Никелирование на подложке из сплава

Если честно, многие до сих пор считают, что нанесение никеля на сплавы — это просто 'покрыл и забыл'. Но на деле даже с хром-циркониевой медью или бериллиевой бронзой каждый раз приходится подбирать параметры заново. У нас в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' не раз сталкивались с тем, что клиенты приносят титано-медные заготовки и ждут одинакового результата для всех сплавов. Приходится объяснять: адгезия никеля к подложке из сплава зависит от кристаллической решётки основы, а не от толщины покрытия.

Подготовка поверхности — где кроются основные ошибки

Помню случай с лентой из чистого никеля на алюминиевой подложке. Казалось бы, ничего сложного — но после травления появились микротрещины. Оказалось, проблема в перекосе pH при обезжиривании. Теперь для каждого типа сплава — будь то медно-никель-кремний или фосфористая бронза — используем отдельные протравлительные пасты. Кстати, для титановых сплавов вообще пришлось разрабатывать щадящий состав: стандартные растворы съедали легирующие элементы.

Особенно капризными оказались медно-железные сплавы. При электрохимическом обезжиривании на границе фаз возникали локальные перетравливания. Пришлось снижать плотность тока и добавлять ингибиторы коррозии прямо в ванну предварительной обработки. Кстати, этот опыт потом пригодился для марганцово-медных композитов — там похожая история с гетерогенной структурой.

С бескислородной медью вообще отдельная история. Казалось бы, идеальная подложка — но если переборщить с активацией, медь начинает мигрировать через никелевое покрытие. Пришлось разработать трёхстадийный процесс с барьерным подслоем. Кстати, эту технологию теперь используем для всех сплавов с высокой диффузионной активностью.

Влияние легирующих элементов на адгезию

С оловянной латунью постоянно боремся с выпотеванием олова. Даже при идеальной подготовке через 2-3 цикла термообработки появляются пятна. Решение нашли эмпирически — добавляем в электролит комплексообразователи, которые связывают олово на стадии активации. Но для каждого производителя латуни пропорции разные — видимо, сказываются различия в технологии литья.

Хром-циркониевая медь — вообще отдельный разговор. При стандартных параметрах никелирования покрытие отслаивалось чешуйками. После месяца экспериментов выяснили: нужно сначала создать обеднённую хромом зону на поверхности методом селективного травления. Теперь этот приём стал стандартом для всех высоколегированных сплавов.

С титановыми сплавами сложнее всего. Проблема не в адгезии, а в питтинговой коррозии по границам зёрен. Особенно заметно на сплавах ВТ6 и ВТ8. Пришлось совместно с технологами по термообработке разрабатывать режимы отжига, которые уменьшают размер интерметаллидных фаз. Кстати, этот опыт потом пригодился при работе с алюминиевыми сплавами серии 7000.

Особенности оборудования для разных сплавов

Для никелирования длинномерных профилей из разнородных сплавов пришлось переделывать стандартные гальванические линии. Особенно сложно с медно-алюминиевыми композитами — из-за разности потенциалов возникают краевые эффекты. Решили установкой дополнительных анодных экранов и системой импульсного тока. Кстати, это же решение помогло при работе с биметаллическими лентами.

Ванны из полипропилена не подходят для работы с высокотемпературными электролитами — деформируются при длительной работе с подогревом. Перешли на сварные конструкции из нержавейки с тефлоновым покрытием. Дороже, но зато нет проблем с загрязнением электролита продуктами деградации пластика.

Системы фильтрации — отдельная головная боль. Для сплавов с высоким содержанием меди нужны фильтры с угольными наполнителями, а для титановых — керамические мембраны. Пришлось создавать модульную систему, которую можно быстро перенастраивать под конкретный тип сплава. Кстати, эту разработку мы потом запатентовали.

Контроль качества: от лаборатории к цеху

Стандартные методы измерения толщины покрытия часто дают погрешность на гетерогенных сплавах. Особенно на границах фаз в медно-никель-кремниевых композициях. Пришлось разрабатывать собственную методику с использованием рентгеновского микроанализа. Теперь это обязательный этап для всех ответственных деталей.

Адгезию проверяем не только крестовыми надрезами, но и термоциклированием. Для авиационных компонентов из титановых сплавов добавили испытание на солевой туман с продлённым циклом. Интересно, что после 1000 часов испытаний некоторые образцы с никелированием на подложке из сплава показали лучшую стойкость, чем с дорогостоящими многослойными покрытиями.

Микротвёрдость покрытия — ещё один важный параметр. Заметили, что на бериллиевой бронзе никель всегда получается на 20-30 HV твёрже, чем на фосфористой. Видимо, сказывается разница в коэффициентах термического расширения. Теперь для каждого типа подложки ведём отдельные нормативы по твёрдости.

Практические кейсы и нестандартные решения

Как-то раз пришлось никелировать профили сложной формы из алюминиевого сплава с медными вставками. Стандартные методы не работали — покрытие ложилось неравномерно. Решили проблему с помощью катодных перемешивающих устройств собственной разработки. Кстати, этот опыт потом лёг в основу технологии для изделий с полостями и глухими отверстиями.

С лентами из чистого никела на стальной подложке возникла неожиданная проблема: после никелирования появлялись продольные трещины. Оказалось, дело в остаточных напряжениях после прокатки. Пришлось вводить дополнительную операцию — низкотемпературный отжиг перед гальваникой. Теперь это стандартная процедура для всех холоднокатаных материалов.

Самый сложный проект — никелирование теплообменников из титановых сплавов. Требовалось обеспечить покрытие во всех каналах диаметром всего 2 мм. Разработали технологию с использованием пульсирующего электролита и специальных держателей. Кстати, после этого проекта начали сотрудничать с производителями медицинского оборудования.

Иногда простые решения оказываются эффективнее сложных. Например, для защиты кромок на листах из марганцово-медных сплавов теперь используем недорогие силиконовые накладки вместо лакокрасочных составов. Сэкономили на материалах и улучшили воспроизводимость процесса.