Нанесение и получение металлических покрытий химическим способом (стр. 8 из 16)
Химическое никелирование осуществляют в кислом растворе, содержащем 15 г/л уксуснокислого никеля, 10 г/л гипофосфита натрия, 6,2—6,5 мл/л 98%-ной уксусной кислоты, 0,02—0,03 г/л тиомочевины при температуре 90±2 °С. Плотность загрузки 2дм2/л, скорость осаждения 10—12 мкм/ч, рН 4,1—4,3. Кроме того, химическое никелирование осуществляется и в щелочном растворе.
После никелирования производят термическую обработку в течение 1—2 ч при 200—220 оС для снятия внутренних напряжений. Удаление некачественного никелевого покрытия производят электрохимическим способом в растворе, содержащем 1070—1200 г/л серной кислоты и 8—10 г/л глицерина, при комнатной температуре, анодной плотности тока 5—10 А/дм2, напряжении 12 В, катоды — свинцовые.
Химическое никелирование магниевых сплавов. Магний и его сплавы относятся к наиболее легким и прочным металлам, поэтому химическое никелирование этих металлов находит большое применение в промышленности. Однако вследствие высокой химической активности магния и его сплавов при подготовке поверхностей изделий к нанесению покрытия возникают определенные трудности [39].
Так как при химическом никелировании одновременно протекают два процесса (травление магния и осаждение никеля), обычные растворы химического никелирования непригодны к использованию.
Перед химическим никелированием изделия из магниевых сплавов травит в 20—30 % ном растворе гидроксида натрия. Состав химического никелирования для магниевых сплавов (г/л):
Никель сернокислый (кристаллогидрат) 20
Гипофосфит аммония 30
Пирофосфорнокислый натрий . 50
Температура раствора, °С 50—70
рН 9—10
После химического никелирования изделия подвергают термической обработке при температуре 150—200оС в течение 1ч.
Химическое никелирование цинковых сплавов. Перед химическим никелированием детали обезжиривают в растворе обычного состава, промывают в горячей и холодной воде и обрабатывают в горячем 50 % ном растворе гидроксида натрия в течение 20—30с. Состав раствора для химического никелирования следующий (г/л) [31-34, 38, 39]:
Хлористый (сернокислый) никель (кристаллогидрат) 25—30
Гипофосфит натрия (калия) 25—30
Пирофосфат натрия (калия) 30
Карбонат натрия (калия) 40—45
Температура раствора, °С 45-50
Скорость осаждения, мкм/ч . 10—15
Необходимого значения рН 9,5—10,0 достигают добавлением аммиака.
Основные неполадки при химическом никелировании.При работе с растворами химического никелирования возникают различные неполадки: осаждение никеля на стенках и дне ванны, отслаивание никелевого покрытия и др., которые нужно устранять. Примеры неполадок и способы их устранения приведены в табл. 6.
Таблица 6
Основные неполадки при химическом никелировании
| Неполадки | Возможные причины | Способы устранения |
| Для кислых и щелочных растворов | ||
| Частичное осаждение никеля на поверхности ванны | Касание деталями дна или стенок ванны в процессе никелирования | устранение касания деталями дна или стенок ванны |
| Самопроизвольное осаждение никеля в виде черных точек на деталях и поверхности ванны | Плохая очистка раствора. Наличие в воде механических загрязнений | раствор отфильтровать, ванну промыть азотной кислотой, разбавленной 1:1, а затем водой с применением щетки |
| Отслаивание никелевого покрытия | Плохая подготовка поверхности перед никелированием | Улучшить подготовку поверхности |
| Наличие непокрытых мест на деталях | Образование газовых мешков, неравномерное омывание деталей раствором | Производить встряхивание деталей |
| Для кислых растворов | ||
| Грубый шероховатый осадок | рН ниже 3, повышенная температура | Откорректировать рН добавлением раствора щелочи, снизить температуру |
| Растрескивающийся хрупкий осадок | рН выше 5,8 | Подкислить раствор кислотой |
2.2.5 Химическое никелирование неметаллических материалов (пластмасс и неорганических диэлектриков)
Детали из неметаллических материалов с металлическими покрытиями широко внедряются в автомобилестроение, радиотехническую промышленность и другие отрасли, поэтому вопрос о способах химического осаждения металлов в сочетании с гальваническим является очень современным [37, 40].
Металлизацию производят путем обработки неметаллических деталей в растворах, в которых металлические покрытия образуются в результате восстановления ионов металла, присутствующих в растворе, под действием восстановителей. Полученный тонкий слои восстановленного металла затем доращивают гальваническим способом до необходимой толщины. Xимико-электролитический способ металлизации обеспечивает получение большого количества покрытий по видам и толщинам, не требуя для его выполнения сложного оборудования, дает возможность получить равномерные по толщине покрытия и хорошее сцепление покрытий с основой.
Подготовка поверхности пластмасс.Химическому осаждению металлов из пластмассы предшествуют операции обезжиривания, травления и активирования. Особенно важна операция активирования ибо в результате ее выполнения на поверхности пластмассы образуются микроскопические зародыши, обычно из палладия или серебра, диаметром в несколько тысячных микрометра которые служат катализаторами последующей реакции химического восстановления металлов.
Подготовку поверхности керамических деталей осуществляют щелочным обезжириванием и тщательной промывкой. Химическая обработка для создания микрошероховатостей не производится, так как поверхность керамических деталей всегда имеет шероховатость.
Химическое восстановление никеля является автокаталитической реакцией, так как металл, образовавшийся в результате химического восстановления из раствора, катализирует дальнейшую реакцию восстановления этого же металла. Но для начального периода восстановления металла необходимо, чтобы покрываемая поверхность имела каталитические свойства, которые создаются в результате выполнения операции, называемой активированием Активирование заключается в том, что на обрабатываемую поверхность химическим путем наносят чрезвычайно малые количества металлов, являющихся катализаторами реакции химического восстановления никеля. Такими катализаторами являются коллоидные частицы или малорастворимые соединения палладия, платины, золота, серебра. Самое широкое распространение получил палладий, обладающий высокой каталитической активностью.
Образование каталитического слоя в виде металла, находящегося в коллоидном состоянии, осуществляется в две стадии.
1) сенсибилизирование — нанесение пленки раствора восстанавливающего каталитический металл (палладий) из раствора его соли,
2) активирование — погружение в раствор соли металла-катализатора и восстановление его до металлического состояния в пленке раствора, прилегающей к поверхности диэлектрика.
Самым эффективным способом сенсибилизации является обработка поверхности в растворе солей двухвалентного олова. Наиболее распространенный раствор состава олово хлористое 20 — 25 г/л. кислота соляная (плотность 1.2) 40—60 мл/л.
Соляная кислота необходима для предотвращения гидролиза хлористого олова и получения стабильного прозрачного раствора, используемого при комнатной температуре. Продолжительность выдержки может колебаться в пределах от 0 5 до 15 мин. После сенсибилизирования необходимо детали промыть в холодной воде, при этом происходит гидролиз хлористого олова по реакции.
Раствор для сенсибилизации приготовляют и корректируют следующим образом. Расчетное количество хлористого олова растворяют в дистиллированной воде, в которую добавлена соляная кислота в соответствии с рецептурой. Раствор перемешивают, дают отстояться и затем сливают в рабочую ванну. В результате окисления раствора кислородом воздуха происходит частичное образование четырехвалентного олова (Sn4+), которое весьма склонно к гидролизу в кислой среде, вследствие чего раствор мутнеет. Чтобы избежать этого явления, рекомендуется в раствор опустить несколько гранул металлического олова, в присутствии которого четырехвалентное олово восстанавливается до первоначального двухвалентного состояния:
Для качественной оценки пригодности раствора сенсибилизации одну часть данного раствора смешивают примерно с равным объемом свежеприготовленного раствора для активирования. Раствор пригоден к работе, если полученная смесь окрашивается в красный или коричнево-красный цвет. Раствор для сенсибилизации заменяется свежеприготовленным, если он мутнеет или появляется отрицательная реакция с раствором активирования.
Процесс активирования заключается в том, что на поверхности диэлектрика, сенсибилизированной двухвалентным оловом, происходит реакция восстановления ионов каталитического металла (палладия) по реакции:
Металлический палладий в коллоидном виде равномерно распределяется тончайшим слоем по всей поверхности обрабатываемой детали.
В настоящее время начинает применяться способ так называемого прямого активирования в растворах, содержащих одновременно соли двухвалентного олова и палладия. Растворы для прямого активирования называют также совмещенными растворами. Применение совмещенного раствора для прямого активирования технологически более перспективно, так как исключает необходимость довольно сложного корректирования двух взаимосвязанных растворов сенсибилизации и активирования и сокращает количество ванн на линиях металлизации.