Vernikkelen: procesprincipes, toepassingen en vergelijkingen

Afbeelding van een nikkelbeplating

Vernikkelen is een elektrochemisch proces waarbij een laagje nikkel wordt aangebracht op koper, zink, staal of andere geschikte basismaterialen. Het verbetert doorgaans het uiterlijk en de prestaties van het basismateriaal. 

Vernikkelen is een waardevolle oplossing voor ingenieurs in belangrijke sectoren zoals de automobiel-, ruimtevaart- en elektronica-industrie. Het biedt een antwoord op de vraag hoe een betere uitstraling en prestatie bereikt kunnen worden zonder een ander basismateriaal te gebruiken. Het levert een aanzienlijke kostenbesparing op, omdat het basismateriaal niet duur hoeft te zijn. 

Wanneer het vernikkelen wordt uitgevoerd door een deskundige, biedt het een uitstekende weerstand tegen slijtage en corrosie. Het zorgt er ook voor dat het product voldoet aan de uiterlijke eisen van de markt, en dat alles tegen lagere kosten dan massief nikkel. 

Deze handleiding gaat over de basisprincipes van het vernikkelingsproces, de gebruikte apparatuur, de sectoren die worden bediend en een vergelijking met alternatieve technologieën. 

Wat is vernikkelen?

Nikkelbekleding

Vernikkelen is een elektroplatingproces waarbij nikkel op andere oppervlakken wordt aangebracht. Dit technische en decoratieve proces wordt vaak toegepast op basismetalen zoals koper, staal en zink. Met een speciale behandeling kan vernikkeld worden op kunststoffen, magnesium en roestvrij staal. 

Hoe werkt vernikkelen?

Het vernikkelingsproces begint met de voorbereiding van het substraat. De volgende stappen zijn de activeringsbehandeling, het voorplateren, het hoofdplateren en de nabewerking.  

Voorbereiding van de ondergrond Het substraat wordt ontvet, gereinigd en geëtst om oxiden te verwijderen. Mechanische bewerkingen zoals slijpen kunnen nodig zijn om een ​​uniform oppervlak te verkrijgen. 

Activeringsbehandeling – De activeringsbehandeling houdt in dat de fijne oxidefilm die tijdens het spoelen is gevormd, wordt verwijderd. De belangrijkste functie ervan is het verhogen van de chemische activiteit. Voor koperen en stalen substraten wordt de zuurbeitsmethode gebruikt. 

Voorverplating – Voorbeplating, ook wel flashplating genoemd, dient om corrosie tijdens het eigenlijke galvaniseerproces te voorkomen. Flashplating creëert een zeer dunne laag met uitstekende hechting. 

Hoofdbeplating Dit is de basis van het vernikkelingsproces. Verschillende soorten vernikkelingsoplossingen resulteren in verschillende soorten vernikkeling – glanzende vernikkeling, halfglanzende vernikkeling, matte vernikkeling, Watts-vernikkeling, enzovoort. 

Na de behandeling Nadat het substraat is vernikkeld, ondergaat het een spoel-, passiverings-, droog- en polijstproces. Deze stappen verbeteren het uiterlijk en de prestaties van de coating. 

Wat zijn de functies en voordelen van vernikkelen?

Vernikkelen wordt veelvuldig gebruikt om de waarde en fysieke eigenschappen van producten te verbeteren. 

Verhoogde productwaarde – verbetert de aantrekkelijkheid en het imago van consumentengoederen en andere producten. 

Verbeter de fysieke eigenschappen Het wordt gebruikt om eigenschappen zoals slijtvastheid, corrosiebestendigheid en hittebestendigheid te verbeteren. 

Deze functies bieden voordelen zoals:

• Verbeterd uiterlijk
• Kwalitatief hoogwaardige ondergrond voor verdere verf- of coatingwerkzaamheden.
• Geleidende en magnetische eigenschappen 
• Dimensionale uniformiteit 
• Kosteneffectieve oppervlakteafwerking

Industriële toepassingen van vernikkelde onderdelen  

Vernikkelde onderdelen worden veel gebruikt in de automobiel-, munten-, kunststof-, ruimtevaart- en elektronica-industrie. Hieronder wordt meer over deze toepassingen besproken.

Vernikkelen in de automobielindustrie

In de auto-industrie biedt vernikkeling de broodnodige hitte- en corrosiebestendigheid. De dunne maar betrouwbare coating wordt gebruikt op remonderdelen, bevestigingsmiddelen en bouten. 

In de auto-industrie worden nikkelcoatings onder andere gebruikt voor parkeerremmen, cilinderbussen, droogcilinders en hydraulische systemen.  

Vernikkeling voor munten 

De muntenindustrie gebruikt vaak vernikkeld staal voor die glanzende, aantrekkelijke munten. De coating verhoogt de duurzaamheid van de munten tegen lage kosten. Wanneer de munten niet meer bruikbaar zijn, kunnen het staal en het nikkel gemakkelijk worden gerecycled. 

Vernikkelen in de kunststofproductie  

ABS (acrylonitril-butadieen-styreen) kunststof onderdelen worden meestal vernikkeld om de duurzaamheid te verbeteren bij gebruik in elektronica, consumentenartikelen, auto-onderdelen en kranen. 

Vernikkelen in de lucht- en ruimtevaartindustrie  

Deze coating helpt te voldoen aan de strenge eisen van de lucht- en ruimtevaartindustrie op het gebied van uniforme dikte, uitstekende corrosiebestendigheid, ongeëvenaarde duurzaamheid en betrouwbare hechting. Veel fabrikanten in de lucht- en ruimtevaart gebruiken steeds vaker nikkelcoating om te voldoen aan hun prestatie- en veiligheidseisen. 

Elektronische industrie en vernikkeling

Vernikkeling wordt vaak toegepast op microprocessoren, connectoren en printplaten. Het verbetert de corrosiebestendigheid en de soldeerbaarheid. 

Soorten vernikkelingsmethoden

De twee belangrijkste soorten vernikkeling zijn elektrolytische vernikkeling en chemische vernikkeling. Elk van deze categorieën omvat een aantal vernikkelingsmethoden, zoals in het onderstaande gedeelte wordt toegelicht. 

Elektrolytisch vernikkelen

-Heldere nikkelbeplating

- Satijnnikkel plating

-Zwarte nikkelbeplating

Chemisch vernikkelen

- Chemisch vernikkelen met hoog fosforgehalte

-Middel-fosfor chemisch vernikkelen

- Chemisch nikkel met laag fosforgehalte

Chemisch vernikkelen

Hieronder vindt u een verdere vergelijkingstabel voor elektrolytisch versus chemisch vernikkelen. 

Overwegingen bij het kiezen van een vernikkelingsmethode

De ideale vernikkelingsmethode hangt af van het gewenste uiterlijk en de geometrie van het onderdeel, en de weerstandseisen voor een betrouwbare werking. 

het Uiterlijk 

Voor een fraai uiterlijk kunnen onderdelen die direct met de consument in contact komen het beste worden afgewerkt met een glanzende nikkelcoating vanwege de spiegelende glans. Als u wilt dat vingerafdrukken en krassen minder opvallen, is een matte afwerking een goede keuze. 

Gedeeltelijke geometrie

Voor complexe onderdelen met blinde gaten is het beter om de chemische vernikkelingsmethode te gebruiken, omdat deze niet afhankelijk is van de stroomsterkte. Bij elektrolytisch vernikkelen is de stroomdichtheid geconcentreerd aan de randen, waardoor een ongelijkmatige coating op complexe onderdelen kan ontstaan. 

Gegalvaniseerd complex onderdeel

Weerstandsvereisten 

Onderdelen met een hoog fosforgehalte die chemisch vernikkeld zijn, presteren het best in corrosieve omgevingen, waaronder maritieme omgevingen. De varianten met een laag fosforgehalte zijn mogelijk minder bestand, maar wel harder. 

Vernikkelen van verschillende metalen

Het vernikkelen van aluminium, messing, staal, koper, zink en andere technische metalen is gebruikelijk. 

Apparatuur gebruikt bij vernikkelen

De belangrijkste apparatuur bij vernikkelen omvat de anode, kathode, gelijkstroomvoeding en de galvaniseertank. Andere onderdelen zijn verwarmingselementen, roersystemen, veiligheidsapparatuur en chemische baden. 

Instelling voor vernikkelen

Anode en kathode Deze aansluitingen geleiden de benodigde gelijkstroom voor het galvaniseren. De nikkelanode levert nikkelionen. 

DC voeding – Dit is de elektrische stroom die wordt gebruikt voor elektrochemische afzetting. 

Galvaniseertank Dit is de tank met het chemische bad. Hierin bevindt zich het werkstuk tijdens het galvaniseren. 

Verwarmingscomponenten Deze componenten zorgen ervoor dat het proces bij de optimale temperatuur plaatsvindt. 

Agitatiesystemen Deze systemen circuleren de chemische oplossing, waardoor een gelijkmatige en gladde nikkellaag wordt gegarandeerd. 

Materiaal van de veiligheid Deze beschermen de operator tegen gevaarlijke dampen en chemicaliën die vrijkomen bij het galvaniseerproces.  

Chemische baden Dit zijn nikkelgalvaniseeroplossingen die chemicaliën bevatten zoals nikkelsalten en boorzuur. 

Nikkelgalvaniseerbad

Wat zijn de belangrijkste parameters bij vernikkelen?  

Er zijn zes belangrijke variabelen in het galvaniseerproces: stroomsterkte, roering, pH-waarde, temperatuur, laagdikte en samenstelling van het bad. 

Actueel – De stroomdichtheid moet in evenwicht zijn tussen 2 en 7 A dm⁻²

Agitatie – De badoplossing moet helder en homogeen zijn. 

PH-niveau – De pH-waarde moet binnen de aangegeven grenzen liggen: 3.5 – 4.5. 

Temperatuur – De aanbevolen temperatuur voor de meeste baden is 40-60 °C, gebaseerd op de 'Watts'-formule die in 1916 werd ontwikkeld door professor Oliver P. Watts.2]

Bekledingsdikte – Dit hangt af van de intensiteit van de toepassing. De categorieën voor de laagdikte zijn functioneel als volgt ingedeeld:

• Decoratief nikkel – Een glanzende afwerking die als grondlaag of op zichzelf staand kan worden aangebracht op luxe artikelen en sanitair.
• Bescherming tegen corrosie De beplating vormt een sterke, passieve oxidebarrière met een uniforme dikte, die bescherming biedt tegen corrosie. 
• Technische/slijtagegevoelige coatings (5 µm tot 125 µm of meer) – Een corrosie- en slijtvaste coating met de mogelijkheid tot dimensionaal herstel.2]

Badsamenstelling – Het spreidingsvermogen en de geleidbaarheid van de nikkelafzetting zijn afhankelijk van de verhouding tussen boorzuur (30 – 45 g L-1), nikkelsulfaat (240 – 300 g L-1) en nikkelchloride (30 – 90 g L-1).2]  

Welke soorten chemicaliën worden gebruikt bij vernikkeling?   

De belangrijkste chemicaliën die bij vernikkeling worden gebruikt, zijn nikkelsulfaat, nikkelchloride, boorzuur en complexeringsmiddelen.  

Vergelijking van vernikkelen met andere metaalafwerkingsprocessen

Vernikkelen wordt vaak vergeleken met andere afwerkingsprocessen, zoals verchromen, verzinken, vergulden en anodiseren. De keuze tussen vernikkelen en deze opties hangt af van factoren zoals hardheid, corrosiebestendigheid, slijtvastheid, kosten en materiaalcompatibiliteit.

Vernikkelen versus verchromen 

Hoewel duurder, is verchromen harder en slijtvaster. De gecontroleerde aard van zeswaardig chroom betekent ook dat het gebruik van deze afwerking onder strenger toezicht van de regelgevende instanties valt. 

verchroomde onderdelen

Nikkelplating versus zinkplating 

Het belangrijkste verschil zit in het corrosiemechanisme. Bij een nikkellaag vormt de coating een barrière, terwijl bij een zinklaag sprake is van opofferende corrosie. Zink is de goedkoopste van de twee. 

Vernikkelen versus vergulden

Verguldsel staat bekend om zijn superieure oxidatiebestendigheid en geleidbaarheid. De hoge kosten betekenen echter dat de meeste fabrikanten het alleen kunnen gebruiken voor contactoppervlakken. Meestal wordt er eerst een nikkellaag aangebracht om een ​​barrière te vormen en de levensduur van het goud te verlengen. 

Vergulde contactpinnen

Nikkelplating versus anodiseren 

Vernikkelen is veelzijdig en kan met een breed scala aan ferro- en non-ferrometalen worden bewerkt. Anodiseren is alleen mogelijk met aluminium en bepaalde non-ferrometalen. De elektrische geleidbaarheid van vernikkeld metaal is een ander belangrijk verschil. Als een onderdeel geleidend moet zijn, wordt anodiseren vermeden omdat dit isolerend werkt. 

Zwart geanodiseerd aluminium

Meer informatie over deze vergelijkingen is samengevat in de tabel hieronder.

Uitdagingen van vernikkelen

Afgezien van de voordelen, brengt vernikkelen ook uitdagingen met zich mee, zoals een veeleisende oppervlaktevoorbereiding, het behoud van de samenstelling en gezondheids- en milieukwesties. 

Voorbereiding van het oppervlak De rommel die ontstaat na het galvaniseren op een oppervlak met resten is niet meer te herstellen. 

Samenstelling Onderhoud De concentratie en het niveau van de componenten veranderen in de loop van de tijd, daarom is continu testen noodzakelijk. 

Gezondheids- en milieuproblemen – Rookgassen, afvalwater en nikkelsulfaat moeten worden behandeld en beheerd volgens de geldende arbeids- en milieunormen.2]

Hoe onderhoud je vernikkelde oppervlakken?

Vernikkelde onderdelen behouden hun prestaties en uiterlijk als ze regelmatig worden schoongemaakt en beschermd tegen reinigingsmiddelen en schuurmiddelen op basis van ammoniak. 

Kwaliteitscontrole bij vernikkeling

Om ervoor te zorgen dat een vernikkeld onderdeel aan de specificaties voldoet, zijn de vier belangrijkste kwaliteitscontroles: visuele en optische inspectie, corrosiebestendigheidstests, hechtingstests en meting van de laagdikte.

ISO-norm voor vernikkeling

Er zijn verschillende normen voor het vernikkelen, waaronder ISO 4527 (of ASTM B733) voor chemisch vernikkelen, ISO 1456 voor decoratief elektrolytisch vernikkelen, ISO 4525 voor vernikkeling op kunststoffen en ISO 4526 voor elektrolytisch vernikkelen van technische kwaliteit. 

Richtlijn voor het specificeren van vernikkeling 

De vijf opeenvolgende stappen voor het specificeren van een nikkellaag zijn: type coating, basismateriaal, details van de laag, warmtebehandeling en afwerking.

Stap 1: Kies het type vernikkeling

• Stroomloos: complex, nauwkeurig, corrosiebestendig. De referentienorm is ISO 4527 of ASTM B733. 
• galvanischeKosteneffectief/grote volumes, decoratief. De referentienorm is ISO 1458.
• Bevestig het budget en de prestatie-eisen voordat u een definitieve keuze maakt voor een bepaald type vernikkeling.

Stap 2: Definieer het basismateriaal

De hechtings- en voorbehandelingseisen zijn afhankelijk van het basismateriaal. Zowel het materiaalsoort als de exacte legeringsaanduiding moeten worden gespecificeerd. 

• Materiaalsoort, legeringsaanduiding

Stap 3: Definieer laagdetails waar van toepassing.

De twee variabelen hier zijn het fosforgehalte (chemisch afgezet) en de gewenste dikte. 

• Fosforgehaltes – De gehaltes zijn: laag fosfor (tussen 1% en 3%), gemiddeld fosfor (5 tot 9% P) en hoog fosfor (meer dan 10% P).1)
• Laagdikte – Dünnere lagen zijn voor cosmetisch gebruik, terwijl dikkere lagen geschikt zijn voor corrosieve of zware slijtageomstandigheden. De minimale diktes voor de verschillende laagdikteniveaus zijn: 
  • SC1 – 5 µm
  • SC2 – 13 µm
  • SC3 – 25 µm
  • SC4 – 75 µm (1)

Stap 4: Specificeer de warmtebehandeling 

De twee belangrijkste doelen van warmtebehandeling bij vernikkeling zijn harding en dehydrogenering. 

Verharding – Dit wordt gedaan na het galvaniseren voor een aanzienlijke verhoging van de hardheid van het chemisch nikkel.

Dehydrogenering De warmtebehandeling, ook wel bakken genoemd, minimaliseert het risico op waterstofbrosheid.  

Houd er rekening mee dat de warmtebehandeling kan worden weggelaten als het risico op waterstofbrosheid minimaal is en het onderdeel niet-structureel is. 

Stap 5: Overige overwegingen 

Er zijn ook nog andere overwegingen met betrekking tot het uiterlijk en de diktetolerantie. Het gaat hierbij specifiek om de afwerking, de contactpunten met het rek en de tolerantie voor de laagdikte. 

• Afwerking – glanzend, halfglanzend of mat
• Rack-contactpunten
• Tolerantie voor laagdikte

In Conclusie 

Vernikkelen is een waardevol proces voor het verbeteren van de slijtvastheid, corrosiebestendigheid en het uiterlijk van componenten in diverse industrieën, waaronder de elektronica-, automobiel- en ruimtevaartindustrie. 

Dit proces is al lange tijd gangbaar in deze industrieën en biedt kosteneffectieve en flexibele resultaten. De beste galvaniseerbedrijven kunnen het nikkelgalvaniseren aanpassen aan de specifieke eisen van uw project. 

Of u nu de visuele aantrekkingskracht van producten wilt vergroten, de productie van bevestigingsmiddelen wilt afronden of de prestaties van precisie-onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart wilt verbeteren, de juiste nikkelbeplatingsapparatuur, het juiste proces en de juiste chemische samenstelling zijn essentieel. 

Met onze vernikkelingsserviceU kunt sneller en tegen een betaalbare prijs de gewenste resultaten behalen. Stuur ons uw projectontwerp, zodat we een offerte op maat voor u kunnen maken. U kunt ook contact opnemen met ons engineeringteam voor een persoonlijk gesprek over de projectspecificaties.  

Veelgestelde vragen

Wat zijn de kosten van vernikkelen?

De kosten voor vernikkelen zijn afhankelijk van de geometrie en grootte van het onderdeel, de galvaniseermethode, het volume en de gewenste laagdikte. De strengere eisen aan de badcontrole bij chemisch vernikkelen maken het proces over het algemeen duurder dan elektrolytisch vernikkelen. 

Kan koper chemisch vernikkeld worden?

Ja, koper kan worden vernikkeld met een chemische nikkelcoating. Dit vereist een juiste activering en oppervlaktereiniging. 

Is nikkel duurder dan chroom?

Nee, verchromen is duurder dan vernikkelen. Het proces is niet alleen duurder, maar brengt ook hogere kosten met zich mee voor het voldoen aan de wettelijke voorschriften. Houd er rekening mee dat een hoog fosforgehalte de kosten van vernikkelen aanzienlijk kan verhogen, bijna tot het niveau van verchromen. 

Informatiebronnen 

[1]https://store.astm.org/b0733-22.html

[2]https://nickelinstitute.org/media/lxxh1zwr/2023-nickelplatinghandbooka5_printablepdf.pdf