Nichelatura chimica dell'alluminio

Pubblicato il 21/01/2021 da Aldo Bordiga

Fase di controllo di corpi valvola pneumatica rivestiti con nichelatura chimica

La nichelatura chimica viene comunemente applicata con successo su tutte le leghe di alluminio. La sua uniformità di spessore, la resistenza a corrosione e la durezza elevata sono una efficiente barriera verso gli agenti corrosivi e verso situazioni dove l’usura gioca un ruolo importante.

Tra i metalli utilizzati nella meccanica di precisione, l’Alluminio è quello che più si presta al concetto di miglioramento funzionale ed energetico dei macchinari grazie alle ottime qualità meccaniche di alcune leghe, paragonabili a quelle degli acciai, alla possibilità di estrusione, di colata per gravità o pressione e alla impagabile leggerezza con peso specifico intorno 2,7 g/cm3 contro i 7,9 g/cm3 dell’acciaio. Ne traggono vantaggio gli organi in movimento dove le forze in gioco e i conseguenti attriti e consumi energetici vengono ridotti.

Le leghe di Alluminio però presentano alcune debolezze per quanto riguarda le caratteristiche superficiali:

  • Bassa resistenza a corrosione: le leghe di allumino sono particolarmente soggette a corrosione galvanica e non hanno resistenza chimica a contatto con sostanze acide o alcaline;
  • Bassa resistenza all’usura: la bassa durezza superficiale e la attitudine al grippaggio non le rendono adatte al contatto per strisciamento con altri componenti;
  • Tendenza al grippaggio: i fenomeni di scorrimento di parti in alluminio tendono facilmente a creare grippaggio.

Due sono i rivestimenti che più vengono utilizzati per migliorarne le caratteristiche superficiali e che ovviano alle pecche del metallo base: l’Anodizzazione e la Nichelatura chimica.

Tralasciando l’Anodizzazione nelle sue forme tecniche e decorative che meritano libri a parte, ci focalizziamo sulle caratteristiche e le modalità di applicazione della Nichelatura chimica.

Possono essere nichelate tutte le leghe di alluminio

La prima grande proprietà della nichelatura chimica è la sua applicabilità su tutte le leghe di Alluminio. Le caratteristiche tecniche superficiali che ne derivano sono quindi le stesse per tutte le leghe. L’Anodizzazione invece, su certe leghe, non dà risultati soddisfacenti, vuoi per l’estetica non attraente, vuoi per la resistenza a corrosione o a usura scarsa. Ne soffrono soprattutto le leghe da pressofusione ad alto contenuto di Silicio e Rame.

Per nichelare l’Alluminio è necessario attivare la superficie dei pezzi con un trattamento detto zincato che deposita un leggero strato pochi nanometri di zinco sul pezzo prima della nichelatura. Ogni lega di Alluminio, in funzione dei metalli in lega, Cu piuttosto che Si, Mg, Zn, necessita di procedure adeguate e differenziate tra loro per la creazione dello strato di zinco. Questo passaggio è molto importante perché l’adesione del rivestimento di Nichel chimico e le sue conseguenti funzioni protettive sono fortemente influenzate dalla qualità dello strato di zinco, dal suo spessore, distribuzione e uniformità.

Resistenza a corrosione della nichelatura chimica sulle leghe di alluminio

Il Nichel chimico protegge le superfici che riveste perché è un metallo nobile, poco sensibile all’aggressione da parte di soluzioni saline e inquinanti industriali. La sua capacità di protezione è data dal grado di copertura e impermeabilizzazione ottenibile verso il metallo base.

C’è però da tenere in conto il ruolo di metallo sacrificale dell’Alluminio rispetto al Nichel chimico in situazione d’innesco corrosivo. In presenza di corrosione per via umida, per la differenza di potenziale elettrochimico tra Al e Ni, si verifica il cosiddetto “effetto pila” che accelera la corrosione del metallo base e tende a farla progredire lungo l’interfaccia Ni-Al scalzando il rivestimento di Ni.

Per ovviare a questa situazione, si stabiliscono spessori di Nichel chimico adeguati alla aggressività dell’ambiente di utilizzo e si ricorre a elettroliti di Nichel chimico modificati nei componenti in lega in modo da ridurre la porosità intrinseca dello strato di rivestimento.

Il rivestimento di nichelatura Niplate® eXtreme è un Nichel chimico studiato per leghe di Alluminio, atto a conferire la massima resistenza a corrosione ed evitare il fenomeno di sfogliamento in caso d’inneschi corrosivi. A parità di spessore, il Niplate® eXtreme, rispetto ad altri Nichel chimici dà maggiore protezione avendo una porosità residua sua quasi nulla. In più con il Niplate® eXtreme la corrosione rimane localizzata al punto d’innesco progredendo solo in prossimità del punto stesso.

Nella scelta della migliore soluzione a un problema di corrosione, oltre al tipo di Nichel chimico più idoneo avente lo spessore corretto, si deve tenere conto dei seguenti fattori che incidono sul risultato finale:

  • le porosità intrinseche della lega di Al, di cui le soffiature dei pressofusi sono un esempio comune,
  • le possibili inclusioni inerti nella lega di Alluminio che creano discontinuità nel rivestimento di Nichel,
  • la lavorazione meccanica più o meno fine con materiale tagliato dall’utensile piuttosto che strappato,
  • gli spigoli ben raggiati piuttosto che vivi,
  • la manipolazione dei pezzi dopo il trattamento che può provocare ammaccature del pezzo con innesco di criccature del rivestimento duro di Nichel chimico e conseguente.

Adottando i corretti cicli di preparazione alla nichelatura e gli elettroliti appropriati, su leghe compatte e finemente lavorate si ottengono buoni risultati di resistenza a corrosione superiori a 100 ore con il test di nebbia salina ISO 9227 a spessori di 10-15µ e fino a 720 ore di tenuta con spessori di 30-35 µm.

Resistenza a usura dell’Alluminio nichelato

Come accennato sopra, le caratteristiche superficiali dell’Alluminio nichelato chimicamente sono quelle riferibili al Nichel chimico. La durezza del rivestimento è tra 550 e 650 HV a seconda del tipo di Nichel chimico scelto, con resistenza a usura indicata nelle schede tecniche del Niplate® 500 e Niplate® 600 alle quali si rimanda per approfondimento.

L’ulteriore indurimento del Nichel chimico, con conseguente aumento di resistenza a usura, passa attraverso trattamenti termici. Le temperature alle quali si indurisce di norma il Nichel chimico, cioè 280°C e 340°C per alcune ore, permettono di raggiungere rispettivamente 800±50 HV e 1000±50 HV ma possono, per alcune leghe di Alluminio, influenzare le proprietà meccaniche.

Nella valutazione e progettazione di un particolare in Alluminio nichelato chimicamente e soggetto a usura, si terrà conto dei carichi localizzati che il pezzo deve sopportare durante lo scorrimento sulla controparte meccanica per verificare se lo spessore e la durezza del nichel sono adeguati.

Nella pratica molti articoli vengono prodotti in quasi tutte le leghe di Alluminio e rivestiti di Nichel chimico per esigenze di resistenza a usura, grazie anche all’ottima capacità di scorrimento che questo possiede, sia su controparte metallica che su guarnizioni o tenute in gomma.