Tribotechnické listy

 

 

Bezproudé (chemické) niklování

Nikl je stříbrný, feromagnetický kov, jehož historie sahá až do dávných dob. Nejstarší slitiny niklu byly nalezeny v Číně a jsou více než 2 000 let staré. V Evropě byl nikl objeven v roce 1751 při pokusech izolovat z rudy měď. Díky poměrně velmi dobré stálosti kovového niklu vůči atmosférickým vlivům i vodě je využíván jak pro dekorativní, tak i pro funkční ochranné povlaky. Běžné elektrolytické vylučování kovového niklu má svá omezení vyplývající ze zákonitostí elektrolýzy. Bez použití pomocných anod nelze pokovovat dutiny a také rozložení tlouštěk není rovnoměrné. Tyto nedostatky odstraňuje bezproudé vylučování niklu. Spolu s niklem se do povlaku ukládá také elementární nekov fosfor.

 

Vznikající slitiny niklu a fosforu (Ni3P) se vyznačující zvláštními mechanickými, chemickými, fyzikálními a technologickými vlastnostmi. Povlaky Ni3P lze vylučovat na různých základních materiálech. Nejčastěji používanými materiály jsou ocel a litina, hliník a jeho slitiny a také měď, mosazi, bronzy, keramika a plasty.

Z dotazníku v zakázkových galvanovnách vyplývá, že nejčastější důvody pro použití povlaku Ni/P jsou
-    vysoká otěruvzdornost,
-    vysoká  korozní  odolnost
-    rovnoměrná tloušťka vyloučeného povlaku
-    dobrá pájitelnost
-    elektromagnetické  vlastnosti


Členění Ni3P povlaků
Obsah fosforu ve slitině ovlivňuje celkové výsledné vlastnosti povlaku. Podle obsahu fosforu se povlaky rozdělují do tří skupin:
-    s nízkým obsahem (1 - 3 hm.% P),
-    se středním obsahem (5 - 9 hm.% P),
-    s vysokým obsahem (9 - 15 hm.% P).

Struktura povlaků s nízkým obsahem  fosforu je mikrokrystalická. S rostoucím obsahem fosforu přechází přes jemně lamelární až po rentgenoamorfní.
Ni3P vrstvy mohou být vylučovány v čisté formě nebo také s přídavkem příměsí, které dále zlepšují její požadované vlastnosti. V praxi se můžeme setkat s přídavkem disperzních příměsí (např. Al2O3, SiC, PTFE, grafit, apod.) nebo s vytvářením složitějších slitinových vrstev, např. s bórem, kobaltem, wolframem a jinými kovy.

Povlaky Ni3P jsou po vyloučení často křehké, málo tvrdé a otěruvzdorné. Tepelným zpracováním dojde ke změně mikrostruktury, změní se rozložení fosforu a sníží se porezita povlaku. Současně se sníží také křehkost, zvýší se tvrdost a zlepší se přilnavost vytvořením  difúzní vrstvy. Postup  tepelné  úpravy:


1.    ohřev  na určenou teplotu (obvykle 400 oC)
2.    udržení  na teplotě (obvykle 1 hodinu)
3.    ochlazení  na teplotu okolí




Chemické vlastnosti Ni/P povlaků
Kovový Ni je odolný na vzduchu, ve vodě, vůči alkalickým roztokům, koncentrované HNO3 a zředěným organickým kyselinám. Při teplotě okolo 500 °C oxiduje.
Odolnost autokatalyticky vyloučených Ni3P vrstev se od galvanicky vyloučeného niklu výrazně liší. Lze definovat odolnost proti nabíhání, odolnost proti chemikáliím a korozní odolnost.
Nabíhání negativně ovlivňuje vzhled, odrazivost a přechodový odpor. Proti nabíhání je Ni3P povlak odolnějšínež galvanicky vyloučený lesklý Ni povlak. Důvodem je především vyšší poréznost vrstvy a obsah  síry v ní.
Chemická odolnost závisí především na tloušťce Ni3P vrstvy. S jejím nárůstem klesá počet otevřených pórů, které se zcela uzavírají při tloušťkách nad 30 µm. Dalšími faktory, které chemickou odolnost ovlivňují, jsou typ lázně a její kontaminace, obsah   fosforu ve vrstvě (korozní odolnost roste se zvyšujícím se obsahem fosforu v Ni3P povlaku), struktura povlaku a hodnotě pH okolí. Nezávisí na základním materiálu.  

Korozní odolnost Ni3P povlaků je závislá na tloušťce vyloučeného povlaku a obsahu fosforu v něm. Jako příklad lze uvést srovnání Ni3P povlaků s obsahem 8 a 10 % fosforu. Při zkoušce v neutrální solné mlze podle ČSN EN ISO 9227 NSS vydrží povlak s obsahem 8 % P 120 hodin a povlak s obsahem 10 % P 1 000 hodin do tvorby korozních produktů základního materiálu.


Vliv tloušťky na odolnost proti korozi je následující:
-    velmi nízká korozní odolnost    >   2 µm
-    nízká korozní odolnost             > 10 µm
-    střední korozní odolnost          > 25 µm
-    vysoká korozní odolnost         > 50 µm


Lázně nikl fosfor (Ni3P)
Lázně Ni3Plze rozdělit podle typu použitého redukčního činidla, hodnoty pH lázně a pracovní teploty. Nejčastěji používané jsou slabě kyselé fosfornanové elektrolyty (pH okolo 4,6, pracovní teplota 88 až 92 oC)

 


Vyloučení Ni3P vrstvy
Ni3P vrstvy se vylučují autokatalyticky z vodných roztoků podle reakční rovnice:


Složky chemické niklovací lázně
Lázeň Ni3P je složena z následujících komponent:
-    zdroj niklu - nikelnatá sůl (síran, chlorid, uhličitan, octan)
-    reduktor (fosfornan)
-    komplexní činidlo (octan, mléčnan, jantaran, pyrofosfát, aminooctan, citran)
-    stabilizátor kovový (např. Pb, Sb, apod.) nebo nekovový (thiomočovina)
-    aktivátor pro zvýšení účinnosti reduktoru (dikarbonové kyseliny, fluoridy, tartaráty)
-    regulátor pH (pufr)
-    smáčedlo (ionogenní a neiogenní látky)

Pracovní vany jsou vybaveny účinnou filtrací, mícháním a ohřevem. Během provozu je potřebné úbytek složek lázně pravidelně doplňovat. Vhodnější jsou kratší intervaly, aby nedocházelo k příliš velkým výkyvům koncentrací. Doplňování se řídí rychlostí vylučování kovu a plochou dílu. Měrné zatížení lázně je optimálně 0,5 dm2/l. Během provozu klesá hodnota pH. Pro úpravu se obvykle používá zředěný roztok amoniaku.

Trvanlivost Ni3P lázně je dána nárůstem koncentrace reakčních zplodin a je vyjadřována v jednotkách MTO (Metal TurnOver). Při standardním vedení lázně dosahuje hodnot cca 8 až 10. Nepříznivý vliv na životnost má vnos cizích kovů, které působí jako stablizátor a při určitých koncentracích mohou vylučování niklu zablokovat. Podobně působí také dusičnanové ionty. Vzrůstajícím stářím lázně vylučovací rychlost klesá a mění se také obsah fosforu ve vrstvě.

Oblasti použití Ni/P povlaků

Použití Ni3P povlaků je značně široké. Takto povrchově upravené díly používá:
-    automobilový průmysl
-    hornictví a strojírenství
-    chemický průmysl
-    tiskařský, plastikářský a textilní průmysl
-    elektrotechnika, elektronika, počítače
-    letectví a kosmonautika

Využívány jsou jak mechanické, tak i chemické vlastnosti Ni3P vrstev. Možnost je ovlivnit, a to jak nastavením vlastního procesu pokovení, tak i následným tepelným zpracováním, je náležitě využívána. Vývoj nových typů lázní má proto perspektivní budoucnost.

 


Ing. Petr Goliáš, Ing. Vladislav Vomáčka

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
8 + 2 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd