Никелирование химическое

Химическое никелирование - это процесс восстановления никеля из водных растворов с помощью восстановителя. При использовании кислого раствора восстановителем служит гипофосфат натрия. На поверхности детали откладывается металл, представляющий собой сплав никеля с фосфором. Структура откладываемого металла имеет сложный характер. После термической обработки покрытие отличается высокой твердостью, плотностью, износостойкостью и антикоррозионной стойкостью. Покрытие хорошо прирабатывается. В настоящее время этот способ применяют при восстановлении плунжеров топливных насосов и шеек валиков водяных насосов. Для химического никелирования стальных деталей применяют щелочные и кислые растворы.

Испытания показали, что лучшими качествами обладает кислый раствор следующего состава (в г на 1 л воды): сернокислый никель NiSО₄·7Н₂О — 30, гипофосфит натрия NaH₂PO₂·H₂O — 10 и уксуснокислый натрий CH₃COONa — 10. Оптимальное весовое отношение NiSO₄·7H₂О/NaН₂РО₂·H₂O=0,9÷1,0. При использовании этого раствора получают плотное и равномерное покрытие. По данным, при температуре раствора 90° С скорость отложения металла равна 15—16 мк/час. Существенным недостатком кислых растворов является быстрое уменьшение производительности. Это объясняется уменьшением содержания необходимых компонентов в растворе, повышением кислотности и загрязнением продуктами окисления гипофосфита натрия.

Для удаления продуктов загрязнения требуется периодическая или непрерывная фильтрация раствора. Желательно также обеспечить постоянство температуры раствора. При значительном колебании температуры раствора также ухудшается качество осадка.

Технологический процесс химического никелирования состоит из трех этапов: подготовки, химического никелирования и обработки после химического никелирования.

Первый этап. После механической обработки (шлифование и полирование) детали тщательно промывают в бензине или в растворителе ОП-7; поверхности, не подлежащие никелированию, покрывают полихлорвиниловым лаком в 2—3 слоя. Каждый слой лака просушивают при температуре 80—100° С. Затем детали закрепляют на подвесное приспособление и поверхности, подлежащие химическому никелированию, тщательно обезжиривают кашицей кальциевомагниевой (венской) извести. Можно также применять электрохимическое обезжиривание. Обезжиренную деталь тщательно промывают холодной проточной водой и в течение 1—1,5 мин. декапируют в 5%-ном растворе соляной кислоты. После декапирования детали вторично промывают холодной водой.

Второй этап. Химическое никелирование деталей производится при температуре 90—95° С. Плотность загрузки рекомендуется 1,2 дм2/л. Время выдержки деталей в электролите определяется толщиной покрытия и скоростью отложении металла. Процесс отложения металла протекает более интенсивно в первые 25—30 мин. и практически прекращается после выдержки в течение 60 мин. Если требуется отложить слой металла большой толщины, то процесс прерывают. После выдержки в течение 50—55 мин. детали вынимают из ванны, тщательно промывают, декапируют в концентрированном (50%-ном) растворе соляной кислоты, вторично промывают проточной водой и повторно погружают в электролит для химического никелирования.

Третий этап. После химического никелирования детали промывают струей холодной воды, просушивают и подвергают термической обработке. В результате термической (t = 350÷400° С) обработки деталь покрывается тонкой окисной пленкой, защищающей металл от окисления; твердость покрытия повышается до НRC 54—58. Рентгеновскими исследованиями, которые проводились во Всесоюзном институте механизации сельского хозяйства (ВИМ), установлено, что при термической обработке сплава никеля с фосфором образуется новая фаза — фосфорид никеля, обладающая повышенной твердостью и износостойкостью.

Наибольшая твердость (микротвердость 850—950 кг/мм2) покрытия обеспечивается при нагревании детали до 400°С и выдержке при этой температуре в течение 15—20 мин. (рис. 54). При низкой (250—300° С) температуре не наблюдаются структурные превращении; сохраняется первоначальная мелкодисперсная структypa. При более высокой температуре нагрева, вследствие коагуляции, образуется фосфид никеля, обладающий меньшей твердостью.

Испытаниями С. А. Вишенкова и E. В. Каспаровой установлено, что в результате термической обработки никельфосфатного покрытия снижается усталостная прочность стали. Поэтому не рекомендуется подвергать химическому никелированию детали, работающие при знакопеременных нагрузках.

Кислый электролит для химического никелирования обладает высокой агрессивностью. Поэтому для изготовления ванны применяют фарфоровые сосуды.

Фарфоровый сосуд устанавливается в металлическую ванну, покрытую термоизоляционным слоем. Пространство между фарфоровым сосудом и металлической ванной заполняется водой, которая нагревается паром. Для периодической фильтрации электролита предусмотрены фильтр и насос. Корпус фильтра изготовляется из винипласта.

Соприкасающиеся с электролитом детали насоса, изготовленные из алюминиевого сплава, анодируют и покрывают (напыливают) полиэтиленом. Рис. 54. Зависимость микротвердости химически никелированного слоя от температуры термической обработки: 1—время выдержки 15 мин.; 2 — время выдержки 30 мин.; 3 — время выдержки 60 мин.