Galvanoplastia de níquel
La galvanoplastia de níquel es una técnica que consiste en aplicar una capa fina de níquel sobre un objeto metálico . La capa de níquel puede ser decorativa, proporcionar resistencia a la corrosión y al desgaste o utilizarse para reconstruir piezas desgastadas o de tamaño inferior al normal con fines de recuperación. [1] [2]
Descripción general
La galvanoplastia de níquel es un proceso de deposición de níquel sobre una pieza de metal. Las piezas que se van a recubrir deben estar limpias y libres de suciedad, corrosión y defectos antes de que pueda comenzar el proceso. [3] Para limpiar y proteger la pieza durante el proceso de recubrimiento, se puede utilizar una combinación de tratamiento térmico , limpieza, enmascaramiento, decapado y grabado. [1] Una vez que se ha preparado la pieza, se sumerge en una solución electrolítica y se utiliza como cátodo . El ánodo de níquel se disuelve en el electrolito para formar iones de níquel (Ni 2+ ). Al igual que en otros procesos de electrodeposición , los iones viajan a través de la solución y se depositan en el cátodo. [4] [5]
La eficiencia del ánodo para la disolución de níquel es cercana al 100%, a menos que el ánodo se vuelva pasivo debido a problemas con el proceso, en cuyo caso la eficiencia cae a 0. La eficiencia del cátodo depende del proceso y varía entre el 90 y el 97%. Debido a este desajuste, durante el enchapado la concentración de níquel en la solución y el pH aumentarán lentamente. [6] El proceso lleva minutos u horas dependiendo de la densidad de corriente y el espesor deseado del enchapado. [7]
Historia
La galvanoplastia de níquel se desarrolló en la primera mitad del siglo XIX, con notables experimentos realizados por Golding Bird (1837) y la patente del nitrato de níquel por Joseph Shore (1840). La primera receta práctica, una solución acuosa de sulfatos de níquel y amonio, fue inventada por Böttger en 1843 y estuvo en uso durante 70 años. [8] El éxito comercial lo logró Isaac Adams Jr. , cuya patente para una solución de sulfato de níquel y amonio , aunque similar a la de Böttger, tenía un pH neutro que hacía que el proceso fuera más fácil de controlar. Adams disfrutó de un cuasi monopolio en el niquelado desde 1869 hasta 1886, cuando el consumo de níquel para el niquelado alcanzó las 135 toneladas. [4] En los EE. UU., Remington intentó utilizar la solución de cloruro de níquel y amonio (1868), en el proceso estableciendo la construcción del ánodo en forma de una canasta de platino llena de piezas de níquel, [4] Edward Weston inició el uso de ácido bórico (patente emitida en 1878), [9] Bancroft descubrió el papel de los cloruros en la disolución del ánodo (1906). [4] [10] Finalmente, Oliver P. Watts en 1916 estableció el baño de Watts , variaciones del cual todavía se usan ampliamente para el enchapado decorativo, con soluciones de sulfamato desafiándolo en las aplicaciones de ingeniería. [4]
Tipos y química
Baños de Watts
Un baño de Watts , llamado así por su inventor Oliver Patterson Watts , es una solución electrolítica acuosa para el recubrimiento de níquel a partir de un ánodo de níquel. Puede depositar níquel brillante y semibrillante. El níquel brillante se utiliza normalmente con fines decorativos y de protección contra la corrosión. Los depósitos semibrillantes se utilizan para aplicaciones de ingeniería en las que es importante una alta resistencia a la corrosión, ductilidad o conductividad eléctrica y no se requiere un alto brillo. [2] [11] [12]
Composición del baño
| Nombre químico | Fórmula | Brillante [11] | Semibrillante [11] | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Métrico | A NOSOTROS | Métrico | A NOSOTROS | ||
| Sulfato de níquel | NiSO4 · 6H2O | 150–300 g/L | 20–40 onzas/galón | 225–300 g/L | 30–40 onzas/galón |
| Cloruro de níquel | NiCl2 · 6H2O | 60–150 g/L | 8–20 onzas/galón | 30–45 g/L | 4–6 onzas/galón |
| Ácido bórico | H3BO3 | 37–52 g/L | 5–7 onzas/galón | 37–52 g/L | 5–7 onzas/galón |
Condiciones de funcionamiento
- Temperatura: 40-65 °C
- Densidad de corriente del cátodo: 2-10 A/ dm2
- pH: 4,5-5
Abrillantadores
- Abrillantadores portadores (por ejemplo, paratoluenosulfonamida, ácido bencenosulfónico ) en una concentración de 0,75-23 g/L. Los abrillantadores portadores contienen azufre, lo que proporciona una estructura de grano fino uniforme al niquelado. [5]
- Los niveladores, abrillantadores de segunda clase (por ejemplo, ácido alilsulfónico, hidrato de cloral de formaldehído) en concentraciones de 0,0045-0,15 g/L producen (en combinación con abrillantadores portadores) un depósito brillante. [5]
- Abrillantadores auxiliares (por ejemplo, alil sulfonato de sodio, propil sulfonato de piridinio) en concentraciones de 0,075-3,8 g/L. [5]
- Abrillantadores inorgánicos (por ejemplo, cobalto, zinc) en una concentración de 0,075-3,8 g/L. Los abrillantadores inorgánicos aportan un brillo adicional al revestimiento. [5]
El tipo de abrillantadores añadidos y sus concentraciones determinan el aspecto del depósito: brillante, brillante, semibrillante, satinado.
Sulfamato de níquel
El niquelado con sulfamato se utiliza para muchas aplicaciones de ingeniería. Se deposita para realizar correcciones dimensionales, resistencia a la abrasión y al desgaste, revestimiento de alta eficiencia y protección contra la corrosión. También se utiliza como capa base para el cromo. [2] [13]
Composición del baño
| Nombre químico | Fórmula | Concentración en el baño [5] | |
|---|---|---|---|
| Métrico | A NOSOTROS | ||
| Sulfamato de níquel | Ni ( SO3NH2 ) 2 | 300-450 g/L | 40–60 onzas/galón |
| Cloruro de níquel | NiCl2 · 6H2O | 0-30 g/L | 0–4 onzas/galón |
| Ácido bórico | H3BO3 | 30-45 g/L | 4–6 onzas/galón |
Condiciones de funcionamiento
- Temperatura: 40-60 °C [5]
- Densidad de corriente del cátodo: 2-25 A/dm 2 [5]
- pH: 3,5-4,5 [5]
Todo cloruro
Las soluciones de cloruro permiten la deposición de capas gruesas de níquel. Esto se logra porque funcionan a voltajes bajos. Sin embargo, la deposición tiene tensiones internas elevadas. [2] [5]
| Nombre químico | Fórmula | Concentración en el baño [5] |
|---|---|---|
| Cloruro de níquel | NiCl2 · 6H2O | 30–40 onzas/galón |
| Ácido bórico | H3BO3 | 4–4,7 onzas/galón |
Sulfato-cloruro
Un baño de sulfato-cloruro opera a voltajes más bajos que un baño de Watts y proporciona una mayor tasa de deposición. Aunque las tensiones internas son más altas que las del baño de Watts, son más bajas que las de un baño de cloruro. [2] [5]
| Nombre químico | Fórmula | Concentración en el baño [5] |
|---|---|---|
| Sulfato de níquel | NiSO4 · 6H2O | 20–30 onzas/galón |
| Cloruro de níquel | NiCl2 · 6H2O | 20–30 onzas/galón |
| Ácido bórico | H3BO3 | 4–6 onzas/galón |
Todo sulfato
Para la electrodeposición de níquel, en la que los ánodos son insolubles, se utiliza una solución de sulfato. Por ejemplo, para revestir el interior de tuberías y accesorios de acero, puede ser necesario un ánodo insoluble. [2] [12]
| Nombre químico | Fórmula | Concentración en el baño [5] |
|---|---|---|
| Sulfato de níquel | NiSO4 · 6H2O | 30–53 onzas/galón |
| Ácido bórico | H3BO3 | 4–6 onzas/galón |
Níquel duro
Se utiliza una solución de níquel duro cuando se requiere un depósito de alta resistencia a la tracción y dureza. [2] [5]
| Nombre químico | Fórmula | Concentración en el baño [5] | Métrico |
|---|---|---|---|
| Sulfato de níquel | NiSO4 · 6H2O | 24 onzas/galón | 179,7 g/l |
| Cloruro amónico | ClNH4 | 3,3 onzas/galón | 24,7 g/l |
| Ácido bórico | H3BO3 | 4 onzas/galón | 29,96 g/L |
Níquel negro
El "níquel negro" es un revestimiento oscuro que se compone principalmente de sulfuro de níquel y zinc y níquel metálicos. [14] Normalmente se aplica sobre latón, bronce o acero para producir una superficie no reflectante. [15] Este tipo de revestimiento se utiliza con fines decorativos y militares y no ofrece mucha protección. [1] [2] [15]
| Nombre químico | Fórmula | Concentración en el baño [15] |
|---|---|---|
| Sulfato de níquel y amonio | NiSO 4 ·(NH 4 )2SO 4 ·6H 2 O | 8 onzas/galón |
| Sulfato de zinc | ZnSO4 | 1,0 onza/galón |
| Tiocianato de sodio | NaCNS | 2 onzas/galón |
Aplicaciones
Recubrimiento decorativo
El níquel brillante decorativo se utiliza en una amplia gama de aplicaciones. Ofrece un acabado de alto brillo, protección contra la corrosión y resistencia al desgaste. En la industria automotriz, el níquel brillante se puede encontrar en parachoques , llantas, tubos de escape y molduras. También se utiliza para trabajos brillantes en bicicletas y motocicletas . Otras aplicaciones incluyen herramientas manuales y artículos para el hogar como accesorios de iluminación y plomería , estantes de alambre, armas de fuego y electrodomésticos . [11]
La tecnología de recubrimiento moderna hace que el níquel depositado tenga un brillo brillante sin necesidad de pulido. Las aplicaciones multicapa se utilizan con frecuencia para mejorar la resistencia a la corrosión del acero, el zinc, el cobre, el aluminio y otros metales revestidos. Para evitar el deslustre, el níquel galvanizado decorativo se recubre normalmente con una fina capa de cromo . [8]
Aplicaciones de ingeniería
El níquel de ingeniería se utiliza cuando no se desea brillo. Las aplicaciones no decorativas proporcionan protección contra el desgaste y la corrosión, así como acumulaciones de baja tensión para la recuperación dimensional, [11] [16] el níquel o sus aleaciones de níquel suelen tener un acabado mate o sin brillo. [8] El método se puede utilizar para fabricar recubrimientos nanocompuestos resistentes al desgaste. [17] [18]
El electroformado de níquel es un proceso de niquelado que se aplica a la fabricación de productos de níquel. Por ejemplo, el níquel se puede depositar sobre un mandril y luego retirarlo, creando una pieza compuesta únicamente de níquel. [8]
Véase también
Referencias
- ^ abc "QQ-N-290 A NIQUELADO". www.everyspec.com . Consultado el 25 de febrero de 2018 .
- ^ abcdefgh Ian Rose; Clive Whittington; William Lo (2022). "Manual de niquelado" (PDF) . Instituto del Níquel .
- ^ "MIL-P-27418 BAÑO ELECTRODEPOSITADO DE NÍQUEL BLANDO" www.everyspec.com . Consultado el 25 de febrero de 2018 .
- ^ abcde Di Bari 2011, pág. 80.
- ^ abcdefghijklmnop "Galvanoplastia de níquel [SubsTech]". www.substech.com . Consultado el 25 de febrero de 2018 .
- ^ Di Bari 2011, pág. 81.
- ^ Di Bari 2011, pág. 82.
- ^ abcd Di Bari 2011, pág. 79.
- ^ Dubpernell 1959, pág. 39.
- ^ Dubpernell 1959, pág. 40.
- ^ abcde Snyder, Dr. Donald. "Electrochapado de níquel". www.pfonline.com . Consultado el 25 de febrero de 2018 .
- ^ ab "NickelElectroplating.pdf" (PDF) . Consultado el 25 de febrero de 2018 .
- ^ "Encontraremos el método óptimo para recubrir sus piezas. Nadie puede superar la amplia gama de recubrimientos y acabados diseñados por Bales".
- ^ Ibrahim, Magdy AM (2005). "Electrodeposición de níquel negro a partir de un baño de Watts modificado". Revista de electroquímica aplicada . 36 (3): 295–301. doi :10.1007/s10800-005-9077-8. ISSN 0021-891X. S2CID 95324802.
- ^ abc "MIL-P-18317 REVESTIMIENTO DE NÍQUEL NEGRO SOBRE LATÓN O BRONCE". www.everyspec.com . Consultado el 25 de febrero de 2018 .
- ^ Davis, Joseph R. (1 de enero de 2000). Níquel, cobalto y sus aleaciones. ASM International. ISBN 9780871706850. Recuperado el 9 de agosto de 2016 .
- ^ Mosallanejad, MH; Shafyei, A.; Akhavan, S. (18 de abril de 2016). "Co-deposición simultánea de SiC y CNT en el revestimiento de Ni". Canadian Metallurgical Quarterly . 55 (2): 147–155. Código Bibliográfico :2016CaMQ...55..147M. doi :10.1080/00084433.2016.1150406. S2CID 138392838 . Consultado el 9 de agosto de 2016 .
- ^ Zhang, Sam (18 de junio de 2010). Películas delgadas y recubrimientos nanoestructurados: propiedades mecánicas. Taylor & Francis. ISBN 9781420094022. Recuperado el 9 de agosto de 2016 .
Fuentes
- Di Bari, George A. (14 de febrero de 2011). "Electrodeposición de níquel" (PDF) . En Mordechay Schlesinger; Milan Paunovic (eds.). Modern Electroplating (5.ª ed.). John Wiley & Sons. págs. 79–114. ISBN 978-1-118-06314-9.OCLC 1037918105 .
- Dubpernell, George (1959). "La historia del niquelado" [reimpreso en Plating & Surface Finishing, abril de 2006, págs. 34-43] (PDF) . Plating . 46 (6): 599–616.
- Nebiolo, William P. (agosto de 2022). "La historia de la galvanoplastia y una revisión histórica de la evolución de NASF" (PDF) . Documentos técnicos sobre tecnología de superficies de NASF . 86 (11). NASF: 1–14.
