Никелирование в домашних условиях своими руками технология и оборудование

Общая характеристика ванн блестящего никелирования.

Традиционные ванны для нанесения матовых покрытий применяются в настоящее время неограниченно. Их используют, в частности, для предварительного никелирования стальных изделий перед кислым меднением, полагая, что на матовом никеле матовое покрытие, осажденное в кислой ванне, имеет лучшую адгезию, чем на блестящем никеле. Это допущение иногда обосновано, так как в ваннах с блескообразователями накапливаются продукты распада органических добавок, приводя к пассивированию никелевых покрытий преимущественно в гальванических мастерских, работники которых пренебрегают правилами сохранения никелевых ванн, длительно эксплуатируемых без регенерации.

Однако, существует ситуация, заставляющая отказаться от никелирования в ваннах с блескообразующими добавками, по той причине, что блестящие покрытия недостаточно пластичны и разрушаются при изгибе никелированных предметов. Перед принятием решения об использовании блестящего никелирования в серийном производстве сначала необходимо проверить пригодностьэтого процесса на образцах.

Что называют никелированием

Никелированием называют процесс нанесения тонкого никелевого покрытия на поверхность материала. Никелевый слой принимают равным 1–50 мкм. Слой никеля используется для повышения антикоррозийных и износостойких свойств материалов. Довольно часто такое покрытие имеет защитно-декоративное значение.

Никелирование используется для обработки стали и сплавов цветных металлов. Тонкий слой никеля используется для защиты изделий из марганца, титана, вольфрама, молибдена и сплавов на их основе.

Разработаны и успешно внедрены способы нанесения никелевого защитного покрытия на керамику, пластик, фарфор, стекло и другие неметаллические поверхности.

О процессе выполнения

Никелирование – востребованная часть технологии и удачное решение для покрытия обработанного изделия. На деталь наносится тонкий слой жидкого никеля, регулируемой толщины в пределах от 0,8 мкм до 0,55 микрометров. Никелирование металла также выполняет функцию декоративного покрытия.

Этот процесс обеспечит формирование прочной пленки, способствующей обеспечению, в свою очередь, защиты изделия от щелочей и кислот, атмосферных проявлений. Для выпуска сантехнической продукции покрытие труб, кранов, переходников и иных деталей — идеальное решение.

Защиту от внешних воздействий этим методом рекомендуется выполнять для:

Изделий из металла, эксплуатация которых предусматривается под открытым небом.
Кузовов автомобильных средств.
Инструментов и оборудования, которым оснащены стоматологические клиники.
Металлических деталей, если их эксплуатация планируется в водной среде.
Стальных или алюминиевых конструкций, выполняющих функции ограждения.
Изделий, при эксплуатации которых будет взаимодействие с химическими средами.

Всего практикуется несколько уникальных методов выполнения работ. Они нашли применение и в производстве, и в быту. При любом раскладе заинтересовывает процесс проведения этой работы в личных мастерских, ведь не нужно выполнять сложных технологических операций.

К данным методам относят:

химическое никелирование;
электролитическое нанесение покрытия.

Параметры гальванических покрытий:

Критерий оценки	Вид покрытия изделия
гальваническое	химическое
Необходимая температура для плавления материала	1450 С	890 С
Предел удельного сопротивление материала, ОМ х м	Примерно 8,5 *10-5	Примерно 60 *10-5
Восприимчивость к созданию магнетизма	37	4
Твердость по шкале Виккерса	250	550
Показатель продольной деформации в %	От 10 до 30	От 3 до 6
Характеристика прочности при сцеплении с поверхностью материала	От 35 до 45	От 35 до 50

Электролиты для нанесения.

Для никелирования применяют сульфатные, хлоридные, сульфаминовые, борфторидные, щавелевокислые и другие электролиты, в которых никель находится в виде двухвалентного катиона. Разработано большое количество составов и режимов осаждения, позволяющих получать осадки никеля с различными физико-химическими свойствами.

Чаще всего используют сульфатный электролит Уоттса, так как вещества, которые в него входят, наиболее доступны, он прост в приготовлении и обслуживании.

Основным компонентом сульфатного электролита является сульфат никеля NiSO4•7H2O. Технический сульфат никеля марки СН-1 представляет собой кристаллы зеленого цвета. Растворимость без подогрева достигает 300 г/л.

Кроме никелевых солей, являющихся источниками катионов никеля, в состав электролита входят компоненты, предназначенные для того, чтобы повысить электропроводность, стабилизировать кислотность (буфферные добавки), улучшить растворимость анодов (хлориды), придать блеск осадкам, предотвратить различные дефекты, встречающиеся при никелировании.

Если концентрация NiSO4•7H2O не превышает 300 г/л, в электролит для увеличения электропроводности иногда вводят Na2SO4•10H2O и MgSO4•7H2O. Сульфат натрия обладает значительно большей электропроводностью, однако магний включается в никелевые покрытия, при этом они становятся более мягкими и светлыми.

В качестве буферного соединения наиболее широко применяется борная кислота. Борная кислота регулирует рН не только в общем объеме электролита, но и в прикатодном слое, у которого вследствие разряда и выделения водорода непрерывно повышается уровень рН. При рН>4 осаждение происходит через пленку образующегося гидроксида никеля. Для электролитов с низким значением рН более эффективными являются добавки фторидных соединений.

Черные никелевые покрытия

Черные никелевые покрытия применяются с декоративной и специальной целью. Их защитные свойства очень низки, поэтому их наносят на подслой из цинка, кадмия или обычного никеля. Стальные изделия предварительно оцинковывают, а латунь и медь — никелируют.

Черное никелевое покрытие твердо и хрупко особенно при большой толщине. В практике удовлетворяются обычно толщиной в 2 мкм. Ванна для нанесения таких покрытий содержит значительное количество цинка и роданида. В покрытии содержится ~50 % никеля, а остальное составляют цинк, сера, азот и углерод. Ниже приведены типичные составы ванн черного никелирования, г/л:

Ванна	1	2	3
NiSO4•7H2O	75	—	144
NiSo4•(NH4)2SO4•6H2O	45	—	—
ZnSO4•7H2O	38	—	—
NaSCN•2H2O	15	15	—
NiCl2•6H2O	—	75	—
NH4Cl	—	30	—
ZnCl2	—	30	—
(NH4)6•Mo7O24•4H2O	—	—	30
H3BO3	—	—	23

Ванна 1 работает при комнатной или слегка повышенной температуре, J = 0,1—0,5 А/дм2, рН = 5,6—5,9. Ванна 2 хлоридная и, следовательно, агрессивная более сульфатной. Она работает при комнатной температуре, рН = 5,0 и J = 0,2 А/дм2. Ванна 3 содержит молибдаты и, следовательно, дороже первой и второй ванн. Ее преимуществом является большая кроющая способность и стабильность, так как она содержит борную кислоту. Недостатком является более высокая рабочая температура, как правило, выше 50 °С. Плотность тока составляет 0,2—0,5 А/дм2, рН = 4,3—4,7.

Ванны черного никелирования готовят, растворяя все составляющие в теплой воде и фильтруя через фильтровальную бумагу. Если возникают трудности растворения борной кислоты в ванне 3, то ее растворяют отдельно в воде, нагретой до 70 °С.

Стабильность ванн заключается в основном в контроле и регулировании рН посредством H2SO4 или NaОН. Получение глубоко черного цвета зависит в основном от правильного выбора плотности тока. Никелированные изделия смазывают горячим маслом.

Особенности технологии

Многие считают, что она подходит только для стальных деталей, но это совсем не так. Этот способ можно использовать также в отношении алюминия, цинка, марганца или меди. А вот для обновления свинца или олова следует подыскать другие средства.

Мы приведём и типы изделий, для которых подойдёт никелирование:

медицинские и стоматологические инструменты;
кузовные детали в мото– и автотранспорте;
стальные и алюминиевые заборы и ограждения;
сантехническая продукция (трубы,краны);
металлические детали, подвергшиеся длительному воздействию воздуха или воды.

Методика подойдёт и в качестве подготовки к последующему хромированию.

Советы по никелированию в домашних условиях

– это процесс нанесения на металлическую поверхность очень тонкого слоя никеля. Толщина никелевого слоя, в зависимости от поставленной задачи, размеров детали и дальнейшего ее использования, находится в диапазоне от 0,8 до 55 мкм.

Никелевое черное напыление защищает металлический предмет от разрушительного воздействия внешней среды – окисления, коррозии и реакции с солью, щелочью и кислотой.

Предметами, которым может потребоваться такая защита, являются:

металлические изделия, которые будут находиться на открытом воздухе;
кузовные детали автотехники и мототехники, в том числе и из алюминия;
медицинское и стоматологическое оборудование;
изделия, имеющие длительный контакт с водой;
декоративное металлическое ограждение, в том числе и из алюминия;
предметы, подвергающиеся контакту с сильнодействующими химическими веществами и прочее.

Как можно заметить, технология различного никелирования применяется не только в промышленности, а черное вполне может потребоваться в домашних условиях, своими руками.

Рассмотрим основные методы нанесения защитного слоя своими руками в домашних условиях, металлы, позволяющие наносить никель, тонкости и особенности каждого процесса.

На практике применяются два способа нанесения никелевого слоя — электролитический и химический.

Не будем изучать тонкости промышленного процесса, а опишем проведение в домашних условиях.

Электролитическое никелирование:

Перед электролитическим никелированием (по-другому его еще называют гальваническое ) нужно выполнить электрохимическое меднение детали или заготовки.
Есть два метода, включающие гальваническое — с погружением в раствор электролита и без погружения.
В первом случае, предмет из металла тщательно обрабатывается наждачной бумагой, с него удаляется оксидная пленка, производится промывка сначала в теплой воде для удаления растворителя, а затем в содовом растворе и опять в воде.
В стеклянную емкость поместите два анода из меди и деталь, зафиксировав ее проволокой между пластинами анодов.
Электрохимическое меднение в домашних условиях будем производить с помощью электролита, состоящего из воды с включением 20%-го медного купороса и 2% серной кислоты.

Ток нужно рассчитать из показателей 10-15 мА/кв.см.

Через полчаса обработки током на детали будет тонкий слой меди, а чем дольше будет производиться электрохимическое меднение, тем толще будет слой.

Если деталь большая или отсутствуют подходящие стеклянные емкости, то можно использовать электрохимическое меднение без погружения в электролит.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Технология кадмирования металла в домашних условиях

Для этого делаем кисточку из меди (можно применить многожильный медный провод, конечно, сняв изоляцию только на концах), которую присоединяем к плюсу источника тока и фиксируем с помощью деревянной палочки.

Зачищенную обезжиренную пластинку из металла положим в достаточно широкую стеклянную емкость, зальем раствором электролита (можно взять насыщенный медный купорос) и подсоединим к минусу источника тока.

Теперь макаем кисточку в электролит и проводим возле поверхности детали

Важно постоянное наличие раствора на медной кисточке

Через некоторое время вы заметите, что на поверхности обрабатываемой детали появился медный слой. Чем толще будет нанесено покрытие из меди, тем меньшее количество пор останется.

Так, например, на 1 кв.см при однослойном нанесении меди будет несколько десятков сквозных пор, а при трехслойном их практически не будет.

Добейтесь нужной толщины меди и можно приступать к следующему этапу.

Нанесение никелевого слоя (гальваническое) производится аналогично процессу меднения с погружением в электролит.

Так, деталь, подвешенная на проводке, и никелевые аноды опускаются в электролит, проволоки от анодов подключаются к плюсу, а проволока от детали – к минусу.

В качестве электролита можно рекомендовать один из двух растворов:

Сернокислые никель, натрий и магний в пропорциях 14:5:3, 0,5% поваренной соли и 2% борной кислоты;
30% сульфата никеля, 4% хлорида никеля и 3% борной кислоты.

Сухие смесь заливаем одним литром нейтральной воды, тщательно перемешиваем и при необходимости избавляется от выпавшего осадка, и применяем как электролит при электролитическом никелировании.

Виды никелирования

На практике обычно применяются несколько типов никелирования — электролитическое и химическое. Химическое покрытие хоть и более затратно, но способно обеспечить лучшие результаты и качественное равномерное покрытие на всех участках поверхности.

Электролитическое никелирование

Обработанные электролитом покрытия отличает пористость, которая зависит от качества основы и толщины никелевого слоя. Чтобы обеспечить надежную защиту от возникновения коррозии, потребуется полностью исключить возможность появления пор. Добиться этого поможет меднение детали перед проведением процедуры никелирования или же нанесение покрытия в несколько плотных слоев.

Самый простейший электролит никелирования содержит:

соль никеля (хлорид и/или сульфат);
кислоту (соляную, серную или борную);
буферную добавку.

Обрабатываемое изделие подвешивается на проволоке между электродами. Следует также соединить проволоки, которые идут от никелевых анодных пластин. Детали подключаются к «минусу» источника тока, а проволочки пластин — к «плюсу». Воздействие током должно происходить 15-20 минут. Далее деталь достают, тщательно промывают и высушивают. Если процедура прошла с учетом всех требований, изделие будет покрыто матовым слоем никеля серого оттенка. Для достижения блеска поверхности, изделие нужно будет отполировать. Стоит также учитывать, что электролитическое никелирование в домашних условиях не всегда проходит идеально, особенно при отсутствии знаний используемых технологий и необходимого оборудования. В таком случае, никель может неравномерно осесть на рельефе детали, и не покроет изделие целиком.

Химическое никелирование в домашних условиях

Вариант нанесения химического никелирования в домашних условиях более удобен, легок, а также производителен, позволяет покрыть изделие равномерным прочным металлическим слоем. Для проведения процедуры Вам потребуется любой электролит для химического никелирования (кислотный, щелочной или нейтральный). Жидкость нагревается до кипения, в качестве сосуда лучше всего использовать посуду из химического стекла. В кипящую смесь на 40-60 минут опускается обрабатываемое изделие, которое было предварительно очищено и обезжирено. По мере выпаривания жидкости, добавляется дистиллированная вода.

Если в процессе проведения никелирования в домашних условиях жидкость приобрела слабо-зеленый оттенок, следует равномерно добавлять сернокислый никель, пока смесь не будет нужного окраса. По завершении процедуры, достаньте изделие, промойте его в воде, просушите.

Кислотные растворы обычно применяются для нанесения никеля на черные металлы или медные сплавы, так как дают более ровную поверхность. Щелочные растворы используют для покрытия нержавеющих сталей, гарантируют качественное сцепление никеля с металлической поверхностью. Реактивы потребуются чистые – у таких на этикетке обозначена буква «Ч».

Черное никелирование

Черное никелевое покрытие наносится как в технических, так и в декоративных целях. Такой слой не отличается высокими защитными характеристиками, он имеет глубокий черный цвет, но покрытие не стойко к истиранию и поэтому не подходит для изделий, которые требуют механической стойкости покрытия. При подготовке электролиты в ванны для черного никелирования добавляется большое количество цинка. Если нанесение покрытия будет проводиться на поверхность стального изделия, то потребуется фильтрация готового раствора через слой фильтровальной бумаги. Насыщенного черного цвета можно добиться правильно задав значение плотности тока. Полученное в результате процедуры покрытие будет лишь наполовину содержать никель, остальная половина состоит из азота, углерода, цинка и серы.

Нюансы процесса никелирования

Сцепление никелевого слоя с металлической поверхностью является относительно невысоким, но эту проблему можно устранить путем обработки никелевого покрытия при температуре. В процессе низкотемпературной диффузии, отникелированные детали нагреваются до 400оС, выдерживаются еще 1 час при такой температуре, что делает такое никелирование опасным в домашних условиях.

Осуществляя эту процедуру, следует помнить, что многие закаленные никелированные детали (например, пружины, рыболовные крючки и т.д.) при таких высоких температурах теряют свою твердость. Поэтому подобные детали рекомендуется обрабатывать в температурном диапазоне 270-300оС, выдерживая не менее 2-3 часов. Такая термообработка значительно повысит качественные характеристики изделия с никелевым покрытием.

Для проведения процедуры никелирования и приготовления растворов потребуется специальное оборудование.

Общие сведения

Гальваника (гальванизация) — физико-химическая технология, с помощью которой можно создать на поверхности металла дополнительный слой из другого металла. Толщина дополнительного слоя является небольшой. Обычно она составляет от 0,1 до 2-3 миллиметров. Гальванизация используется для многих целей — повышение прочности, создание антикоррозийного слоя и другие. Покрыть гальваническим слоем можно только металлическую поверхность. Это может быть посуда, детали для автомобиля, инженерные инструменты, декоративные изделия. В качестве гальванизирующего слоя выступают металлы — хром, никель, медь, серебро, цинк + сплавы на их основе.

Схема электролиза

С точки зрения химии и физики гальванизация осуществляется за счет специального процесса под названием электролиз. В упрощенном виде электролиз металлических изделий выглядит так:

Поверхность запчасти очищается от различных загрязнений (органика, пыль, грязь, легкая коррозия). Очистку рекомендуется дополнять обезжириванием, поскольку эта процедура позволяет получить чистую поверхность, на которую будет наноситься тонкий гальванический слой веществ, полученных из электролита.
В пластиковую или стеклянную емкость помещается электролит — раствор щелочей, кислот и солей, содержащих нужный металл. Скажем, для электролитического хромирования используется хромовая кислота, которая при электролизе высвобождает хром, переходящий на деталь. Для улучшения гальваники электролит может нагреваться до небольших температур (обычно не более 60 градусов).
К электролиту подключается источник постоянного тока (источники переменного тока не используются, поскольку операция не запустится). Для подключения используются два провода — катод и анод. Катод прикрепляется непосредственно к обрабатываемой детали, а анод помещается в раствор электролита. Анод обычно дополняется пластиной из соответствующего металла, что усиливает гальванизацию (скажем, для цинкования нужна цинковая пластина).
Обрабатываемая деталь прикрепляется к катоду, а потом катод помещается в раствор электролита. Катод с запчастью не должен контактировать с анодом напрямую, поскольку в таком случае случится короткое замыкание либо гальваника не запустится/будет идти медленно. Обрабатываемая запчасть должна находится на хорошем расстоянии от анода с пластинами, чтобы операция прошла успешно.
Теперь включается электрический ток, что приводит к замыканию цепи. Ток сперва попадает на анод, а потом поступает в электролитический раствор. Это запускает ряд химических реакций, в результате которых металлические ионы высвобождаются из вещества и начинаются двигаться вместе с электрическим током по направлению к катоду. При прохождении через катод эти ионы осаждаются на поверхности запчасти, что и приводит к образованию нужного покрытия. Для гальванической обработки одной детали требуется 20-40 минут в зависимости от размеров и формы детали.

Основные технологии

Основные технологии гальваники — это хромирование, серебрение, никелирование и цинкование, при которых деталь покрывается соответственно хромом, серебром, никелем и цинком. Помимо этого существуют и другие операции (скажем, меднение и латунирование). Однако для их осуществления необходимо использование цианистых солей, которые являются ядовитыми даже для человека в защитной одежде. Поэтому эти процедуры обычно выполняются в специальных цехах или мастерских.

Никелирование в домашних условиях: технология и способы никелирования

Процесс никелирования

Процедура никелирования подразумевает нанесение на поверхность изделия никелевого покрытия, которое, как правило, имеет толщину слоем 1-50 мкм. Никелевые покрытия могут быть матовыми черными или блестящими, но вне зависимости от этого, создают надежную и прочную защиту металла от агрессивных воздействий (щелочи, кислоты) и в условиях высоких температур.

Перед никелирования изделие необходимо подготовить. Этапы подготовки:

деталь обрабатывают наждачкой для снятия оксидной пленки;
обрабатывают щеткой;
промывают под водой;
обезжиривают в теплом содовом растворе;
подвергают промывке еще раз.

Покрытия из никеля могут с течением времени утрачивать свой изначальный блеск, потому очень часто никелевый слой покрывают более стойким слоем хрома.

Никель, нанесенный на сталь, это катодное покрытие, которое защищает металл только механическим способом.

Слабая плотность защитного слоя способствует появлению коррозионных пор, где растворимым электродом является именно стальная часть.

В итоге под покрытием возникает коррозия, она разрушает стальную подложку и создает отслаивание никелевого слоя. Чтобы этого не допустить металл всегда необходимо обрабатывать толстым слоем никеля.

Покрытия из никеля наносятся на:

медь;
железо;
титан;
вольфрам и другие металлы.

Нельзя обрабатывать при помощи никелирования такие металлы, как:

кадмий;
свинец;
свинец;
олово;
висмут;
сурьму.

При никелировании деталей из стали необходимо делать подслой меди.

Никелевые покрытия применяют в различных сферах промышленности для специальных, декоративно-защитных целей, а также используют в роли подслоя.

Технику никелирования применяют для восстановления изношенных деталей и запчастей автомобилей, покрытия медицинского инструмента, химической аппаратуры, предметов домашнего обихода, измерительных инструментов, деталей, которые подвергаются небольшим нагрузкам в условии действия крепких щелочей или сухого трения.

Разновидности никелирования

На практике существует два вида никелирования:

Химическое;
Электролитическое.

Первый вариант является четь дороже электролитического, но может обеспечить возможность создания равномерного покрытия по толщине и качеству на любых участках изделия, если создано условие доступа раствора к ним.

Электролитическое покрытие никелем в домашних условиях

Для чего в домашних условиях надо подготовить электролит. Необходимо 3,5 гр. хлорида никеля, 30 гр. сульфата никеля и 3 гр. борной кислоты на 100 мл. воды, этот электролит перелейте в емкость. Для никелирования меди или стали будут необходимы никелевые аноды, которые необходимо погрузить в электролит.

Деталь подвешивается на проволочке между никелевыми электродами. Проволочки, которые от никелевых пластинок, нужно соединить вместе. Детали подсоединяют к отрицательному полюсу источнику напряжения, а проволочки – к положительному. После необходимо подключить реостат в цепь и миллиамперметр для регулировки напряжения. Понадобится источник постоянного тока, с напряжением не более 6 Вольт.

Проведение работы

Нанесение на обрабатываемую поверхность тонкой пленки материала способствует созданию блеска и защите от перепада температур и агрессивных воздействий внешних сред.

Перед непосредственным выполнением задачи, металл следует тщательно подготовить, чтобы сцепление никеля с поверхностным слоем было основательным.

Технология подготовки заключается в:

Обработке наждачной мелкозернистой бумагой.
Протирке поверхности щеткой и жесткой щетиной или металлической проволокой.
Промывании водой.
Обезжиривании в растворе кальцинированной соды.
Промывании чистой водой еще раз.

Так как поверхность, обработанная никелем, зачастую быстро теряет свойство отражать свет и тускнеет, то производится ее хромирование. Это покрытие обеспечивает надежность при эксплуатации изделия.

Состав, используемый при нанесении на стальную поверхность, обеспечивает катодную защиту материала. Поэтому никелирование стали гарантирует надежность при эксплуатации изделия. Если поверхность отчасти не защищена слоями никеля, то в скором времени проявится ржавчина, а слой отвердевшего никеля постепенно будет отслаиваться. Металл рекомендует покрывать толстым покрытием никеля.

Покрытие можно наносить на медные и железные поверхности, или сплавы на их основе. Титан или вольфрам и иные металлы тоже можно обработать никелем. Покрывать такие материалы, как свинец, висмут, олово или кадмий не рекомендуется. Перед тем как наносить покрытие на стальную поверхность последнюю следует обработать тонким медным слоем.