CHEMICKÉ NIKLOVÁNÍ
Výhodou chemického niklování je snadnost jeho provádění i ve skromných podmínkách. Není potřeba žádný elektrický zdroj na rozdíl od galvanického pokovování, elektrody atd. Ve srovnání s galvanickými procesy je přínosem také velká hloubková účinnost lázně což je důležité např. při pokovování různých dutin a členitých povrchů. Bezproudově vyloučené povlaky mají ve srovnání s galvanicky vyloučenými povlaky často i výhodnější vlastnosti pro některé speciální aplikace. Nevýhodou je nižší vylučovací rychlost ve srovnání s galvanickými procesy. Postupně bylo vyvinuto pro nejrůznější speciální aplikace mnoho různých typů bezproudých niklovacích lázní.
PRINCIP
Chemicky se jedná o autokatalytickou redukci niklových iontů na kov. Zde jsou uvedeny základní reakce:
Ni2+ + 2e = Ni
NaH2PO2 + H2O = NaH2PO3 + 2H+ + 2e
Ni2+ + 2H = Ni + 2H+
H2PO -2 + 3 Ni2+ + 7H = Ni3P + 5H+ + 2H2O
Detailní reakční mechanismus je předmět různých hypotéz. Rozhodující vliv na vylučování niklu má zřejmě vznikající atomární vodík. Shora uvedený reakční mechanismu se vztahuje k alkalické niklovací lázni. Dále jsou používány také kyselé bezproudé niklovací lázně. Při reakci nedochází k rozpouštění základního kovu. Běžně lze tímto způsobem vylučovat niklové povlaky na měď, ocel, mosaz, stříbro, hořčík, hliník a některé jeho slitiny. Po předchozí aktivaci povrchu lze vylučovat nikl také na keramiku, sklo a plasty. Jako katalytické jedy mohou při chemickém niklování působit i stopová množství některých kovů např. olovo, cín, zinek, molybden, wolfram, kadmium, bismut, arsen a antimon. Ionty těchto kovů mohou být proto i příčinou různých provozních potíží! Za definovaných podmínek mohou tyto katalytické jedy sloužit i jako stabilizátory lázní.
VLASTNOSTI POVLAKŮ VYLOUČENÝCH PŘI BEZPROUDÉM NIKLOVÁNÍ
Vyloučený povlak je slitina nikl-fosfor. Obsah fosforu bývá u běžných lázní do 10%, přičemž u kyselých lázní je jeho obsah v povlaku vyšší. Ve srovnání s galvanicky vyloučenými niklovými povlaky mají bezproudově vyloučené vrstvy nižší pórovitost a tedy i vyšší korozní odolnost. Přilnavost vylučovaného povlaku lze zvýšit zdrsněním povrchu případně i předehřátím před vložením do niklovací lázně. Dále se přilnavost zvyšuje tepelnou úpravou již vyloučeného povlaku. Tvrdost povlaku bezproudého niklu dosahuje cca 500 HV a tepelným zpracováním je ji možno dále zvýšit. Pro srovnání tvrdost galvanicky vyloučeného niklu bývá cca 300 HV. Povlaky mají vyšší odolnost proti působení chemikálii. To platí zejména pro alkalické roztoky. Povlaky jsou korodovány v kyselině dusičné, sírové, chlorovodíkové, v roztocích chlornanů. Bezproudý niklový povrch vyloučený z kyselé niklovací lázně je neferomagnetický.
ZÁKLADNÍ DŮVODY PRO POUŽÍVÁNÍ BEZPROUDÝCH NIKLOVACÍCH LÁZNÍ
- Korozní odolnost
- Odolnost proti otěru
- Tvrdost
- Kluzkost povrchu
- Pájitelnost a lepitelnost povrvhu
- uniformita vyloučeného povlaku bez ohledu na geometrii pokovované plochy nemagnetické vlastnosti niklových vrstev s vysokým obsahem fosforu
ZÁKLADNÍ TYPY BEZPROUDÝCH NIKLOVACÍCH LÁZNÍ
Kyselé nikl-fosforové lázně
1-3% = velmi nízký obsah fosforu; 3-6% = nízký obsah fosforu; 6-9% = střední obsah fosforu; 9-12% = vysoký obsah fosforu
Alkalické nikl-fosforové lázně
Pracují při poměrně nízkých teplotách a jsou proto vhodné na pokovování plastů. Vzhledem k nízkému obsahu fosforu (3 až 4%) a dobré pájitelnosti jsou často používány v elektronickém průmyslu. Jsou také používány pro předniklování pozinkovaného hliníku atd.
Nickl-boronové lázně
Jako redukční činidlo je používán např. aminoboran. Lázně jsou kyselého případně alkalického typu a mají vyšší tvrdost než povlaky nikl-fosfor. Dále se vyznačují vyšším bodem tání. Jsou požívány i v elektronickém průmyslu k zajištění specifických vlastností. Povlaky obsahují typicky 1 až 6% boru.
Polyslitiny
Některé typy lázní mohou vylučovat povlaky s obsahem více prvků např. nikl-kobalt-fosfor, nikl-železo-fosfor, nikl-wolfram-fosfor atd. Jednotlivé typy se vyznačují specifickými vlastnostmi.
Kompozitní povlaky
Špičkovou odolností proti otěru se vyznačují speciální povlaky, kdy do povlaku nikl-fosfor jsou zabudovávány v průběhu vylučování částečky karbidu křemíku, syntetického diamantu apod. Podobně lze také zabudovat do povlaku např. teflon (PTFE). Vytvořený povlak potom vykazuje minimální tření.
ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI VYLOUČENÝCH POVLAKŮ
Specifická hmotnost
Povlak Ni-P obsahující 3% fosforu má spec. hmotnost 8,52 g/cm3. Povlak Ni-P obsahující 7,5% fosforu má spec. hmotnost 7,92 g/cm3. Je to méně než má čistý nikl - 8,91 g/cm3.
CTE
CTE povlaků obsahujících 8 až 9% phosphoru je 13 až 14,5 x 10-6/°C. Pro srovnání pro galvanicky vyloučený nikl je to 14 až 17 x 10 -6/°C.
Tepelná vodivost
Pro povlak o obsahu 8 až 9% fosforu je 0,0105 až 0,0135 cal-cm/sec/°C. Čistý metalurgický nikl má vodivost 0,198 cal.cm/sec/°C.
Teplota tání
Je významně ovlivněna množstvím fosforu v povlaku. Při obsahu fosforu 7 až 9% je to 880 °C
Magnetismus
Bezproudý niklový povlak obsahující více než 8% P je považován ve stavu po vyloučení v podstatě za nemagnetický. Koercivita povlaku s obsahem 8,6 až 7 % P je uváděna 1,4 Oertedu respektive 2 Oerstedy. Obsah 3,5% P vykazuje povlak hodnotu 30 Oerstedu. Při obsahu fosforu více jak 10% je povlak nemagnetický. Tepelným zpracováním povlaku se magnetismus zvyšuje.
Elektrická rezistivita
Elektrická rezistivita čistého metalurgického niklu je 6.05 mikroohm/cm.Povlaky bezproudého niklu obsahující 6 až 7 % P mají po vyločení povlaku rezistivitu 52 až 68 mikroohm-cm. Povlaky s 2,2 % P mají elektrickou rezistivitu 30 mikroohm-cm, zatímco povlaky s 13 % P mají výrazně vyšší rezistivitu -110 mikroohm/cm. Tepelným zpracováním se elektrická rezistivita snižuje.
Pájitelnost a svařitelnost
Bezproudé Ni-P povlaky jsou snadno pájitelné pouze vysoce aktivovanými kyselými pájecími prostředky. Viz nabídka přípravků pro pájení-PÁJECÍ KAPALINA NA NIKL. To platí zejména pro tepelně upravované povlaky. Svařování bezproudého povlaku Ni-P není běžné. Při ochlazování svaru totiž dochází k migraci fosforu na hranicích zrn. Výsledkem je nízká pevnost svaru.
Adhese
Bezproudé niklové povlaky mohou dosahovat špičkovou adhesi na mnoho materiálů včetně oceli, hliníku, mědi a měděných slitin. Typická pevnost spoje pro železo nebo měděné slitiny se pohybuje v rozmezí od 345 do 441 MPa. Pevnost spoje na lehkých kovech jako je např. hliník, titan případně jejich slitiny, bývá nižší a to v rozsahu 103 až 241 MPa. Následným tepelným zpracováním obzvláště lehkých kovů může být dosaženo vyšší pevnosti spoje. Je to důsledek vzájemné difuse atomů základního materiálu a povlaku.
Tloušťka povlaku
Bezproudý nikl poskytuje možnost výroby širokého rozpětí tlouštěk povlaků. Povlaky vykazují prakticky konstantní tloušťku na celém pokovovaném povrchu bez ohledu na jeho geometrii. To je také jeden ze základních rozdílů mezi povlaky vytvářenými bezproudou a nebo galvanickou technologií. Rozsah tlouštěk povlaků v používaných průmyslových aplikacích je v rozsahu 2,5 až 127 um. Běžně jsou vylučovány tloušťky povlaku v rozmezí 7,5 až 20 um/hodině. Ve většině běžných aplikací se používají tloušťky povlaku do 25 um, tloušťky v rozsahu 25 až 80 um jsou používány pro díly s rizikem ohrožení vyšší korozí a tloušťky nad 80 um pro opravy opotřebených součástí apod.
Lesk povlaků
Lesk povlaků je ovlivňován složením lázně a dále drsností povrchu základního materiálu.
Vlastnosti povlaků Ni-P v závislosti na obsahu fosforu
Obsah P: 1 - 4%
- Výborná pájitelnost
- Magnetický
- Dobře odolává korozi v alkalickém prostředí, špatná odolnost v kyselém prostředí
Obsah P: 5 - 8%
- Vhodný pro středně korozní prostředí
- Slabě magnetický
Obsah P: 9 - 12%
- Výborně odolává korozi v kyselém prostředí, dobře až výborně odolává v alkalickém prostředí
- Nízká rychlost vylučování
- Nemagnetický
Porovnání některých vlastností bezproudově vyloučených vrstev Ni a galvanicky vyloučených
Bezproudý Ni | Galvanický Ni | |
Hustota [g.cm-3] | 7,85 | 8,8 |
Teplota tání [oC] | 890 | 1450 |
Měrný odpor [mW.cm-1] | 60 | 8,5 |
Magnetická susceptibilita [%] | 4 | 37,5 |
Naposledy navštívené produkty
Pájecí kapalina R
Pájecí kapalina je vhodná pro pájení plošných spojů.