
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
|
|