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NIKELCHIMICO - Scheda Tecnica

BREVI NOTIZIE SULLA SUA STORIA ED EVOLUZIONE

II principio della deposizione catalitica del Nichel fu scoperto da Wurtz nel 1845 che notò che una soluzione di ipofosfito di sodio faceva precipitare del Nichel metallo da un suo sale.
Ulteriori studi vennero fatti da Roux molti anni dopo e portarono nel 1916 al deposito di un brevetto. La costituzione del bagno in questione era tale che la reazione, una volta avviata, era incontrollabile ed il Nichel si depositava sulle pareti e sul fondo del recipiente di reazione.
Altre ricerche si svolsero anni dopo, verso la metà degli anni '40, negli USA ad opera di Brenner e Riddel. Effettuando una deposizione elettrolitica di Nichel all'interno di un tubo con un anodo insolubile, essi riscontrarono un rendimento catodico superiore al 100% quando alla soluzione veniva aggiunto dell'ipofosfito di sodio ed una deposizione di Nichel anche all'esterno.
Ne dedussero che, oltre alla deposizione elettrolitica, si verificava anche una deposizione di natura chimica.
Si deve attendere qualche anno ancora per veder realizzati processi utilizzabili a livello industriale grazie agli studi operati dalla General American Transportation che mise a punto un processo denominato Kanigen nel 1950.
Da allora altre società si occuparono del nuovo tipo di trattamento e i bagni vennero perfezionati ottenendo maggiori velocità di deposizione e caratteristiche di resistenza all'usura ed alla corrosione sempre migliori.
In Europa ed in Giappone si devono attendere gli anni '60 per poter parlare di un vero mercato del Nichel chimico.
Le applicazioni della nichelatura chimica sono numerose, sia per la varietà dei settori industriali interessati, sia per i diversi materiali che si possono trattare.
Le ultime statistiche a questo riguardo sono più sotto riportate:

70%: metalli ferrosi
20%: alluminio e sue leghe
6%: acciai speciali ed inossidabili
4%: ceramiche e materie plastiche

Per quanto riguarda l'utilizzo dei Nichel chimico nei maggiori paesi, la tabella sotto riportata mostra i consumi nel 1987.

USA 600 t. anno
Giappone 250 t. anno
Gran Bretagna 110 t. anno
Germania federale 100 t. anno
Italia 60 t. anno
Francia 30 t. anno
Benelux 20 t. anno

PROCEDIMENTO DI LAVORAZIONE
II processo di riduzione chimica dei sali di Nichel è di natura autocatalitica, ove la riduzione a metallo è provocata dalla reazione tra l'ipofosfito di sodio NaH2PO2* H20 e gli oggetti immersi nel bagno di nichelatura che fungono da catalizzatori secondo la seguente reazione:

Ni++ + H2PO2 + H2O ---------> Ni + H2PO-3+ 2H+

Gli ioni ipofosfito in soluzione acquosa sono cataliticamente ossidati a ioni fosfito con sviluppo di idrogeno e, allo stesso tempo, i cationi nichel sono cataliticamente ridotti a Ni metallo dagli ioni ipofosfito.
II risultato della reazione è la formazione di un riporto su particolari in ferro, alluminio, rame e loro leghe di una lega Nichel-Fosforo, nella quale il contenuto in fosforo è dipendente dalla concentrazione del fosforo nella soluzione e dal suo pH. II bagno con l'andar del tempo si arricchisce però in ioni fosfito che derivano dalla ossidazione degli ioni ipofosfito, la sua velocità di deposizione gradualmente diminuisce e si assiste alla formazione di nuclei di fosfito che divengono responsabili della rugosità del deposito e della decomposizione del bagno.
II bagno è costituito oltre che da sali di Nichel ed ipofosfito di sodio da:

- Complessanti: bloccano una parte degli ioni Nichel e rallentano la precipitazione di sottoprodotti della reazione (idrossiacidi organici).
- Stabilizzanti: prevengono la decomposizione del bagno (sali di metalli  pesanti o composti ciclici). - Acceleranti: aumentano la velocità di deposizione (acidi alifatici dicarbos silici).
- Agenti bagnanti: favoriscono la bagnabilità delle superfici da rivestire e facilitano il distacco delle bollicine di idrogeno dai pezzi (miscele di tensioattivi cationici ed anionici).

II bagno, contenuto in un serbatoio di stoccaggio sotto agitazione, viene prelevato da una pompa che lo invia ad un filtro, ad uno scambiatore di calore controllato da una sonda termometrica, e alla vasca di processo nella quale avviene la deposizione.
Questa è munita di uno stramazzo e di una pompa di rilancio che riporta il bagno, previo raffreddamento, alla vasca di stoccaggio. In quest'ultima vengono aggiunti in modo continuo i sali di Nichel, l'ipofosfito di sodio che mantengono in bagno alla concentrazione ottimale per la deposizione. Viene inoltre corretto il pH ed aggiunta la quantità necessaria di stabilizzante.
I particolari da nichelare devono essere perfettamente sgrassati e decapati prima di entrare nel bagno di nichelatura.
Lo spessore depositato è perfettamente uniforme in tutti i punti del pezzo ed è funzione del tempo di permanenza nel bagno. Raggiunto lo spessore desiderato i particolari vengono lavati, asciugati e passati in forno a 200°C per due ore.
Tale trattamento termico, detto deidrogenazione o degasaggio, viene effettuato per eliminare l'idrogeno che si è formato nell'interfaccia metallo-rivestimento ed ha l'effetto di migliorare l'aderenza del deposito, e ridurre l'infragilimento da idrogeno del materiale.

Figura 1: Schema di una parte dell'impianto di nichelatura chimica

A: vasca di stoccaggio
B: pompe
C: filtri
D: scambiatori di calore
E: vasca di nichelatura
R: rigenerazioni

LE PROPRIETA' DEL TRATTAMENTO NIKELCHIMICO UNIFORMITA' DEL DEPOSITO
Trattandosi di un processo chimico, il deposito del Nichel avviene con la precisione del ±5% sullo spessore finale del rapporto. Ciò significa che su un deposito di 20p di spessore si rientra in una tolleranza di 1 p evitando così la necessità di rirettificare il pezzo.

ASSENZA DELL'EFFETTO PUNTA
Nel Nikelchimico non si verifica l'effetto tipico dei trattamenti elettrolitici, quindi non occorre rifinire e particolari dopo il trattamento.

ANCORAGGIO E FLESSIBILITA'
L'eccellente ancoraggio del deposito sulla superficie può seguire le eventuali flessioni e dilatazioni del pezzo.
Sollecitando il campione a rottura non si verifica alcun fenomeno di sfogliamento.

RESISTENZA ALLA CORROSIONE
Prove in nebbia salina mostrano un comportamento del Nichel chimico migliore di quello elettrolitico, sia per la scarsa porosità che per il suo contenuto di fosforo. La resistenza alla corrosione è molto buona in ambiente alcalino, non ammoniacale, e nei confronti della maggior parte degli acidi organici in ambiente non creato, media negli acidi inorganici e decisamente scarsa in acido cloridrico in ambiente areato.

RESISTENZA ALLA CORROSIONE DEL NIKELCHIMICO IN DIVERSI MEZZI

MEZZO (20°C)

CORROSIONE (micron/anno)

Acqua distillata (95°C)

0

Acqua di mare (3,5% sali - 95°C)

0

Acido nitrico (1 %)

25

Acido cloridrico (2%)

27

Acido solforico (65%)

9

Acido fosforico (85%)

3

Acido acetico glaciale

0,8

Acido citrico

7

Acido ossalico (10%)

3

Cloruro ferrico (1 %)

200

Sodio idrossido (45%)

0

Sodio idrossido (50% - 95°C)

0,2

Potassio idrossido (50%)

0

Carbonato di sodio

1

Solfato di sodio (10%)

0,8

Ammoniaca (25%)

16

Nitrato d'ammonio (20%)

15

Solfato d'ammonio

3

Benzolo

0

Fenolo (90%)

0,2

Acetone

0,08


DUREZZA SUPERFICIALE
La durezza del deposito viene influenzata dal suo contenuto in fosforo e dal trattamento termico cui viene sottoposto.
I depositi non trattati termicamente presentano una struttura amorfa con strati alterni più o meno ricchi di fosforo. La loro durezza superficiale è di 500-550 HV (circa 50 HRC).
Con l'innalzamento della temperatura si assiste ad una graduale modificazione strutturale che ha come effetto l'aumento della durezza fino a 1000-11 OOHV a seconda del contenuto in fosforo.
La massima durezza è ottenuta per riscaldamento a 290°C per 10 ore, oppure a 400°C per 1 ora. Un ulteriore innalzamento della temperatura provoca una diminuzione della durezza.


Figura 2

Nella successiva Fig. è raffigurato il rapporto della durezza superficiale del nichel ricotto a 400°C rispetto ad altri tipi di trattamenti.


Figura 3

RESISTENZA ALL'USURA
E' dipendente dal trattamento termico subito e dalla natura del pezzo messo a contatto. In generale è decisamente buona se i campioni sono trattati a 400°C come risulta dalla Fig. 4


Figura 4

II comportamento del nichel chimico rispetto ad altri tipi di trattamenti è riportato in Fig. 5


Figura 5

SALDABILITA' E TRATTAMENTI SUCCESSIVI
Le superfici trattate con nichel chimico sono agevolmente saldabili, per quanto riguarda i trattamenti successivi, il nichel chimico rappresenta un substrato ideale per i processi di argentatura e doratura.

MOLTEPLICITA' DEI MATERIALI TRATTABILI
II nichel chimico è depositabile su quasi tutte le leghe ferrose, ghise ed acciai anche inossidabili, su alluminio e sue leghe. Inoltre è applicabile alle materie plastiche termoresistenti, alle quali conferisce caratteristiche di conducibilità.
I materiali sui quali non è possibile depositare in nichel chimico sono: piombo e sue leghe, zinco e sue leghe, acciai nitrurati, cementati.

SETTORI DI APPLICAZIONE
I particolari sottoposti al trattamento di nikelchimico, acquistano eccellenti caratteristiche chimico-meccaniche, ed è possibile quindi sostituire materiali pregiati come l'acciaio inox, il rame, l'ottone, con materie prime decisamente più economiche e più facilmente lavorabili.
Vengono quindi ottimizzati i cicli di lavorazione ottenendo sostanziali vantaggi tecnici ed economici anche per le produzioni di piccola e media serie.

CARATTERISTICHE

NIKELCHIMICO

NI ELETTROLITICO

CROMO A SPESSORE

Durezza (HV)

da 550 a 1100

200-400

800-1100

Effetto punta

--

si

si

Rettifica successiva

--

si

si

Precisione ed uniformità del deposito

± 5% sullo spessore del deposito

relativa

relativa

Potere coprente

nullo

si

si

Resistenza all'usura

buona

relativa

buona

Spessori depositabili

da pochi micron a 1 /10

da pochi micron a diversi millimetri

da pochi micron a diversi millimetri

Punto di fusione

890°C

1453°C

1492°C

Prezzo

superiore al nichel
elettrolitico
(paragonabile al
Cromo duro)

buono

superiore al nichel
elettrolitico

 
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