I procedimento di nichelatura si attua con la conversione dei nickel metallico dell’anodo in ioni di nickel che passano poi nella soluzione di nichelatura. Questi ioni si scaricano sulla superficie dei catodo (il pezzo da nichelare) dove vengono di nuovo convertiti in nickel metallico.

La scarica di ioni nickel sul catodo non è la sola reazione possibile e, in effetti, una piccola percentuale della corrente viene consumata nella scarica di ioni idrogeno. II rendimento della deposizione di nickel viene in tal modo ridotto dei 3-7 per cento circa, rispetto al 100 per cento che si avrebbe se tutta la corrente fosse utilizzata per depositare atomi di nickel. Se la concentrazione di ioni idrogeno della soluzione cresce (pH basso), aumenta la scarica di ioni idrogeno, ossia si sviluppa idrogeno gassoso al catodo, e la velocità di deposizione dei nickel diminuisce.

In condizioni normali, il rendimento della dissoluzione dei nickel all’anodo è dei 100 per cento e non si ha scarica di ioni ossidrile. Se, però, il pH è alto, si può avere la scarica di ioni ossidrile invece della dissoluzione dei nickel, con sviluppo di ossigeno che rende passivo l’anodo e modifica la distribuzione della corrente fra anodo e catodo. Ciò può influire sulla qualità dei deposito di nickel ed è quindi importante impiegare materiali come il Nickel ‘S’ o anodi capaci di resistere all’innesco della passivazione e di rifornire la soluzione con ioni nickel entro un’ampia gamma di condizioni di esercizio.

La quantità di nickel che si può depositare sul catodo in un certo tempo e con una certa corrente è determinata da leggi naturali che regolano la velocità di reazione agli elettrodi. In cifre tonde e in condizioni di esercizio perfette ciò significa che una corrente di 27 ampere depositerebbe in un’ora 29 grammi di nickel. In pratica però, poiché una parte di corrente è consumata in reazioni secondarie quali lo sviluppo di idrogeno, la quantità di nickel depositato è di circa 28 grammi. Se la velocità di deposizione viene espressa, anziché in peso, in termini di spessore di deposito prodotto in un certo tempo, si ha uno spessore di 12 micron di nickel su una superficie di 1 decimetro quadrato per il passaggio di una corrente di 1 ampere per un’ora.

Distribuzione della corrente

In una soluzione di nichelatura ideale il nickel si trasferirebbe dall’anodo al catodo (il pezzo da nichelare) in modo tale da depositare su ogni parte dei catodo un identico spessore. Ciò avviene però molto di rado.

Ogni soluzione ha una sua resistenza elettrica e quasi ogni pezzo da nichelare ha delle parti prominenti le cui superfici sono più vicine all’anodo e delle parti incavate, più lontane. La corrente, che fluisce dall’anodo alle superfici prominenti sarà perciò maggiore di quella che va alle superfici incavate, ossia la densità di corrente in ampere per unità di superficie sarà maggiore nelle parti prominenti per la minore resistenza elettrica dei tratto fra anodo a catodo, dovuta alla minore distanza. La ripartizione che in tal modo si ha della corrente di nichelatura viene indicata come ‘distribuzione della corrente. Ciò significa, inevitabilmente, che le superfici incavate ricevono un deposito di nickel di spessore minore, rispetto alle superfici prominenti. Si può fare molto per migliorare l’uniformità dei deposito con un accurato disegno dei pezzo e con un’attenta collocazione dei pezzi sui telai di nichelatura.

L’anodo ideale non dovrebbe contenere impurezze e dovrebbe sciogliersi completamente, senza residuo. Dovrebbe altresì funzionare entro una ampia gamma di pH della soluzione e di densità di corrente (ha, cioè, alta attività, è depassivato o depolarizzato).

Nelle soluzioni tipo Watts, in presenza di cloruro ed a pH e densità di corrente normali, tutte le forme di nickel si sciolgono con un rendimento dei 100 per cento. Ciò significa che un peso di nickel ben determinato (1,094 grammi) si scioglie con il passaggio di 1 ampere per un’ora. Dato che, salvo in casi di passività, non si hanno reazioni secondarie, la soluzione di nichelatura è sempre rifornita di ioni nickel ad un ritmo costante che dipende soltanto dalla corrente e dal tempo.

I primi esperimenti con diverse forme di nickel di raffineria indicarono subito che, in certi casi, le perdite di metallo erano inammissibilmente elevate e il miglior materiale si dimostrò il nickel raffinato elettroliticamente. Nella pratica si ha sempre qualche residuo ed è essenziale impiegare sacchetti anodici. E’ importante, quando si debbono togliere gli anodi dal bagno, che l’estrazione avvenga lentamente per evitare di agitare eventuali residui, e che gli anodi non vengano posati sul pavimento ma siano appesi con i loro ganci. Una forte quantità di residui è, evidentemente, una perdita per il nichelatore, specialmente se contiene nickel metallico caduto dall’anodo durante la dissoluzione.

La soluzione di Watts – nichel opaco

Questa soluzione, che forma la base della maggior parte delle soluzioni dia trazione nichelatura lucida con additivi organici, è economica, semplice e facile da controllare. E’ anche facile mantenerne la purezza. Il solfato di nickel rappresenta la fonte principale di ioni nickel ma si possono ottenere più elevate velocità di deposizione aumentando la concentrazione di cloruro di nickel.

Soluzioni di nichelatura decorativa

Queste soluzioni contengono degli additivi che modificano la formazione dei deposito di nichel per produrre una superficie perfettamente brillante su cui si può effettuare il deposito di cromo senza una lucidatura intermedia. Un tempo si otteneva lo scopo aggiungendo al bagno sali di cobalto, formiati e formaldeide, ma nelle moderne soluzioni brevettate si impiega una miscela di additivi organici che danno depositi più brillanti entro una ampia gamma di densità di corrente.

A partire dal 1950 si è riservata una particolare attenzione alla resistenza alla corrosione dei depositi decorativi. I primi depositi lucidi si dimostravano rapidamente attaccabili dalla corrosione dopo brevi periodi di servizio. Le ricerche sulle cause della corrosione e sull’inefficienza dei depositi hanno però condotto all’introduzione di sistemi di nichelatura che assicurano la finitura lucida richiesta e, in più, una soddisfacente durata in servizio quando sono esposti all’azione corrosiva degli agenti atmosferici.

Soluzioni di nichelatura lucida con additivi organici

Nel deposito di nichel lucido, una parte delle molecole dell’additivo si deposita insieme al nickel e gli conferisce una struttura dura, a grano fine. Il deposito contiene di solito dello zolfo che ne riduce alquanto la resistenza alla corrosione, rispetto a quella di un deposito di nickel semilucido od opaco, esente da zolfo. I prodotti di decomposizione dell’additivo che restano nella soluzione vengono eliminati mediante purificazione in ciclo continuo su carbone attivo. Con un’oculata scelta degli additivi, i fornitori di materiali galvanici hanno prodotto delle soluzioni brevettate dalle quali le impurezze vengono selettivamente eliminate con il trattamento indicato.

Soluzioni di nichelatura lucida

Per diminuire i tempi di nichelatura al tamburo, si debbono adottare elevate densità di corrente apparente ed occorrono quindi soluzioni di nichelatura lucida. Tali soluzioni sono virtualmente soluzioni tipo Watts a cui sono stati aggiunti brillantanti brevettati. Sono di due tipi:

• (a) Soluzioni di Nichelatura lucida ad alto cloruro che possono funzionare con tensioni di 12-16 volt per dare elevate densità di corrente e brevi tempi di nichelatura . Il deposito riceve molto bene la cromatura, ma su pezzi con spigoli vivi si può avere esfoliazione. II colore dei deposito di nickel può tendere al giallognolo.
• (b) Soluzioni di nichelatura lucida ad alto solfato che, per la minore conducibilità rispetto a quelle ad alto cloruro, debbono funzionare con tensioni più elevate, comprese fra i 12 e i 20 volt.