Химическое никелирование, серебрение и золочение

Установить в гараже аппаратуру для электрохимического покрытия металлами других металлов и диэлектриков (трансформатор, выпрямитель, измерительные приборы, ванна и т. п.) довольно проблематично.

Сейчас применяется метод химического покрытия металлов и диэлектриков (пластмасс, стекла, фарфора и т. п.) другими металлами.

Процесс химического покрытия отличается своей простотой. Действительно, для того чтобы покрыть металлическую деталь, например, никелем, не нужно городить сложную установку. Достаточно располагать источником огня (газ, примус и т.п.), эмалированной посудой и подходящими химикатами. Час, два- и детали покрыты плотным и блестящим слоем никеля.

В этой статье мы рассмотрим только: никелирование, серебрение и золочение металлов. Однако существует много рецептов химического покрытия металлов и диэлектриков медью, кадмием, оловом, кобальтом, бором, двойными и тройными сплавами.

Никелирование

В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей гипофосфитом натрия.

Плёнка никелевого покрытия получается блестящая или полублестящая. Структура покрытия — аморфная, из сплава никеля и фосфора. Плёнка никеля без термообработки слабо держится на поверхности основного металла, хотя ее твердость близка к твердости хромового покрытия.

Термическая обработка детали с никелевым покрытием, полученным химическим путем, в значительной степени увеличивает сцепление пленки никеля с основным металлом. Одновременно растет и твердость никеля, достигающая твердости хрома.

Термическая обработка детали с никелевым покрытием производится при температуре около 400°С в течение часа. При термической обработке закаленных стальных деталей с никелевым покрытием необходимо учитывать, при какой температуре эти детали отпускались, и не превышать ее. В этом случае термическую обработку производят при температуре 270- 300 °С с выдержкой до 3 ч.

Растворы для химического никелирования могут быть щелочными (рН- выше 6,5) и кислыми (рН- от 4 до 6,5).

Щелочные растворы. Их применяют при нанесении покрытий на коррозионностойкую сталь, алюминий, магний и диэлектрики. Покрытия, осаждаемые из щелочных растворов, имеют менее блестящую поверхность, чем полученные из кислых растворов. Но зато покрытия из щелочных растворов более прочно связаны с основой, чем из кислого.

У щелочных растворов есть еще один существенный недостаток- явление саморазряда. Оно наступает при перегреве раствора. Это мгновенное выпадение губчатой массы никеля из раствора, сопровождающееся выбросом кипящего раствора из ванны!

Регулировку температуры при отсутствии термометра можно вести по интенсивности газовыделения. Если газ выделяется не интенсивно, то можно быть уверенным, что саморазряда не будет.

Кислые растворы

Они находят применение при нанесении покрытий на детали из черных металлов, меди, латуни, особенно когда требуется высокая твердость, износостойкость и коррозионно защитные свойства поверхности, покрытой никелем.

Для справки. Воду для никелирования (и при нанесении других покрытий) берут дистиллированную (можно использовать конденсат из бытовых холодильников). Химреактивы должны применяться как минимум чистые (обозначение на этикетке — Ч).

Подготовка детали. Перед нанесением на основной металл каких-либо металлических пленок необходимо осуществить ряд подготовительных операций. Отполированную деталь обезжиривают, травят и декапируют.

Обезжиривание. Процесс обезжиривания металлических деталей проводят, как правило, когда эти детали только что обработаны (отшлифованы или отполированы) и на их поверхности нет ржавчины, окалины и других посторонних продуктов.

С помощью обезжиривания с поверхности деталей удаляют масляные и жировые пленки. Для этого применяют водные растворы некоторых химреактивов, хотя для этого можно использовать и органические растворители (трихлорэтилен, пентахлорэтан, растворители № 646 и № 648 и др.).

Обезжиривание в водных растворах проводят в эмалированной посуде. Заливают воду, растворяют в ней химреактивы и ставят на малый огонь. При достижении нужной температуры загружают в раствор детали. В процессе обработки раствор перемешивают. Ниже приводятся составы для обезжиривания (все дано в граммах на литр воды — г/л), а также рабочие температуры растворов и время обработки деталей.

Внимание! От качества проведения подготовительных операций в сильной степени зависит конечный результат всех работ.

Черные металлы обезжиривают в одном из растворов:

1. Жидкое стекло (канцелярский силикатный клей) — 3—10, едкий натр (калий) — 20- 30, тринатрийфосфат — 25—30. Температура раствора — 70—90 °С, время обработки — 10—30 мин.
2. Кальцинированная сода — 20, калиевый хромпик — 1. Температура раствора — 80—90°С, время обработки — 10—20 мин.

Медь и ее сплавы обезжиривают в одном из растворов:

1. Едкий натр — 35, кальцинированная сода — 60, тринатрийфосфат — 15, препарат ОП-7 (или ОП-10). Температура раствора — 60—70 °С, время обработки 10—20 мин.
2. Едкий натр (калий) — 75, жидкое стекло — 20. Температура раствора — 80—90 °С, время обработки — 40—60 мин.

Алюминий и его сплавы обезжиривают в следующих растворах:

1. Жидкое стекло — 20—30, кальцинированная сода — 50—60, тринатрийфосфат — 50—60. Температура раствора — 50— 60 °С, время обработки — 3—5 мин.
2. Кальцинированная сода — 20—25, тринатрийфосфат — 20—25, препарат ОП-7 (или ОП-10) — 5—7. Температура раствора — 70—80 °С, время обработки — 10— 20 мин.

Серебро, никель и их сплавы обезжиривают в растворах:

1. Жидкое стекло — 50, кальцинированная сода — 20, тринатрийфосфат — 20, препарат ОП-7 (или ОП-10) — 2. Температура раствора — 70—80 °С, время обработки — 5-10 мин.
2. Жидкое стекло — 25, кальцинированная сода — 5, тринатрийфосфат — 10. Температура раствора — 75—80 °С, время обработки — 15—20 мин.

Травление. Стандартная подготовка деталей под покрытие, обычно состоящая в обезжиривании и декапировании, вполне достаточна для большинства случаев. Однако для деталей, имеющих глухие отверстия, пазухи и т.п., необходимо проводить процесс травления.

Черные металлы травят в растворах:

1. Серная кислота — 90—130, соляная кислота — 80—100, уротропин — 0,5. Температура раствора — 30—40 °С, время обработки — до 1 ч.
2. Соляная кислота — 200, уротропин — 0,5. Температура раствора — 30—35 °С, время обработки — 15—20 мин.

Медь и ее сплавы травят в растворах:

1. Серная кислота — 25—40, хромовый ангидрид — 150—200. Температура раствора — 25 °С, время обработки — 5—10 мин. 
2. Хромовый ангидрид — 350, хлористый натрий — 50. Температура раствора — 18— 25 °С, время обработки — 5—15 мин.

Алюминий и его сплавы травят в растворах:

1. Едкий натр — 50—100. Температура раствора — 40—60 °С, время обработки — 5-10 с.
2. Азотная кислота — 35—40. Температура раствора — 18—25 °С , время обработки — 3—5 с.

Декапирование. Этот процесс представляет собой удаление с поверхности металла различных пленок, мешающих осаждению металлов. Декапирование проводят непосредственно перед покрытием основного металла соответствующей пленкой другого металла.

Черные металлы декапируют в следующих растворах:

1. Серная кислота — 30—50. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 20—60 с.
2. Соляная кислота — 25—45. Температура раствора — 20 °С, время обработки 15— 40 с.

Медь и ее сплавы декапируют в растворах:

1. Серная кислота — 5. Температура раствора — 18—20 °С, время обработки — 20 с.
2. Соляная кислота — 10. Температура раствора — 20—25 °С, время обработки — 10-15 с.

Алюминий и его сплавы декапируют в растворах:

1. Азотная кислота — 10—15. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 5-15 с.
2. Едкий натр — 150, хлористый натрий — 30. Температура раствора — 30—40 °С, время обработки — 5—10 с.

После каждого процесса подготовки деталь промывают в горячей, а затем в холодной воде.

Никелирование меди и ее сплавов

Подготовленную (обезжиренную, протравленную и декапированную) деталь подвешивают в раствор для никелирования. Здесь есть одна тонкость, и если ею пренебречь, то процесс осаждения никеля не пойдет. Деталь должна быть подвешена в раствор на алюминиевой или железной (стальной) проволоке. В крайнем случае при опускании детали в раствор ее необходимо коснуться железным или алюминиевым предметом.

Эти «священнодействия» нужны для того, чтобы дать старт процессу никелирования, так как у меди меньший электроотрицательный потенциал по отношению к никелю. Только присоединение или касание детали более электроотрицательным металлом дает старт процессу.

Приводим состав некоторых известных растворов для химического никелирования меди и ее сплавов (все дано в г/л):

1. Хлористый никель — 21, гипофосфит натрия — 24, уксуснокислый натрий — 10, сульфид свинца — 15 мг/л. Температура раствора — 97 °С, рН — 5,2, скорость наращивания пленки — 15 мкм/ч.
2. Хлористый никель — 20, гипофосфит натрия — 27, янтарнокислый натрий — 16. Температура раствора — 95 °С, рН — 5, скорость наращивания — 35 мкм/ч.
3. Сернокислый никель — 21, гипофосфит натрия — 24, уксуснокислый натрий — 10, малеиновый ангидрид — 1,5. Температура раствора — 83 °С, рН — 5,2, скорость наращивания — 10 мкм/ч.
4. Сернокислый никель — 23, гипофосфит натрия — 27, малеиновый ангидрид — 1,5, сернокислый аммоний — 50, уксусная кислота — 20 мл/л. Температура раствора — 93 °С, рН — 5,5, скорость наращивания — 20 мкм/ч.

Здесь (и далее) сернокислый никель, хлористый никель и гипофосфит натрия — кристаллогидраты.

Для приготовления раствора для никелирования нужно растворить все компоненты, кроме гипофосфита натрия, и нагреть его до нужной температуры. Гипофосфит натрия вводится в раствор непосредственно перед завешиванием детали для никелирования. Этот порядок касается всех рецепторов, где имеется гипофосфит натрия.

Раствор для никелирования разводят в любой эмалированной посуде (миска, глубокая сковорода, кастрюлька и т.п.) без повреждений на поверхности эмали. Возможный осадок никеля на стенках посуды легко удаляется азотной кислотой (50%-ный раствор).

Допустимая плотность загрузки ванны — до 2 дм²/л.

Никелирование алюминия и его сплавов

Учтите, что для алюминия и его сплавов перед химическим никелированием проводят еще одну обработку (после всех подготовительных операций) — так называемую цинкатную.

Ниже приведены рецепты растворов для цинкатной обработки.

Для алюминия:

1. Едкий натр — 250, окись цинка — 55. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 3—5 с.
2. Едкий натр — 120, сернокислый цинк 40. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 1,2 мин.

Для литейных алюминиевых сплавов (силуминов):

1. Едкий натр — 10, окись цинка — 5, сегнетова соль (кристаллогидрат) — 10. Температура раствора — 20 °С, время обработки — 2 мин.

Для деформируемых алюминиевых сплавов (дюралей):

1. Хлорное железо (кристаллогидрат) — 1, едкий натр — 525, окись цинка — 100, сегнетова соль — 10. Температура раствора — 25 °С, время обработки — 30—60 с.

При подготовке растворов для цинкатной обработки поступают следующим образом. Отдельно в половине воды растворяют едкий натр, в другой половине — остальные химреактивы. Затем оба раствора сливают вместе.

После цинкатной обработки деталь промывают в горячей, а затем в холодной воде и завешивают в раствор для никелирования.

Ниже приведены четыре раствора для химического никелирования алюминия и его сплавов:

1. Хлористый никель — 45, гипофосфит натрия — 20, хлористый аммоний — 45, лимоннокислый натрий — 45. Температура раствора 90 °С, рН — 8,5, скорость наращивания — 20 мкм/ч.
2. Хлористый никель — 35, гипофосфит натрия — 17, хлористый аммоний — 40, лимоннокислый натрий — 40. Температура раствора — 80 °С, рН — 8, скорость наращивания — 12 мкм/ч.
3. Сернокислый никель — 20, гипофосфит натрия — 25, уксуснокислый натрий — 40, сернокислый аммоний — 30. Температура раствора — 93 °С, рН — 9, скорость наращивания — 25 мкм/ч.
4. Сернокислый никель — 27, гипофосфит натрия — 27, пирофосфат натрия — 30, карбонат натрия — 42. Температура раствора — 50 °С, рН — 9,5, скорость наращивания — 15 мкм/ч.

Говоря о химическом никелировании, нельзя не отметить следующее. Никелевое покрытие имеет хорошую смачиваемость припоями, что позволяет получить доброкачественную пайку с помощью мягких припоев. Обладая высокими защитными свойствами, они позволяют получать стойкие к коррозии паяные соединения.

Никелирование стали

Для никелирования стали можно использовать один из следующих рецептов:

1. Хлористый никель — 45, гипофосфит натрия — 20, хлористый аммоний — 45, уксуснокислый натрий — 45. Температура раствора — 90 °С, рН — 8.5, скорость наращивания — 18 мкм/ч.
2. Хлористый никель — 30, гипофосфит натрия — 10, хлористый аммоний — 50, лимоннокислый натрий — 100 Температура раствора — 80—85 °С, рН — 8.5, скорость наращивания — 20 мкм/ч.
3. Сернокислый никель — 25, гипофосфит натрия — 30, янтарнокислый натрий — 15. Температура раствора — 90 °С, рН — 4.5, скорость наращивания — 20 мкм/ч.
4. Сернокислый никель — 30, гипофосфит натрия — 25, сернокислый аммоний — 30. Температура раствора — 85 °С, рН — 8.5, скорость наращивания — 15 мкм/ч.

Внимание! Однослойное (толстое!) покрытие никелем на один квадратный сантиметр имеет несколько десятков сквозных пор. Естественно, что на открытом воздухе стальная деталь, покрытая никелем, быстро покроется «сыпью» ржавчины.

Автомобильный бампер, к примеру, покрывают двойным слоем (подслой меди, а сверху — хром) и даже тройным (медь — никель — хром). Но и это не спасает деталь от ржавчины, так как и у тройного покрытия имеется несколько пор на 1 см² . Что делать? Выход — в обработке поверхности покрытия специальными составами, закрывающими поры.

В домашних условиях можно рекомендовать следующие операции:

1. Протереть деталь с никелевым (или другим) покрытием кашицей из окиси магния и воды и сразу же опустить ее на 1 — 2 мин в 50%-ный раствор соляной кислоты.
2. После термообработки, еще не остывшую деталь, опустить в невитаминизированный рыбий жир (лучше старый, непригодный по прямому назначению).
3. Протереть 2—3 раза отникелированную поверхность детали легко проникающей смазкой.

В последних двух случаях излишки жира (смазки) через сутки удаляют с поверхности бензином.

Обработку рыбьим жиром больших поверхностей проводят так. В жаркую погоду протирают их рыбьим жиром два раза с перерывом в 12—14 ч. Затем через 2 суток излишки жира удаляют бензином.

Эффективность обработки характеризует такой пример. Никелированные рыболовные крючки начинают покрываться ржавчиной сразу же после первой рыбалки в море. Обработанные рыбьим жиром те же крючки не корродируют почти весь летний сезон морской ловли.

При химическом никелировании возможны некоторые неполадки в ходе процесса. Это касается никелирования не только стали, но и меди, алюминия и их сплавов.

Слабое газовыделение (при нормальном ходе процесса по всей поверхности детали идет выделение газа средней интенсивности) есть первый признак малой концентрации в растворе гипофосфита натрия, и его необходимо добавить в раствор.

Просветление раствора (нормальный раствор — синего цвета) показывает на понижение количества хлорного (сернокислого) никеля.

Бурное газовыделение на стенках и дне сосуда и отложение на них никеля (темно-серый налет) объясняются местным перегревом сосуда. Чтобы избежать этого, надо нагревать раствор постепенно. Между сосудом и огнем желательно положить какую-либо металлическую прокладку (круг).

Серый или темный слой никеля на детали образуется при низкой концентрации в растворе третьих составляющих (компонент) — солей, кроме хлористого (сернокислого) никеля и гипофосфита натрия.

При плохой подготовке детали могут появиться вздутия и отслоения пленки никеля.

И, наконец, может быть и такое. Раствор составлен правильно, а процесс не идет. Это верный признак того, что в раствор попали соли других металлов. В этом случае делают другой (новый) раствор, исключая попадание нежелательных примесей.

Никелевое покрытие можно пассивировать — покрыть антикоррозийной (труднорастворимой пленкой). При этом деталь (изделие) длительное время не тускнеет. Пассивирование ведут в 5—8%-ном растворе натриевого хромпика.

Серебрение

Серебрение металлических поверхностей поделок — пожалуй, самый популярный процесс среди умельцев, который они применяют в своей деятельности. Можно привести десятки примеров. Например, восстановление слоя серебра на мельхиоровых столовых приборах, серебрение самоваров и других предметов быта.

Для чеканщиков серебрение вместе с химическим окрашиванием металлических поверхностей — способ увеличения художественной ценности чеканных картин. Представьте себе отчеканенного древнего воина, у которого посеребрена кольчуга и шлем.

Сам процесс химического серебрения можно провести с помощью растворов и паст. Последнее предпочтительнее при обработке больших поверхностей (например, при серебрении самоваров или деталей крупных чеканных картин).

Серебрят обычно латунные и медные поверхности, хотя в принципе можно посеребрить сталь, алюминий, другие металлы и их сплавы.

Опыт показал, что серебряное покрытие лучше смотрится на латунной поверхности,

чем на медной или стальной. Это объясняется тем, что на более темной меди (стали) тонкий слой серебра просвечивает и поверхность выглядит более темной. При слое серебра более 15 мкм это явление не наблюдается. Если медь (сталь) покрыть предварительно тонким слоем никеля, то этого явления тоже не будет.

Вначале рассмотрим процесс получения хлористого серебра, так как оно является основным компонентом почти для всех рецептов серебрения.

В 1 л. воды растворяют 7—8 г. ляписа-карандаша (продается в аптеках, представляет собой смесь азотнокислого серебра и азотнокислого калия, взятых в соотношении 1:2 по массе). Вместо ляписа-карандаша можно взять 5 г. азотнокислого серебра.

К полученному раствору понемногу добавляют 10%-ный раствор хлористого натрия до прекращения выпадения творожистого осадка. Осадок (хлористое серебро) отфильтровывают и тщательно промывают в 5—6 водах. Затем хлористое серебро сушат.

Растворы для серебрения:

1. Хлористое серебро — 7,5, железистосинеродистый калий (желтая кровяная соль) — 120, углекислый калий — 80. Температура раствора — около 100 °С.
2. Хлористое серебро — 10, хлористый натрий — 20, виннокислый калий — 20. Температура раствора — кипение.
3. Хлористое серебро — 20, железистосинеродистый калий — 100, углекислый калий — 100, хлористый натрий — 40. Температура раствора — кипение.
4. Сначала готовится паста из хлористого серебра — 30 г, виннокаменной кислоты — 250 г, хлористого натрия — 1250 г, и все разводится до густой сметаны. 10—15 г пасты растворяют в 1 л воды. Обработка в кипящем растворе Детали завешивают в раствор на цинковых проволочках.

Все четыре раствора позволяют получить за час слой серебра около 5 мкм.

Внимание! Растворы с солями серебра нельзя долго хранить, так как при этом могут образовываться взрывчатые компоненты. Это же касается всех жидких паст.

Пасты для серебрения:

1. В 100 мл воды растворяют 20 г тиосульфита натрия (гипосульфита). В полученный раствор добавляют хлорное серебро до тех пор, пока оно не перестанет растворяться. Раствор фильтруют и добавляют в него отмученный мел (можно — зубной порошок) до консистенции жидкой сметаны. Этой пастой с помощью ватного тампона натирают (серебрят) деталь.
2. Ляпис-карандаш — 15, лимонная кислота — 55, хлористый аммоний — 30. Каждый компонент перед смешиванием растирают в порошок.
3. Хлористое серебро — 3, хлористый натрий — 3, углекислый натрий — 6, мел — 2.
4. Хлористое серебро — 3, хлористый натрий — 8, виннокислый калий — 8, мел — 4.
5. Азотнокислое серебро — 1, хлористый натрий — 2, мел — 2.

В последних четырех пастах компоненты даны в частях по массе. Применяют их следующим образом. Тонкоизмельченные компоненты смешивают. Мокрым тампоном, припудривая его сухой смесью химреактивов, натирают (серебрят) нужную деталь. Смесь все время добавляют, постоянно увлажняя тампон.

При серебрении алюминия и его сплавов детали сначала цинкуют (см. «Никелирование алюминия и его сплавов»), а затем серебрят в любом составе для серебрения. Однако лучше серебрить алюминий и его сплавы в специальных растворах (все в г/л):

1. Азотнокислое серебро — 100, фтористый аммоний — 100.
2. Фтористое серебро — 100, азотнокислый аммоний — 100.

Температура обоих растворов — 80— 100°С.

Золочение

Покрытия золотом, несмотря на его высокую стоимость, широко применяются благодаря высокой декоративности и коррозионной стойкости.

Во всех растворах детали для золочения подвешивают на цинковых проволочках.

Растворы для золочения (все дано в г/л):

1. Дицианоаурат калия — 8, двууглекислый натрий — 180. Температура раствора — 75 °С.
2. Дицианоаурат калия — 5, лимоннокислый аммоний — 20, мочевина — 25, хлористый аммоний — 75. Температура раствора — 95 °С.
3. Дицианоаурат калия — 3, лимоннокислый натрий (трехзамещенный) — 45, хлористый аммоний — 70, гипофосфит натрия — 8—10. Температура раствора — 80— 85 °С.
4. Хлорное золото — 3, железосинеродистый калий (красная кровяная соль) — 30, углекислый калий — 30, хлористый натрий — 30 Температура раствора — кипение.
5. Хлорное золото — 2, пирофосфат натрия — 80. Температура раствора — 90 °С.
6. Хлорное золото — 1, тринатрийфосфат — 80. Температура раствора — 25—30 °С.
7. Смешать в равных объемах три состава:

A. Хлористое золото — 37, вода — 1 л.
B. Углекислый натрий — 100 г, вода — 1 л.
C. Формалин (40%) — 50 мл, вода — 1 л.

Температура раствора 25—30 °С.

В растворе 3 гипофосфит натрия вводится последним. Для всех растворов для золочения скорость наращивания пленки — 1—2 мкм/ч. При золочении меди необходимо дать подслой никеля, иначе пленка золота будет темной.

При необходимости получить толстые слои золота (это особенно необходимо при ремонте ювелирных изделий) можно воспользоваться старинным процессом. Он на языке ювелиров называется наводкой, или сортучкой. Процесс прост по исполнению, но вреден для здоровья, так как приходится пользоваться ртутью. Поэтому его проводят или на открытом воздухе или в вытяжном шкафу!

Глиняный тигель обмазывают влажным отмученым мелом. Сушат. В него помещают чистое золото, прокатанное как можно тоньше и свернутое в рулончик. Греют золото до светлого каления, добавляют шестикратное количество ртути (осторожно!). Греют все, постоянно перемешивая. Остужают и выливают в воду. Полученную золотую амальгаму прессуют, удаляя излишнюю ртуть. Хранят амальгаму под слоем воды.

Подготовленную поверхность предмета, подлежащего золочению, покрывают амальгамой. Ее все время размазывают медным шпателем по поверхности предмета. Затем предмет начинают медленно нагревать. Между горелкой и предметом помещают лист асбеста.

Предмет все время поворачивают, чтобы нагрев был равномерным. Образующуюся при нагреве жидкую пленку постоянно размазывают и разглаживают по поверхности кисточкой или ваткой. Сначала поверхность становится белой и матовой. По мере испарения ртути она начинает желтеть.

Надо иметь в виду, что при перегреве детали вся пленка золота может уйти в основной металл!

Сделай сам №4, 97

Л.А.Ерлыкин