El niquelado químico es una técnica química autocatalítica utilizada para depositar una capa de aleación níquel-fósforo o níquel-boro en una pieza de metal o plástico. El proceso es una reducción en fase acuosa y caliente, en la presencia de un agente reductor, por ejemplo: hipofosfito sódico hidratado (NaPO2H2·H2O), que reacciona con los iones metálicos para depositar el metal. La reacción es catalizada al inicio por el metal de la pieza y luego por el níquel depositado. Son posibles aleaciones con diferentes porcentajes de fósforo, desde 2-5 (bajo en fósforo) a un máximo de 11-14 (alto de fósforo). Las propiedades metalúrgicas de las aleaciones dependerán del porcentaje de fósforo.
El niquelado químico se caracteriza por un espesor de capa uniforme, incluso en piezas complicadas y en las superficies interiores. Además, las superficies se caracterizan por una dureza muy alta, una resistencia de salida buena, y protección contra la corrosión excelente. Los revestimientos químicos de níquel son soldables y, aunque el níquel es uno de los metales ferromagnéticos, el depósito no es ferromagnético. Las propiedades de la capa de un recubrimiento de níquel químico dependen de la pureza del material de base, el tratamiento previo y el espesor de la capa. En la mayoría de los métodos que se utilizan el contenido de fósforo está entre el 8,5 al 12%.
Información general
El niquelado químico es una reacción autocatalítica utilizada para depositar un revestimiento de níquel sobre un sustrato. A diferencia de la galvanoplastia, no pasa una corriente eléctrica a través de la solución para formar un depósito. Esta técnica de recubrimiento es útil para evitar la corrosión y el desgaste. Esta técnica también se puede utilizar para la fabricación de revestimientos compuestos mediante la suspensión de polvo en el baño. Por ejemplo si se añade polvo de diamante se obtiene una buena superficie de lima y si se añade teflón aumenta su lubricidad y resistencia a adherencia.
El niquelado químico posee varias ventajas frente a la galvanoplastia. Al estar libre de densidad de flujo y las cuestiones de suministro de energía, proporciona un depósito incluso independientemente de la geometría de la pieza. Con la correcta preparación de una capa catalizadora, se puede depositar en las superficies no conductoras.Electroless Nickel Plating & Coating Services - Electro-Coatings
Resumen de la tecnología En niquelado químico los depósitos se clasifican normalmente como recubrimientos funcionales e históricamente se han encontrado usos en aplicaciones que requieren de protección ya sea a la corrosión o al desgaste y en algunos casos, ambos. Debido a las propiedades únicas del depósito y la uniformidad de la película resultante, muchas otras aplicaciones han surgido que capitalizan la naturaleza multifuncional del níquel electrolítico. La mayoría de las películas de níquel utilizadas comercialmente son depositadas a partir de soluciones empleando hipofosfito sódico como agente reductor.Electroless Nickel Plating - A Guide Esto da lugar a películas de níquel aleado con fósforo en oscila entre 1 y 12% en peso.
Las propiedades mecánicas de los depósitos de Ni+MP (PEV) pueden mejorarse aún más, no solo por la co-deposición de las partículas inertes tales como teflón, carburo de silicio o nitruro de boro, sino también mediante la aleación con un tercer elemento, formando una aleación ternaria de NiPX, donde X puede ser de cobre, tungsteno, molibdeno o estaño en función de la formulación particular. También mediante tratamiento térmico a temperaturas entre 280 y 440oC pueden lograrse incrementos de dureza notables por cambios en la microestructura y precipitación de fosfuros de níquel. Cabe mencionar que antes del tratamiento térmico los depósitos con más de 10% de P son amorfos, por lo tanto, se consideran vidrio metálico lo cual reviste importantes implicaciones.
La aleaciones de níquel con boro (NIB) también aparecen en la literatura,http://www.thomasnet.com/southern-california/plating-electroless-nickel-boron-nitride-95923496-1.html a pesar de que son menos viables comercialmente que las aleaciones de NiP. Las películas se generan utilizando borohidruro de sodio o dimetilaminoborano como agente reductor y puede variar su contenido en boro del 1 al 5 por ciento en peso. Las películas NiB se utilizan normalmente en la industria de la electrónica donde se requieren revestimientos de baja resistividad y también encuentran uso en aplicaciones industriales cuando se necesita un recubrimiento de extrema dureza y resistencia al desgaste.
El niquelado químico, al igual que el electrolítico, es tan fuerte como el eslabón más débil del proceso. Más claramente, el éxito niquelado químico requiere la adherencia estricta a las directrices de funcionamiento del baño y la preparación de la superficie óptima. Un proceso bien formulado de niquelado químico no supera una inadecuada preparación de la superficie. De forma análoga, aplicar el niquelado químico de forma incorrecta también dará un pobre recubrimiento aunque el sustrato está maravillosamente preparado.
Los siguientes enlaces son fundamentales: La preparación adecuada de la superficie Elección de níquel no electrolítico Conformidad con las Directrices de funcionamiento.
La incapacidad para reconocer la interconexión de estos tres elementos básicos en última instancia conduce a una insuficiencia en algún punto de la línea de fabricación.
Preparación de la superficie
Antes de realizar el niquelado químico, el material a tratar debe limpiarse con una serie de productos químicos, esto se conoce como el proceso de pretratamiento. Si no se consigue deshacerse de impurezas no deseadas el resultado de la superficie de la pieza será pobre. Cada pretratamiento químico debe ser seguido por un enjuague con agua (normalmente dos o tres veces) para eliminar los productos químicos que pueden adherirse a la superficie. El desengrasado elimina los aceites de la superficie, mientras que la limpieza con ácido elimina los óxidos e incrustaciones.
La activación se realiza con el mordido de un ácido débil, o un “toque” de níquel (aplicación breve de voltaje) o, en el caso de substrato no metálico, una solución de formulación patentada comercialmente o confidencial.
El pretratamiento requerido para la deposición de níquel y cromo sobre una superficie no conductora normalmente consiste en la preparación de la superficie inicial para hacer el sustrato hidrófilo. En algunos casos, como en el plástico ABS, se agrega un paso para disolver el butadieno presente en forma de partículas esferoidales dando lugar a una rugosidad de “anclaje”. Después de esta etapa inicial, la superficie es activada mediante una solución de un metal noble, por ejemplo, cloruro de paladio. También se utiliza nitrato de plata para activar el ABS y otros plásticos. El siguiente paso es la aplicación de la capa de níquel “electroless” cuya reacción es inducida y acelerada por las trazas de metal noble presentes del paso anterior. La formulación del baño autocatalítico varía según el activador. Después de esto, el sustrato ya estará listo para iniciar la deposición de níquel o cualquier otro metal mediante algún proceso electrolítico convencional.
Al finalizar el proceso de recubrimiento, las superficies chapadas deben ser tratadas con un anti-óxido o anti-deslustre químico como el fosfato trisódico o un cromato, seguido por un aclarado con agua para evitar manchas. El objeto enjuaguado entonces debe secarse completamente seca al horno para obtener la resistencia total de la película de recubrimiento.
Tipos Aunque el níquel puede aparecer aleado con boro lo normal es el fósforo, y atendiendo a la concentración de este se distinguen tres grandes grupos:
Níquel químico con baja concentración de fósforo Bajo tratamiento fósforo se aplica para los depósitos con dureza hasta 60 Rockwell C. Este tipo ofrece un espesor muy uniforme dentro de configuraciones complejas, así como fuera, que a menudo elimina molienda después de placas. También es excelente para la resistencia a la corrosión en ambientes alcalinos.http://corrosion-doctors.org/MetalCoatings/Electroless.htm
Níquel químico con concentración media de fósforo Tratamiento con fósforo medio tiene una tasa de velocidad de depósito de alto y ofrece opciones de brillantes y semi-brillante para la particularización cosmética. El tratamiento es muy estable, de uso frecuente para las industrias relativas a la eliminación de purín. Este es el tipo más común de niquelado químico.
Níquel químico con alta concentración de fósforo De níquel electrolítico de alta fósforo ofrece resistencia a la corrosión, por lo que es ideal para los estándares de la industria que requieren protección contra ambientes ácidos altamente corrosivos, tales como la perforación de petróleo y la minería del carbón. Con microdureza que van hasta 600 VPN, este tipo asegura superficie muy poca porosidad donde se requiere pozo sin recubrimiento y no es propenso a las manchas. Los depósitos no son magnéticos cuando el contenido de fósforo es mayor que el 11,2%.ASTM B733 - 04(2009) Standard Specification for Autocatalytic (Electroless) Nickel Phosphorus Coatings on Metal En cambio son difíciles de soldar.
Ventajas e inconvenientes
Las ventajas incluyen: No se utiliza energía eléctrica. Se puede lograr un recubrimiento uniforme en la superficie de las piezas. No hay plantillas sofisticadas o estantes. Hay flexibilidad en volumen de chapado y espesor. El proceso puede huecos y orificios ciegos con un grosor estable. Reposición química se puede controlar automáticamente. No se requiere un complejo método de filtrado. se puede obtener acabados mates, semibrillantes o brillantes.
Las desventajas incluyen: Vida útil de los productos químicos es limitado. El coste del tratamiento de residuos es alto debido a la rápida renovación química.
Cada tipo de níquel no electrolítico también tiene ventajas particulares dependiendo de la aplicación y el tipo de aleación de níquel.Fact sheet on Electroless Nickel
Propiedades físicas y mecánicas
Microestructura y composición de las películas de la NQP
Una de las ventajas del proceso de deposición no electrolítica de níquel es la capacidad para producir una aleación de níquel y fósforo en una composición variable. Dependiendo de la formulación y el funcionamiento la composición de película puede variar desde 2 hasta 13 por ciento en peso de fósforohttps://web.archive.org/web/20120328051147/http://www.valkro.com/AnodizingandElectrolessNickel/ElectrolessNickelPlating]. Esta variación en el contenido de la aleación tiene un efecto significativo sobre la microestructura de depósito y las características del rendimiento y ofrece flexibilidad para chapistas e ingenieros bien informados que pueden sacar el máximo provecho de estas diferencias.