Niquelagem: Noções básicas do processo, aplicações e comparações

Imagem de revestimento de níquel

A niquelagem é um processo eletroquímico que deposita uma camada de níquel sobre cobre, zinco, aço ou outros materiais de base adequados. Normalmente, melhora a aparência e o desempenho do material de base. 

O revestimento de níquel é uma solução valiosa para engenheiros em setores-chave como o automotivo, aeroespacial e eletrônico. Ele responde à questão de obter uma melhor aparência e desempenho sem a necessidade de um material base diferente. Representa uma grande economia de custos, pois o material base não precisa ser caro. 

Quando realizado por um prestador de serviços especializado, o revestimento de níquel oferece excelente resistência ao desgaste e à corrosão. Além disso, faz com que o item atenda aos requisitos estéticos do mercado, tudo isso a um custo menor em comparação com o níquel maciço. 

Este guia aborda os princípios básicos do processo de niquelagem, os equipamentos utilizados, os setores atendidos e a comparação com tecnologias alternativas. 

O que é revestimento de níquel?

Revestimento de níquel

A niquelagem é um processo de galvanoplastia que consiste na deposição de níquel sobre outras superfícies. Este processo, de engenharia e decoração, é comumente realizado em metais básicos como cobre, aço e zinco. Com tratamento especial, a niquelagem também pode ser feita em plásticos, magnésio e aço inoxidável. 

Como funciona o revestimento de níquel?

O processo de niquelagem começa com a preparação do substrato. As outras etapas são o tratamento de ativação, o pré-revestimento, o revestimento principal e o pós-tratamento.  

Preparação de substrato – O substrato é desengordurado, limpo e gravado para remover os óxidos. Tratamentos mecânicos, como o lixamento, podem ser necessários para obter uma superfície uniforme. 

Tratamento de Ativação – O tratamento de ativação consiste na remoção da fina película de óxido formada durante a lavagem. Sua principal função é aumentar a atividade química. Para substratos de cobre e aço, utiliza-se o método de ativação por decapagem ácida. 

Pré-revestimento – O pré-revestimento, também chamado de revestimento flash, visa prevenir a corrosão durante a sessão principal de revestimento. O revestimento flash cria uma camada muito fina com excelente aderência. 

Revestimento principal – Este é o pilar do processo de niquelagem. Diferentes tipos de soluções de niquelagem resultam em diferentes tipos de revestimento de níquel – niquelagem brilhante, niquelagem semibrilhante, niquelagem fosca, niquelagem Watts, e assim por diante. 

Pós tratamento – Após o revestimento de níquel, o substrato passa por enxágue, passivação, secagem e polimento. Essas etapas melhoram a aparência e o desempenho do revestimento. 

Quais são as funções e os benefícios da niquelagem?

O revestimento de níquel é amplamente utilizado para aumentar o valor dos produtos e melhorar suas propriedades físicas. 

Valor agregado dos produtos – melhora o apelo e a aparência de bens de consumo e outros produtos 

Melhorar as propriedades físicas – É utilizado para melhorar propriedades como resistência ao desgaste, resistência à corrosão e resistência ao calor. 

Essas funções trazem benefícios como:

• Aparência melhorada
• Base de qualidade para pintura ou revestimento adicional.
• Propriedades condutivas e magnéticas 
• Uniformidade dimensional 
• Acabamento de superfície econômico

Aplicações industriais de peças niqueladas  

As peças niqueladas são amplamente utilizadas nas indústrias automotiva, de cunhagem de moedas, de plásticos, aeroespacial e eletrônica. Mais detalhes sobre essas aplicações são discutidos abaixo.

Niquelagem na indústria automotiva

Na indústria automotiva, o niquelamento proporciona a tão necessária resistência ao calor e à corrosão. Sua camada fina, porém confiável, é utilizada em peças de freio, fixadores e parafusos. 

As áreas específicas de aplicação do revestimento de níquel na indústria automotiva incluem freios de estacionamento, camisas de cilindro, cilindros de secagem e sistemas hidráulicos.  

Niquelagem para cunhagem 

A indústria de cunhagem costuma usar aço niquelado para produzir moedas brilhantes e atraentes. O revestimento aumenta a durabilidade das moedas a um baixo custo. Quando as moedas não forem mais úteis, o aço e o níquel podem ser facilmente reciclados. 

Niquelagem na fabricação de plásticos  

As peças moldadas em plástico ABS (acrilonitrila butadieno estireno) geralmente recebem um revestimento de níquel para aumentar a durabilidade em componentes para eletrônicos, bens de consumo, peças automotivas e torneiras. 

Niquelagem na indústria aeroespacial  

Este revestimento ajuda a atender aos rigorosos requisitos aeroespaciais de espessura uniforme, excelente resistência à corrosão, durabilidade incomparável e adesão confiável. Muitos fabricantes aeroespaciais estão utilizando cada vez mais o revestimento de níquel para atender aos seus requisitos de desempenho e segurança. 

Indústria eletrônica e niquelagem

O revestimento de níquel é comumente aplicado em microprocessadores, conectores e circuitos. Ele aumenta a resistência à corrosão e a soldabilidade. 

Tipos de métodos de niquelagem

Os dois principais tipos de niquelagem são a niquelagem eletrolítica e a niquelagem química. Cada uma dessas categorias engloba algumas abordagens de niquelagem, conforme destacado na seção abaixo. 

Niquelagem eletrolítica

-Niquelamento brilhante

- Revestimento de níquel acetinado

- Revestimento de níquel preto

Niquelagem sem eletrodos

-Niquelamento químico sem eletricidade com alto teor de fósforo

-Niquelamento químico sem fósforo médio

-Níquel químico sem fósforo com baixo teor de fósforo

Niquelagem sem eletrólise

A seguir, apresentamos uma tabela comparativa adicional para niquelagem eletrolítica versus niquelagem química. 

Considerações na escolha de um método de niquelagem

O método ideal de niquelagem depende da aparência e geometria desejadas para a peça, bem como dos requisitos de resistência para um serviço confiável. 

Aparência 

Em termos de aparência, os componentes voltados para o consumidor são melhor revestidos com níquel brilhante devido ao seu acabamento espelhado. Se você deseja que a peça disfarce impressões digitais e arranhões, uma superfície fosca é uma boa opção. 

Geometria da peça

Para peças complexas com furos cegos, é melhor utilizar o método de niquelagem química, pois este não depende da corrente elétrica. A densidade de corrente na niquelagem eletrolítica concentra-se nas bordas, podendo resultar em revestimento irregular em peças complexas. 

Peça complexa galvanizada

Requisitos de resistência 

As peças niqueladas sem eletricidade com alto teor de fósforo apresentam o melhor desempenho em ambientes corrosivos, incluindo ambientes marinhos. As versões com baixo teor de fósforo podem não ser tão resistentes, mas são mais duras. 

Niquelagem para diferentes metais

O revestimento de níquel em alumínio, latão, aço, cobre, zinco e outros metais de engenharia é comum. 

Equipamentos utilizados na niquelagem

Os principais equipamentos utilizados na galvanoplastia de níquel incluem o ânodo, o cátodo, a fonte de alimentação CC e o tanque de galvanoplastia. Outros componentes incluem sistemas de aquecimento, sistemas de agitação, equipamentos de segurança e banhos químicos. 

Configuração de niquelagem

Ânodo e cátodo – Esses terminais conduzem a energia CC necessária para a galvanoplastia. O ânodo de níquel fornece íons de níquel. 

fonte de alimentação de DC – Esta é a corrente elétrica utilizada para a deposição eletroquímica. 

Tanque de revestimento – Este é o tanque que contém o banho químico. Ele segura a peça durante o processo de galvanização. 

Componentes de Aquecimento: – Esses componentes garantem que o processo ocorra na temperatura ideal. 

Sistemas de agitação – Esses sistemas fazem circular a solução química, garantindo que o revestimento de níquel seja uniforme e homogêneo. 

Equipamento de segurança – Estes equipamentos protegem o operador dos vapores e produtos químicos perigosos associados ao processo de galvanoplastia.  

Banhos Químicos – Essas são soluções de niquelagem que contêm produtos químicos como sais de níquel e ácido bórico. 

Banho de niquelagem

Quais são os principais parâmetros na niquelagem?  

Existem seis variáveis ​​principais no processo de revestimento: Corrente elétrica, Agitação, Nível de pH, Temperatura, Espessura da camada e Composição do banho. 

Atual – A densidade de corrente deve estar equilibrada entre 2 e 7 A dm-2

Agitação – A solução para o banho deve ser límpida e homogênea. 

Nível de PH – O nível de pH deve estar dentro dos limites especificados – 3.5 – 4.5. 

Temperatura: – A temperatura recomendada para a maioria dos banhos é de 40 a 60 °C, com base na fórmula de Watts desenvolvida pelo Professor Oliver P. Watts em 1916.2]

Espessura do revestimento – Isso depende da severidade da aplicação. As categorias de espessura do revestimento são categorizadas funcionalmente como;

• Níquel decorativo – Um acabamento brilhante aplicado como camada de base ou sozinho em artigos de luxo e acessórios de canalização.
• Proteção contra corrosão – O revestimento forma uma forte barreira passiva de óxido de espessura uniforme, que oferece proteção contra corrosão. 
• Revestimentos de engenharia/críticos para desgaste (5 µm a 125 µm ou mais) – Revestimento resistente à corrosão e ao desgaste com capacidade de restauração dimensional. [2]

Composição do banho – O poder de penetração e a condutividade do depósito de níquel dependem da proporção de ácido bórico (30 – 45 g L-1), sulfato de níquel (240 – 300 g L-1) e cloreto de níquel (30 – 90 g L-1).2]  

Quais são os tipos de produtos químicos usados ​​na niquelagem?   

Os principais tipos de produtos químicos utilizados na niquelagem incluem sulfato de níquel, cloreto de níquel, ácido bórico e agentes complexantes.  

Comparação do revestimento de níquel com outros processos de acabamento de metais

O revestimento de níquel é frequentemente comparado a outros processos de acabamento, incluindo cromagem, zincagem, douramento e anodização. A escolha entre o revestimento de níquel e essas opções envolve fatores como dureza, método de corrosão, desempenho ao desgaste, custo e compatibilidade de materiais.

Niquelagem versus Cromagem 

Embora mais caro, o revestimento de cromo é mais duro e resistente ao desgaste. A natureza controlada do cromo hexavalente também significa que o uso desse acabamento está sujeito a uma regulamentação mais rigorosa. 

Peças cromadas

Niquelagem versus zincagem 

A principal diferença reside no mecanismo de corrosão. No caso do níquel, o revestimento atua como uma barreira, enquanto o zinco apresenta corrosão sacrificial. O zinco é a opção mais barata entre as duas. 

Niquelagem versus banho de ouro

O revestimento em ouro é conhecido por sua resistência superior à oxidação e condutividade. No entanto, seu alto custo faz com que a maioria dos fabricantes só possa utilizá-lo em superfícies de contato. Normalmente, o níquel é aplicado primeiro para oferecer uma barreira e prolongar a vida útil do ouro. 

Pinos de contato banhados a ouro

Niquelagem versus anodização 

O revestimento de níquel é versátil, funcionando com uma ampla gama de metais ferrosos e não ferrosos. A anodização só é possível com alumínio e alguns metais não ferrosos selecionados. A condutividade elétrica do revestimento de níquel é outra diferença notável. Se a peça exigir condutividade, a anodização é evitada, pois é isolante. 

Alumínio anodizado preto

Mais detalhes sobre essas comparações estão resumidos na tabela abaixo.

Desafios da Niquelagem

Apesar dos seus pontos positivos, o revestimento de níquel apresenta desafios como a preparação complexa da superfície, a manutenção da composição e as preocupações com a saúde e o meio ambiente. 

Preparação da superfície – Não há como corrigir a bagunça que ocorre após a galvanoplastia em uma superfície que continha resíduos. 

Manutenção da composição – A concentração e os níveis dos componentes mudam com o tempo, portanto, a realização de testes contínuos é um requisito. 

Questões de saúde e meio ambiente – Os fumos, as águas residuais e o sulfato de níquel devem ser tratados e geridos de acordo com as normas ocupacionais e ambientais vigentes.2]

Como conservar superfícies niqueladas?

Os componentes niquelados mantêm seu desempenho e aparência se forem limpos regularmente e protegidos de produtos de limpeza à base de amônia e abrasivos. 

Controle de Qualidade em Niquelagem

Para que uma peça niquelada atenda às especificações, as quatro principais verificações de qualidade são: inspeção visual e óptica, teste de resistência à corrosão, teste de adesão e medição da espessura do revestimento.

Revestimento de níquel

Diversas normas regem a niquelagem, incluindo a ISO 4527 (ou ASTM B733) para níquel químico, a ISO 1456 para níquel eletrolítico decorativo, a ISO 4525 para níquel em plásticos e a ISO 4526 para níquel eletrolítico de grau de engenharia. 

Guia para especificação de niquelagem 

As cinco etapas sequenciais para especificar o revestimento de níquel são: tipo de revestimento, material base, detalhes da camada, tratamento térmico e acabamento:

Passo 1: Escolha o tipo de revestimento de níquel

• Sem eletricidadeComplexo, preciso e resistente à corrosão. A norma de referência é a ISO 4527 ou a ASTM B733. 
• Galvanizado: Custo-benefício/grandes volumes, decorativo. A norma de referência é a ISO 1458.
• Confirme o orçamento e os requisitos de desempenho antes de escolher um tipo de revestimento de níquel.

Etapa 2: Defina o material base

Os requisitos de adesão e pré-tratamento dependem do material base. Tanto o tipo de material quanto a designação exata da liga devem ser especificados. 

• Tipo de material, designação da liga

Etapa 3: Defina os detalhes da camada, quando aplicável.

As duas variáveis ​​aqui são o teor de fósforo (deposição química) e a espessura desejada. 

• Níveis de teor de fósforo – Os níveis são: baixo teor de fósforo (entre 1% e 3%), médio teor de fósforo (5 a 9% de P) e alto teor de fósforo (mais de 10% de P).1)
• Espessura do revestimento – Camadas mais finas são para uso estético, enquanto camadas mais espessas são para serviços corrosivos ou de alto desgaste. As espessuras mínimas para os níveis de revestimento são: 
  • SC1 – 5 µm
  • SC2 – 13 µm
  • SC3 – 25 µm
  • SC4 – 75 µm (1)

Etapa 4: Especificar o tratamento térmico 

Os dois principais objetivos do tratamento térmico na niquelagem são o endurecimento e a desidrogenação. 

Endurecimento – Isso é feito após o revestimento para um aumento substancial na dureza do níquel químico.

Desidrogenação – O tratamento térmico, também chamado de cozimento, minimiza o risco de fragilização por hidrogênio.  

Note que a etapa de tratamento térmico pode ser dispensada se o risco de fragilização por hidrogênio for mínimo e a peça não for estrutural. 

Etapa 5: Outras Considerações 

Há também outro conjunto de considerações que envolvem a aparência e a tolerância de espessura. Especificamente, trata-se do acabamento, dos pontos de contato com a estrutura e da tolerância de espessura do revestimento. 

• Acabamento – brilhante, semibrilhante ou fosco
• Pontos de contato da cremalheira
• Tolerância da espessura do revestimento

Conclusão 

O revestimento de níquel é um processo valioso para melhorar a resistência ao desgaste, a resistência à corrosão e a aparência de componentes em diversos setores, incluindo eletrônica, automotivo e aeroespacial. 

O processo é consagrado nesses setores, com resultados econômicos e adaptáveis. Os melhores fornecedores de serviços de galvanoplastia podem ajustar o revestimento de níquel de acordo com as especificidades do seu projeto. 

Seja para aprimorar o apelo visual dos produtos, finalizar a fabricação de fixadores ou melhorar o desempenho de peças aeroespaciais de precisão, o equipamento, o processo e a química corretos para niquelagem são essenciais. 

Com nossas ofertas de certificados serviço de niquelagemCom a gente, você pode obter os resultados desejados mais rapidamente e a um preço acessível. Envie-nos o projeto para que possamos elaborar um orçamento personalizado. Você também pode entrar em contato com nossa equipe de engenharia para uma discussão mais detalhada das especificações do projeto.  

Perguntas Frequentes

Qual o custo do revestimento de níquel?

O custo do revestimento de níquel depende da geometria da peça, do tamanho da peça, do método de revestimento, do volume e da espessura de revestimento desejada. Os requisitos de controle mais rigoroso do banho de níquel químico tornam o processo geralmente mais caro do que o níquel eletrolítico. 

O cobre aceita níquel químico?

Sim, o cobre pode ser revestido com níquel químico. Isso requer ativação adequada e limpeza da superfície. 

O níquel é mais caro que o cromo?

Não, a cromagem é mais cara que a niquelagem. O processo não só é mais caro, como também exige maiores despesas com o cumprimento das normas regulamentares. Note-se que um elevado teor de fósforo pode aumentar significativamente o custo da niquelagem, quase ao mesmo nível da cromagem. 

Recursos 

https://store.astm.org/b0733-22.html

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