Powodami, dla których technologia niklowania znalazła tak szerokie zastosowanie w różnego rodzaju gałęziach
przemysłu były przede wszystkim:
- wysoki połysk nakładanych powłok, który może być dodatkowo znacznie utrwalony przez nałożenie cienkiej powłoki
chromu;
- duża odporność na ścieranie powłok niklu w porównaniu z innymi bardziej miękkimi metalami, jak Cu czy Zn;
- względnie duża odporność korozyjna powłok niklowych, która może być dodatkowo zwiększona przez zastosowanie
układów powłok wielowarstwowych;
- możliwość uzyskania różnej faktury nałożonej powłoki (nikiel satynowy);
- zdolność kąpieli do niklowania do wygładzania nierówności podłoża.
W większości zastosowań od powłoki niklowej wymaga się długotrwałego połysku i dlatego
zazwyczaj warstwę niklu błyszczącego pokrywa się dodatkowo warstwą chromu utrwalającą połysk.
Powłoka błyszczącego niklu zawiera jednak znaczne ilości siarki współosadzanej z metalem podstawowym w czasie
procesu nakładania, co przyczynia się do zwiększenia jej aktywności elektrochemicznej w porównaniu do czystego
niklu i w dalszej kolejności powoduje zwiększoną podatność na korozję. W atmosferach silnie korozyjnych może to
prowadzić do przedwczesnego uszkodzenia powłoki i korozji metalu podstawowego.
W celu rozwiązania tego problemu przed nałożeniem powłoki niklu błyszczącego lub satynowego obrabiane podłoże pokrywa
się najpierw powłoką niklu bez zawartości siarki. Jest to tzw. nikiel półbłyszczący, który pod względem
elektrochemicznym jest mniej aktywny niż powłoka niklu błyszczącego z wbudowaną siarką. Używając więc kombinacji
dwóch opisanych wyżej powłok znacznie zwiększamy więc stopień ochrony metalu podłoża przed korozją.
Połączenie niklu półbłyszczącego z nakładanym nań niklem błyszczącym nazywane jest układem typu "duplex".
Dla uzyskania najlepszej odporności korozyjnej warstwa niklu półbłyszczącego jest zazwyczaj co najmniej 2
razy grubsza niż nakładana na nią w dalszej kolejności warstwa niklu błyszczącego lub satynowego.
Odporność korozyjna opisanego powyżej układu typu "duplex" może być dodatkowo znacznie zwiększona przez nałożenie
kolejnych warstw niklu o specyficznych właściwościach oraz warstwy chromu. Jedną z takich specyficznych warstw
stanowi powłoka niklu ze współosadzonymi w niej obojętnymi, stałymi cząstkami niemetalicznymi. Nakładana w następnej
kolejności powłoka chromowa nie przykrywa całkowicie obojętnych cząstek stałych obecnych w podwarstwie niklu.
To z kolei przyczynia się do powstawania mikroporów w warstwie chromu. Otrzymany w ten sposób układ powłok: nikiel
półbłyszczący/nikiel kompozytowy (ze wzpółosadzonymi cząstkami stałymi)/chrom porowaty, charakteryzuje się
zwiększoną odpornością korozyjną ze względu na znaczne rozproszenie tworzących się ogniw korozyjnych pomiędzy
równomiernie rozłożone na całej powierzchni detalu mikropory. Proces korozji nie zachodzi więc z dużą intensywności
w pojedynczych miejscach uszkodzenia powłoki, a jest rozłożony pomiędzy ogromną ilość mikroporów, gdzie zachodzi
ze znacznie mniejszą intensywnością. To redukuje negatywne zmiany w wyglądzie powłoki na skutek spowolnionego
tworzenia dużych i łatwo widocznych ognisk korozji. W wielu specyfikacjach szacuje się, że dla uzyskania
podwyższonej odporności korozyjnej minimalna ilość porów przypadająca na jednostkę powierzchni powinna wynosić
10 000 porów/cm2.
Innym rozwiązaniem pozwalającym na zwiększenie odporności korozyjnej poprzez rozproszenie ogniw korozyjnych
na całej powierzchni nakładanej powłoki jest zastosowanie mikrospękanej powłoki chromowej.
Mikrospękana pwłoka chromowa wytwarzana jest przez nałożenie grubszej niż zazwyczaj powłoki
chromu na podwarstwę niklu charakteryzującą się dużymi naprężeniami wewnętrznymi. Naprężenia w podwarstwie
niklowej powodują, że zarówno w tej warstwie jak i w nałożonej na nią powłoce chromu powstają mikrospękania
rozłożone równomiernie na całej powierzchni detalu. Grubość powłoki chromowej nanoszonej w celu uzyskania warstwy
mikroporowatej wynosi zazwyczaj 0,25 do 0,50 mikrometra, natomiast w przypadku warstwy mikrospękanej nakłada
się zazwyczaj powłokę chromu o grubości 0,8 mikrometra lub większej. Chrom mikrospękany nie jest wykorzystywany tak
często jak mikroporowaty, ponieważ w przypadku tego pierwszego wygląd powłoki w wyniku korozji - jasność i połysk -
nie utrzymuje się tak dobrze jak w przypadku powłoki chromu mikroporowatego. Niemniej jednak warstwa chromu
mikrospękanego może charakteryzować się znacznie większą odpornością korozyjną, gdy nałoży się warstwę chromu
o grubości 1,2 mikrometra lub większej. W wielu specyfikacjach określa się minimalną liczbę spękań, niezbędną do
uzyskania zwiększonej odporności korozyjnej, na 300 pęknięć/cm2.
Aby utrwalić odpowiedni wygląd powłok Ni/Cr oraz poprawić stopień ochrony metalu podłoża przed korozją w przypadku
eksploatacji w ciężkich atmosferach korozyjnych stosuje się dodatkową warstwę niklu o wysokiej zawartości siarki
nakładaną pomiędzy niklem półbłyszczącym (nie zawierającym siarki) a niklem błyszczącym (z niewielką zawartością
siarki). Ta dodatkowa warstwa niklu, zawierająca dużą ilość siarki wbudowanej w jej strukturę, charakteryzuje się
podwyższoną podatnością na korozję (największą aktywonością elektrochemiczną) w porównaniu do warstw sąsiadujących,
chroniąc je tym samym przed negatywnymi skutkami korozji (niczym cynk i żelazo, przy czym rolę cynku pełni tutaj
bardziej aktywna elektrochemicznie dodatkowa powłoka niklu o dużej zawartości siarki, a rolę żelaza pełnią mniej
aktywne sąsiadujące warstwy niklu półbłyszczącego i błyszczącego). Początkowo korozja zachodzi w miejscach
występowania porów w powłoce chromowej, następnie korozja postępuje w głąb przez powłokę niklu błyszczącego aż do
momentu osiągnięcia dodatkowej warstwy niklu o wysokiej zawartości siarki. Proces korozji będzie wówczas postępować
nie w głąb powłok, a poprzecznie pomiędzy warstwami niklu półbłyszczącego a błyszczącego, przy czym największej
degradacji będzie ulegać znajdująca się między nimi warstwa niklu o największej zawartości siarki, charakteryzująca
się najwyższą aktywnością elektrochemiczną. To spowalnia korozję zarówno niklu błyszczącego jak i półbłysczącego.
Z tego też powodu postęp korozji w stronę metalu podłoża przez warstwę niklu półbłyszczącego jest znacznie
spowolniony i ochrona metal podstawowego jest znacznie większa niż w przypadku typowego układu typy "duplex".
Zawartość siarki współosadzonej w tej dodatkowej powłoce niklu, mieszczącej się pomiędzy warstwą niklu
półbłyszczącego i błyszczącego, wynosi (0,1 - 0,2) % wagowo. Grubość warstwy niklu o podwyższonej
zawartości siarki zawiera się w granicach (1,5 - 2,5) mikrometra.
Dodatki do kąpieli, takie jak wybłyszczacze, wyrównywacze i odczynniki zwilżające należy dodawać często
i w małych ilościach. Preferowane jest automatyczne dozowanie dodatków w oparciu o ilość
przepracowanych amperogodzin. Pozwala to w znacznym stopniu zredukować problemy wynikające z błędów ludzkich.
W najlepszym wypadku kąpiel należy uzupełniać na końcu dnia pracy i pozostawiać na noc, ciągłe dozowanie
powinno się natomiast odbywać w okresie, kiedy obróbce nie są poddawane żadne detale.
Postęp w procesie niklowania, zwłaszcza niklowania błyszczącego, wyeliminował konieczność stosowania
długotrwałych procesów oczyszczania z dużą częstotliwością. Na ogół wystarcza proste oczyszczanie na węglu
aktywowanym, które może być poprzedzone utlenianiem perhydrolem lub innym odczynnikiem utleniającym.
Takie oczyszczanie powinno być przeprowadzane w dogodnych odstępach czasu w przerwach produkcyjnych.
Możliwe jest stosowanie ciągłego oczyszczania w trakcie trwania procesu, stosując wkłady z węglem
aktywowanym lub odpowiednimi żywicami.
Bardzo często utlenianie za pomocą H2O2 lub KMnO4 jest stosowane bez odpowiedniego zbadania przyczyn
i źródeł ujawniających się problemów. Według powszechnej opinii utleniacze powodują utlenienie związków
organicznych do dwutlenku węgla i wody. W rzeczywistości materia organiczna ulega strukturalnym
przekształceniom w wyniku utleniania, zwiększając wydajność adsorbcji tych substancji na węglu aktywowanym
lub przekształcając je w formy bardziej rozpuszczalne w kąpieli, które mają mniejszy negatywny wpływ na
właściwości nakładanej powłoki. Utlenianie może jednak prowadzić również do przekształcenia związków
organicznych w formy bardziej rozpuszczalne które mają jeszcze bardziej ujemny wpływ na właściwości
nakładanej powłoki. Dlatego w pierwszym etapie oczyszczania kąpieli powinno stosować się oczyszczanie
na węglu aktywowanym lub z zastosowaniem żywicy. Najpierw należy oczyścić kąpiel za pomocą węgla
aktywowanego, później przefiltrować i określić, czy wymagane jest użycie odczynnika utleniającego.
Cu, Zn, Pb, Cd i niektóre związki organiczne mogą być usuwane przez elektrolizę przy niskich gęstościach
prądu jak również za pomocą żywic jonowymiennych.
Kiedy objawy wskazują na konieczność oczyszczania kąpieli i przyczyna problemu nie jest dokładnie znana,
należy przeprowadzić zawsze analizę składu kąpieli i badanie w komórce Hulla w celu zidentyfikowania
możliwych przyczyn problemu i podjęcia najbardziej odpowiednich działań naprawczych oraz zapobiegawczych.
Jeżeli badania składu potwierdzą wyniki otrzymane w komórce Hulla, usunięcie problemu jest stosunkowo łatwe.
W przeciwnym wypadku konieczne są dodatkowe badania dotyczące innych obszarów procesu.