Химическое осаждение никеля (кислый/щелочной электролит)

[vladkorm]

Приветствую пользователей форума!

Ребята, уже около 2 месяцев учусь осаждать никель на металл химическим способом. Вроде бы, что-то получается, но, всё-таки, остаются некоторые неразрешенные проблемы.

Экспериментировал с кислым и щелочным растворами. Самый первый приготовленный раствор - NiSO4 - 20 г/л, СH3COONa - 10 г/л, NaH2PO2 - 20 г/л. Были загружены - железо и сталь марки 40 и 50. Реакция на железной детали протекала бурно, на стальных - средне. Через 40-50 минут стал выпадать темно-серый металл, но выглядел не как порошок, а как спеченная струшка полученная после обработки напильником. Тем не менее, раствор не почернел и осадок на железной детали получился хорошим (не блестящим) и равномерный, а на стали - местами темнее (кругами), местами светлее и тоже матовый (хотя детали полированы). Адгезия очень хорошая!

Затем был испытан раствор этого же состава, но с добавлением уксусной кислоты - 6 мл/л, и тиомочевины - 0.04 г/л. Выпадения осадка не наблюдалось, уровень pH все время держался на 4,5 - 5. Но скорость осаждения на сталь марки 40 и 50 показалась довольно низкой, если судить по выделению водорода. После извлечения деталей из раствора наблюдалось множество темных точек (вроде бы и не ржавчина, но отчистить получается с огромными усилиями и только наждачкой) прикрепляю фото. В некоторых местах (точечно) появился видимый очень блестящий осадок прочно сцепленный с основой. В этот же раствор была загружена отвертка из нержавейки, началась очень бурная реакция и уже через 5 минут отвертка была покрыта, как мне показалось, достаточно толстым слоем никеля.

 

Также был испытан щелочной раствор - NiS04 - 30 г/л, (NH4)2SO4 - 30 г/л, NaPH2O2 - 10 г/л. pH не мерил. Были загружены обработанные (без черной оксидной пленки) и не обработанные (с пленкой) детали из стали марки 40 и 50. Судя по выделению водорода, скорость осаждения была средней. После извлечения деталей через 40 минут, цвет поверхности был ровным и матовым, оба вида деталей (с и без обработки) выглядели одинаково и после незначительной полировки ватой поверхность получилась очень блестящей, и как мне показалось, были затянуты мелкие царапины. Но адгезия оказалась не совсем хорошей - металлической щеткой удалось соскрести покрытие (с небольшим усилием). После обжига в обычной домашней духовке в течении 30 минут (шкаф жарочный Кедр) сцепление с основой оказалось чрезвычайно крепким и уже не удавалось отшелушить покрытие. Что касается самого раствора, он потемнел через 35 минут и по-тихоньку стал выпадать осадок (выглядит как маленькие кусочки фольги). На другой более крупной детали, на которой был осажден слой из кислого раствора появились черный круги (как-бы, змеиная шкура).

Затем был испытан раствор этого же состава, но с добавлением сегнетовой соли (KNaC4H4O6) примерно 15 г/л и аммиака (до 8,5 pH), нужно было еще добавить аллилчеп, но не смог ни где найти. Показалось что скорость осаждения была высокой первые 10-15 минут, затем раствор резко потемнел и pH упал до 6. Добавив немного аммиака реакция началась вновь, но уже не так бурно и выпало чрезвычайно много никеля в осадок!

В процессе приготовления данного раствора, после растворения основных компонентов, было добавлено немного сегнетовой соли, раствор не изменился. Затем постепенно стал добавляться аммиак и в определенный момент раствор немного помутнел. После этого добавил остаток навески сегнетовой соли и раствор помутнел окончательно, и стал похожим на молочный с оттенком зеленого. Тем не менее, реакция шла бурно. Детали приподнимались каждые 3-4 минуты и было видно что никель осел выровняв цвет. По крайней мере, черные точки после никелирования в кислом растворе были затянуты. Но после 15 минут на всех деталях эти темные точки появились вновь! Вообще, они похожи на рытвины которые получаются после травления. Прикрепляю фото.

 

Хотелось бы посоветоваться и узнать Ваше мнение, в чем может быть проблема появления черных точек? Может кислота выделяется и начинает разъедать металл?

Все детали были обезжирены, декапированы в растворе солянки и снова промыты в дистиллированной воде перед завешиванием.

Может посоветуете еще какой-нибудь раствор на базе сернокислого никеля (только он в наличии)? Как думаете, в чем ошибка во втором растворе с сернокислым аммонием? По всей видимости, аммиак необходимо добавлять постоянно или в только в определенной последовательности!? Может какой-то универсальный стабилизатор для щелочных растворов существует?

Какой состав раствора порекомендуете для стали 40 и 50, т.к. основная проблема наблюдается именно с этим металлом.

 

P.S. планирую еще попробовать раствор с сульфидом свинца (PbS) - Сернокислый никель, Натрий уксуснокислый, Сульфид свинца и гипофосфит натрия. Не хотелось бы реагенты убивать просто так и в этом растворе, поэтому, как думаете, что сюда еще стоит добавить?

[lexey]

В состав любого раствора химического никелирования входят:

- соль никеля (сульфат никеля, хлорид никеля);

- восстановитель (обычно гипофосфит натрия - образуется покрытие никель-фосфор, боргидрид натрия - образуется покрытие никель-бор);

- буферная добавка (уксуснокислый натрий, молочная кислота, малеиновокислый натрий, адипиновую кислоту и пр. и пр.);

- комплексообразователь (лимоннокислый натрий, аммиак);

- стабилизатор (тиомочевина, тиосульфат натрия, сульфид свинца и пр.).

Добавлять что-то лишнее не имеет смысла, что-то исключать - тем более не желательно.

Составы есть например в ГОСТ 9.305-84, карта 42.

Кстати, какая подготовка поверхности проводилась?

[vladkorm]

Всем привет! Я вернулся с новой порцией информации.

Благодарю @lexey за подсказку по ГОСТ. Я и раньше смотрел, но до 42 карты не доходил... как я так "внимательно" мог смотреть!? Ну да ладно.

 

Из ГОСТа взял состав №2 - Никель сернокислый - 25 г/л, гипофосфит натрия - 25 г/л,  натрий уксуснокислый - 15 г/л, кислота аминоуксусная (глицин) - 8 таблеток (каждая по 0.11 г), хотя в рецепте от 7 до 20 г/л!, сульфид свинца (PbS) - совсем чуток, на глаз. Глицин (аминоуксусная кислота) раздавил в порошок, и растворил в дистил. воде и залил в раствор сразу после разведения гипофосфита натрия. Сульфид свинца добавил последним. Тест проводился на нержавейке, обычном железе и алюминии. Хочу отметить, что реакция была очень бурной на каждой детали, что на поверхности даже образовалась пена и как-бы пленочка, которая выглядела, как-бы, "ледяной" или как жирок плавающий в кастрюле. Что-то в этом роде. Через час стало заметно, что раствор стал менее зеленым чем при приготовлении. Незначительно, но заметно. После извлечения деталей осмотрел стакан, и по всей видимости, сульфид свинца лежал на дне! Хотя я думал что он всё-таки чудесным образом растворится! Также в растворе плавали странного вида ошметки (белые), похожие на бумагу размоченную в воде. Подозреваю что это из-за глицина. Может такое быть? Тем не менее, никель в осадок не выпал. Может какой-то определенный порядок растворения нужен? Или сульфид свинца нужно как-то по-другому добавлять?? Просто не совсем понимаю как он влияет на раствор, если он лежит на дне? Может нужно синтезировать PbS2 (свинец сернистый), только как это сделать? Прикрепляю фото сульфида свинца, если кто не видел как он выглядит.

 

Также, из ГОСТ был взят состав №4 - никель сернокислый - 50 г/л, гипофосфит натрия - 25 г/л, аммоний хлористый - 55 г/л, натрий лимоннокислый - 55 г/л. Компоненты растворял в следующем порядке - никель, натрий лимоннокислый, аммоний хлористый, гипофосфит натрия. В ГОСТ указано, что pH 7,5 - 9,0 должно быть, но замеры данного раствора показали что-то близкое к 5.5 - 6.0! Аммиак не добавлял, т.к. в ГОСТе он не указан и решил этого не делать, ради эксперимента. В данном растворе у алюминия была просто бешеная реакция! Понятно что в щелочи растворяется, так ведь раствор ближе к кислому, нежели к щелочному. Нержавейка и железо показали средние результаты по выделению водорода, но сложилось впечатление, что на железе затягивались даже участки со ржавчиной. Но не уверен. Осадок в растворе не выпал, такой же чистый, как и после приготовления.

 

Про адгезию ни по одному из растворов ничего сказать не могу, не проверял пока. После извлечения деталей цвет покрытия равномерный. Хотя я заметил, что во втором растворе, через 10 минут после начала процесса, на нержавейке появились темные пятна! Но под конец они исчезли. 

 

Хочу попробовать из ГОСТ состав №3, но нет молочной кислоты... может быть заменить чем-нибудь?

 

В состав любого раствора химического никелирования входят:

- соль никеля (сульфат никеля, хлорид никеля);

- восстановитель (обычно гипофосфит натрия - образуется покрытие никель-фосфор, боргидрид натрия - образуется покрытие никель-бор);

- буферная добавка (уксуснокислый натрий, молочная кислота, малеиновокислый натрий, адипиновую кислоту и пр. и пр.);

- комплексообразователь (лимоннокислый натрий, аммиак);

- стабилизатор (тиомочевина, тиосульфат натрия, сульфид свинца и пр.).

Добавлять что-то лишнее не имеет смысла, что-то исключать - тем более не желательно.

Составы есть например в ГОСТ 9.305-84, карта 42.

Кстати, какая подготовка поверхности проводилась?

Поверхность обрабатывал наждачкой, но не все детали. Затем в солянку (50 г/л); затем промывал дистил. водой; потом кальцинированной содой; потом хоз. мыло, и перед завешиванием снова в солянку на 1 минуту.

 

Пожалуйста, посмотрите из ГОСТ раствор №4, там всего 4 компонента!

[lexey]

Про состав с сульфидом свинца ничего не скажу, не работал с таким.

 

Также, из ГОСТ был взят состав №4 - никель сернокислый - 50 г/л, гипофосфит натрия - 25 г/л, аммоний хлористый - 55 г/л, натрий лимоннокислый - 55 г/л. Компоненты растворял в следующем порядке - никель, натрий лимоннокислый, аммоний хлористый, гипофосфит натрия. В ГОСТ указано, что pH 7,5 - 9,0 должно быть, но замеры данного раствора показали что-то близкое к 5.5 - 6.0! Аммиак не добавлял, т.к. в ГОСТе он не указан и решил этого не делать, ради эксперимента.

 

Лучше придерживаться рекомендуемого значения pH, это сказывается на скорости осаждения никеля, стойкости раствора к саморазложению. И не стоит готовить растворы по максимальным концентрациям, лучше брать средние значения, тогда не будет ошибки не в плюс, не в минус.

При разогреве и во время процесса следить за температурой, не допускать перегрева. По мере испарения воды поддерживать объем раствора доливом дистиллированной воды.

 

В данном растворе у алюминия была просто бешеная реакция! Понятно что в щелочи растворяется, так ведь раствор ближе к кислому, нежели к щелочному.

 

Хим. осаждение никеля сопровождается выделением водорода, а его бурное выделение свидетельствует о достаточно высокой скорости осаждения.

 

Для алюминия лучше использовать раствор состава:

- никель хлористый - 22-25 г/л;

- натрия гипофосфит - 32-38 г/л;

- аммоний хлористый - 45-55 г/л;

- аммиак (25%) - 45-55 мл/л;

- натрий лимоннокислый - 75-85 г/л;

- натрий азотистокислый - 0,02-0,1 г/л.

pH - 8-9

Температура - 96-98

Пожалуйста, посмотрите из ГОСТ раствор №4, там всего 4 компонента!

 

Некоторые вещества могут выполнить несколько функций, например быть буферной добавкой и стабилизатором.

[Concept]

Друзья, подскажите, какими добавками можно осветлить никелевое покрытие осаждаемое химическим путем?

Ответить

Интересно