La nichelatura è un processo di placcatura che consiste nel depositare uno strato di nichel su una superficie di metallo. Questo può essere fatto per una varietà di ragioni, tra cui la protezione contro la corrosione, l'aspetto estetico e la facilità di pulizia. E' un processo che si può fare anche in casa, con le dovute cautele di sicurezza, in modo più o meno grezzo o sofisticato. A chi infatti non è capitato, ad esempio, di imbattersi in contatti ossidati dai sali delle batterie alcaline? L'ideale sarebbe rivestire in oro i contatti, ma... il nichel costa meno (non lo sapevi?).
Sapere per bene come funziona la nichelatura e qual'è il processo "giusto", può aiutare molto ad ottenere risultati più che soddisfacenti, senza tanto complicarsi la vita. Quindi, per un personalissimo promemoria, ecco alcuni prodotti, strumenti e procedure comunemente utilizzati per la nichelatura:
Prodotti necessari:
- Soluzione di nichelatura contenente sali di nichel
- Acido cloridrico o soluzione di cloruro di ammonio per la preparazione della superficie da placcare
- Soluzione di decapaggio alcalina per rimuovere eventuali contaminanti sulla superficie da placcare
- Soluzione di attivazione acida per preparare la superficie prima della nichelatura
- Soluzione di risciacquo per rimuovere eventuali residui chimici dopo ogni passaggio
Strumenti necessari:
- Vasca di nichelatura o elettroplaccatura
- Fonte di corrente continua (rectifier)
- Anodo di nichel (+)
- Catodo o polo negativo - (oggetto da placcare)
- Pinze per tenere il catodo durante la placcatura
- Strumento per misurare la corrente elettrica
- Strumento per misurare lo spessore del rivestimento di nichel
Procedimento:
- Preparare la superficie dell'oggetto da placcare rimuovendo eventuali contaminanti con una soluzione di decapaggio alcalina.
- Preparare la superficie con una soluzione di attivazione acida per migliorare l'adesione del rivestimento di nichel.
- Risciacquare l'oggetto con acqua e asciugarlo accuratamente.
- Posizionare l'oggetto nella vasca di nichelatura come catodo (-) e posizionare un anodo (+) di nichel nella soluzione.
- Regolare la corrente elettrica a un valore appropriato utilizzando il rectifier e la pinza per tenere l'oggetto durante la placcatura.
- Lasciare il catodo nella soluzione di nichelatura per il tempo necessario per raggiungere lo spessore di rivestimento desiderato.
- Rimuovere l'oggetto dalla soluzione e risciacquare accuratamente per rimuovere eventuali residui chimici.
- Verificare lo spessore del rivestimento di nichel con uno strumento di misura dedicato.
Bene, semplice no? NO. Allora partiamo con lo spiegone.
Soluzione alcalina: Le soluzioni alcaline sono soluzioni acquose che contengono una quantità significativa di ioni idrossido (OH-), che danno alla soluzione un carattere alcalino. Alcune delle soluzioni alcaline più comuni sono:
- Idrossido di sodio (NaOH) - noto anche come soda caustica, è una delle soluzioni alcaline più utilizzate nell'industria chimica e nella pulizia industriale.
- Idrossido di potassio (KOH) - utilizzato principalmente come agente di controllo del pH in diverse applicazioni industriali, tra cui la produzione di fertilizzanti e di prodotti farmaceutici.
- Carbonato di sodio (Na2CO3) - noto anche come soda solvay, è utilizzato come sostituto del bicarbonato di sodio e come agente tampone in diverse applicazioni.
- Ammoniaca (NH3) - utilizzata come soluzione alcalina nella pulizia di superfici e come reagente in alcune applicazioni chimiche.
- Carbonato di potassio (K2CO3) - utilizzato come agente tampone in applicazioni farmaceutiche e nella produzione di sapone e vetro.
- Carbonato di calcio (CaCO3) - utilizzato come agente tampone nella produzione di alimenti e prodotti farmaceutici.
- Idrossido di calcio (Ca(OH)2) - noto anche come calce idrata, viene utilizzato principalmente nell'edilizia come materiale da costruzione e per la regolazione del pH in alcune applicazioni industriali.
Una soluzione alcalina è una soluzione acquosa con un pH superiore a 7, cioè una soluzione che contiene una quantità maggiore di ioni idrossido (OH-) rispetto a quella di ioni idrogeno (H+). Le soluzioni alcaline sono spesso chiamate anche soluzioni basiche o soluzioni di base.
Le soluzioni alcaline sono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni, come ad esempio nella pulizia e sgrassaggio di superfici, nel trattamento delle acque, nell'industria tessile, nella produzione di prodotti farmaceutici e cosmetici, nonché nella produzione di materiali e prodotti chimici.
La concentrazione di ioni idrossido in una soluzione alcalina determina la sua forza alcalina, che può essere espressa in termini di pH. Un pH di 7,1-14 indica una soluzione alcalina, con un pH di 14 che indica la massima alcalinità.
Soluzione di decapaggio: Le soluzioni di decapaggio sono soluzioni chimiche utilizzate per rimuovere strati di ossidazione, incrostazioni, contaminanti e altri materiali in eccesso dalle superfici di diversi materiali, tra cui metalli, vetro e ceramica. Alcune delle soluzioni di decapaggio più comuni sono:
- Acido cloridrico (HCl) - utilizzato per decapare metalli e rimuovere ossidazione e incrostazioni dalla superficie di materiali come acciaio inossidabile, alluminio e rame.
- Acido solforico (H2SO4) - utilizzato per decapare superfici metalliche e rimuovere incrostazioni e contaminanti dalle superfici di materiali come acciaio e ferro.
- Soluzione di cloruro di ammonio (NH4Cl) - utilizzata principalmente per decapare la superficie di leghe di rame e bronzo.
- Soluzione di fosforico (H3PO4) - utilizzata per decapare superfici metalliche e rimuovere ossidazione e contaminanti dalle superfici di materiali come acciaio inossidabile e alluminio.
- Acido nitrico (HNO3) - utilizzato per decapare la superficie di metalli come l'ottone e il nichel e rimuovere incrostazioni e contaminanti.
Alcune soluzioni di decapaggio possono essere pericolose e richiedere precauzioni e conoscenze specifiche per evitarne l'uso improprio o pericoloso.
Soluzione di attivazione acida: Le soluzioni di attivazione acida sono soluzioni chimiche utilizzate per preparare la superficie prima della nichelatura, al fine di migliorare l'adesione del rivestimento di nichel. Alcune delle soluzioni di attivazione acida più comuni sono:
- Acido solforico (H2SO4) - utilizzato per la preparazione della superficie del rame, dell'ottone e dell'acciaio inossidabile prima della nichelatura.
- Acido cloridrico (HCl) - utilizzato per la preparazione della superficie dell'alluminio prima della nichelatura.
- Soluzione di cloruro ferrico (FeCl3) - utilizzata per la preparazione della superficie di leghe di rame e bronzo prima della nichelatura.
- Soluzione di acido fosforico (H3PO4) - utilizzata per la preparazione della superficie dell'alluminio e delle sue leghe prima della nichelatura.
- Soluzione di acido cloridrico e acido solforico (HCl e H2SO4) - utilizzata per la preparazione della superficie dell'acciaio prima della nichelatura.
L'utilizzo di soluzioni di attivazione acida può essere pericoloso e richiedere precauzioni e conoscenze specifiche per evitarne l'uso improprio o pericoloso. Si consiglia quindi di rivolgersi a fornitori specializzati, esperti del settore o enti competenti per individuare le soluzioni di attivazione acida appropriate per la propria applicazione, oltre ad apprendere le precauzioni di sicurezza necessarie per il loro utilizzo.
Per oggetti di piccole dimensioni come chiavi, contatti di batteria, forbici, ecc., i valori di tensione e corrente raccomandati dipendono dal tipo di soluzione di nichelatura utilizzata, dallo spessore del rivestimento desiderato e dalle dimensioni dell'oggetto stesso. Tuttavia, di seguito suggerisco alcuni valori di tensione e corrente mediamente utilizzati per la nichelatura di oggetti di piccole dimensioni:
- Tensione: tra 4 e 12 Volt
- Corrente: tra 0,1 e 1,5 Ampere
I valori di tensione e corrente specifici possono variare in base alla soluzione di nichelatura utilizzata e alle specifiche dell'apparecchiatura di placcatura. Inoltre, per garantire una buona qualità del rivestimento di nichel e una maggiore sicurezza durante il processo, è importante seguire attentamente le istruzioni del produttore. Personalmente suggerisco tensioni e correnti al limite inferiore del range indicato. La nichelatura sarà più lenta ma i risultati sono apprezzabilmente migliori.
La stima dello spessore di rivestimento di nichel in base al tempo di nichelatura a 5V e 100mA dipende da diversi fattori, tra cui la soluzione di nichelatura utilizzata, le dimensioni e la forma dell'oggetto da placcare, la sua composizione e la temperatura della soluzione di nichelatura.
In generale, è possibile utilizzare la formula di Faraday per stimare lo spessore di rivestimento in base alla quantità di elettricità (carica) passata durante il processo di nichelatura. La formula di Faraday è:
massa di metallo placcato = (corrente x tempo di nichelatura x peso atomico) / (valenza x carica di un elettrone)
dove:
- corrente è la corrente elettrica utilizzata durante il processo di nichelatura (100 mA nel tuo caso)
- tempo di nichelatura è il tempo in cui la corrente viene applicata (espresso in secondi)
- peso atomico è il peso atomico del metallo che si sta depositando (peso atomico del nichel = 58,69 g/mol)
- valenza è il numero di elettroni che ciascun atomo del metallo depositato contribuisce alla reazione di riduzione (valenza del nichel = 2)
- carica di un elettrone è la quantità di carica portata da un elettrone (1,602 x 10^-19 Coulomb)
Ad esempio, se si desidera stimare lo spessore di un rivestimento di nichel applicando una corrente di 100mA per 60 minuti (3600 secondi) utilizzando la formula di Faraday, si ottiene:
massa di nichel = (0,1A x 3600s x 58,69g/mol) / (2 x 1,602 x 10^-19 C) = 6,821 x 10^-4 g
Se si conosce la densità del nichel, si può quindi calcolare lo spessore del rivestimento in base alla massa di nichel depositata. Ad esempio, se la densità del nichel è di 8,9 g/cm^3, lo spessore del rivestimento sarà:
spessore = massa di nichel / (densità x area)
dove l'area è la superficie dell'oggetto da placcare. Supponendo che l'oggetto abbia una superficie di 10 cm^2, lo spessore del rivestimento sarebbe:
spessore = 6,821 x 10^-4 g / (8,9 g/cm^3 x 10 cm^2) = 7,66 x 10^-7 cm = 7,66 nanometri
E' importante notare che questa stima è solo indicativa e che il valore effettivo dello spessore del rivestimento può variare in base a molti fattori. Inoltre, utilizzare uno strumento di misura dello spessore del rivestimento fornisce una stima più accurata dello spessore del rivestimento di nichel.
Il tempo ottimale di nichelatura per ottenere uno spessore di rivestimento di nichel "accettabile" per oggetti di piccole dimensioni come chiavi, contatti di batteria, forbici, ecc. dipende dalla soluzione di nichelatura utilizzata, dalle dimensioni dell'oggetto e dallo spessore di rivestimento desiderato.
In generale, per oggetti di piccole dimensioni, un tempo di nichelatura di circa 15-30 minuti può essere sufficiente per ottenere uno spessore di rivestimento di nichel di 1-3 micrometri, che è considerato accettabile e resistente alla corrosione.
La durata esatta del tempo di nichelatura dipende dalla soluzione di nichelatura utilizzata e dalla sua composizione.
E' importante tenere presente che, oltre al tempo di nichelatura, la qualità del rivestimento di nichel dipende anche da altri fattori, come la pulizia e la preparazione della superficie prima della nichelatura, la corretta preparazione della soluzione di nichelatura e l'adeguata regolazione dei parametri di nichelatura come la tensione e la corrente.
Per ottenere una superficie a specchio o conferire un aspetto satinato a un oggetto rivestito di nichel, ci sono alcune considerazioni e accorgimenti specifici da tenere in considerazione:
Superficie a specchio:
- La preparazione della superficie dell'oggetto da placcare è un fattore importante per ottenere una superficie a specchio. La superficie deve essere pulita, levigata e priva di difetti o imperfezioni.
- La soluzione di nichelatura utilizzata dovrebbe avere una bassa concentrazione di cloruri e una buona capacità di livellamento per ottenere una superficie liscia e uniforme.
- La corrente elettrica dovrebbe essere controllata attentamente per evitare la formazione di bolle d'aria o la deposizione irregolare del nichel sulla superficie dell'oggetto.
- La temperatura della soluzione di nichelatura dovrebbe essere controllata attentamente e mantenuta costante per evitare variazioni nella deposizione del nichel e per garantire un rivestimento uniforme sulla superficie dell'oggetto.
Aspetto satinato:
- Per conferire un aspetto satinato alla superficie di un oggetto rivestito di nichel, la superficie può essere sabbiata o lucidata per creare una texture uniforme sulla superficie.
- La soluzione di nichelatura utilizzata dovrebbe avere un'alta concentrazione di cloruri e una bassa capacità di livellamento per ottenere un aspetto opaco e satinato.
- La corrente elettrica dovrebbe essere controllata attentamente per evitare la formazione di bolle d'aria o la deposizione irregolare del nichel sulla superficie dell'oggetto.
- La temperatura della soluzione di nichelatura dovrebbe essere controllata attentamente e mantenuta costante per evitare variazioni nella deposizione del nichel e per garantire un rivestimento uniforme sulla superficie dell'oggetto.
La superficie di un oggetto rivestito di nichel può essere influenzata da molti fattori, tra cui la composizione della soluzione di nichelatura, la forma e le dimensioni dell'oggetto, la temperatura e la durata della nichelatura, e la pulizia e la preparazione della superficie prima della nichelatura.
La temperatura della soluzione di nichelatura può influire significativamente sul processo di nichelatura. In generale, la temperatura ottimale della soluzione dipende dalla soluzione di nichelatura utilizzata e dalle specifiche dell'apparecchiatura di placcatura. Riporto qui alcuni fattori generali che possono influire sulla temperatura della soluzione di nichelatura e sul processo di nichelatura:
La temperatura della soluzione di nichelatura può influire sulla velocità di deposizione del nichel sulla superficie dell'oggetto da placcare. In generale, aumentando la temperatura, la velocità di deposizione del nichel aumenta, ma può anche aumentare la formazione di bolle d'aria e la rugosità del rivestimento.
La temperatura della soluzione di nichelatura può influire sulla densità del rivestimento di nichel. A temperature elevate, la densità del rivestimento di nichel tende ad aumentare, il che può influire sulla resistenza alla corrosione e sulla qualità del rivestimento.
La temperatura della soluzione di nichelatura può influire sulla composizione della soluzione stessa. A temperature elevate, la soluzione di nichelatura può subire reazioni chimiche indesiderate che possono compromettere la qualità del rivestimento.
In generale, la temperatura ottimale della soluzione di nichelatura varia tra i 40°C e i 60°C, a seconda della soluzione di nichelatura utilizzata. In ogni caso, la temperatura della soluzione di nichelatura dovrebbe essere controllata attentamente e mantenuta costante durante il processo di nichelatura per garantire un rivestimento uniforme sulla superficie dell'oggetto e per evitare variazioni nella densità del rivestimento e nella sua qualità complessiva.
La temperatura della soluzione di nichelatura può variare in base a molte variabili, come la composizione della soluzione, le dimensioni e la forma dell'oggetto da placcare e la durata del processo di nichelatura.
Maaa...la soluzione di nichelatura deve essere agitata durante il processo?
L'agitazione può essere effettuata in diversi modi, a seconda delle dimensioni e della forma dell'oggetto e della soluzione di nichelatura utilizzata. Ad esempio, per oggetti di piccole dimensioni, la soluzione di nichelatura può essere agitata utilizzando un agitatore magnetico o un agitatore a vortex, mentre per oggetti di grandi dimensioni o per soluzioni di nichelatura ad alta viscosità, può essere necessario utilizzare un sistema di agitazione meccanica o a ultrasuoni. Un agitatore può essere facilmente realizzato in casa con una ventola da PC e dei magneti.
In ogni caso, l'agitazione della soluzione di nichelatura dovrebbe essere controllata attentamente e mantenuta costante durante tutto il processo di nichelatura per garantire un rivestimento uniforme e di alta qualità sulla superficie dell'oggetto. Inoltre, l'agitazione della soluzione di nichelatura può essere influenzata anche da altri fattori, come la temperatura della soluzione, la corrente elettrica utilizzata e la composizione della soluzione stessa.
Lo spessore ottimale di rivestimento dipende dall'applicazione specifica per cui si sta effettuando la nichelatura. In generale, lo spessore del rivestimento di nichel può variare da pochi micrometri (per applicazioni decorative) fino a diverse centinaia di micrometri (per applicazioni ingegneristiche e tecniche).
Per applicazioni decorative, uno spessore di rivestimento di nichel di circa 0,5-3 micrometri può essere sufficiente per ottenere un aspetto luminoso e uniforme sulla superficie dell'oggetto da placcare. Per applicazioni ingegneristiche o tecniche, uno spessore di rivestimento di nichel superiore può essere richiesto per garantire una buona resistenza alla corrosione, all'usura o alla fatica.
In ogni caso, è importante tenere presente che lo spessore del rivestimento di nichel può influire sulla qualità del rivestimento, sulla resistenza alla corrosione, sulla durezza, sulla densità e su altre proprietà del rivestimento. Si consiglia di utilizzare uno strumento di misura dello spessore del rivestimento per verificare lo spessore effettivo del rivestimento sulla superficie dell'oggetto placcato.
Durante il processo di nichelatura, possono svilupparsi diversi gas a seconda delle specifiche del processo di nichelatura e della soluzione di nichelatura utilizzata. Di seguito sono elencati alcuni dei gas che possono essere generati durante la nichelatura:
Idrogeno (H2): L'idrogeno può essere generato durante il processo di nichelatura elettrolitica in soluzioni di nichelatura acide ad alta concentrazione di idrogenioni (pH inferiore a 4). La formazione di idrogeno può essere una preoccupazione poiché può causare la formazione di bolle d'aria sul rivestimento di nichel, compromettendo la qualità del rivestimento.
Anidride carbonica (CO2): L'anidride carbonica può essere generata durante il processo di nichelatura elettrolitica in soluzioni di nichelatura acide che contengono carbonati, come il bicarbonato di sodio.
Ossigeno (O2): L'ossigeno può essere generato durante il processo di nichelatura elettrolitica in soluzioni di nichelatura alcaline, soprattutto a tensioni elevate.
Azoto (N2): L'azoto può essere generato durante il processo di nichelatura elettrolitica in soluzioni di nichelatura alcaline che contengono nitrati.
Cloro (Cl2): Il cloro può essere generato durante il processo di nichelatura elettrolitica in soluzioni di nichelatura alcaline che contengono cloruri.
La quantità e il tipo di gas generato durante il processo di nichelatura possono variare in base alla soluzione di nichelatura utilizzata, alla composizione dell'elettrolita, alla tensione e alla corrente utilizzate e ad altri fattori specifici del processo di nichelatura.
il cloro nell'aria può essere dannoso per la salute umana se inalato in quantità elevate. Il cloro è un gas altamente reattivo che viene utilizzato in molti processi industriali, incluso il processo di nichelatura elettrolitica. Quando il cloro viene rilasciato nell'aria in quantità elevate, può provocare irritazione agli occhi, al naso e alla gola, tosse, difficoltà respiratorie, mal di testa e nausea.
Inoltre, l'esposizione prolungata al cloro nell'aria può causare danni ai polmoni, al sistema nervoso e al sistema respiratorio. Le persone con malattie respiratorie preesistenti, come l'asma, possono essere particolarmente sensibili al cloro nell'aria.
Per prevenire l'esposizione al cloro nell'aria, è importante seguire le precauzioni di sicurezza appropriate durante la manipolazione di sostanze contenenti cloro, come indossare dispositivi di protezione respiratoria e occhiali di protezione. Inoltre, è importante lavorare in aree ben ventilate per ridurre la concentrazione di cloro nell'aria e ridurre il tempo di esposizione.
In generale, durante la nichelatura di piccoli oggetti per qualche minuto, non dovrebbe esserci produzione di cloro in quantità pericolose. La produzione di cloro dipende dalle condizioni specifiche del processo di nichelatura, come la concentrazione di cloruri nella soluzione di nichelatura, la tensione e la corrente utilizzate, la temperatura della soluzione e altri fattori.
Per evitare la produzione di cloro in quantità pericolose, è importante utilizzare le giuste precauzioni di sicurezza durante il processo di nichelatura, come lavorare in aree ben ventilate e utilizzare dispositivi di protezione personale, come occhiali di protezione e guanti. Inoltre, è importante seguire attentamente le istruzioni del produttore per la soluzione di nichelatura e per il processo di nichelatura per garantire la sicurezza e la qualità del processo.
In ogni caso, è sempre importante prendere le giuste precauzioni di sicurezza quando si lavora con sostanze chimiche per ridurre il rischio di esposizione a sostanze pericolose, come il cloro.
Invece l'azoto prodotto durante il processo di nichelatura elettrolitica generalmente non è considerato pericoloso per la salute umana, poiché l'azoto è un gas inerte che costituisce circa il 78% dell'atmosfera terrestre. L'azoto prodotto durante il processo di nichelatura può provenire da diverse fonti, come i sali di ammonio presenti nella soluzione di nichelatura o l'acqua utilizzata nella soluzione stessa.
Tuttavia, come per qualsiasi sostanza chimica, l'esposizione a elevate concentrazioni di azoto può causare effetti negativi sulla salute. Ad esempio, l'esposizione a elevate concentrazioni di azoto può causare mal di testa, vertigini, confusione, nausea, vomito e difficoltà respiratorie. Tuttavia, queste situazioni di esposizione sono improbabili durante il processo di nichelatura, a meno che non ci sia una fuga di gas o altre situazioni di emergenza.
Per chiudere questo noiosissimo spiegone, ricordiamo che la nichelatura può essere un processo complesso e richiedere attenzione alla sicurezza. E' importante quindi seguire attentamente le istruzioni e le precauzioni indicate dal produttore dei prodotti utilizzati e dalle autorità competenti per evitare rischi per la salute o l'ambiente.P.S. l'ingegnere è senza mutande. Ripeto: l'ingegnere è senza mutande.
Nessun commento:
Posta un commento