Л.А. Ерлыкин
Установить в квартире аппаратуру для электрохимического процесса покрытия металлами других металлов и диэлектриков (трансформатор, выпрямитель, измерительные приборы, ванна и т. п.) почти невозможно. К тому же она дорога и громоздка.
В последнее время умельцы, пользуясь достижениями современной химии, начали применять метод химического покрытия металлов и диэлектриков (пластмасс, стекла, фарфора и т. п.) другими металлами.
Процесс химического покрытия подкупает своей простотой. Действительно, для того чтобы покрыть металлическую деталь, например, никелем, не нужно городить сложную установку. Достаточно располагать источником огня (газ, примус и т. п.), эмалированной миской и недефицитными химикатами. Час, два — и детали покрыты плотным и блестящим слоем никеля.
В этой статье мы рассмотрим только следующие процессы: никелирование, серебрение и золочение металлов. Однако существует много рецептов химического покрытия металлов и диэлектриков медью, кадмием, оловом, кобальтом, бором, двойными и тройными сплавами.
В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей гипофосфитом натрия.
Планка никелевого покрытия получается блестящая или полублестящая. Структура покрытия — аморфная, из сплава никеля и фосфора. Пленка никеля без термообработки слабо держится на поверхности основного металла, хотя ее твердость близка к твердости хромового покрытия.
Термическая обработка детали с никелевым покрытием, полученным химическим путем, в значительной степени увеличивает сцепление пленки никеля с основным металлом. Одновременно растет и твердость никеля, достигающая твердости хрома.
Термическая обработка детали с никелевым покрытием производится при температуре около 400 °C в течение часа. При термической обработке закаленных стальных деталей с никелевым покрытием необходимо учитывать, при какой температуре эти детали отпускались, и не превышать ее. В этом случае термическую обработку производят при температуре 270–300 °C с выдержкой до 3 ч.
Растворы для химического никелирования могут быть щелочными (pH — выше 6,5) и кислыми (pH — от 4 до 6,5).
Щелочные растворы. Их применяют при нанесении покрытий на коррозионностойкую сталь, алюминий, магний и диэлектрики. Покрытия, осаждаемые из щелочных растворов, имеют менее блестящую поверхность, чем полученные из кислых растворов. Но зато покрытия из щелочных растворов более прочно связаны с основой, чем из кислого. '
У щелочных растворов есть еще один существенный недостаток — явление саморазряда. Оно наступает при перегреве раствора. Это мгновенное выпадение губчатой массы никеля из раствора, сопровождающееся выбросом кипящего раствора из ванны!
Регулировку температуры при отсутствии термометра можно вести по интенсивности газовыделения. Если газ выделяется не интенсивно, то можно быть уверенным, что саморазряда не будет.
Кислые растворы. Они находят применение при нанесении покрытий на детали из черных металлов, меди, латуни, особенно когда требуется высокая твердость, износостойкость и коррозионнозащитные свойства поверхности, покрытой никелем.
Для справки. Воду для никелирования (и при нанесении других покрытий) берут дистиллированную (можно использовать конденсат из бытовых холодильников). Химреактивы должны применяться как минимум чистые (обозначение на этикетке — Ч).
Подготовка детали. Перед нанесением на основной металл каких-либо металлических пленок необходимо осуществить ряд подготовительных операций. Отполированную деталь обезжиривают, травят и декапируют.
Обезжиривание. Процесс обезжиривания металлических деталей проводят, как правило, когда эти детали только что обработаны (отшлифованы или отполированы) и на их поверхности нет ржавчины, окалины и других посторонних продуктов.
С помощью обезжиривания с поверхности деталей удаляют масляные и жировые пленки. Для этого применяют водные растворы некоторых химреактивов, хотя для этого можно использовать и органические растворители (трихлорэтилен, пентахлорэтан, растворители № 646 и № 648 и др.).
Обезжиривание в водных растворах проводят в эмалированной посуде. Заливают воду, растворяют в ней химреактивы и ставят на малый огонь. При достижении нужной температуры загружают в раствор детали. В процессе обработки раствор перемешивают. Ниже приводятся составы для обезжиривания (все дано в граммах на литр воды — г/л), а также рабочие температуры растворов и время обработки деталей.
Внимание! От качества проведения подготовительных операций в сильной степени зависит конечный результат всех работ.
Черные металлы обезжиривают в одном из растворов:
1. Жидкое стекло (канцелярский силикатный клей) — 3—10, едкий натр (калий) — 20–30, тринатрийфосфат — 25–30. Температура раствора — 70–90 °C, время обработки — 10–30 мин.
2. Кальцинированная сода — 20, калиевый хромпик — I. Температура раствора — 80–90 °C, время обработки — 10–20 мин.
Медь и ее сплавы обезжиривают в одном из растворов:
1. Едкий натр — 35, кальцинированная сода — 60, тринатрийфосфат — 15, препарат ОП-7 (или ОП-10). Температура раствора — 60–70 °C, время обработки 10–20 мин.
2. Едкий натр (калий) — 75, жидкое стекло — 20. Температура раствора — 80–90 °C, время обработки — 40–60 мин.
Алюминий и его сплавы обезжиривают в следующих растворах:
1. Жидкое стекло — 20–30, кальцинированная сода — 50–60, тринатрийфосфат — 50–60. Температура раствора — 50–60 °C, время обработки — 3–5 мин.
2. Кальцинированная сода — 20–25, тринатрийфосфат — 20–25, препарат ОП-7 (или ОП-10) — 5–7. Температура раствора — 70–80 °C, время обработки — 10–20 мин.
Серебро, никель и их сплавы обезжиривают в растворах:
1. Жидкое стекло — 50, кальцинированная сода — 20, тринатрийфосфат — 20, препарат ОП-7 (или ОП-10) — 2. Температура раствора — 70–80 °C, время обработки — 5-10 мин.
2. Жидкое стекло — 25, кальцинированная сода — 5, тринатрийфосфат — 10. Температура раствора — 75–80 °C, время обработки — 15–20 мин.
Травление. Стандартная подготовка деталей под покрытие, обычно состоящая в обезжиривании и декапировании, вполне достаточна для большинства случаев. Однако для деталей, имеющих глухие отверстия, пазухи и т. п., необходимо проводить процесс травления.
Черные металлы травят в растворах:
1. Серная кислота — 90—130, соляная кислота — 80—100, уротропин — 0,5. Температура раствора — 30–40 °C, время обработки — до 1 ч.
2. Соляная кислота — 200, уротропин — 0,5. Температура раствора — 30–35 °C, время обработки — 15–20 мин.
Медь и ее сплавы травят в растворах:
1. Серная кислота — 25–40, хромовый ангидрид — 150–200. Температура раствора — 25 °C, время обработки — 5—10 мин.
2. Хромовый ангидрид — 350, хлористый натрий — 50. Температура раствора — 18–25 °C, время обработки — 5—15 мин.
Алюминий и его сплавы травят в растворах:
1. Едкий натр — 50—100. Температура раствора — 40–60 °C, время обработки — 5-10 с.
2. Азотная кислота — 35–40. Температура раствора — 18–25 °C, время обработки — 3–5 с.
Декапирование.Этот процесс представляет собой удаление с поверхности металла различных пленок, мешающих осаждению металлов. Декапирование проводят непосредственно перед покрытием основного металла соответствующей пленкой другого металла.
Черные металлы декапируют в следующих растворах:
1. Серная кислота — 30–50. Температура раствора — 20 °C, время обработки — 20–60 с.
2. Соляная кислота — 25–45. Температура раствора — 20 °C, время обработки 15–40 с.
Медь и ее сплавы декапируют в растворах:
1. Серная кислота — 5. Температура раствора — 18–20 °C, время обработки — 20 с.
2. Соляная кислота — 10. Температура раствора — 20–25 °C, время обработки — 10–15 с.
Алюминий и его сплавы декапируют в растворах:
1. Азотная кислота — 10–15. Температура раствора — 20 °C, время обработки — 5-15 с.
2. Едкий натр — 150, хлористый натрий — 30. Температура раствора — 30–40 °C, время обработки — 5—10 с.
После каждого процесса подготовки деталь промывают в горячей, а затем в холодной воде.
• Никелирование меди и ее сплавов
Подготовленную (обезжиренную, протравленную и декапированную) деталь подвешивают в раствор для никелирования. Здесь есть одна тонкость, и если ею пренебречь, то процесс осаждения никеля не пойдет. Деталь должна быть подвешена в раствор на алюминиевой или железной (стальной) проволоке. В крайнем случае при опускании детали в раствор ее необходимо коснуться железным или алюминиевым предметом.
Эти «священнодействия» нужны для того, чтобы дать старт процессу никелирования, так как у меди меньший электроотрицательный потенциал по отношению к никелю. Только присоединение или касание детали более электроотрицательным металлом дает старт процессу.
Приводим состав некоторых известных растворов для химического никелирования меди и ее сплавов (все дано в г/л):
1. Хлористый никель — 21, гипофосфит натрия — 24, уксуснокислый натрий — 10, сульфид свинца — 15 мг/л. Температура раствора — 97 °C, pH — 5,2, скорость наращивания пленки — 15 мкм/ч.
2. Хлористый никель — 20, гипофосфит натрия — 27, янтарнокислый натрий — 16. Температура раствора — 95 °C, pH — 5, скорость наращивания — 35 мкм/ч.
3. Сернокислый никель — 21, гипофосфит натрия — 24, уксуснокислый натрий — 10, малеиновый ангидрид — 1,5. Температура раствора — 83 °C, pH — 5,2, скорость наращивания — 10 мкм/ч.