Nichelatura chimica

Il processo di nichelatura chimica dei metalli

Il processo di nichelatura chimica (o electroless nickel plating) consiste in una deposizione di nichel senza  l’uso di corrente elettrica: la presenza nella soluzione di trattamento di un riducente chimico (normalmente ipofosfito di sodio) innesca una reazione autocatalitica controllata, con una codeposizione di fosforo (derivante dalla reazione dell’ipofosfito).
E’ un processo che si è molto sviluppato negli ultimi 15-20 anni: basti pensare che alla fine degli anni 90 la Galvanica Paciotti aveva due bagni da 400 litri, oggi ne sono presenti ben nove, con volumi da 250 fino a 2200 litri.

Cavità per microelettronica/difesa - Nichelatura chimica su alluminio

Cavità per microelettronica/difesa - Nichelatura chimica su alluminio


Il nichel chimico può essere depositato su una vasta gamma di materiali: leghe di alluminio, rame e sue leghe (compreso rame-tungsteno), leghe ferrose (acciaio inox, kovar, invar, mumetal,…) e titanio (lega Ti6Al4V), con spessori che vanno da 2-3µ fino a 50µ (e oltre), secondo le esigenze. Il primo vantaggio della nichelatura chimica è la distribuzione dello spessore sugli oggetti trattati, molto più uniforme rispetto alla nichelatura elettrolitica (con corrente elettrica), soprattutto nel caso di forme geometriche complesse; ad esempio si può nichelare l’interno di tubi senza l’ausilio di anodi ausiliari (è sufficiente garantire una buona movimentazione del pezzo).

 

Applicazione in ambiente marino - Ni-chimico alto fosforo su alluminio

Applicazione in ambiente marino
Ni-chimico alto fosforo su alluminio

Boccole in alluminio trattate con nichelatura chimica

Boccole in alluminio trattate
con nichelatura chimica

Cromatazione + Ni-chimico su fusione in lega d'alluminio

Cromatazione + Ni-chimico su fusione in lega d'alluminio


Il nichel chimico può essere applicato come trattamento finale (protezione dalla corrosione, resistenza a usura, miglioramento generale delle superfici trattate), oppure come strato intermedio (barriera) prima di successivi trattamenti come oro, argento, stagno, ecc.


Sono disponibili vari tipi di bagni che si differenziano per la diversa percentuale di fosforo codepositato con  caratteristiche diverse del  deposito ottenuto (vedi tabella), offrendo la soluzione ideale per ogni tipo di applicazione.
I tipi medio e alto fosforo soddisfano circa l'80% delle richieste della nostra attuale clientela.

Housing e cover per apparati di telecomunicazione civili e per difesa: nichelatura chimica su base alluminio

Housing e cover per apparati di telecomunicazione civili e per difesa: nichelatura chimica su base alluminio

 

Alcuni criteri di massima per la scelta del tipo di nichel chimico:

  • BASSO FOSFORO (1-3%):

a) quando il requisito principale è la durezza e la resistenza a usura;
b) in presenza di forti sollecitazioni meccaniche e/o termiche (sbalzi termici): si limita il rischio di criccature del deposito, grazie alle tensioni interne compressive;
c) quando è richiesta bassa resistività elettrica (in relazione agli altri tipi di nichel chimico).

 

  • MEDIO-BASSO (4-6%) E MEDIO FOSFORO (7-9%):

a) applicazioni generali nei settori meccanici, aeronautici, spazio e microelettronica;
b) buona resistenza a corrosione.
c) è il più utilizzato come sottostrato (o strato barriera) prima di successivi trattamenti.

  • ALTO FOSFORO (10-13%):

a) quando il requisito principale è la resistenza alla corrosione;
b) applicazioni dove è richiesta assenza di magnetismo;
c) dove è richiesto un riporto relativamente duttile, resistente a
sollecitazioni meccaniche o termiche con limitato rischio di criccature.
d) applicazioni nel settore alimentare;
e) conformità alla direttiva europea ROHS.

 



SOLUZIONI SPECIALI A RICHIESTA

Per applicazioni particolari, valutando il rapporto prestazioni/costi, possono essere disponibili le seguenti offerte:

  • Nichel-boro: processo di nichelatura chimica con codeposizione di boro anziché fosforo: il deposito è particolarmente adatto alla brasatura di componenti soprattutto nel settore della microelettronica.

  • Nichel-PTFE: la codeposizione di particelle di PTFE (Teflon®) nel processo di nichelatura chimica permette di ottenere depositi con coefficiente di attrito particolarmente basso,  per applicazioni dove la scorrevolezza è un requisito essenziale.

 


Caratteristiche

Basso fosforo
1-3% P

Medio-basso fosforo
4-6% P

Medio fosforo:
7-9% P

Alto fosforo:
10-13% P

Durezza tal quale:      
Knoop (HK100)
Rockwell C (Rc)

 

700-800
56-61

 

600-700
51-56

 

500-600
45-51

 

450-500
41-45

Durezza dopo T.T. (1):
Knoop (HK100)
Rockwell C (Rc)

 

900-1000
65-69

 

850-950
63-67

 

800-900
60-65

 

750-900
57-65

Proprietà magnetiche

Magnetico

Magnetico

Leggermente magnetico

Non magnetico

Resistività elettrica (µΩ.cm)

10-30

15-45

40-70

80-110

Resist. usura Taber
(mg/1000 cicli-Carico 1000g)

7-12

10-14

16-20

22-24

Resist. usura Taber (c.s.)
dopo T.T. (1)

6-10

7-10

10-12

10-14

Resistenza a corrosione (2)

n.d.

12µ à 24 ore
25µ à 96 ore

12µ à 24 ore
25µ à 96 ore

12µ à 250 ore
25µ à 1000 ore

Test acido nitrico (3)

negativo

negativo

negativo

positivo

Test acido cloridrico (4)

positivo

positivo

positivo

positivo

Tensioni interne
(estensive / compressive)

Leggermente compressive

Leggermente espansive

Leggermente espansive

Neutre o compressive

Coefficiente di espansione termica (µ/m/°C)

12-15

11-14

10-15

8-10

Resistenza a trazione (MPa)

200-400

350-600

800-1000

650-900

Allungamento a rottura (%)

0.5-1.5

0.5-1

0.5-1

1-2.5

Peso specifico (g/cm3)

8.7

8.4

8.1

7.7

Punto di fusione (°C)

1250-1350

1000-1300

880-980

880-900

Fonte dei dati in tabella: bollettini tecnici dei produttori/fornitori dei bagni di nichelatura chimica.


(1) Il trattamento termico, a temperature comprese tra 260 e 400°C, trasformando la struttura da amorfa a cristallina permette l’aumento della durezza e resistenza all’usura del deposito di nichel chimico, ma riduce la resistenza alla corrosione e annulla le caratteristiche amagnetiche (soprattutto per i tipi a medio e alto fosforo).

(2) Test condotto secondo ASTM-B117 (test in nebbia 5% NaCl – 35°C) ) su provini in acciaio lappati, senza trattamento termico dopo la nichelatura. I dati indicati in tabella  vanno intesi come confronto, anche con altri tipi di trattamento, e possono variare in funzione del materiale base, del grado di finitura superficiale, dello spessore di nichel depositato e della geometria dell’oggetto reale.
 Oltre i 25µ di spessore non si riscontrano miglioramenti significativi.

(3) Test con acido nitrico concentrato (42Bé) a temperatura ambiente per 1 minuto.

(4) Test con soluzione di acido cloridrico in acqua (1:1) a temperatura ambiente per 2 minuti.