфатно-хлоридные  электролиты, содержащие сульфат и хлорид никеля и буферные добавки. Концентрация сульфата никеля принимается в зависимости  от заданной плотности тока – чем  больше концентрация, тем выше допустимый предел тока [12].

     Для устранения пассивации никелевых анодов вводят добавки Cl^- в виде NiCl₂, NaCl, KCl. Если концентрация ионов Cl^- в растворе мала, анод может частично запассивироваться, в этих условиях возможно выделение хлора и снижение анодного выхода по току [10]. Повышенное содержание Cl^- увеличивает растворимость анода, а это приводит  к тому, что анод быстро разрушается или шламит – растворяется с выпадением порошка и крупных кусков дорогого металла. Этот порошок нарушает качество покрытия, делая его шероховатым. При выкрашивании мелкодисперсного металла идет реакция: 

     Ni_(дисп)+2H⁺=Ni²⁺+H₂                                                                                                        (6) 

таким образом, происходит защелачивание  электролита [11].

     Электроосаждение Ni проводят из кислых растворов при pH=4,5-5,5, pH гидратообразования никеля около 6 [12]. В ходе процесса идет защелачивание катодного пространства за счет разряда ионов водорода на катоде. Защелачивание может привести к осаждению основных солей Ni и образованию хрупких и шероховатых поверхностей. С другой стороны, увеличение кислотности электролита приводит к снижению рассеивающей способности электролита и выхода по току ввиду расхода энергии на восстановление ионов водорода. Выделение последнего ухудшает свойства получаемых осадков. Образуется пористый шероховатый осадок с питтингом. Поэтому для поддержания значения pH в необходимых пределах в состав электролита вводится буферная добавка [14].

     В качестве буферной добавки в сульфатно-хлоридных электролитах широко используют борную кислоту, хотя буферные свойства таких электролитов невелики [12]. В растворе электролита: 

     H₃BO₃↔H⁺+H₂BO₃^-↔2H⁺+HBO₃^2-↔3H⁺+BO₃^-                                                            (7) 

     В случае уменьшения pH равновесие смещается в сторону образования молекулярной формы и pH повышается. В случае увеличения pH идет реакция нейтрализации и смещение равновесия в сторону образования ионной формы:

     H₃BO₃↔H⁺+H₂BO₃^-                                      (8)

     H⁺+OH^-=H₂O                               (9) 

     В некоторых электролитах взамен борной кислоты используются аминоуксусная и янтарная кислота [12].

     Для получения блестящих осадков  никеля к сульфатному электролиту  предложены разнообразные добавки, относящиеся к различным классам органических соединений. Многие из этих веществ (за исключением некоторых ароматических сульфосоединений) оказывают выравнивающее действие – сглаживают микропрофиль поверхности и уменьшают пористость осадков. Действие ПАВ на электродные процессы обусловлено двумя основными причинами: изменением строения двойного электрического слоя и затруднением разряда ионов через адсорбционные пленки [12].

     Добавки ПАВ часто включаются в осадки, существенно изменяя их физико-механические свойства – электрическое сопротивление, микротвердость, внутренние напряжения [12].

     Эффективность добавок в значительной мере зависит  от их концентрации в растворе, некоторые  из них действуют лишь в очень  малых количествах (10^-3-10^-5 моль/л). Часто в электролит вводят одновременно 2-3 добавки, из которых одна (например, сахарин, п-толуолсульфамид и другие из группы сульфосоединений ароматического ряда), помимо придания блеска, снижает внутренние напряжения в осадке, вызываемые выравнивающими агентами [12].

     Кроме блескообразующих и выравнивающих агентов к никелевому электролиту добавляют поверхностно-активные вещества типа смачивателей. Эти добавки понижают поверхностное натяжение раствора и облегчают отрыв пузырьков водорода, предотвращая или снижая тем самым образование точечной язвенности в осадке (питтинг) [12].

     При нанесении блестящего покрытия необходимо интенсивное перемешивание электролита  очищенным сжатым воздухом в сочетании  с качанием катодных штанг [13]. Благодаря  перемешиванию электролита происходит выравнивание концентрации в объеме раствора и у электродов, что сопровождается  снижением концентрационной поляризации. При этом допустимый предел плотности тока повышается примерно в два раза в зависимости от интенсивности перемешивания. На катоде осаждаются плотные мелкокристаллические покрытия с более высоким выходом по току [12].