Kemično niklanje aluminija

Kemično niklanje se običajno uspešno uporablja na vseh aluminijevih zlitinah. Enakomerna debelina prevleke, njena odpornost proti koroziji in visoka trdota zagotavljajo učinkovito zaščito pred korozivnimi sredstvi in obrabo.

Med kovinami, ki se uporabljajo v precizni mehaniki, je aluminij najprimernejši za funkcionalno in energetsko izboljšanje strojev. Nekatere njegove zlitine imajo odlične mehanske lastnosti, primerljive z jeklom, mogoče jih je ekstrudirati ter gravitacijsko ali tlačno ulivati, obenem pa so izjemno lahke: njihova gostota je okoli 2,7 g/cm³, gostota jekla pa 7,9 g/cm³. To je posebej koristno pri gibljivih delih, saj se zmanjšajo obremenitve ter posledično trenje in poraba energije.

Aluminijeve zlitine pa kažejo nekatere šibkosti glede površinskih značilnosti:

• Nizka odpornost proti koroziji: aluminijeve zlitine so še posebej dovzetne za galvansko korozijo in nimajo kemične odpornosti ob stiku s kislinskimi ali alkalnimi snovmi;
• Nizka odpornost proti obrabi: zaradi nizke površinske trdote in nagnjenosti k zaribavanju niso primerne za drsni stik z drugimi komponentami;
• Nagnjenost k zaribavanju: pojavi drsenja aluminijevih delov zlahka povzročijo zaribavanje.

Dve prevleki se najpogosteje uporabljata za izboljšanje površinskih značilnosti in odpravljata pomanjkljivosti osnovne kovine: Anodizacija in Kemično niklanje.

Če pustimo ob strani anodizacijo v njenih tehničnih in dekorativnih oblikah, ki zaslužijo posebne knjige, se osredotočimo na značilnosti in načine uporabe kemičnega niklanja.

Vse aluminijeve zlitine je mogoče niklati

Prva velika lastnost kemičnega niklanja je njegova uporabnost na vseh aluminijevih zlitinah. Površinske tehnične značilnosti, ki iz tega izhajajo, so zato enake za vse zlitine. Anodizacija pa pri nekaterih zlitinah ne daje zadovoljivih rezultatov, bodisi zaradi neatraktivne estetike bodisi zaradi slabe odpornosti proti koroziji ali obrabi. Od tega trpijo predvsem tlačno lite zlitine z visokim deležem silicija in bakra.

Za niklanje aluminija je potrebno aktivirati površino kosov s postopkom, imenovanim cinkatiranje, ki nanese tanko, nekaj nanometrov debelo plast cinka na kos pred niklanjem. Vsaka aluminijeva zlitina, odvisno od kovin v zlitini, Cu ali Si, Mg, Zn, potrebuje ustrezne in med seboj diferencirane postopke za ustvarjanje plasti cinka. Ta korak je zelo pomemben, ker sta oprijem prevleke kemičnega niklja in njegove posledične zaščitne funkcije močno odvisni od kakovosti plasti cinka, njene debeline, porazdelitve in enakomernosti.

Odpornost prevleke kemičnega niklja proti koroziji na aluminijevih zlitinah

Kemični nikelj ščiti prevlečene površine, ker je plemenita kovina, ki je malo občutljiva na delovanje slanih raztopin in industrijskih onesnaževal. Zaščitni učinek je odvisen od stopnje prekritja in neprepustnosti prevleke glede na osnovno kovino.

Treba pa je upoštevati vlogo žrtvene kovine aluminija v primerjavi s kemičnim nikljem v situaciji začetka korozijskega procesa. Ob prisotnosti korozije po mokri poti se zaradi razlike v elektrokemijskem potencialu med Al in Ni pojavi tako imenovani “učinek baterije”, ki pospešuje korozijo osnovne kovine in jo nagiba k napredovanju vzdolž vmesnika Ni-Al ter odriva prevleko Ni.

Za odpravo te situacije se določijo debeline kemičnega niklja, primerne agresivnosti okolja uporabe, in se uporabijo elektroliti kemičnega niklja z modificiranimi legirnimi komponentami, da se zmanjša inherentna poroznost plasti prevleke.

Prevleka kemičnega niklja Niplate® eXtreme je bila razvita za aluminijeve zlitine, da zagotavlja največjo odpornost proti koroziji in preprečuje luščenje ob začetku korozije. Pri enaki debelini Niplate® eXtreme zagotavlja večjo zaščito kot druge prevleke kemičnega niklja, saj je njegova preostala poroznost skoraj nična. Poleg tega pri Niplate® eXtreme korozija ostane omejena na mesto začetka in napreduje samo v njegovi bližini.

Pri izbiri najboljše rešitve za problem korozije je poleg vrste najprimernejšega kemičnega niklja z ustrezno debelino treba upoštevati naslednje dejavnike, ki vplivajo na končni rezultat:

• inherentne poroznosti aluminijeve zlitine, katerih pogost primer je plinska poroznost pri tlačnih ulitkih,
• možni inertni vključki v aluminijevi zlitini, ki ustvarjajo diskontinuiteto v prevleki niklja,
• mehanska obdelava, bolj ali manj fina, z materialom, ki ga orodje reže, namesto da ga trga,
• robovi, dobro zaobljeni namesto ostrih,
• rokovanje s kosi po obdelavi, ki lahko povzroči udrtine kosa s sprožitvijo razpok v trdi prevleki kemičnega niklja in posledično.

Z uporabo pravilnih ciklov priprave na niklanje in ustreznih elektrolitov se na kompaktnih in fino obdelanih zlitinah doseže dobra odpornost proti koroziji: več kot 100 ur pri preskusu v solni megli po ISO 9227 pri debelinah 10-15µ in do 720 ur pri debelinah 30-35 µm.

Odpornost proti obrabi nikliranega aluminija

Kot je omenjeno zgoraj, površinske lastnosti kemično nikljanega aluminija ustrezajo lastnostim kemičnega niklja. Trdota prevleke je med 550 in 650 HV, odvisno od izbrane vrste kemičnega niklja. Podatki o odpornosti proti obrabi so navedeni v tehničnih listih Niplate® 500 in Niplate® 600 , kjer so na voljo dodatne podrobnosti.

Kemični nikelj se dodatno utrdi s toplotno obdelavo, s čimer se poveča tudi njegova odpornost proti obrabi. Običajna večurna obdelava pri 280°C oziroma 340°C omogoča doseganje 800±50 HV oziroma 1000±50 HV, vendar lahko pri nekaterih aluminijevih zlitinah vpliva na mehanske lastnosti.

Pri ocenjevanju in načrtovanju dela iz kemično nikljanega aluminija, ki je izpostavljen obrabi, je treba upoštevati lokalne obremenitve med drsenjem po mehanskem protidelu ter preveriti, ali sta debelina in trdota niklja ustrezni.

V praksi so številni izdelki izdelani iz najrazličnejših aluminijevih zlitin in zaradi zahtev po odpornosti proti obrabi prevlečeni s kemičnim nikljem. Ta zagotavlja tudi odlične drsne lastnosti v stiku s kovinskimi protideli ter gumijastimi tesnili.