Нержавеющая сталь с химическим никелевым покрытием

Когда слышишь про нержавеющая сталь с химическим никелевым покрытием, половина технологов сразу представляет себе вечное покрытие — но на деле-то адгезия к пассивированному слою нержавейки требует таких ухищрений, что порой проще вообще отказаться от этой затеи. В нашей практике на ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' были случаи, когда клиенты присылали детали из AISI 304 с требованием нанести химникель — а потом три месяца разбирались с отслоениями на кромках.

Почему нержавейка сопротивляется покрытию

Запомнил на собственном горьком опыте: если не удалить полностью пассивирующий слой — хоть плачь. Как-то пробовали упростить технологию активации в сернокислотной ванне, так покрытие отслоилось при термоциклировании уже на втором цикле. Пришлось возвращаться к классике — катодная активация в электролите на основе хлорида никеля, но с добавкой тиомочевины для стабилизации потенциала.

Кстати, толщина покрытия — отдельная головная боль. Для нержавейки оптимально 8-12 мкм, но если деталь будет работать в контакте с алюминиевыми сплавами — лучше увеличить до 15, иначе гальваническая пара свое возьмет. Один раз недосмотрели при поставке крепежа для авиационного проекта — через полгода эксплуатации появились рыжие подтеки.

Сейчас на сайте Lianxin-metal.ru мы специально вынесли таблицу совместимости покрытий с разными марками нержавеющей стали — после того как трижды переделывали заказ для пищевого комбината, где технолог не учел влияние моющих щелочных растворов на фосфор в покрытии.

Технологические ловушки при подготовке поверхности

Ультразвуковая отмывка в щелочных составах — казалось бы, банальность. Но когда начали работать с деталями сложного профиля из титановых сплавов с переходом на нержавейку, обнаружили что в полостях диаметром менее 3 мм остатки эмульсии выдают раковины после осаждения никеля. Пришлось разрабатывать каскадную промывку с контролем поверхностного натяжения.

Температура осаждения — вот где кроется главный подвох. Для нержавейки AISI 316L оптимально 88±2°C, но если в линии есть медно-никель-кремниевые переходники — уже 85°C, иначе начинается селективное осаждение по границам зерен. Как-то пришлось полностью перерабатывать партию теплообменных пластин из-за такой мелочи.

Контроль содержания фосфора в покрытии — отдельная песня. Для нержавейки нужно держать 10-12%, но когда в цеху одновременно работают ванны для бериллиевой бронзы (там требуется 6-8%), возможны перекосы. Приходится каждые два часа брать пробы — автоматика не всегда спасает.

Особенности работы с композитными материалами

Когда к нам поступил заказ на медно-алюминиевые композитные пластины с никелевым покрытием — сначала думали, что стандартная технология подойдет. Ан нет — коэффициент теплового расширения у материалов разный, при нагреве в процессе осаждения появлялись микротрещины. Пришлось разрабатывать ступенчатый режим нагрева с выдержкой при 60°C.

Интересный случай был с титано-медными переходниками — там вообще пришлось отказаться от химического никелирования в пользу гальванического с медной подложкой. Химникель на границе раздела фаз работал как катод, ускоряя коррозию. После этого случая мы в ООО 'Сучжоу Ляньсинь' ввели обязательный тест на коррозионную стойкость в солевом тумане для всех комбинированных материалов.

Сейчас в разделе металлических профилей нестандартной формы на нашем сайте есть специальный калькулятор толщин покрытия — сделали после того как перебрали десятки вариантов для хром-циркониевой меди. Оказалось, что для нее оптимально 5-7 мкм, а не стандартные 10-12.

Проблемы контроля качества

Адгезионные испытания скотч-тестом — классика, но для нержавейки с покрытием толщиной менее 5 мкм он часто дает ложные отслоения. Перешли на метод царапины с алмазным индентором, хотя клиенты поначалу сопротивлялись — дороже ведь. Пока не показали им статистику отказов при термоударе: разница в 3 раза в пользу нашего метода.

Контроль пористости — вечная головная боль. Для пищевой промышленности требуют 0 пор на см2, но достижимо ли это? На практике даже после многоступенчатой фильтрации электролита получаем 1-2 микропоры. Спасает только пассивация покрытия в хроматных растворах, но это уже экологическая проблема.

Запомнился случай с лентами из чистого никеля — клиент требовал нанести химникель поверх... Звучит абсурдно, но оказалось, что нужно было компенсировать разницу в потенциалах при контакте с фосфористой бронзой. Пришлось разрабатывать специальный режим с цинкованием-растворением перед никелированием.

Экономические аспекты и альтернативы

Себестоимость обработки нержавейки на 30-40% выше чем для углеродистых сталей — в основном из-за подготовки поверхности. Как-то пробовали использовать дешевые активаторы — получили брак на 80% партии. Теперь работаем только с проверенными химикатами, хоть и дороже.

Для некоторых применений оказалось выгоднее использовать бескислородную медь с последующим гальваническим никелированием — например, для электротехнических деталей. Химникель там проигрывает по проводимости, хоть и лучше распределяется по краям.

Сейчас изучаем возможность нанесения композитных покрытий с включениями PTFE для узлов трения — но пока не получается добиться стабильного содержания фтора в покрытии. Возможно, придется сотрудничать с институтом — самостоятельные эксперименты дороговаты.

Перспективы развития технологии

Сейчас вижу тенденцию к переходу на бесфосфорные покрытия для электроники — но для нержавейки это проблематично из-за адгезии. В лаборатории пробуем соосаждение вольфрама — пока получается неравномерно, но коррозионная стойкость впечатляет.

Интересное направление — нанесение градиентных покрытий с переменным содержанием фосфора. Для ответственных деталей из марганцово-медных сплавов это может решить проблему термоциклирования. Пока тестовые образцы держат 200 циклов -20...+150°C без отслоений.

Возможно, скоро придется пересматривать всю технологию — экологические требования ужесточаются, хроматирование скоро запретят совсем. Придется переходить на органические пассиваторы, а с ними и параметры покрытия изменятся. Но это уже тема для отдельного разговора — практика пока отстает от законодательства.