Химическое никелирование

Наряду с широко применяемым электролитическим никелированием в последнее время большое внимание уделяется химическому никелированию, осуществляемому без электрического тока, — при помощи химического восстановителя. Принципиально способность гипофосфористой кислоты восстанавливать металлы из растворов их солей была известна еще в середине прошлого столетия, однако промышленный метод химического никелирования был разработан в 1946 г. Бреннером и Риделлом. Главная отличительная особенность процесса — возможность нанесения равномерных по толщине покрытий на любые участки изделий сложного профиля. Никелевые покрытия, восстановленные гипофосфитом, содержат около 15% фосфора и по своим физикохимическим свойствам существенно отличаются от электроосажденного никеля, не содержащего фосфора. Химически восстановленный никель отличается повышенной коррозионной стойкостью и твердостью, которая может быть значительно повышена в результате термической обработки.
Процессу химического никелирования в России и за рубежом посвящено большое число обзорных статей, брошюр и книг, а также оригинальных исследований. Физико-химические основы процесса обстоятельно освещены в книге К.М. Горбуновой и А.А. Никифоровой.
Поскольку этот процесс не является электролитическим, мы вкратце остановимся лишь на некоторых основных его положениях.
Восстановление никеля гипофосфитом может быть представлено реакцией

Одновременно происходит гидролиз гипофосфита с выделением водорода:

Выделение никеля гипофосфитом самопроизвольно протекает на никеле, кобальте, палладии, железе и алюминии. На других металлах, например меди, требуется предварительное нанесение тонкого слоя никеля контактным методом или палладия методом погружения на несколько секунд изделий в подкисленный раствор хлористого палладия. Такие металлы, как свинец, кадмий, цинк, олово, висмут и сурьма, не удается химически никелировать даже при использовании этих методов. Скорость образования никелевого покрытия в сильной степени зависит от температуры раствора; при 98° С за 30 мин толщина покрытия равна примерно 10 мкм.
Скорость процесса в сильной степени определяется кислотностью, резко падая по мере увеличения свободной кислоты. Так как при взаимодействии никелевой соли с гипофосфитом освобождается кислота, то необходимо раствор буферировать с таким расчетом, чтобы pH поддерживать в пределах 5,0—5,5. Меньшее распространение имеют растворы со щелочной реакцией, в которых pH поддерживается на уровне 8,5—9. Такие растворы, в частности, иногда используются для химического никелирования алюминиевых деталей.
Таким образом, составы никелевых растворов состоят из трех компонентов никелевой соли (NiCl2*6H2O или NiSO4*7H2O) 30 г/л, гипофосфита натрия (NaH2PO2*H2O) 10 г/л и уксуснокислого натрия (CH3COONa) 10 г/л или какой-нибудь другой буферной соли.
Гипофосфит неполностью используется для восстановления металлического никеля, большая часть его разлагается водой с выделением водорода. В зависимости от соотношения покрываемой поверхности и объема раствора, а также от некоторых других условий проведения процесса степень полезного использования гипофосфита может колебаться, однако в среднем принимают коэффициент использования гипофосфита равным 40%.
Твердость химически восстановленного никеля повышается после 10—15-мин нагрева при температуре 400° С до 800 кГ/мм2. Нагрев при более высокой температуре приводит к снижению твердости до начальной, которая все же несколько выше твердости электролитически осажденного никеля.
Главным достоинством химически восстановленного никеля является равномерное распределение его на участках изделий такого сложного профиля, на которых электролитическое никелирование сопряжено порою с непреодолимыми трудностями. Наряду с этим достоинством химически осажденный никель отличается хрупкостью и в толщинах, превышающих 10 мкм выкрашивается при изгибе или ударе. По-видимому, с этим связано также недостаточное сцепление химически восстановленного никеля в толщинах порядка 20—30 мкм. Благодаря высокой твердости термически обработанного химического никеля и низкого коэффициента трения изделия, подвергнутые химическому никелированию, хорошо сопротивляются износу при трении.
Пористость покрытий из химически восстановленного никеля примерно такая же, как у гальванического никеля, а химическая стойкость несколько больше.
После предварительного погружения в растворы хлористого палладия и двуххлористого олова представляется возможным химическим методом покрывать никелем и неметаллические изделия из кварца, ультрафарфора, пьезокерамики, текстолита и полупроводниковые материалы (германий и кремний).