La galvanoplastica zinco-nichel è un'operazione di finitura essenziale che viene impiegata in numerosi settori industriali per migliorare la resistenza all'usura, alla corrosione e anche per l'abbellimento. Al giorno d'oggi esistono numerosi metodi di galvanizzazione, ma quello che offre le prestazioni più significative è il cosiddetto metodo di galvanizzazione zinco-nichel, che è stato progettato per funzionare in ambienti estremi. Questo metodo consiste nel placcare uno strato di zinco e nichel su una superficie metallica, aumentandone così la durata e la vita.

In questo articolo scopriremo il significato della galvanoplastica zinco-nichel, la sua differenza con la normale galvanoplastica zinco-rame e l'importanza dello zinco e della galvanoplastica. Ci spingeremo fino a vedere qual è il processo di galvanizzazione dello zinco con il rame. Questa guida ha lo scopo di fornire una definizione chiara e completa dell'ingegneria delle superfici, sia che siate professionisti del settore della finitura dei metalli sia che siate semplicemente interessati ad esso.

Che cos'è la galvanotecnica zinco-nichel?

L'elettrodeposizione di zinco e nichel è una misura di finitura superficiale in cui una lega di zinco e nichel viene applicata a un metallo di base, normalmente l'acciaio, utilizzando procedure elettrochimiche. Si tratta di un rivestimento in lega che migliora la resistenza alla corrosione, in particolare in ambienti con requisiti elevati come quelli automobilistici, aerospaziali e marini.

Gli ioni di zinco e di nichel devono essere introdotti nel processo di galvanizzazione dello zinco e del nichel perché entrambi gli ioni esistono nella soluzione di placcatura e, durante una corrente elettrica controllata, vengono co-depositati sulla superficie di un determinato componente. Una combinazione media nel rivestimento è di circa 85-88% di zinco e 12-15% di nichel.

La finitura risultante non è semplicemente una protezione dalla corrosione e una resistenza superiore a quella della normale galvanoplastica di zinco. È una tecnica adatta nel caso in cui siano richieste prestazioni elevate, soprattutto in condizioni di elevata umidità, esposizione alla salsedine o persino usura a lungo termine.

Zinco e nichel: perché la lega è importante?

Il normale zinco galvanico non legato viene depositato in forma pura come strato sacrificale su una parte di metallo di base. Sebbene sia efficiente, il rivestimento di zinco puro si degrada in tempi relativamente brevi se sottoposto ad ambienti ostili o a condizioni corrosive.

La lega con il nichel migliora notevolmente le prestazioni del rivestimento. Il nichel migliora:

• Resistenza alla corrosione (il suo utilizzo è fino a 510 volte più resistente alla corrosione nei test in nebbia salina)
• Durezza e resistenza all'usura
• Resistenza termica e chimica alla degradazione
• Questo rende la galvanoplastica zinco-nichel una scelta migliore in caso di lunga durata, sicurezza e minore manutenzione.

Proprietà salienti di una galvanoplastica di zinco e nichel

• Resistenza alla corrosione: Non sono limitati allo stesso livello di resistenza dei rivestimenti a base di zinco puro come in condizioni di nebbia salina.
• Copertura: Con questa tecnologia, lo spessore del rivestimento è uniforme, anche su forme complesse.
• Acciaio ad alta resistenza: Riduce al minimo il probabile verificarsi dell'infragilimento da idrogeno.
• Rispettoso dell'ambiente: Può essere combinato con la passivazione trivalente per essere conforme alle normative RoHS e REACH.
• Stabilità termica: La protezione rimane intatta anche in condizioni di temperatura elevata, come nelle sale macchine.

Panoramica sulla galvanizzazione dello zinco

Un processo più convenzionale, chiamato galvanotecnica dello zinco, consiste nell'applicare un rivestimento di zinco puro sulla superficie di un pezzo, in modo che il rivestimento funga da anodo sacrificale. La corrosione dello zinco impedisce al metallo di base sottostante di arrugginire.

L'ampio utilizzo di questo metodo si basa sulla sua:

• Costo economico
• Comodità d'uso
• Adesione a superfici in acciaio e ferro

Ma non è all'altezza delle prestazioni superiori del rivestimento in zinco-nichel quando si tratta di aree soggette a umidità eccessiva, applicazioni saline o in situazioni in cui le temperature cambiano drasticamente.

• Gli impieghi della galvanoplastica di zinco sono stati:
• Viti, dadi, и bulloni
• staffa e clip
• Ferramenta leggera per autoveicoli o per l'edilizia

Sebbene la sua applicazione sia molto buona quando viene utilizzata per scopi generici, molte industrie si stanno attualmente orientando verso l'utilizzo del nichel galvanico, ovvero la galvanoplastica zinco-nichel, per migliorare la protezione e la durata del prodotto.

Zinco galvanico: un metallo dal rivestimento assicurato

Lo zinco è un metallo facilmente reperibile ed è ampiamente utilizzato nei processi galvanici grazie al suo basso costo di utilizzo, alla sua efficienza e alla sua utilità. L'uso dello zinco per la galvanotecnica presenta alcuni vantaggi:

• Anodo sacrificale: Impedisce che il metallo di base venga danneggiato dalla corrosione.
• Ben aderente: Ha una forte proprietà adesiva all'acciaio e al ferro, che gli conferisce una buona resistenza all'usura.
• Applicazione flessibile: Può essere utilizzato da solo o insieme a nichel, ferro o cobalto.
• I bagni di placcatura di facile lavorazione sono economici e sviluppati.
• Ampia compatibilità; Il materiale è utile in settori quali l'industria elettronica, l'edilizia e così via.

Lo zinco in combinazione con il nichel è ancora più forte, diventando il cosiddetto zinco per galvanotecnica, e può essere applicato a componenti di lunga durata.

Che cos'è il nichel? 

Il nichel è un elemento chimico, con simbolo e nome Ni e numero atomico 28. È resistente alla corrosione e all'ossidazione, duttile, malleabile, di colore bianco-argenteo e duro. È resistente alla corrosione e all'ossidazione, duttile, malleabile, di colore bianco-argenteo ed è un metallo duro. Il nichel è presente nelle leghe più comuni, in particolare nell'acciaio inossidabile, nelle batterie, nelle placcature, nelle apparecchiature elettroniche e nelle monete.

È uno dei metalli più flessibili dell'industria moderna, fondamentale per la produzione avanzata, l'immagazzinamento dell'energia e i rivestimenti resistenti alla corrosione come la galvanoplastica di zinco e nichel.

Proprietà fisiche e chimiche del nichel

Tabella 1: Proprietà fisiche e chimiche del nichel

Essendo per lo più abbondante nella crosta terrestre, il nichel ha grandi proprietà meccaniche e può quindi essere utilizzato in strutture e condizioni di alta temperatura.

Usi industriali del nichel

Il nichel è forte, resistente alla corrosione e al calore e può quindi essere impiegato in un'ampia gamma di applicazioni:

1. Le leghe

Le leghe che contengono nichel sono resistenti alla corrosione:

• Acciaio inossidabile contenente cromo
• Inconel e Monel (utilizzati nell'industria aerospaziale, navale e chimica)

2. Placcatura elettrolitica

Il nichel si applica sia alle lastre ornamentali che a quelle utili, offrendo un'ottima qualità:

• Poi una finitura lucida e pulita
• Resistenza alla corrosione e all'abrasione
• Applicazione sotto forma di galvanizzazione di zinco e nichel per rinforzare la galvanizzazione di zinco

3. Batterie

Nel nichel sono presenti materiali chiave:

• Batterie al nichel/idruro metallico (NiMh)
• Batterie al nichel-cadmio (NiCd)
• Catodi di nichel nelle batterie agli ioni di litio, in particolare nei veicoli elettrici

4. Monete e valuta

Il nichel o la lega di nichel sono ampiamente utilizzati nelle monete di diversi paesi, per le loro qualità di lunga durata e resistenza all'appannamento.

5. Catalizzatori

Il nichel viene utilizzato come catalizzatore nei settori dell'idrogenazione e della lavorazione chimica.

Il nichel nella galvanica.

Il nichel offre i seguenti vantaggi nelle applicazioni di placcatura:

• Durezza e tenacità
• Maggiore resistenza alla corrosione
• Finitura superficiale: Bella e liscia

Processo di galvanizzazione dello zinco-nichel

Lo zinco galvanotecnica del nichel Il processo consente di applicare una serie di fasi controllate per applicare una finitura uniforme e resistente alla corrosione di una lega di zinco-nichel ai componenti metallici. Il processo può essere semplificato come segue:

1. Preparazione e pulizia della superficie

Il componente viene ben pulito per liberarlo da olio, ruggine, sporcizia o qualsiasi rivestimento precedente. La pulizia può essere effettuata mediante sgrassaggio alcalino, decapaggio acido o elettropulizia, come precauzione per garantire una buona aderenza della placcatura.

2. Attivazione

La superficie metallica viene solitamente attivata con una breve immersione in acido, per rimuovere eventuali ossidi residui. In questo modo la superficie viene lenita per ottenere un'adesione più forte con la lega zinco-nichel.

3. Galvanotecnica

La sezione viene immersa in un elettrolita contenente batteri con sali di zinco e nichel disciolti. Viene quindi fatta passare una corrente continua e gli ioni metallici si depositano sulla superficie del pezzo. Il rapporto di lega comune è 85-88% di zinco e 12-15% di nichel.

4. Risciacquo

Dopo la placcatura, il pezzo viene sottoposto a una pulizia finale con acqua per eliminare i residui di soluzione di placcatura e impedire la contaminazione nelle procedure successive.

5. Passivazione

Per quanto riguarda la resistenza alla corrosione, viene eseguita la più tipica passivazione cromata e viene inclusa una finitura protettiva, spesso fungibile, ad esempio, sull'acciaio inossidabile è una finitura cromata nera o brillante.

6. Asciugatura e ispezione

La superficie rivestita viene quindi asciugata all'aria, esaminata visivamente e, di solito, viene testato lo spessore del rivestimento, l'adesione e la resistenza alla corrosione prima di accettare che la superficie sia conforme alle specifiche.

Vantaggi rispetto alla galvanizzazione convenzionale dello zinco

La zincatura, o meglio la galvanoplastica, è un metodo molto utilizzato, ma non fornisce una protezione anticorrosione a lungo termine come la lega zinco-nichel. Il processo di galvanizzazione dello zinco consiste nel depositare uno zinco metallico puro sulla superficie di un pezzo di metallo, che funge da rivestimento sacrificale. Dopo qualche tempo, questo strato arrugginisce anziché il metallo sottostante.

Il problema della galvanica di zinco è che questo rivestimento inizia a perdere le proprietà di efficace resistenza alla corrosione in condizioni di elevata concentrazione di sale o di prodotti industriali inquinanti. Al contrario, la galvanica zinco-nichel ha una barriera molto più forte, grazie al nichel che aggiunge durezza e resistenza agli elementi corrosivi.

Inoltre, i pezzi trattati con elettrodeposizione di zinco e nichel presentano una riduzione dell'infragilimento da idrogeno, un aspetto importante quando si tratta di acciai ad alta resistenza. L'infragilimento da idrogeno può causare cedimenti prematuri nelle parti meccaniche, che dovrebbero essere evitati quando possibile per motivi di sicurezza e di prestazioni.

Diversi settori industriali hanno ritenuto migliore l'opzione di utilizzare la galvanotecnica zinco-nichel rispetto alla tradizionale galvanotecnica di zinco, dato che la prima è durevole, di lunga durata e resistente. Nel corso del tempo, il passaggio può ridurre al minimo i costi di manutenzione e migliorare l'affidabilità del funzionamento.

Il ruolo dello zinco per la galvanotecnica

Lo stoccaggio o l'uso dello zinco come mezzo galvanico è più o meno un fatto universale nel settore della finitura dei metalli. Lo zinco svolge il ruolo di anodo sacrificale, cioè subisce la corrosione al posto del metallo di base. È grazie a questa proprietà che il valore del prodotto, cioè lo zinco nella galvanica, è molto utile per proteggere i metalli ferrosi dalla ruggine.

Di seguito sono riportati alcuni dei motivi per cui i produttori utilizzano ancora lo zinco, quando si parla dell'uso dello zinco nella galvanotecnica:

• Prevenzione economica: Lo zinco è poco costoso e offre una buona forma di protezione dalla corrosione.
• Buona adesione: Lo zinco è un buon adesivo; è altamente legato ai metalli di base, il che determina una lunga durata del rivestimento.
• Diversità: Lo zinco nella galvanica può essere combinato con altri metalli per formare leghe che includono zinco-nichel, zinco-ferro, zinco-cobalto, tra le altre.
• Una procedura semplice: Rispetto ad altri metalli, la galvanoplastica di zinco è una procedura consolidata e piuttosto facile da applicare.

Gli effetti dello zinco come materiale galvanico aumentano quando è legato al nichel e si produce un effetto sinergico in cui i due metalli lavorano insieme per produrre un rivestimento più protettivo/durevole.

Forme di tecnica nella galvanizzazione di zinco e nichel

1. Placcatura alcalina di zinco-nichel

Impiega bagni alcalini con ioni di zinco e nichel, più adatti a rivestire quelli che presentano caratteristiche complicate. Ha un buon lancio, una copertura uniforme e un'interiorità stressante. Di solito, la finitura è da opaca a semilucida. Anche la temperatura e il pH devono essere mantenuti rigorosamente.

2. Zinco e nichel galvanico

Utilizza una finitura più brillante e liscia, un bagno acido a base di cloruro che consente una placcatura più rapida. È adatto per la produzione di massa di elementi di fissaggio e parti decorative. Non è molto indicato per i punti incassati e i rivestimenti possono contenere maggiori sollecitazioni interne.

3. Placcatura della canna

È ideale per rivestire in massa piccoli componenti come dadi, rondelle, ecc. Il rivestimento dei pezzi avviene in modo rapido e uniforme in un cilindro rotante. Non spreca e ha successo, ma non è applicabile a parti delicate o intermedie.

4. Placcatura del rack

Il montaggio dei pezzi sulle rastrelliere avviene per eseguire la placcatura in modo controllato e preciso. È adatto quando si devono realizzare pezzi grandi, fragili o geometricamente intricati con uno spessore e una qualità superficiale uniformi. Richiede molta più manodopera rispetto alla placcatura a barile.

5. Metodo avanzato: placcatura a impulsi

Deposita un rivestimento di lega più fine e meno sollecitato utilizzando una corrente elettrica pulsata. Personalizza un migliore comportamento alla corrosione e alla meccanica. Le apparecchiature specializzate sono più costose e sono adatte a progetti di alto livello o di grande impegno.

Colore e aspetto dello zinco-nichel

I rivestimenti in zinco-nichel possono apparire in una varietà di colori, che probabilmente dipendono dal processo di placcatura, dal contenuto di nichel e dal post-trattamento (passivazione). La lega di base è naturalmente opaca o rifinita, anche se i servizi disponibili possono essere ulteriormente raffinati per rendere la finitura su misura in termini di funzionalità e aspetto.

Aspetto base

La placcatura zinco-nichel grezza è solitamente di colore grigio, a seconda del livello di opacità, o argento opaco. La tonalità specifica può essere dal grigio opaco all'argento semilucido, anche se dipende dal modo in cui il materiale di rivestimento viene rivestito, in bagno alcalino o acido.

Dopo la passivazione

I pezzi vengono spesso cromatizzati dopo la fase di galvanizzazione. Anche questo può influenzare il colore finale e la resistenza alla corrosione.

Le finiture di passivazione più comuni sono:

• Trasparente/Blu: Argento chiaro o tonalità bluastra: è il più comune.
• Nero: Si tratta di un rivestimento nero scuro o carbone; viene utilizzato come contrasto visivo o come specifiche militari.
• Giallo oliva/verde: Questo colore non è così diffuso, ma viene comunque applicato per particolari esigenze tecniche o estetiche.

Somiglianza e identità

I depositi di zinco-nichel tendono a essere lisci e regolari in termini di distribuzione gradevole, in particolare quando vengono forniti tramite placcatura a rack o a impulsi. Nella placcatura a barile ad alto volume, possono esserci piccole differenze tonali, ma non influiscono sulle prestazioni.

Uso decorativo

Lo zinco-nichel può essere attraente così come il nero, nella misura in cui il suo scopo principale è funzionale, anche se le attività che dipendono dalle funzioni della ferramenta e dei dispositivi di fissaggio, così come la sezione meccanica esposta, possono includere una sottile finitura metallica.

Approfondimento dell'argomento, placcatura elettrolitica dello zinco con il rame

Anche se non è così diffusa come altre combinazioni, la galvanoplastica di zinco e rame è un processo piuttosto specifico nel settore della finitura dei metalli. Il metodo prevede il deposito di zinco su rame o di rame su zinco, a seconda delle esigenze. Normalmente, lo zinco viene ricoperto con il rame, che offre una migliore conduttività e adesione.

La placcatura metallica (elettrodeposizione di zinco con rame) può essere utilizzata in alcune applicazioni elettroniche e in alcune decorazioni estetiche finali in cui è richiesta una finitura brillante e lucida. Lo strato di rame migliora la forza di adesione dello zinco e lo zinco offre resistenza alla corrosione. Si applica anche nel caso di preparazione delle superfici a ricevere altri trattamenti, come durante la saldatura o la verniciatura.

Per quanto riguarda lo zinco, è necessario ricordare che la galvanizzazione dello zinco con il rame richiede il controllo della chimica del bagno e della densità di corrente, perché in caso di impostazioni non corrette si può osservare una scarsa adesione o un rivestimento non uniforme. A causa della differenza di potenziale elettrochimico tra zinco e rame, è importante controllare l'ordine e lo spessore della placcatura ed evitare la corrosione galvanica.

Sebbene il processo di galvanizzazione sia un processo di nicchia, le capacità e la versatilità della tecnologia galvanica sono evidenziate dalla galvanizzazione dello zinco con il rame. Si tratta anche di un esempio di come la miscela di diversi metalli possa migliorare le proprietà delle prestazioni.

Usi della galvanizzazione di zinco e nichel

Elettrodeposizione di zinco e nichel trova applicazione in diversi settori industriali dove le questioni di durata, corrosione e affidabilità sono molto importanti. Alcune applicazioni comuni sono:

• Industria automobilistica: Applicato sulle pinze dei freni, sulle parti dell'impianto di alimentazione e sugli elementi di fissaggio.
• Industria aerospaziale: Si adatta bene agli elementi che sono sottoposti a condizioni ambientali difficili.
• Elettronica: I relè, gli interruttori e gli altri raccordi elettrici sono protetti dall'ossidazione dei pin e dei contatti elettrici.
• Costruzione: Si applicano a bulloni, dadi e parti strutturali.
• Difesa e militari: I rivestimenti sono offerti secondo gli standard MIL-SPEC estremi.
• In entrambi i settori si utilizza un termine chiamato galvanoplastica zinco-nichel che contribuisce a prolungare la durata dei componenti e a ridurre la manutenzione o la sostituzione. Il suo utilizzo sta guadagnando popolarità anche nelle industrie attente ai costi, grazie ai prodotti a lungo termine.

Considerazioni normative e ambientali

Con lo spostamento dell'industria verso processi sostenibili e rispettosi dell'ambiente, anche i processi di galvanizzazione hanno ricevuto maggiore attenzione. Le tecniche convenzionali di galvanizzazione dello zinco comportano talvolta l'uso di sostanze chimiche tossiche, tra cui cianuri e cromo esavalente, che sono rischiose per la salute dei lavoratori e dell'ambiente.

Un'alternativa più probabilmente rispettosa dell'ambiente, in particolare quando la galvanica viene eseguita sulla base di sistemi di passivazione trivalente, è la cosiddetta galvanica zinco-nichel. Questi sistemi non contengono metalli pesanti velenosi e sono conformi alle leggi ambientali mondiali come la RoHS (Restriction of Hazardous Substances) e la REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals).

In secondo luogo, il trattamento dei rifiuti e il riciclaggio dei prodotti chimici sono oggi molto più efficaci rispetto a qualche anno fa, il che significa che le aziende possono ridurre il loro impatto sull'ambiente senza preoccuparsi delle prestazioni dei componenti galvanici.

Tendenza futura della galvanica

Il futuro della galvanotecnica, in particolare quella denominata galvanotecnica zinco-nichel, è molto luminoso. La qualità e l'efficienza del processo potranno essere ulteriormente migliorate grazie alle innovazioni nell'automazione, nella chimica del bagno e nelle nanotecnologie. Altri ricercatori stanno inoltre scoprendo come rendere il processo di galvanizzazione più efficiente dal punto di vista energetico ed ecologico, senza ridurne le prestazioni.

Le tecnologie di rivestimento saranno sviluppate anche a causa della crescente necessità di una maggiore protezione delle superfici nei settori in via di sviluppo delle energie rinnovabili, dei veicoli elettrici e dell'elettronica. Tra queste, si segnala la galvanotecnica zinco-nichel, che rappresenta la via di mezzo tra costi, prestazioni e sostenibilità.

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Conclusione

Il processo alternativo di rivestimento della superficie è noto come galvanoplastica zinco-nichel, che si è rivelato un processo migliore in quanto resistente alla corrosione, più duraturo e conforme agli attuali standard ambientali. Mentre ancora oggi la galvanoplastica su zinco può essere considerata una soluzione efficace in diverse applicazioni, i vantaggi offerti dalla lega di zinco e nichel sono inequivocabili e massicci.

Le funzioni dello zinco nella galvanotecnica e la complessità della galvanotecnica dello zinco con il rame consentono ai produttori di comprendere la corretta metodologia di finitura superficiale applicabile al loro settore. Con l'avanzamento delle tecnologie e l'aumento degli standard, la pratica di utilizzare metodi moderni di galvanoplastica, come la cosiddetta galvanoplastica zinco-nichel, diventerà sempre più importante.

Domande e risposte

1. Che cos'è la galvanoplastica zinco-nichel?

La galvanoplastica zinco-nichel consiste in un rivestimento anticorrosione di zinco in combinazione con il nichel in un rapporto di forza di lega specifico solitamente dell'85-88% di zinco e del 12-15% di nichel. Offre una protezione migliore rispetto al rivestimento di zinco standard, in particolare in condizioni estreme come l'uso di veicoli o imbarcazioni.

2. In che cosa si differenzia la ZN dalla galvanizzazione convenzionale dello zinco?

Sebbene la galvanica allo zinco garantisca la necessaria protezione dalla corrosione, la galvanica allo zinco-nichel offre una protezione molto migliore dalla ruggine, dal calore e dall'esposizione chimica. L'inclusione del nichel aumenta la stabilità e la durata del componente rivestito.

3. C'è un metallo adatto alla placcatura con zinco-nichel?

Si applica di solito su acciaio, ghisa e leghe di ferro. Le superfici devono essere adeguatamente preparate in modo che non vi siano problemi di adesione e che le prestazioni della placcatura siano buone. A seconda del substrato, questo processo può variare leggermente.

4. Quali sono le industrie che traggono maggiori vantaggi dalla galvanoplastica zinco-nichel?

I settori automobilistico, aerospaziale, militare, elettronico e dei macchinari pesanti sono alcuni dei settori in cui lo zinco viene utilizzato sotto forma di zinco per la galvanizzazione di elementi di fissaggio, staffe, connettori e altri componenti di precisione. Può essere utilizzato anche su quelle parti che necessitano di zincatura galvanica in condizioni di rame come pretrattamento o protezione.