ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Краткие сведения о механизме процесса химического никелирования из "Повышение надежности и долговечности деталей машин химическим никелированием " Различные исследователи прошлого века наблюдали, что при нагреве растворов, содержавших никелевую соль и гипофосфит, выделялся никель. [c.5] В проводившихся в те годы экспериментах концентрация гипофосфита в растворах достигала нескольких сот граммов на литр. В этих условиях при нагреве раствора никель выделялся главным образом в виде черного порошка, оседавшего на дно сосуда. Реже никель в виде блестяш,их зеркальных чешуек осаждался на стенках ванны. [c.5] В 1946 г. было обнаружено, что на стальных изделиях, погруженных в горячий щелочной раствор, содержащий соль никеля и небольшие количества гипофосфита (10—20 г1/ , осаждается покрытие, внешне очень похожее на никелевые покрытия, полученные электролитическим способом. Химический анализ состава полученных этим способом покрытий показал, что они содержат 96—97% никеля и 3—4% фосфора. Такие покрытия в настоящее время часто называют никель-фосфорными. [c.5] Дальнейшие исследования показали, что никель-фосфорные покрытия можно получать как из щелочных (pH 8—10), так и из кислых (pH 4—6) растворов и что в кислых растворах максимальная скорость осаждения никеля выше, чем в щелочных. Последнее привело к тому, что большинство исследователей в данной области посвятили свои работы главным образом изучению свойств кислых растворов. [c.5] Анализ отработанных растворов показывает, что они в процессе никелирования претерпевают существенные изменения обедняются в отношении составных компонентов, возрастает их кислотность, а в ваннах накапливаются продукты реакции, отрицательно влияющие на течение процесса. [c.6] Регулярное добавление в кислые растворы составных компонентов для поддержания на оптимальном уровне исходного значения концентрации и кислотности этих растворов не восстанавливает присущую свежим растворам скорость никелирования, а способствует лишь небольшому увеличению продолжительности работы растворов. [c.6] Указанные обстоятельства, существенно осложняющие ведение процесса, побудили различных исследователей более подробно изучить механизм процесса химического никелирования, с тем чтобы дать объяснение наблюдаемым явлениям. [c.6] Эти уравнения дают известное представление о характере конечных продуктов реакции, указывая, в частности, на то, что в результате восстановления иона никеля до металла гипофосфит окисляется до фосфита и что в процессе никелирования раствор подкисляется. Выделение водорода, наблюдаемое в ходе процесса, рассматривалось как результат побочной реакции разложения гипофосфита. Однако эти уравнения не раскрывают процесс образования фосфора и поступления его в покрытие. [c.6] По мнению других авторов, суммарная реакция восстановления никеля, представленная уравнением (1), не отражает действительное течение процесса, а выявляет лишь конечные продукты реакции. Если бы восстановление никеля происходило непосредственно ионом гипофосфита, то можно было бы ожидать, что скорость реакции будет пропорциональна концентрации гипофосфита и никелевой соли, чего в действительности не наблюдается. [c.7] Анализ результатов исследований механизма процесса химического никелирования показывает, что он является более сложным, чем представленный приведенными выше уравнениями. [c.7] Для объяснения механизма этого процесса в последние годы было предложено несколько гипотез. Одна из этих гипотез предполагает, что восстановление никеля происходит за счет образования гальванического элемента, в котором анодом является водород, а катодом — покрываемый металл. Величина разности потенциалов— 0,1 б в ш,елочном растворе и 0,9 в в кислом растворе (по отношению к насьщенному каломельн. у полуэлементу) — является достаточной для выделения металла п том и другом случаях. Однако тот факт, что в кислых растворах, содержащих вместе с никелем и кобальт, выделение кобальта не происходит, противоречит приведенной выше гипотезе. [c.7] В другой гипотезе схема процесса представлена в виде многоступенчатой реакции, протекающей по-разному в кислой и щелочной средах. Согласно этой гипотезе, восстановление иона никеля осуществляется путем получения им электрона от металла, катализирующего эту реакцию, в то время как передача электронов от гипофосфита к металлу происходит посредством радикала ОН в щелочной среде и радикала НгРОГ —в кислой среде. Такое объяснение механизма процесса частично согласуется с экспериментальными данными. Однако выделение водорода, неизбежно сопутствующее восстановлению никеля, и образование фосфора не получают должного объяснения. [c.7] Согласно следующей гипотезе, реакция, приводящая к образованию никеля, протекает в несколько стадий. [c.7] Существенное значение имеет тот факт, что в ходе процесса никелирования наблюдается сопряженность выделения никеля и водорода, причем уменьшение количества выделяющегося водорода сопровождается уменьшением количества осадившегося покрытия. [c.8] Расход гипофосфита на образование покрытия изменяется в зависимости от условий проведения реакции. Наибольший коэффициент использования гипофосфита не превышает 40% от общего его количества, содержащегося в растворе. Можно предположить, что эти изменения коэффициента использования гипофосфита зависят от соотношения между скоростью реакций, потребляющих атомарный водород на восстановление никеля и фосфора, и скоростью реакций моли-зации водорода. [c.8] Отсюда можно сделать вывод, что для повышения скорости осаждения покрытия необходимо прежде всего интенсифицировать процесс образования атомарного водорода. С другой стороны, весьма важно устранить или ограничить влияние побочных продуктов реакции на скорость процесса и обеспечить такую стабильность растворов, при которой наивыгоднейшее значение pH сохраняется на постоянном уровне в течение длительного времени. [c.8] Большое влияние на скорость прохождения реакций и стабильность растворов оказывают буферные и комплексообразующие добавки. [c.8] Добавками, повышающими скорость процесса, являются соли органических кислот гликолевой, уксусной, лимонной, янтарной, малоновой, молочной, яблочной, муравьиной и др. или сами кислоты. [c.8] При использовании добавок, повышающих скорость процесса, наблюдается, что максимальная скорость осаждения покрытия соответствует лишь определенной концентрации этих добавок. При отклонении концентрации добавок от оптимальной величины скорость никелирования падает. При прочих равных условиях максимальная скорость никелирования зависит от природы добавок. Если концентрация добавок меньше оптимальной величины, покрытия получаются блестящими. В тех же случаях, когда концентрация добавок превышает оптимальное значение, покрытия получаются матовыми или даже темными. [c.8] Другой особенностью действия этих добавок является то, что с увеличением концентрации гипофосфита возрастает и максимально допустимая концентрация добавки, обеспечивающая увеличение скорости никелирования. [c.8] Вернуться к основной статье