Специалист компании "ХимНикель"
Разработка раствора подготовки алюминия к никелированию
Поводом для этой работы послужила необходимость химического никелирования алюминиевых сплавов Д16 и АМГ.
Сложность нанесения гальванических покрытий на алюминиевые сплавы связана со свойством алюминия самопроизвольно образовывать на поверхности компактный слой окисла, который препятствует осаждению покрытий с приемлемой адгезией.
Известны различные способы преодоления этого препятствия, среди которых наиболее используемой является цементация поверхности алюминия цинком, так называемая цинкатная обработка.
Так как нами используется многоразовый электролит химического никелирования (с возможностью корректировки до 30 раз), применение цинкатной обработки исключалось. Это связано с тем, что такая подготовка поверхности допускает лишь одноразовое применение раствора химического никелирования по причине его загрязнения цинком уже на стадии затяжки.
ГОСТ 9,305-84 предлагает подготовку всех алюминиевых сплавов цементацией никелем.
Тот же ГОСТ для чистого алюминия предлагает раствор существенно иного состава:
Мы поставили задачу оптимизировать технологические характеристики раствора цементации никелем предназначенного для алюминия таким образом, чтобы его можно было эффективно использовать и для сплавов д16 и АМГ.
Мы поставили перед собой 3 задачи:
И действительно. Для хорошего сцепления покрытия с поверхностью она должна быть достаточно протравлена. А контактный никель равномерно и компактно распределен по поверхности.
Для сохранения блеска нужно не допустить перетравливания поверхности и опять же добиться компактного и равномерного распределения никеля, что напрямую связано со скорость его осаждения.
Истощение раствора по никелю прямо пропорционально скорости его осаждения.
После определения целей работы мы приступили к планированию эксперимента.
Ниже представлена технологическая последовательность подготовки алюминиевых сплавов под нанесение покрытия химическим никелем:
Отдельным предметом нашей гордости является то, что наш состав позволяет подготавливать силумины, то есть литьевые алюминиевые сплавы, не используя плавиковой кислоты.
Сложность нанесения гальванических покрытий на алюминиевые сплавы связана со свойством алюминия самопроизвольно образовывать на поверхности компактный слой окисла, который препятствует осаждению покрытий с приемлемой адгезией.
Известны различные способы преодоления этого препятствия, среди которых наиболее используемой является цементация поверхности алюминия цинком, так называемая цинкатная обработка.
Так как нами используется многоразовый электролит химического никелирования (с возможностью корректировки до 30 раз), применение цинкатной обработки исключалось. Это связано с тем, что такая подготовка поверхности допускает лишь одноразовое применение раствора химического никелирования по причине его загрязнения цинком уже на стадии затяжки.
ГОСТ 9,305-84 предлагает подготовку всех алюминиевых сплавов цементацией никелем.
Минусы технологии:
- Эта технология плохо воспроизводима и не обеспечивает хорошего качества покрытия (оно матовое и имеет плохое сцепление с основой).
- В состав входит плавиковая кислота, что оправдано только в случае подготовки сплавов, содержащих большое количество кремния. Силуминов. Т.К. кремний растворяется только плавиковой кислотой. А работа с ней требует особых мер безопасности, для подготовки АМГ и Д16, не содержащих кремний, она просто не нужна.
- Также данный состав содержит очень высокую концентрацию хлорида никеля, что существенно удорожает технологию.
Тот же ГОСТ для чистого алюминия предлагает раствор существенно иного состава:
- хлорид никеля — 20-45 г/л.
- Ортофосфорная кислота — 1420-1450г/л
- Т — 50-60 С.
При обработке сплавов в этом растворе последующее покрытие химическим никелем осаждалось матовым (при блестящей исходной поверхности), а сам раствор цементации достаточно быстро истощался по никелю, который выпадал грубым порошком на дно ванны.
***
Мы поставили задачу оптимизировать технологические характеристики раствора цементации никелем предназначенного для алюминия таким образом, чтобы его можно было эффективно использовать и для сплавов д16 и АМГ.
Мы поставили перед собой 3 задачи:
- Адгезия.
- Блеск.
- Истощение раствора.
И действительно. Для хорошего сцепления покрытия с поверхностью она должна быть достаточно протравлена. А контактный никель равномерно и компактно распределен по поверхности.
Для сохранения блеска нужно не допустить перетравливания поверхности и опять же добиться компактного и равномерного распределения никеля, что напрямую связано со скорость его осаждения.
Истощение раствора по никелю прямо пропорционально скорости его осаждения.
После определения целей работы мы приступили к планированию эксперимента.
В качестве параметров оптимизации взяты:
- Время травления в растворе гидроокиси натрия,
- Рабочая температура цементации,
- Концентрация ортофосфорной кислоты,
- Концентрация хлорида никеля
- Время выдержки в растворе цементации. А также
- Концентрация ингибитора (Ин2), который был введен, чтобы избежать перетравливания.
Так как параметров набралось много, в качестве математического аппарата проведения эксперимента был использован метод математической статистики ортогональный центральный композиционный план. Суть его в следующем:
- Выбирается точка, лежащая, по нашему мнению, в окрестности оптимума и вокруг нее делается ряд экспериментов, в которых с определенным шагом меняется каждый из параметров. Полученный массив данных обсчитывается и в результате мы получаем уравнение регрессии.
- Далее для нахождения максимума по интересующему нас параметру мы берем первую производную. Что дает нам оптимальный состав и условия.
- Блеск оценивалась визуально по десятибалльной шкале.
- Сцепление с основой определялось известным методом прямоугольной решетки царапин с шагом 1 миллиметров
- Обезжиривание в растворе ПАВ.
- Промывка.
- Травление в растворе гидроксида натрия.
- Промывка.
- Осветление в растворе азотной кислоты.
- Промывка.
- Цементация в растворе хлористого никеля и фосфорной кислоты.
- Химическое никелирование.
Отдельным предметом нашей гордости является то, что наш состав позволяет подготавливать силумины, то есть литьевые алюминиевые сплавы, не используя плавиковой кислоты.