Никасил и его осаждение на алюминий
Вопрос.
Подскажите, пожалуйста, из какого никелевого электролита осаждается покрытие Никасил на алюминиевый цилиндр? Почитал разную литературу к определенному выводу не пришел, на каком из электролитов он основан?
Никель-фосфор электролитический, сульфатно-хлористый электролит блестящий, сульфаматный для толстых слоев, плюс к электролиту добавляют мелкие порошки, у каждого электролита свои плюсы и минусы, хотелось бы точно знать на какой из них обратить внимание в дальнейшем изучении процесса.
Ответ.
Никасил – это очень твёрдое износостойкое композиционное никелевое покрытие, которое в своём составе содержит очень мелкие частицы сверхтвёрдого карбида кремния (размер частиц составляет примерно 1-3 мкм.).
Высокая износостойкость покрытия обусловлена очень высокой твёрдостью карбида кремния. Толщина такого композиционного покрытия, наносимого, как правило, на внутреннюю поверхность цилиндров внутреннего сгорания, составляет от 100 до 200 микрометров.
Принцип получения композиционных электрохимических покрытий (КЭП) основан на том, что вместе с никелем из электролитов-суспензий соосаждаются дисперсные частицы карбида кремния. Включаясь в покрытие, частицы существенно улучшают его эксплуатационные свойства (твердость, износостойкость).
Процесс осаждения КЭП обычно проводят при непрерывном или периодическом перемешивании суспензии, при этом частицы второй фазы постоянно находятся во взвешенном состоянии. Размер частиц составляет 0,1¸3 мкм, количество их в никелевом осадке (≈ 105¸107 на 1 см2 поверхности).
Перемешивание производится либо воздушным или эжекторным способом, либо с помощью механических мешалок. Кроме того, рекомендуется проводить горизонтальное покачивание катодных штанг. Иногда используют все три способа перемешивания одновременно.
При включении электрического тока на покрываемой поверхности электрохимически осаждается никель (первая фаза или матрица). При перемешивании частицы карбида кремния «прилипают» к покрываемой поверхности и зарастают электроосаждающимся никелем.
На практике применяют как сульфатно-хлоридный электролит, так и сульфаматный. Как вы правильно отметили, что каждый из электролитов имеет свои плюсы и минусы.
Сульфаматный электролит обладает высокой производительностью. Осаждающийся из этого электролита никель более пластичен, имеет меньшие внутренние напряжения, позволяет получать более толстые покрытия, но он более дорогой и недостаточно стабилен.
Сульфатно-хлоридный электролит более дешевый и более стабильный, но его производительность в 4-5 раз ниже.
Отсюда следует, что если у вас крупносерийное производство, то целесообразно использовать сульфаматный электролит. Если речь идёт о разовых ремонтных работах, то можно ограничиться применением сульфатно-хлоридного электролита.
В заключение необходимо отметить, что технологически и технически нанесение композиционных покрытий является значительно более сложным по сравнению с нанесением обычных гальванических покрытий.
Для внедрения данной технологии требуется определённый опыт и довольно совершенное технологическое оборудование.
Процесс требует отработки технологии для каждого конкретного случая. Так, например, для каждого размера частиц карбида кремния требуется определённый режим перемешивания. При слишком слабом перемешивании частицы не будут находиться во взвешенном состоянии и будут оседать на дно ванны. При сильном перемешивании потоки электролита будут быстро смывать частицы с поверхности детали, поэтому они не успеют зарастать никелем.
Устройства перемешивания должны быть сконструированы таким образом, чтобы в ванне не было застойных зон, где могут скапливаться частицы карбида кремния (нередко потоки электролита «заметают» порошок в угля ванны).
Плотность тока определяет скорость осаждения никеля, она также должна соответствовать как размеру частиц, так и интенсивности перемешивания. В сульфаматном электролите скорость осаждения никеля выше, а это значит, что частицы карбида кремния будут быстрее зарастать никелем, что позволяет применять более крупнодисперсную фракцию.
Кроме того, количество взвешенных частиц в электролите будет определять их количество в покрытии.
Из приведённого примера видно, что буквально все режимы и параметры процесса тесно взаимосвязаны и определяют количество частиц карбида кремния, включающегося в покрытие, а значит и качество покрытия.
Также следует иметь в виду, что для обеспечения качественного сцепления никелевого покрытия с алюминиевой основой требуется специальная предварительная цинкатная обработка. Цинкатная обработка заключается в осаждении контактным способом на поверхность алюминия тонкого слоя цинка. Далее на слой цинка осаждают обычный матовый никель толщиной 4-6 мкм (зона сцепления). А уже потом осаждают толстый слой композиционного покрытия.
18.05.2020
