Энциклопедия Брокгауза и Ефрона - никелирование

Прочность, малая окисляемость и способность к высокой полировке никеля, качества, сохраняемые им и в тонком слое, особенно осажденном гальваническим током на любом металле, вызвали усиленную разработку приемов Н. В настоящее время получило весьма широкое распространение лишь гальваническое Н. (о приемах Н. погружением и соприкосновением см. приведенные ниже руководства). Начало гальванического Н. относится к 1840-м гг., но тогда для осаждения никеля сначала брали азотно-никелевую соль, которая, как оказалось впоследствии, дает сравнительно худшие результаты. Большой успех имело осаждение никеля из двойной серно-аммиачно-никелевой соли, предложенное в 1842 г. профессором Бётгером во Франкфурте, который впервые указал на свойства никеля, осажденного гальваническим током. Однако Н. стало входить во всеобщее употребление в Европе значительно позднее и только тогда, когда оно укоренилось в Сев. Америке. Неудобство обращения с гальваническими элементами устраняется в больших никелировочных заведениях употреблением динамо-машин и аккумуляторов; измерение количества и напряженности электричества, весьма нужное при Н., производится омметрами и вольтметрами (см. Гальванометр, Вольтметр). Чтобы уяснить себе детально явление Н. следует обратиться к общей теории электролиза и основаниям термохимии (см. Вольтметр и Электролиз). Приводим некоторые данные, относящиеся к разложению двойных солей, наиболее употребительных при Н., именно — серно-аммиачно-никелевой соли и двойного соединения хлористых никеля и аммония:

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| | Серно-кисл. соли  | Соед. хлорист. метал.  |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Работа разложения |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| 1 кг электролита в | 239600 | 305300 |

| килограммометрах  |  | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| 1 кг электролита в пар. лош. в час | 0,89 | 1,13  |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Работа, затрачиваемая на осаждение: |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| 1 кг никеля в килограммометрах | 629400 | 671700 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| 1 кг никеля в пар. лош. в час | 2,33 | 2,49  |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

По этим числам легко можно судить о необходимом источнике электрической работы (см. Ватт), имея в виду, что работа паровой лошади = ¹/736 × число вольт × число ампер; так как Н. обыкновенно ведется при 2 — 2,5 вольтах напряжения, то, чтобы осадить 1 кг никеля, нужно количество электричества равное около 736 ампер-часов. Толщина же слоя никеля, которая получается без особого труда и считается достаточной, составляет около ¹/40 мм и соответствует осаждению 2 г никеля на 1 кв. дюйм. Н. идет хорошо, когда плотность тока вообще равна 0,6 ампера на кв. дюйм никелируемой поверхности [только при Н. цинка плотность тока доходит до 1,6 ампера]. Таковы общие данные, относящиеся к расчетам при Н. Обратимся теперь к практическим данным, относящимся к Н., излагая их в том порядке, в котором ведется производство Н. Прежде всего с поверхности металлических предметов, назначаемых для Н., необходимо удалить покрывающую их корку; от состояния этой поверхности зависит, могут ли они быть освобождены от корки только механической чисткой щетками, или эта корка должна быть предварительно разъедена так назыв. протравой. Предметы из чугуна и кованного железа травятся или смесью из 1 весовой части серной кислоты 66° Боме и 15 частей воды, или соляной кислотой; очень чистая поверхность получается также с помощью протравы, состоящей из 1000 частей 10%-ой серной кислоты, в которой растворяют 6 частей цинка, и 36 частей азотной кислоты. Для удаления только ржавчины, не трогая железа, следует погружать в крепкий раствор хлористого цинка. После травления полезно при промывке к воде добавлять немного щелочи для нейтрализации следов кислоты. Цинковые предметы травятся редко, лишь очень толстый слой окиси удаляют порошком пемзы, смоченной разведенной серной или соляной кислотой. Медь и ее сплавы — латунь, бронзы, томпак и пр. — очищают сначала щелочью от жира, затем удаляют налет, состоящий из закиси и окиси меди, погружением в слабую серную кислоту, и, наконец, придают окончательный блестящий вид поверхности погружением на несколько секунд в протраву, напр. такую: 50 вес. частей серной кислоты 66° Боме; 100 вес. частей азотной кислоты 36° Боме; 1 вес. часть поваренной соли; 1 вес. часть голландской сажи. Протрав, подобных и иных, рекомендуется много, но, вообще, чтобы получать очень хорошие результаты, по-видимому, лучше брать кислоты, по возможности, крепче; присутствие хлора, выделяемого кислотной смесью из поваренной соли, тоже, по-видимому, играет некоторую роль. При этих протравах нужно избегать сильного разогревания смеси, при котором медные вещи могут быть разъедены совершенно, а обильное выделение окислов азота может угрожать здоровью рабочих. После протравления и промывки чистой водой, очищенные предметы должны или немедленно подвергнуться дальнейшей обработке, или оставаться погруженными в чистой воде. Дальнейшая обработка, называемая крацеванием, заключается в чистке поверхности стальными или латунными щетками и имеет назначение окончательно удалить корку и сгладить шероховатость на поверхности подготовляемых к Н. предметов. Эта операция производится или от руки при подбавке песка, порошка пемзы или наждака, или на станке при помощи вращающихся круглых щеток. В последнее время для очистки стали, железа и чугуна с большим успехом применяют струю песка, вдуваемую или воздухом из мехов, или паром; последний способ — обработки струей — очень полезен при очистки предметов, имеющих углубления, но поверхность вещей при этом получается матовая; тем не менее, часто такой обработкой сразу достигается полная очистка поверхности. Крацеванием, вообще говоря, еще не оканчивается механическая обработка, так как гладкое и ровное осаждение никеля может быть получаемо лишь на вполне гладкой поверхности; поэтому предметы, назначаемые для никелирования, подвергаются шлифованию на деревянных кругах, обтянутых кожей с наждачным слоем, после чего полируются на полировальных станках, смотря по твердости металла, мумией, трепелом, венской известью, крокусом с маслом или иными полировальными составами (подробности см. Шлифование, Полирование). После полировки, когда поверхность вещей загрязняется жиром, большую часть жира удаляют обмыливанием в кипящем 10% растворе едкого кали или натра, или поташа и соды, которые действуют слабее; вещи из цинка, олова, свинца и британского металла не должны оставаться долго в щелочи, так как последняя их разъедает. Можно также первоначальную очистку от жира производить бензином или керосином, а затем промывать в горячей воде и известковом молоке. Окончательное удаление жира производится щетинной щеткой и жижей, состоящей из смеси воды, едкой извести и химически осажденного мела до тех пор, пока вся поверхность очищаемого предмета не будет одинаково, хорошо смачиваться водой. Последняя операция, называемая декапированием, имеет целью удалить тонкий слой окиси, могущий образоваться после предыдущей операции. Декапирование производится погружением на короткое время железных, стальных и цинковых вещей в 5% раствор серной кислоты, свинцовых и из британского металла — в слабую азотную кислоту, медных, латунных, бронзовых, из нейзильбера и томпака — лучше всего в раствор 1 части 60%-го цианистого калия в 15 — 20 частях воды. После декапирования вещи быстро обмываются несколько раз чистой водой и, наконец, помещаются в никелевую ванну. Никелирование можно производить в любых сосудах, стеклянных, каменных, а более значительные удобнее всего делать из дерева, выкладывая их внутри свинцом; можно употреблять и плотные деревянные ящики, хорошо осмоленные (не следует лишь употреблять при этом дуб, который содержит много дубильной кислоты, которая может сообщить никелевому слою темную окраску). При устройстве анодов и катодов следует соблюдать общие правила гальванопластики (см. соотв. статью), т. е. необходимо, чтобы покрываемый никелем предмет был окружен со всех сторон анодами; если предмет имеет плоскую форму, то вполне достаточно поместить его между двумя пластинами чистого никеля, служащими анодами; если же предмет не плоский и не окружен со всех сторон анодами, то его следует от времени до времени поворачивать. Поверхность анода при Н. должна быть, по крайней мере, равна поверхности покрываемых предметов, иначе может наступить обеднение ванны никелем; электроды из иного металла, чем никель, при Н. вообще не могут быть рекомендованы. Весьма важную роль при Н. играет также химическая чистота анодов. Аноды должны быть приклепаны к никелевым же крючкам, по которым ток входит в ванну, и, само собой разумеется, должны быть соразмерны с силой тока, чтобы не увеличивать бесполезно гальванического сопротивления. Катодами являются покрываемые никелем предметы, которые прикрепляются к проводнику тока при помощи медных проволок заранее, до окончательного удаления жира, и также не должны представлять значительного сопротивления току. Весьма важную роль при Н. играет температура ванны. Растворы приходится брать довольно крепкие и потому весьма важно предупредить всякую возможность кристаллизации солей, кристаллы которых могут осесть и на катоде, и тогда не может быть и речи о хорошем Н. Наиболее подходящей считается температура около 18 — 20С. Она может быть, и выше, но должна быть постоянной; ниже 15С Н. вообще идет неудовлетворительно. При Н. необходимо брать чистые химические препараты. Наиболее универсальной является серно-кислая соль никеля или никелевые соли органических кислот, но значительная цена последних служит препятствием к их распространению. Железные и стальные вещи, по-видимому, обнаруживают склонность ржаветь и после Н., при употреблении хлористого и азотно-кислого никеля; поэтому Лангбейн советует не употреблять совсем хлористых соединений. Для получения чистого серебристо-белого цвета осажденного никеля полезно прибавлять в никелевые ванны немного борной, лимонной или уксусной кислот. Слишком значительное количество этих кислот производит отслаивание осажденного никеля. В щелочных и нейтральных ваннах отложения никеля получаются с несколько темным оттенком. Наиболее простая ванна состоит из 8 — 10 частей по весу двойной серно-аммиачно-никелевой соли, растворенных в 100 частях дистиллированной воды. Если ванна окажется очень кислой, то ее нейтрализуют водным раствором аммиака до слабокислой реакции. При растворении соли нагревают раствор до кипения. Летом берут 10 частей двойной соли, а зимой 8, если желают избежать кристаллизации. Эта ванна, хотя и весьма распространена, но представляет большое гальванич. сопротивление и требует сравнительно сильного тока и литых никелевых анодов, причем ванна скоро становится щелочной и нуждается время от времени в подкислении. Меньшее сопротивление представляет ванна, к которой для проводимости прибавлен серно-кислый аммоний; эта ванна составляется из 500 г двойной серно-аммиачно-никелевой соли, 500 г серно-кислого аммония, 10000 г дистиллиров. воды. Соли растворяются в воде при кипячении, раствор нейтрализуется аммиаком в случае кислой реакции, и затем прибавляется лимонная кислота до тех пор, пока синяя лакмусовая бумажка не будет окрашиваться вполне ясно в слабый красный цвет. Осаждение никеля в этой ванне идет быстро, необходимая электровозбудительная сила на электродах от 1,8 до 2 вольт. В этой ванне можно никелировать все металлы, кроме цинка, свинца, олова и британского металла, которые следует предварительно покрывать медью (см. Гальванопластика). Предметы из литой стали не всегда принимают в этой ванне чистую белую окраску и требуют частой обработки осадка стальной щеткой (см. ниже). Недостаток этой ванны состоит в слишком большой концентрации раствора и слишком энергичном выделении никеля в нижней части катода, где слой никеля получается крупнозернистым; последнее обстоятельство благоприятствует поглощению водорода никелем, результатом чего является непрочность слоя. В верхней же части катода Н. часто идет слишком слабо, почему при этой ванне необходимо чаще переворачивать никелируемые предметы. Нижеследующий рецепт особенно распространен в Северной Америке. Берут 725 г двойной серно-аммиачно-никелевой соли, 225 г серно-кислого аммония, 50 г кристаллической лимонной кислоты, 10000 — 12000 воды. Ванна приготовляется подобно предыдущим; соли растворяются в кипящей воде и раствор нейтрализуется до слабокислой реакции. Эта ванна требует от 2 до 2,2 вольт. Она дает слой никеля белого цвета, хорошо переносящий высокую полировку, и поэтому особенно применима при Н. хирургических инструментов. Если проводимость ванны после долгой работы уменьшается, то, при надлежащем токе, получается на катоде черный налет и осаждение никеля становится незаметным; при усилении тока вновь появляется слой никеля, который, однако, скоро лупится; в этом случае дело поправляется добавлением серно-кислого аммония. Аноды при этой ванне лучше употреблять вальцованные. Из многих других рецептов некоторые применимы к специальным целям, как, напр., к Н. цинковых листов, клише и др. В большинстве руководств рекомендуется покрывать медь, ее сплавы, железо и сталь никелем непосредственно, цинк же, свинец, олово и британский металл советуют предварительно покрывать медью или латунью. Некоторые предпочитают железо и сталь также сперва крыть медью или латунью, указывая на получаемую при этом большую прочность слоя никеля; но это, по-видимому, справедливо безусловно лишь при не особенно тщательной очистке железных и стальных предметов от жира, которая сама собой доканчивается в щелочной медной ванне. Кроме того, покрывание медью безусловно необходимо при Н. старых никелированных предметов, когда не желают удалять старый слой. Никелируемые предметы никогда не следует погружать в ванну без тока. Что касается оценки силы тока без омметра, то следует заметить следующее: через 2 или 3 минуты предметы должны быть вполне ясно покрыты со всех сторон слоем никеля и при этом не должно, замечаться сильного выделения пузырьков газа; равномерное выделение мелких пузырьков служит указанием на то, что процесс идет правильно. В самом начале полезно пускать ток несколько сильнее нормального. Остается еще сказать как о механической обработке никелевых отложений во время Н., так и об окончательной обработке никелированных вещей. Так как гальванические отложения всегда более или менее пористы, то при обработке твердой металлической щеткой частицы никеля расплющиваются и слой уплотняется, что, придавая ему больший блеск, способствует более ровному осаждению никеля при продолжении Н. Кроме того, обработка щеткой лучше всего указывает, достаточно ли прочно держится никелевый слой и может ли он выдержать дальнейший процесс полировки. В случае недостаточной прочности слоя необходимо вновь очищать никелируемый предмет. Последняя обработка стальной или нейзильберной щеткой обыкновенно требуется лишь при толстом слое никеля, при этом самое растирание щеткой производится, в случае твердого слоя, при смачивании водой и, в случае более мягкого, при смачивании отваром мыльного корня, пивными дрожжами и пр. После этой обработки и никелир. вещи промываются водой, нагреваются в горячей воде и сушатся в мелких опилках (тополя, клена); железные и стальные вещи очень хорошо погружать не в горячую воду, а в кипящее льняное масло и продержать там минут 10, затем, вынув, просушить сначала в опилках, потом в сушильном ящике при 60°С. Окончательная отделка никелир. вещей достигается полированием на суконных или войлочных кругах с полировальными составами. Пособиями при Н. могут служить: "Полное руководство к осаждению металлов гальваническим путем" Лангбейна и Fontaine: "Electrolyse".

Н. А. Смирнов. Δ.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон

1890—1907