Příspěvek je zaměřen na povlakování a hodnocení současného stavu preferenční varianty autokatalytického niklování. Povlaky niklu vylučované elektrochemickými a chemickými procesy se výrazně odlišují, jak ve svých fyzikálně mechanických vlastnostech, tak také ekonomickou provozně obslužnou náročností.

Elektrochemicky (galvanicky) vylučované tenké vrstvy Ni povlaků, lesklé, pololesklé a matné jsou priorizovány v oblastech vícevrstvých dekorativních povlakových systémů, jako korozně ochranná a dekorativní vrstva, dále pak jako nosná vrstva pro funkční povlaky chromu. Elektrochemický proces vylučování Ni umožňuje vytváření tlustých vrstev v řádu mm, kterého se využívá pro technické účely výroby průmyslových forem, dezénových povrchů uměleckých předmětů a děl. Povlaky dosahují tvrdosti v rozmezí 220-250 HV bez přidání leskutvorných přísad v případě galvanicky vyloučeného lesklého niklu 350-500 HV.

Chemicky (autokatalyticky) vylučované povlaky Ni považujeme za funkční úpravy povrchu. Povlaky nelze vylučovat v tlustých vrstvách. Nižší pórovitost souvisí s vyšší korozní odolností, odolností proti otěru a tvrdostí vrstvy. Povlaky nové generace heterogenního charakteru Ni matrice a disperze mikročástic, např. kompozitní povlaky Ni-SiC, zvyšují tvrdost a otěruvzdornost povrchu, snižují tření a zvyšují adhezi na oceli, hliníku, slitinách mědi. Povlaky vyloučené na slitinách hořčíku se aplikují v automobilovém a leteckém průmyslu, také v oblastech pokovování skla, keramiky a polovodičů.

Obr. 1 vlevo: autokatalyticky vyloučený dvouvrstvý povlak NiP, NiP-SiC, dokumentace světelnou mikroskopií, měření HV 0,05; vpravo: EDS analysis INCA x-act NiP, dispergované částice SiC

Nejrozšířenější aplikací autokatalyticky vyloučených povlaků Ni je binární slitina NiP. Povlaky lze vylučovat z lázní kyselých a alkalických. Mechanické a chemické vlastnosti vyloučeného NiP povlaku jsou ovlivněny obsahem fosforu, bezproudá depozice termodynamicky přesyceného tuhého roztoku fosforu v niklu dosahuje úrovně 14 % hmotnostního podílu fosforu v povlaku. Povlaky s velmi nízkým obsahem fosforu 1-4 %, vylučované z kyselých lázní, se vyznačují vysokou tvrdostí. Dále rozlišujeme povlaky se středním obsahem fosforu 5-9 % a vysoce-fosforové s 10-14 % hmotnostního podílu fosforu v povlaku. Alkalické niklovací lázně pracují při nižších teplotách, využívají se na vytváření mezivrstvy u povlakových systémů. Korozní vlastnosti se zvýší od <8 % P, porezita se nevyskytuje, tyto povlaky se stávají nemagnetickými.

Tepelným zpracováním lze dosáhnout tvrdostí srovnatelných s funkčními povlaky chromu (cca 900 HV). Tvrdost lze zvýšit z původních 500-750 HV na 850-1 100 HV. Výhodou je úspěšné pokovování dutin. Nízkouhlíkové oceli budou náchylné v důsledku tepelného zpracování (TZ) povlaku ke změnám fyzikálně mechanických vlastností základního materiálu, která se projeví ztrátou tvrdosti, difuzí atomů povlaků a základního materiálu, je tedy zřejmé že proces tepelného zpracování lze aplikovat pouze na základní materiál, u kterého nebude probíhat překrystalizace.

Obr. 2 vlevo: mikrostruktura jemnozrnná lupínkového charakteru, rekrystalizace základu, TZ do 4 hod.; vpravo: mikrostruktura lamelární, degradační trhliny, TZ po 48 hodinách od vyloučení povlaku (M 200:1)

Tepelná zpracování povlaku za účelem zvýšení tvrdosti a odolnosti proti otěru se doporučuje provádět před mechanickou úpravou povrchu při 350-400°C, kdy dochází k fázové přeměně mikrostruktury povlaku po dobu min. 1 hod., nejlépe bezprostředně do 1 hod. od vyloučení vrstvy. Tvrdost po tepelném zpracování roste se snižujícím se množstvím obsahu fosforu. Změnu vzhledu projevující se barevnou iridescencí povlaku lze omezit volbou tepelného zpracování v inertní, redukční atmosféře případně vakuu.
Potřeby kooperace a související nezbytná manipulace s výrobky v některých případech znemožňuje výše uvedená doporučení akceptovat. Pro tyto případy bylo provedeno šetření vlivu časové prodlevy v rozsahu 4 – 48 hod. tepelného zpracování po dobu min. 4 hod. při teplotní expozici 400°C. Předpokladem pro návrh režimu bylo, že ke stabilizaci mikrostruktury povlaku dochází po 8 hodinách od vyloučení vrstvy.
Vliv návrhu změny na mikrostrukturu slitinového povlaku NiP a související fyzikálně mechanické vlastnosti dokumentují obr. 1-3 a tab. 1-3.

Obr. 3 vlevo: mikrostruktura lupínkového charakteru důsledek rekrystalizace, TZ do 4 hod., vpravo: mikrostruktura hrubozrnná, degradační trhliny, TZ po 48 hod. (M 500:1)

Závěr
Vzhled povrchu, mikrostruktura a fyzikálně mechanické vlastnosti povlaků, které byly testovány v režimu tepelného zpracování expozice do 4 hod./400°C/TZ 4 hodiny, nevykazovaly známky degradace a významných abnormalit. Hodnoty tvrdosti byly v souladu s referenčními experimenty na vzorcích exponovaných do 1 hod./400°C/TZ 1 hodina. Referenční hodnoty tvrdosti, nízko-fosforové 1000-1050 HV0,05, středně-fosforové 900-950 HV0,05, vysoce-fosforové povlaky 850-900 HV0,05 a povlaky nové generace NiP-SiC 1100-1150 HV0,05. V důsledku tepelného zpracování došlo ke tvorbě barevných oxidů na povrchu vzorku, změně vzhledu.
Vzorky exponované v režimu po 48 hod./400°C/TZ 4 hodiny podlehly degradačním vlivům povlaku; trhliny ztráta přilnavosti, jako důsledek vnitřních napětí základního materiálu a povlaku. U těchto vzorků již byla stabilizovaná mikrostruktura téměř shodného vzhledu se vzorky před tepelným zpracováním, vyšší hodnoty tvrdosti jsou tedy zavádějící, příčina nebyla dále šetřena.

Literatura
[1] Nové poznatky v technologii chemického niklování. In: OBR, Ladislav. Nové poznatky v technologii chemického niklování [online]. [2010] [cit. 2013-02-24]. Dostupné z: http://www.atotech.com/data/cz/chemicky_nikl.pdf
[2] MOLLA, H. R., H. MODARRESS a M. ABDOUSS. Electroless nickel–phosphorus deposition on carbon steel CK-75 and study of the effects of some parameters on properties of the deposits. Journal of Coatings Technology and Research. 2012, 9(2), 183 – 188. DOI: 10.1007/s11998-009-9231-z. ISSN 1547-0091. Dostupné z: http://link.springer.com/10.1007/s11998-009-9231-z

TEXT/FOTO Ing. Xenie Ševčíková, Ph.D., HYDRAX s. r. o., Praha