Электролитическое никелирование — это процесс формирования никелевого покрытия на поверхности подложки путем электрохимического осаждения. Он использует внешний электрический ток для восстановления ионов никеля из электролита и осаждения их на поверхность заготовки, выступающей в качестве катода . Никелевый слой, полученный в этом процессе, отличается высокой чистотой (обычно более 99,96%) и обладает превосходной механической прочностью, коррозионной стойкостью и магнитными свойствами. Промышленное электролитическое никелирование использует электролитную систему, в которой сульфат никеля или сульфамат никеля является основной солью, а плотность тока, температура и pH точно контролируются для обеспечения тонкой и равномерной кристаллизации слоя. В отличие от химического никелирования (где ток не используется), электролитическое никелирование обеспечивает более плотное покрытие и подходит для сценариев с высокой стойкостью к истиранию и высокой проводимостью. Мировое производство электролитического никеля высокой чистоты строго соответствует таким стандартам, как ASTM B39-79, чтобы гарантировать постоянство состава. Например, для марки Ni9996 требуется общее содержание никеля и кобальта ≥ 99,96%, кобальта ≤ 0,02%.
Основные области применения электролитического никелирования охватывают ключевые области промышленности:
Авиакосмическая и автомобильная промышленность: никелирование используется на деталях двигателей, лопатках турбин и других деталях, работающих в условиях высоких температур и давления, для защиты от окисления и ползучести. Поставщики Boeing и Airbus требуют химического никелирования в соответствии со стандартом AMS 2423 для обеспечения безопасности полетов.
Электронная промышленность: в выводных рамках и разъемах полупроводников электролитическое никелевое покрытие используется в качестве базового или поверхностного слоя для повышения электропроводности и предотвращения диффузии меди. Ожидается, что к 2025 году объем мирового рынка химикатов для гальванизации полупроводников достигнет 691 миллиона долларов США, из которых 47% будут составлять гальванические растворы и добавки, в основном производимые компаниями MacDermid, Atotech и другими.
Новая энергетическая батарея: южнокорейская компания Lotte Energy Materials разработала двухстороннюю никелированную медную фольгу для твердотельных токосъемников с помощью технологии электролитического никелирования, которая повышает межфазную проводимость, одновременно подавляя коррозию сульфидного электролита, благодаря чему срок службы батареи увеличился на 20%.
Электролитическое никелирование отличается высокой технологической гибкостью, может наноситься на поверхности сложной геометрии и позволяет регулировать твёрдость и блеск гальванического слоя с помощью добавок (например, блескообразователей, выравнивающих агентов). Например, электролитическое никелирование с высоким содержанием фосфора используется в нефтяных клапанах, устойчивых к коррозии в среде сероводорода.
Электролитическое никелирование — это общий термин для технологии электроосаждения никеля, охватывающий широкий спектр гальванических жидких систем; и гальваническая ванна Уоттса для никелирования (ванна Уоттса) — ее наиболее классическая и специфическая формула. Разработанная О. П. Уоттсом в 1916 году, система состоит из сульфата никеля (250–300 г/л), хлорида никеля (60 г/л) и борной кислоты (40 г/л) при рабочей температуре 50–60 °C и значении pH 3–4. Хлорид никеля обеспечивает анодную активацию хлорид-ионов для предотвращения пассивации, борная кислота буферизует пассивацию, а хлорид никеля обеспечивает анодную активацию хлорид-ионов для предотвращения пассивации, а борная кислота буферизует пассивацию. пассивации, а борная кислота буферизует колебания pH для обеспечения низкого напряжения и высокой пластичности гальванического слоя.
Гальванические никелевые ванны Ваттса занимают более 70% промышленного применения, отличаются низкой стоимостью и стабильностью процесса, подходят для декоративной гальванизации и общей защиты. Однако функциональные требования требуют альтернативных решений:
Химическое никелирование с аминосульфонатами: используется для гальванопластики и печатных плат , с внутренними напряжениями до 10 МПа и меньшим растрескиванием слоя;
Химическое никелирование с использованием перхлоридов: позволяет добиться более высоких плотностей тока (>8 А/дм²) и подходит для быстрого нанесения толстых слоев.
Несмотря на универсальность гальванических ванн никелирования Ваттса, химическое никелирование с высоким содержанием фосфора по-прежнему незаменимо на непроводящих основаниях (например, пластмассах), и 62% мирового рынка гальванических покрытий стоимостью 4,8 млрд долларов в 2024 году будет приходиться на химическое никелирование с низким содержанием фосфора.
Высокая чистота химического никелирования обеспечивает значительную экономическую выгоду при переработке. Никель сам по себе является стратегическим металлом с высокой волатильностью цен (электролитический никель будет стоить около 18 000 долларов за тонну в 2025 году), и остатки гальванопокрытия, снятое покрытие и отбракованные гальванические детали могут быть переработаны. Современные методы переработки используют электролитическое рафинирование или гидрометаллургию: никельсодержащий лом растворяют и очищают экстракцией, а затем подвергают электролизу для получения чистых никелевых пластин с чистотой 99,9%, которые можно использовать непосредственно в гальванических ваннах или для плавки сплавов.
Переработанный никель на 60–80% энергоэффективнее, чем переработка сырой руды. Например, переработка никелевой стружки на заводах по производству нержавеющей стали может снизить затраты на 30%. Европейские автомобильные компании, такие как BMW, внедрили замкнутую систему переработки никелевого покрытия старых деталей для производства новых. Компания MacDermid (США) предоставляет услуги по регенерации гальванического раствора, удаляя примесные ионы с помощью ионообменных смол, продлевая срок службы электролизных ванн и сокращая выбросы никеля. Эта модель переработки соответствует новому регламенту ЕС по аккумуляторным батареям (уровень переработки никеля аккумуляторных батарей должен составлять 95% с 2027 года), который продвигает электролитическое никелирование как ключевой элемент устойчивого производства.
Язык
