Spis treści

1. Wstęp
10. Naprawa i konserwacja kąpieli

1. Wstęp

Powodami, dla których technologia niklowania znalazła tak szerokie zastosowanie w różnego rodzaju gałęziach przemysłu były przede wszystkim:

- wysoki połysk nakładanych powłok, który może być dodatkowo znacznie utrwalony przez nałożenie cienkiej powłoki chromu;
- duża odporność na ścieranie powłok niklu w porównaniu z innymi bardziej miękkimi metalami, jak Cu czy Zn;
- względnie duża odporność korozyjna powłok niklowych, która może być dodatkowo zwiększona przez zastosowanie układów powłok wielowarstwowych;
- możliwość uzyskania różnej faktury nałożonej powłoki (nikiel satynowy);
- zdolność kąpieli do niklowania do wygładzania nierówności podłoża.

W większości zastosowań od powłoki niklowej wymaga się długotrwałego połysku i dlatego zazwyczaj warstwę niklu błyszczącego pokrywa się dodatkowo warstwą chromu utrwalającą połysk. Powłoka błyszczącego niklu zawiera jednak znaczne ilości siarki współosadzanej z metalem podstawowym w czasie procesu nakładania, co przyczynia się do zwiększenia jej aktywności elektrochemicznej w porównaniu do czystego niklu i w dalszej kolejności powoduje zwiększoną podatność na korozję. W atmosferach silnie korozyjnych może to prowadzić do przedwczesnego uszkodzenia powłoki i korozji metalu podstawowego.

W celu rozwiązania tego problemu przed nałożeniem powłoki niklu błyszczącego lub satynowego obrabiane podłoże pokrywa się najpierw powłoką niklu bez zawartości siarki. Jest to tzw. nikiel półbłyszczący, który pod względem elektrochemicznym jest mniej aktywny niż powłoka niklu błyszczącego z wbudowaną siarką. Używając więc kombinacji dwóch opisanych wyżej powłok znacznie zwiększamy więc stopień ochrony metalu podłoża przed korozją. Połączenie niklu półbłyszczącego z nakładanym nań niklem błyszczącym nazywane jest układem typu "duplex". Dla uzyskania najlepszej odporności korozyjnej warstwa niklu półbłyszczącego jest zazwyczaj co najmniej 2 razy grubsza niż nakładana na nią w dalszej kolejności warstwa niklu błyszczącego lub satynowego.

Odporność korozyjna opisanego powyżej układu typu "duplex" może być dodatkowo znacznie zwiększona przez nałożenie kolejnych warstw niklu o specyficznych właściwościach oraz warstwy chromu. Jedną z takich specyficznych warstw stanowi powłoka niklu ze współosadzonymi w niej obojętnymi, stałymi cząstkami niemetalicznymi. Nakładana w następnej kolejności powłoka chromowa nie przykrywa całkowicie obojętnych cząstek stałych obecnych w podwarstwie niklu. To z kolei przyczynia się do powstawania mikroporów w warstwie chromu. Otrzymany w ten sposób układ powłok: nikiel półbłyszczący/nikiel kompozytowy (ze wzpółosadzonymi cząstkami stałymi)/chrom porowaty, charakteryzuje się zwiększoną odpornością korozyjną ze względu na znaczne rozproszenie tworzących się ogniw korozyjnych pomiędzy równomiernie rozłożone na całej powierzchni detalu mikropory. Proces korozji nie zachodzi więc z dużą intensywności w pojedynczych miejscach uszkodzenia powłoki, a jest rozłożony pomiędzy ogromną ilość mikroporów, gdzie zachodzi ze znacznie mniejszą intensywnością. To redukuje negatywne zmiany w wyglądzie powłoki na skutek spowolnionego tworzenia dużych i łatwo widocznych ognisk korozji. W wielu specyfikacjach szacuje się, że dla uzyskania podwyższonej odporności korozyjnej minimalna ilość porów przypadająca na jednostkę powierzchni powinna wynosić 10 000 porów/cm2.

Innym rozwiązaniem pozwalającym na zwiększenie odporności korozyjnej poprzez rozproszenie ogniw korozyjnych na całej powierzchni nakładanej powłoki jest zastosowanie mikrospękanej powłoki chromowej. Mikrospękana pwłoka chromowa wytwarzana jest przez nałożenie grubszej niż zazwyczaj powłoki chromu na podwarstwę niklu charakteryzującą się dużymi naprężeniami wewnętrznymi. Naprężenia w podwarstwie niklowej powodują, że zarówno w tej warstwie jak i w nałożonej na nią powłoce chromu powstają mikrospękania rozłożone równomiernie na całej powierzchni detalu. Grubość powłoki chromowej nanoszonej w celu uzyskania warstwy mikroporowatej wynosi zazwyczaj 0,25 do 0,50 mikrometra, natomiast w przypadku warstwy mikrospękanej nakłada się zazwyczaj powłokę chromu o grubości 0,8 mikrometra lub większej. Chrom mikrospękany nie jest wykorzystywany tak często jak mikroporowaty, ponieważ w przypadku tego pierwszego wygląd powłoki w wyniku korozji - jasność i połysk - nie utrzymuje się tak dobrze jak w przypadku powłoki chromu mikroporowatego. Niemniej jednak warstwa chromu mikrospękanego może charakteryzować się znacznie większą odpornością korozyjną, gdy nałoży się warstwę chromu o grubości 1,2 mikrometra lub większej. W wielu specyfikacjach określa się minimalną liczbę spękań, niezbędną do uzyskania zwiększonej odporności korozyjnej, na 300 pęknięć/cm2.

Aby utrwalić odpowiedni wygląd powłok Ni/Cr oraz poprawić stopień ochrony metalu podłoża przed korozją w przypadku eksploatacji w ciężkich atmosferach korozyjnych stosuje się dodatkową warstwę niklu o wysokiej zawartości siarki nakładaną pomiędzy niklem półbłyszczącym (nie zawierającym siarki) a niklem błyszczącym (z niewielką zawartością siarki). Ta dodatkowa warstwa niklu, zawierająca dużą ilość siarki wbudowanej w jej strukturę, charakteryzuje się podwyższoną podatnością na korozję (największą aktywonością elektrochemiczną) w porównaniu do warstw sąsiadujących, chroniąc je tym samym przed negatywnymi skutkami korozji (niczym cynk i żelazo, przy czym rolę cynku pełni tutaj bardziej aktywna elektrochemicznie dodatkowa powłoka niklu o dużej zawartości siarki, a rolę żelaza pełnią mniej aktywne sąsiadujące warstwy niklu półbłyszczącego i błyszczącego). Początkowo korozja zachodzi w miejscach występowania porów w powłoce chromowej, następnie korozja postępuje w głąb przez powłokę niklu błyszczącego aż do momentu osiągnięcia dodatkowej warstwy niklu o wysokiej zawartości siarki. Proces korozji będzie wówczas postępować nie w głąb powłok, a poprzecznie pomiędzy warstwami niklu półbłyszczącego a błyszczącego, przy czym największej degradacji będzie ulegać znajdująca się między nimi warstwa niklu o największej zawartości siarki, charakteryzująca się najwyższą aktywnością elektrochemiczną. To spowalnia korozję zarówno niklu błyszczącego jak i półbłysczącego. Z tego też powodu postęp korozji w stronę metalu podłoża przez warstwę niklu półbłyszczącego jest znacznie spowolniony i ochrona metal podstawowego jest znacznie większa niż w przypadku typowego układu typy "duplex". Zawartość siarki współosadzonej w tej dodatkowej powłoce niklu, mieszczącej się pomiędzy warstwą niklu półbłyszczącego i błyszczącego, wynosi (0,1 - 0,2) % wagowo. Grubość warstwy niklu o podwyższonej zawartości siarki zawiera się w granicach (1,5 - 2,5) mikrometra.

10. Naprawa i konserwacja kąpieli

Dodatki do kąpieli, takie jak wybłyszczacze, wyrównywacze i odczynniki zwilżające należy dodawać często i w małych ilościach. Preferowane jest automatyczne dozowanie dodatków w oparciu o ilość przepracowanych amperogodzin. Pozwala to w znacznym stopniu zredukować problemy wynikające z błędów ludzkich. W najlepszym wypadku kąpiel należy uzupełniać na końcu dnia pracy i pozostawiać na noc, ciągłe dozowanie powinno się natomiast odbywać w okresie, kiedy obróbce nie są poddawane żadne detale.

Postęp w procesie niklowania, zwłaszcza niklowania błyszczącego, wyeliminował konieczność stosowania długotrwałych procesów oczyszczania z dużą częstotliwością. Na ogół wystarcza proste oczyszczanie na węglu aktywowanym, które może być poprzedzone utlenianiem perhydrolem lub innym odczynnikiem utleniającym. Takie oczyszczanie powinno być przeprowadzane w dogodnych odstępach czasu w przerwach produkcyjnych. Możliwe jest stosowanie ciągłego oczyszczania w trakcie trwania procesu, stosując wkłady z węglem aktywowanym lub odpowiednimi żywicami.

Bardzo często utlenianie za pomocą H2O2 lub KMnO4 jest stosowane bez odpowiedniego zbadania przyczyn i źródeł ujawniających się problemów. Według powszechnej opinii utleniacze powodują utlenienie związków organicznych do dwutlenku węgla i wody. W rzeczywistości materia organiczna ulega strukturalnym przekształceniom w wyniku utleniania, zwiększając wydajność adsorbcji tych substancji na węglu aktywowanym lub przekształcając je w formy bardziej rozpuszczalne w kąpieli, które mają mniejszy negatywny wpływ na właściwości nakładanej powłoki. Utlenianie może jednak prowadzić również do przekształcenia związków organicznych w formy bardziej rozpuszczalne które mają jeszcze bardziej ujemny wpływ na właściwości nakładanej powłoki. Dlatego w pierwszym etapie oczyszczania kąpieli powinno stosować się oczyszczanie na węglu aktywowanym lub z zastosowaniem żywicy. Najpierw należy oczyścić kąpiel za pomocą węgla aktywowanego, później przefiltrować i określić, czy wymagane jest użycie odczynnika utleniającego.

Cu, Zn, Pb, Cd i niektóre związki organiczne mogą być usuwane przez elektrolizę przy niskich gęstościach prądu jak również za pomocą żywic jonowymiennych.

Kiedy objawy wskazują na konieczność oczyszczania kąpieli i przyczyna problemu nie jest dokładnie znana, należy przeprowadzić zawsze analizę składu kąpieli i badanie w komórce Hulla w celu zidentyfikowania możliwych przyczyn problemu i podjęcia najbardziej odpowiednich działań naprawczych oraz zapobiegawczych. Jeżeli badania składu potwierdzą wyniki otrzymane w komórce Hulla, usunięcie problemu jest stosunkowo łatwe. W przeciwnym wypadku konieczne są dodatkowe badania dotyczące innych obszarów procesu.