Kemisk Nikkel

 
4. Egenskaber for kemisk nikkel

Kemisk Nikkel er en fællesbetegnelse for nikkeloverflader, der pletteres autokatalytisk; dvs. uden brug af strøm. Overfladen består af nikkel (ca. 88 - 98 %) i samspil med andre stoffer (fosfor, bor, teflon, grafit, m.fl.).

Resultatet af en ”kemisk fornikling” kan ikke beregnes endnu. Dertil er systemerne for komplekse; jf. bogen ”Overfladeteknologi” skrevet af Per Møller, professor på IPL, DTU. Nichro har dog en god idé om overfladens sammensætning, egenskaber og anvendelser efter endt plettering og kan indenfor visse grænser skræddersy en overflade efter kundens ønske.

Kunden og Nichro diskuterer og fastlægger konstruktionens udformning og overfladeegenskaber. Nichro designer og udfører så testplettering af kundens emner. Testemnerne analyseres. Resultatet forelægges kunden til godkendelse, hvorefter en egentlig produktion kan sættes i værk.

Kemisk nikkel bruges typisk til korrosions- og/eller slidbeskyttelse, til smørende eller lodbare belægninger, til ”redning” af komplekse emner med bearbejdningsfejl, til renovering af udslidt værktøj samt som basis for andre belægninger; (bl.a. magnetiserbare). Årsagen hertil skal søges i de egenskaber, som kemisk nikkel besidder.


4.1 Materialefordeling

Belægningen udfældes med fuldstændig samme lagtykkelse overalt på konstruktionens uafdækkede flader; selv på stålemner med komplekse geometrier.
Belægningen udfældes som en amorf legering med krystaller = 6 nm og typisk lagtykkelse på 1 - 50 µm, selv om der ikke er nogen maks. lagtykkelse teoretisk set. Evt. dispergerede partikler medindfældes jævnt fordelt i belægningen.
Tilsvarende for fosfor og bor, der indbygges i strukturen. Indholdet af fosfor, bor, dispergerede partikler, ol. ændrer belægningens egenskaber og anvendelsesmuligheder.
 

4.2 Korrosion

Kemisk nikkel udfælder som en amorf legering uden porer og revner. Belægningen yder fremragende korrosionsbeskyttelse af grundmaterialet ved temperaturer op til 180 °C. Korrosionsbeskyttelsen forbedres ved at udfælde belægningerne som kemiske nikkel/fosforoverflader, idet et højt fosforindhold (10 – 12 % fosfor) reducerer krystalstørrelsen til = 1 nm.

Erfaringer fra den amerikanske olieindustri viser, at kulstofstål belagt med kemisk nikkel er et økonomisk alternativ til rustfrit stål og andre højtlegerede ståltyper, der udsættes for stresskorrosion.


4.3 Temperaturbestandighed

Kemiske nikkelbelægninger har et lavere smeltepunkt end rent nikkel (= 1452 °C). Eksempelvis har nikkelfosforbelægninger et smeltepunkt på ca. 880 °C for et fosforindhold på 11%. Egenskaben udnyttes kommercielt, når overflader skal gøres svejsbare eller lodbare.

Kemisk nikkel ændre egenskaber, når belægningen varmebehandles, idet krystalstørrelsen vokser med stigende temperatur. Overfladens indhold af fosfor/bor danner henholdsvis nikkelfosfider/-borider, der fordeler sig som øer i belægningen. Ø-dannelsen og de voksende krystaller resulterer i trækspændinger, fulgt af revnedannelse, øget korrosionshastighed og nedsat duktilitet.
Belægningens hårdhed og slidbestandighed øges.

Belægningen bliver en dispersionsbelægning efter varmebehandling på grund af ø-dannelsen. Egenskaben kan bruges til at ændre belægningens fysiske og teknologiske egenskaber på samme måde som en egentlig dispersionsudfældning.
Belægningens egenskaber kan altså skræddersys i forhold til den teknologiske anvendelse; (f.eks. smøring, slip-let, osv.)


4.4 Slid

Under 180 °C er kemiske nikkelbelægningers hårdhed på 500 - 750 HV for nikkelfosfor henholdsvis nikkelbor. Hårdheden øges med stigende temperatur helt op til 1000 –1400 HV for nikkelfosfor / nikkelbor.

Belægningen bliver altså hårdere, men mere inhomogen for stigende temperatur.
Det betyder, at specielt abrasive slidegenskaber forbedres; dvs. øget modstand mod slid fra hårde partikler eller hårde fremspring, der bevæges langs belægningen eller mellem to belægninger.

Belægningens uensartethed gør belægningen sårbar overfor adhæsivt slid; dvs. rivninger, hvis den glidende kontakt mellem to belægninger bliver for høj. Kemiske nikkelbelægninger kan dog konstrueres med smørende og friktionssænkende egenskaber ved at medindfælde f.eks. PTFE, molybdænsulfid eller grafit.

Belægningens ringe duktilitet åbner op for erosivt slid fra partikler, der rammer vinkelret ind på belægningen. Et duktilt materiale flyder lokalt, mens partikler slås løs fra et sprødt materiales overflade. Det erosive slid modvirkes dog af kemiske nikkelbelægningers høje elasticitetsmodul. Kemiske nikkelbelægningers egenskaber kan ved dispersionsudfældning skræddersys under hensyntagen til adhæsivt slid, korrosivt slid samt udmattelsesslid. Forbedring af de abrasive slidegenskaber kan udføres, hvis den kemiske nikkelbelægning bruges som underlag for f.eks. krom.


4.5 Elektriske og magnetiske egenskaber

Kemiske nikkelbelægninger har elektriske og magnetiske egenskaber, der adskiller sig fra rene nikkelbelægninger; f.eks. har nikkelfosfor (6-7%) en specifik elektrisk modstand på 60 µO•cm mod ren nikkels 6 µO•cm.

Kemisk nikkel er ferromagnetisk, mens nikkelbelægninger med mere end 11 % fosfor ikke er ferromagnetisk. Egenskaben bringes til anvendelse ved produktion af harddiske til computere, idet den ikke-ferromagnetiske kemiske nikkelfosforbelægning er en velegnet basis for den magnetiske koboltbelægning, der udgør harddiskens hukommelse.