Czynniki wpływające na odporność na korozję niklu chemicznego

Powłoki z niklowania chemicznego są często nakładane na detale mechaniczne ze względu na ich właściwości w zakresie odporności na korozję.

Warstwa niklu chemicznego charakteryzuje się bowiem wysoką odpornością chemiczną i jednorodną grubością. Dzięki tym cechom tworzy barierę między stopem podłoża a środowiskiem zewnętrznym, co znacząco zwiększa odporność detalu na korozję.

Ten mechanizm ochrony przed korozją jest całkowicie odmienny od mechanizmu zapewnianego przez inne powłoki, takie jak cynkowanie na żelazie. W przypadku cynkowania warstwa cynku obecna na powierzchni pełni funkcję ofiarną względem metalu podłoża. Warstwa cynku zapewnia ochronę protektorową: koroduje preferencyjnie w stosunku do stali podłoża. To właśnie ta cecha, czyli działanie ofiarne względem żelaza, pozwala chronić podłoże przed korozją.

Powłoka z niklu chemicznego chroni przed korozją, tworząc barierę oddzielającą od środowiska zewnętrznego. Potencjalnymi miejscami inicjacji korozji są te obszary, w których powłoka nie jest ciągła.

Ciągłość i integralność powłoki, a więc stopień ochrony antykorozyjnej, zależą od czynników, które mogą naruszyć ciągłość warstwy. Czynniki mające największy wpływ na rezultat są związane głównie z procesami wykonywanymi przed niklowaniem chemicznym.

Główne czynniki są następujące:

• Powłoka
  • Rodzaj niklu chemicznego (średnio- lub wysokofosforowy)
  • Grubość powłoki
• Detal przeznaczony do powlekania
  • Stop metalu, z którego wykonano element
  • Technologia produkcji (odlewanie, tłoczenie, obróbka skrawaniem, …)
  • Geometria elementu (obecność krawędzi, gwintów)
  • Wykończenie powierzchni i chropowatość (powierzchnie toczone, frezowane, szlifowane, surowe, obrabiane w bębnach, śrutowane, …)

Powłoka

Rodzaj niklu chemicznego

Rodzaj niklowania chemicznego, czyli nikiel chemiczny średniofosforowy lub wysokofosforowy, wpływa na odporność na korozję. Niklowanie chemiczne wysokofosforowe, przy tej samej grubości, zapewnia bowiem większą jednorodność i ciągłość warstwy.

Dlatego detale pokryte niklem chemicznym wysokofosforowym Niplate 500 będą na ogół wykazywać lepszą odporność na korozję niż elementy pokryte niklem chemicznym średniofosforowym Niplate 600.

Grubość powłoki

Odporność na korozję zależy również od grubości powłoki. Im większa grubość powłoki, tym lepsze pokrycie powierzchni oraz większa ciągłość i jednorodność powłoki.

Wybór grubości zależy w dużej mierze od zastosowania, rodzaju niklu chemicznego i materiału podłoża elementu. Ogólnie, tam gdzie wymagana jest wysoka odporność na korozję, grubość powłoki powinna być większa niż 20 µm w przypadku detali ze stopów żelaza lub aluminium. W przypadku detali ze stopów miedzi wystarczająca jest grubość 10 µm.

Detal przeznaczony do powlekania

Stop metalu elementu

Zachowanie w warunkach korozyjnych zależy w dużym stopniu od powlekanego stopu metalu. Wynika to z faktu, że na granicy między metalem podłoża a powłoką powstaje ogniwo galwaniczne między tymi dwoma metalami, które może przyspieszać zjawiska korozyjne:

• Stopy miedzi pokryte niklem chemicznym wykazują najlepszą odporność na korozję. Stopy te mają potencjał redukcji zbliżony do potencjału powłoki, dlatego na granicy faz nie powstaje ogniwo galwaniczne. Pokryte stopy miedzi mogą bez problemu wytrzymać ponad 720 godzin w mgle solnej bez korozji, nawet przy niewielkich grubościach powłoki (około 10 µm).
• Stopy żelaza i aluminium mają natomiast niższy potencjał redukcji niż powłoka. Powstaje wówczas ogniwo galwaniczne, które przyspiesza korozję w obszarze granicy faz. W takim przypadku, aby uzyskać dobrą odporność na korozję, konieczne jest zwiększenie grubości powłoki (zazwyczaj powyżej 20 µm). Zwiększenie grubości poprawia ciągłość warstwy i zapobiega inicjacji korozji, eliminując tym samym problem ogniwa galwanicznego między podłożem a powłoką.

Technologia produkcji

Najlepszą odporność na korozję uzyskuje się w przypadku detali wytwarzanych w procesie obróbki skrawaniem. Obróbka skrawaniem, w przeciwieństwie do odlewania, zapewnia powierzchnię o lepszym wykończeniu, mniejszej chropowatości i bez porowatości.

Elementy wykonane w procesie odlewania, zarówno z aluminium, jak i z żeliwa, mają na powierzchni porowatość, wtrącenia lub inne wady, które naruszają ciągłość warstwy i tym samym umożliwiają inicjację korozji.

Geometria elementu

Geometria elementu również może wpływać na odporność na korozję. Obecność ostrych krawędzi lub gwintów może bowiem w tych miejscach zaburzać ciągłość powłoki, a tym samym tworzyć miejsca inicjacji korozji. Aby poprawić odporność na korozję, dobrą praktyką jest zatem zaokrąglanie krawędzi detalu tam, gdzie jest to możliwe.

Wykończenie powierzchni i chropowatość

Rodzaj obróbki skrawaniem i chropowatość powierzchni mają istotny wpływ na odporność na korozję (zwłaszcza w przypadku stopów żelaza i aluminium).

Tam, gdzie chropowatość powierzchni jest wysoka (> 1,00 Ra) lub materiał wykazuje rozdarcia, zadziory albo zawalcowania, łatwo dochodzi do inicjacji korozji. Wynika to z faktu, że w tych miejscach powłoka nie jest w stanie w sposób ciągły pokryć powierzchni.

Podsumowanie

Czynników wpływających na odporność na korozję jest wiele i trudno jest je streścić, również dlatego, że są ze sobą powiązane. Wybór specyfikacji obróbki zależy w dużej mierze także od zastosowania detalu.

Ing. Giacomo Bordiga

Quality Manager & Materials Engineer

Inżynier materiałowy z ponad 15-letnim doświadczeniem w metalowych obróbkach powierzchniowych. Specjalizuje się w niklowaniu chemicznym, anodowaniu oraz systemach zarządzania jakością ISO 9001 i IATF 16949.