nickel

NICKELATURA

Generalità
La deposizione elettrolitica di nickel è uno dei processi di finitura utilizzati in modo
generalizzato sia nel campo ingegneristico che decorativo. I rivestimenti decorativi si
ottengono aggiungendo ai bagni tecnici tradizionali degli additivi organici appropriati. Il
processo comprende la dissoluzione di un elettrodo (anodo) e la deposizione del nickel
metallo sull’altro elettrodo (catodo). Ciò si fa applicando una tensione fra l’anodo (positivo)
ed il catodo (negativo). La conducibilità elettrica fra i due elettrodi è supportata da una
soluzione acquosa di sali di nickel. Quando i sali di nickel sono disciolti in acqua il nickel è
presente come ione Ni2+(acq) con varie moli d’acqua di coordinazione assieme ad altri
gruppi che determina il colore della soluzione che risulta verde. Quando il pezzo da
nickelare viene polarizzato catodicamente (-) rispetto all’anodo (+) gli ioni nikel Ni2+
migrano sul catodo,assorbono da questi due elettroni e si depositano come atomi metallici
sullo stesso secondo la reazione semplificata
Ni2+ + 2e-  Ni
Poichè la reazione che avviene all’anodo è il contrario di questa il processo
può avvenire per lungo tempo senza interruzione.

Composizione
La tipica formulazione di un bagno di nickelatura lucida si basa sulla
formulazione di un bagno di Watts cioè una ricetta nata per depositare un nickel
opaco che ha avuto una notevole importanza nella storia della nickelatura. Le
caratteristiche fondamentali di tale ricetta sono le seguenti:
Componente
Nickel solfato NiSO4*6H2O
(g/l)
Nickel cloruroNiCl2*6H2O
(g/l)
Nickel totale come metallo
(g/l)
Acido borico (g/l)
Temperatura (°C)
PH
Agitazione
Densità di corrente
catodica (A/dm2)
Densità di corrente
anodica (A/dm2)
Anodi
Intervallo di conc.
250-320
Valore ottimale
300
50-70
60
65-75
70
30-45
45-65
3.5-5.5
Aria o meccanica
3-6
40
60
4.5
4
2-4
3
Nickel
Nickel
Il nickel solfato fornisce la maggioranza del contenuto in ioni nickel nel
bagno. E’ un sale poco costoso con uno anione che non subisce riduzione al
catodo o ossidazione all’anodo e non è volatile.
Il nickel cloruro fornisce gli ioni cloro che prevengono la ossidazione degli
anodi che si traduce in una passivazione. Infatti all’anodo le tre reazioni
concorrenti sono:
Ni  Ni2+ + 2e2Cl- Cl2 + 2e2OH- H2O+1/2O2 +2e-
(1)
(2)
(3)
La reazione desiderata è la (1) che ripristina all’anodo quello che si è
depositato al catodo. La reazione (3) provoca la formazione di ossigeno all’anodo
con conseguente deposizione di ossido di nickel e di ossigeno adsorbito che
riduce la conducibilità elettronica aumentando così la tensione di lavoro
(polarizzazione ). La reazione (2) provoca la ossidazione dell’anodo con
formazione di NiCl2 sale solubile che passa subito in soluzione mantenendo
quindi l’anodo allo stato di nikel attivo.
L’acido borico serve come tampone per il film catodico. Qui infatti la scarica
continua di cationi (Ni2+ e in misura molto minore anche se indesiderato H+)
provoca un aumento del pH che se non viene tamponato porta alla formazione
di idrossidi di Nickel, sali poco solubili, che vanno a depositarsi sul pezzo
originando delle puntinature e quindi degli scarti.
L’antipuntinante è necessario poiché l’efficienza catodica di scarica del
nickel è circa del 97% mentre il resto è dovuto alla scarica dei portatori minoritari
H+ con formazione di bollicine di H2 che rimangono attaccate al catodo. Per
favorire il distacco di queste vengono aggiunti dei tensioattivi anionici che
riducono la tensione interfacciale soluzione - superficie nickelata per cui la
soluzione bagna la superficie scalzando la bollicina ed evitando così che questa
crei un impedimento alla crescita del deposito con formazione di una cavità. Il
lauril solfato sodico è uno dei più comuni tensioattivi adottati nei bagni lucidi.
I brillantanti sono sostanze che migliorano la lucentezza del deposito ma
non forniscono da soli l’aspetto lucido richiesto. Si possono suddividere in due
classi:
I brillantanti della classe 1 sono acidi benzendisolfonici, benzentrisulfonici,
benzensolfonammidi e benzensulfonimidi (saccarina). Gli anelli aromatici sono
di solito benzenici o naftalenici ma attualmente vengono utilizzati gruppi insaturi
alifatici quali il vinile e l’allile Queste sostanze migliorano la lucentezza del
deposito ma non forniscono da soli l’aspetto lucido richiesto. Le concentrazioni di
questi additivi possono arrivare anche a valori di qualche grammo (1-10 g/l)
senza interferire sull’adesione e sulla corrente limite. Essi comunque tendono a
diminuire le tensioni interne del deposito e per i valori più alti dell’intervallo
tendono a farle divenire di compressione. Questi composti tendono ad introdurre
dello zolfo nel deposito.
I brillantanti della classe 2 sono utilizzati in combinazione con quelli della
prima classe per produrre livellamento e brillantezza che aumenta con l’aumento
dello spessore. Questi sono costituiti da composti organici insaturi. Hanno la
caratteristica di introdurre carbonio nel deposito. Molti di questi brillantanti
devono essere utilizzati assieme a quelli della prima classe perché se utilizzati
da soli producono tensioni interne riducendo l’adesione al substrato. I principali
brillantanti della seconda classe contengono il gruppo olefinico –C=C- come la
cumarina o il gruppo acetilenico come il 2-butin-1-4-diolo.
La temperatura deve essere mantenuta sufficientemente elevata
nell’intervallo definito. Questo permette di operare con una velocità di
deposizione elevata. Infatti la velocità con cui il deposito si forma dipende dalla
velocità con cui i portatori ionici utili (Ni2+) possono giungere sul catodo, velocità
che è funzione della tensione applicata agli elettrodi. Se però la tensione
applicata è troppo alta per cui la scarica ionica è elevata possono intervenire i
due seguenti fenomeni:
1. Gli atomi depositati sono tanti e non hanno il tempo per ricercare nella
zona di deposito la condizione di minor energia per cui vi sarà un
impilamento di atomi disordinato con formazione di un deposito opaco.
2. Se la velocità di diffusione di questi atomi metallici all’interfaccia è troppo
bassa, allora possono intervenire dei portatori indesiderati quali lo ione H+.
Vi è quindi la possibilità di formazione di puntinature o di deposito di sali
basici provocato dall’aumento del pH per la riduzione nello strato catodico
della concentrazione di H+.
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Analisi chimica del bagno di nickelatura
Determinazione della quantità di nickel
REAGENTI:
1)Ammonio cloruro
2)Ammoniaca 1:1
3)Muresside - NaCl 1:100
4)EDTA 0,1 mol
PROCEDURA:
Pipettare 10 cc di soluzione di nikelatura e portarla a 100 cc in un
pallone tarato con acqua distillata.
Prelevare da questa nuova soluzione 10 cc e portarli in una beuta da
300 cc diluendo con 50 cc di acqua distillata.
Aggiungere una spatolina di cloruro d’ammonio e 30 cc di ammoniaca
1:1 e una punta di spatola di muresside.
Titolare quindi con EDTA 0,1 M fino a comparsa di una colorazione
porpora della soluzione
Siano  i cc di EDTA utilizzati.
Calcolo : g/l di Ni =  x 5,87
Determinazione del contenuto in cloruro
REAGENTI:
1) Potassio cromato sol.10%
2) Argento nitrato sol. 0,1 N
PROCEDURA
Pipettare 10 cc di di soluzione di nickelatura in una beuta da 300 cc e
diluire con 50 cc di acqua distillata.
Aggiungere 3 cc di soluzione di potassio cromato al 10%
Titolare con argento nitrato 0,1 N fino a comparsa di una colorazione
rosso bruno.
Siano  i cc di argento nitrato 0,1 N utilizzati
Calcolo: g/l di Cl- =  x 0,354
g/l di NiCl2 =  x 1,17
Determinazione del contenuto in acido borico
REAGENTI:
1) Potassio cromato sol.10%
2) Argento nitrato sol. 0,1 N
PROCEDURA
Pipettare 10 cc di di soluzione di nikelatura in una beuta da 300 cc e
diluire con 50 cc di acqua distillata.
Aggiungere 3 cc di soluzione di potassio cromato al 10%
Titolare con argento nitrato 0,1 N fino a comparsa di una colorazione
rosso bruno.
Siano  i cc di argento nitrato 0,1 N utilizzati
Calcolo: g/l di Cl- =  x 0,354
g/l di NiCl2 = x 1,17
Determinazione della saccarina
REAGENTI:
1) HCl 1:1
2)Gravetolo (Sciogliere 0,2 gr di rosso metile in 50 cc di
alcool isopropilico,aggiungere 1,75 cc di acido solforico
concentrato e portare ad un litro con etilacetato. Filtrare
la soluzione dopo 2 giorni)
3) Alcool etilico
4) NaOH 0,1 N
PROCEDURA
Pipettare 50 cc di soluzione di nikelatura in un imbuto separatore,
aggiungere 2 cc di HCl 1:1, 10 cc di Gravetolo e 25 cc di alcool etilico.
Agitare vigorosamente per 1 minuto. Permettere la separazione e
drenare lo strato inferiore verde.
Trasferire la soluzione gialla in una beuta , aggiungere 25 cc di alcool
etilico e titolare con NaOH 0,1 N da giallo a rosso.
Siano  i cc di NaOH 0,1 N utilizzati
Calcolo: g/l di saccarina =  x 1,4