Железо, покрытое никелем

Когда слышишь про железо, покрытое никелем, первое, что приходит в голову — блестящая вешалка из советского универмага. Но в реальности это целая наука, где каждый микрон покрытия работает на износ или коррозию. Многие до сих пор путают гальваническое никелирование с напылением, а разница — как между ручной шлифовкой и работой штампа.

Почему железо и почему именно никель

Железо берём не потому, что оно дешёвое — хотя и это важно. Главное, что его коэффициент теплового расширения близок к никелю. Если покрывать медь или алюминий, при температурных скачках покрытие может отстать 'лепестками'. С железом такое реже, но тоже бывает — особенно если не выдержали режим подготовки поверхности.

На нашем производстве в ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? часто экспериментировали с разными подложками. Помню, как для одного заказа попробовали нанести никель на низкоуглеродистую сталь без промежуточного медного подслоя. Результат? Через месяц в агрессивной среде появились рыжие потёки по кромкам. Пришлось переделывать партию, добавив медь как барьер.

Кстати, о толщине: если для декора хватает 5–7 микрон, то для деталей в химической аппаратуре нужно минимум 20–25. Но и тут есть подвох — при такой толщине возникают внутренние напряжения, которые могут привести к трещинам. Особенно если в электролите было мало стресс-редуцирующих добавок.

Ошибки подготовки поверхности

Самое больное место — обезжиривание. Казалось бы, банальный этап, но именно здесь кроется 70% брака. Однажды на конвейере стали появляться 'раковины' — мелкие кратеры в покрытии. Оказалось, в моющем составе сменили ПАВ, и он оставлял невидимую плёнку. Визуально деталь чистая, а адгезия нулевая.

Травление — тоже искусство. Слишком слабый раствор не уберёт окалину, слишком сильный — создаст микрорельеф, который потом 'проявится' через никель. Для кованых железных заготовок мы используем серную кислоту с ингибиторами, а для литых — соляную с добавками против перетравливания.

И да, вода! После промывки в жёсткой воде на поверхности остаются соли кальция. Они не мешают осаждению никеля, но через полгода становятся центрами точечной коррозии. Пришлось ставить систему обратного осмоса — дорого, но дешевле, чем рекламации.

Когда химия важнее электричества

Многие гальваники зациклены на плотности тока, а про химический состав электролита забывают. Никелирование — это не только аноды и катоды, но и баланс pH, концентрация солей, температура. Например, при pH ниже 3,5 покрытие получается матовым и хрупким, выше 4,8 — начинает выпадать осадок гидроксида.

Буферные добавки — отдельная тема. Бораты стабилизируют pH, но если переборщить, замедляется осаждение. Органические яркостные добавки дают зеркальный блеск, но при превышении дозировки делают покрытие склонным к отслаиванию. Мы в ООО ?Ляньсинь? годами подбирали состав для стабильного блеска без потери адгезии.

Реальные кейсы из практики

Был заказ на никелированные направляющие для текстильных станков. Техзадание — стойкость к трению и влажной среде. Сделали по стандартной схеме, но через три месяца клиент пожаловался на потускнение. Разбор показал: в цеху была повышенная концентрация сероводорода от красителей, а никель без пассивации к нему чувствителен. Пришлось разрабатывать двухслойное покрытие — сначала матовый никель как основа, потом блестящий с пассивацией.

Другой пример — детали для пищевого оборудования. Казалось бы, простой случай, но здесь нельзя использовать добавки с кадмием или свинцом. Пришлось переходить на экологичные выравниватели на основе сложных эфиров. Покрытие вышло чуть менее блестящим, но прошло сертификацию Роспотребнадзора.

А вот неудачный опыт: пробовали никелировать чугун с шаровидным графитом. Графит не проводит ток, и после травления на поверхности оставались микрозазоры. Никель осаждался неравномерно, появлялись 'проплешины'. Решение нашли только после пескоструйной обработки — дорого, но для ответственных деталей оправдано.

Связь с другими материалами

В ассортименте ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? есть титано-медь и хром-циркониевая медь — отличные основания для никелирования. Но здесь свои нюансы: медь слишком 'активная', и если сразу наносить никель, происходит диффузия. Мы используем никелевый подслой с барьерными свойствами — например, с фосфором.

С алюминиевыми сплавами сложнее — у них оксидная плёнка, которую нужно разрушать цинкованием или специальными конверсионными покрытиями. Пробовали никелировать алюминий без подготовки — покрытие отслоилось при первом термическом цикле.

Интересный опыт — комбинация никеля с бериллиевой бронзой. Бронза даёт прочность, никель — коррозионную стойкость. Но при термообработке бериллий может мигрировать к границе раздела, ослабляя адгезию. Пришлось подбирать режимы отжига между нанесением слоёв.

Что остаётся за кадром

Никто не пишет про утилизацию электролитов. После нескольких циклов в растворе накапливаются железо и цинк — они ухудшают качество покрытия. Раньше просто сливали в нейтрализацию, теперь используем ионообменные смолы для очистки и регенерации. Дорого, но экология того стоит.

Ещё момент — контроль толщины. Дефектоскопы хороши, но для сложных профилей лучше использовать микрометрирование на срезах. Правда, это разрушающий метод, поэтому выборочно — по 2–3 детали из партии.

И главное — не бывает универсального рецепта. То, что работает для железного крепежа, не подходит для пружинных сталей или чугуна. Каждый раз — подбор режимов, пробные обработки, испытания. Именно поэтому железо, покрытое никелем до сих пор остаётся не рутиной, а постоянным экспериментом.