مقدمه
فرآیند آبکاری الکتریکی اساساً برای رسوب دادن نیکل، طلا یا نقره روی جواهر آلات، چاقو و قطعات دوچرخه به کار رفت. مهارت علمی سازندان انگلیسی ، آلمانی و آمریکایی و مرغوبیت ممتاز محصول آنها این فرآیند را عمومیت داد. امروزه آبکاری الکتریکی تا حدی توسعه یافته است که نه تنها مرحله نهایی تولید بعضی محصولات است بلکه برای ایجاد پوششهای محافظی مثل کادمیم، کروم یا اکسید آلومینیوم روی قطعات به کار می رود.
اساس آبکاری الکتریکی به این صورت است که در اثر عبور جریان مستقیم از یک الکترولیت فلز محلول در آن روی کاتد رسوب کرده و متعاقباً مقداری از فلز آند وارد محلول می شود به این ترتیب الکترولیت ثابت می ماند. آبکاری الکتریکی برای ایجاد پوشش های تزئینی و محافظ، اصلاح سطوح ساییده شده یا اضافه ماشینکاری شده، قطعه سازی یا به عبارتی شکل دهی الکتریکی قطعات شکل پیچیده که دارای زوایای مقعر، ابعاد دقیق و سطوح طرح دار (مثل صفحات چاپی) هستند، عملیات آندکاری، تمیزکاری الکترولیتی، پرداخت الکترولیتی، اسید شویی آندی، استخراج و تصفیه فلزات به کار می رود.
ضخامت پوششهای رسوب ـ الکتریکی به دانسیته جریان، راندمان جریان و مدت زمان عملیات بستگی دارد. خواص فیزیکی تابع دانسیته جریان، دما ، ترکیب حمام، کیفیت سطحی قطعه و عوامل افزودنی به حمام است. از این نظر نمکهای آبکاری الکتریکی اهمیت زیادی پیدا کرده اند به طوری که روز به روز تقاضای آنها افزایش می یابد
نمونه ای ازقطعه آبکاری شده با پوشش نیل و کروم
مراحل آبکاری
تمیزکاری (چربی زدایی)
روش غوطه وری در محلول قلیایی ضعیف موجب حذف بقایای پرداختکاری و زایده های حین عملیات مکانیکی خواهد شد. باید توجه داشت که درجه قلیائیت بالا نباشد چرا که منجر به خوردگی شیمیایی سرب خشک می شود و در صورتی که مواد چربی زدایی حاوی ماده اکتیوکننده باشد نیازی به چربی گیری برقی نیست.
برای جداسازی مواد چسبنده سطح قطعاتی که از قبل پرداخت مکانیکی می شود، روش چربی زدایی آلتراسونیک نتیجه بهتری دارد منوط به اینکه از مواد مخصوص استفاده شود و رعایت شرایط لازم به عمل آید
چربی گیری برقی
برای حذف باقی مانده فیلم اکسیدهای سطح قطعه در مرحله بعدی ازچربی زدایی برقی استفاده می شود. از ویژگی این نوع مواد چربی گیری فعال کردن (اکتیو) سطح قطعه است و با ترکیبات متفاوت که با روش کاتدیک و یا آندیک مورد استفاده قرار می گیرد..
اما امروزه بیشتر روش آندی به کار گرفته می شود آن هم به دلیل ترکیبات مواد چربی زدایی که اثر خوردگی فلز پایه را ندارد.
خنثی سازی
بقایای مواد قلیایی که در عملیات قبل در سطوح قطعه به جا مانده در محلول های خنثی سازی حذف و سطح قطعه را فعال می نماید، با استفاده از اسیدهای معینی مثل اسید سولفوریک و کلریدریک می باشد که به دلیل خوردگی شدید فلز حتی در زمان کوتاه کاربرد ندارد، از این رو از اسیدهای خشک نظیر ترکیبات اسید فلورئیدریکی که اثر اکتیو کنندگی هم دارد استفاده می شود.(یک مثال ساده برای الزام غوطه ور کردن در محلول اسید این است که فرض کنید میخواهیم بنایی بسازیم برای این کار سطح زمین را گود برداری میکنیم تا سازه ی ما فرو نریزد. در واقع غوطه ور کردن در محلول ۱۲-۱۵درصد اسیدی کار گود براری را برای ما انجام میدهد و باعث میشود نیکل بهتر سطح قطعه مورد نظر را پوشانده و چسبندگی بهتری ایجاد میکند.)
مس سیانوری
مس فلزی است با قابلیت کشش بدون پاره شدن٬ نرم و هادی بسیار خوب جریان برق و گرما. مس از هیدروژن نجیب‌تر است و در نتیجه نه تنها در مقابل آب و محلولهای نمک‌دار بلکه در مقابل اسیدهایی که اکسیدکننده نیستند نیز مقاومت دارد. اکسیدکننده‌ها و اکسیژن هوا به راحتی مس را به اکسید مس (I) و یا اکسید مس (II) تبدیل میکنند اکسیدهایی که برخلاف خود فلز در اکثر اسیدها حل میشوند. به دلیل وجود گازهای مخرب در محیط که دارای گوگرد هستند٬ روی اشیایی که از جنس مس هستند لایه هایی از سولفور مس به رنگ‌های تاریک و یا سبز تشکیل میشود.
از پوشش می برای آبکاری بر سطح سرب استفاده میشود و همچنین برای اصلاح سطوحی از آهن یا قطعه مسی که دارای زبری یا خوردگی باشد.
نمونه آبکاری مس بر روی سرب
آبکاری با نیکل
نیکل یکی از مهمترین فلزاتی است که در آبکاری به کار گرفته میشود.تاریخچه آبکاری نیکل به بیش از صدها سال پیش باز می‌گردد.آدامز در سال ۱۸۴۳ هنگامی که توانست رسوبات نیکل را از حمامی شامل سولفات نیکل و آمونیوم بدست آورد اولین کسی بود که توانست آبکاری نیکل را در موارد تجاری انجام دهد.
نیکل رنگی سفید شبیه نقره دارد که کمی متمایل به زرد است و به راحتی صیقل‌پذیر و دارای خاصیت انبساط و انقباض٬ جوش‌پذیر بوده و مغناطیسی می‌باشد.
آبکاری با نیکل اساسا به منظور ایجاد یک لایه براق برای یک لایه بعدی مانند کروم و به منظور فراهم آوردن جلای سطحی خوب و مقاومت در برابر خوردگی برای قطعات فولادی٬ برنجی و حتی بر روی پلاستیکهایی که با روش‌های شیمیایی متالیزه شده‌‌‌اند به کار میرود.
شرح شرایط و روش انجام ابکاری نیکل
نیکل به دو روش اصلی انجام می شود یکی الکترو پلیتینک nickel electro plating و دیگری الکترولس Electroless nickel.(رسوب به وسیله جریان الکتریکی و رسوب بدون جریان الکتریکی)محلولهای نیکل معمولا از سولفات و کلرید نیکل و اسید بوریک به دست می اید که در دمای نرمال ۵۵-۶۰ به کار برده می شود البته دما و غلظت محلول ارتباط مستقیم با یک دیگر دارند البته پرهاش هم نقش مهمی دارد .این سه عامل حیاتی در کنترل محلولهای نیکل می باشند . (دما پرهاش و غلطت )
ابکاری نیکل کروم به اصطلاح عامیانه ابکاری استیل معروف می باشد یعنی فلز را مانند استیل می کند .البته نیکل به تنهای این حالت استیل را به وجود نمی اورد بلکه پوشش نیکل به همراه کروم این پوشش اینه ای مانند و براق را به وجود می اورد.
محلولهای ابکاری نیکل در چند به کار برده می شوند .انواع :وات -سولفاتی-کلرید-سولفامات-فلوئـوبرات-وود(کلربالا)
نیکل در انواع مختلف می توان رسوب داد. از جمله:نیکل الکترولس و الکترو پلیتینک (نیکل شدو. نیکل مات یا صدفی.نیکل واتس یا براق.نیکل سیاه)
در ابتدا به توضیح در باره نوع وات(واتس) ان می پردازم پرکاربردترین می باشد و جنبه تزینی هم دارد .در نوع وات از افزودنی های استفاده می شود که باعث پوشش یک دست و نرم می شود و همچینی باعت کاهش کشش سطحی محلول می شود .
محلول نیکل وات از سولفات نیکل و کلرید نیکل و اسید بوریک و کمک براقی و براقی و کفی استفاده می شود که کفی بر دو نوع است کفی هوایی و کفی گیربکسی
سولفات نیکل :سولفات نیکل حهت تامین یونهای فلزی نیکل در محول می باشد که افزایش ان باعث رشد شاخه ای در گوشه های تیز قطعه بشود .کمبود یون نیکل باعت پلاریزاسیون می شود (مانند شیب یون ) و گوشه های کار حالت پودری و ترددی می شود .(البته نزدیکی قطعه به اند هم همین مشکل ایجاد می کند).و همچینی یون سولفات را تامین می کند.
کلرید نیکل : کلرید نیکل هم کمی یونهای فلزی نیکل در محلول را تامین میکند و هم کلر مورد نیاز برای خوردگی و انحلال اندهای نیکل جهت تامین یونهای ازاد در محلول را بر عهده داره .(افزایش ان باعت کمی تار شدن و کدر شدن پوشش می شود .کاهش باعت کم شدن یون فلز نیکل می شود .)
اسید بوریک: جهت متتعادل نگاه داشتن پرهاش استفاده می شود و همچنین کمی هم به صاف و نرم تر شدن پوشش نیکل می شود .
مواد افزودنی نیکل:
براقی :جهت براق کردن مورد استفاده قرار میگیرد .
نرم کن (کمک براقی):کریر براقی می باشد و قدرت پرتاب را افزایش می دهد
کفی:جلوگیری از حفره ای شدن قطعه بر اثر ازاد شدن هیدروژن در سطح قطعه
کربن اکتیو:کربن اکتیو معمولا برا زمانی است که الودگی شیمیایی وارد محلول شده است وباعت ایرداتی مثل پست پرتقالی شدن و یا رگه های سیاه می شود استفاده می شود .و روش استفاده هم به مقدار لازم ( توصیه ازمایشگاه) به داخل سیستم تصفیه اضافه میکنند و سیستم تصفیه را فعال می کنند.
محلول نیکل همیشه باید در حال تصفیه باشد از این رومحلول نیکل باید مدام همزده بشود که از سیستم های
هوایی و یا حرکت کاتدی استفاده می شود .(از سیستم های اداکتور .الترواسونیک هم استفاده می شود ).
دما و پرهاش مدام باید کنترل شود . تغییر در هر یک از این یه مورد تاثیر مستقیم بر دیگری داردو نتیجه نهایی هم دچار اختلال می شود.
وان نیکل از باید پوشش محافظ پی وی سی داشته باشد تا از تماس مستقیم محلول با فلز وان جلوگیری شود .دمای مورد نیاز نیکل معمولا از طریق شعله اتش (نیاز به وان سه جداره می باشد تا ار تماس مستقیم حرارت جلوگیری شود) و یا از طریق المنتهای ضد اسید (المنت های تیتانیوم و چینی ) به نظر بنده شعله بهتر است اگر هم المت استفاده می شود بهتر است از جنس چینی باشد.
اندها باید در سبدهای تیتانیومی قرار داده شود و به وسیه کیسه های ضد اسید محافظت بشود.
نمونه قطعات آبکاری شده نیکل و کروم
آبکاری با کروم
روکش‌های لایه کروم رنگی شبیه نقره٬ سفید مایل به آبی دارند. قدرت انعکاس سطح کروم‌کاری شده در طول زمان تغییری نمیکند کاملا″ صیقلی شده در حد ۶۵% است (برای نقره ۸۸%و نیکل ۵۵%) در حالی که خاصیت انعکاس نقره و نیکل با گذشت زمان ضایع میشود٬ در مورد کروم تغییری حاصل نمی‌شود..
لایه‌های کروم قابل جوشکاری نبوده و رنگ‌کاری و نقاشی را نمی‌پذیرند. کروم در مقابل گازها٬ موادقلیایی و نمکها مقاوم است اما اسید سولفوریک واسید کلریدریک وسایر اسیدهای هالوژن‌دار در تمام غلظتها ودر تمام درجه حرارتها بر روی کروم تاثیر می گذارند. به دنبال رویین شدن شیمیایی٬ روکش‌های کروم مقاومت خوبی در اتمسفر از خود نشان می‌دهند و کدر نمیشوند. از این رو به تمیز کردن و یا نو نمودن توسط محلولها یا محصولات حل کننده اکسیدها را ندارند..
روکش‌های کروم تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد هیچ تغییری از نظر کدر شدن متحمل نمیشوند..
لایه های پوششی کروم براق با ضخامت پایین (در حدود ۱ میکرومتر)که غالبا در کروم‌کاری تزیینی با آن روبه رو هستیم فولاد را در مقابل خوردگی حفاظت نمی‌کنند کروم کاری ضخیم که در مقابل خوردگی ضمانت کافی داشته باشد فقط از طریق کروم‌کاری سخت امکانپذیر است. با توجه به اینکه پوششهای کروم الکترولیتی سطح مورد آبکاری را به طور کامل نمی‌پوشانند از این رو کروم‌کاری تزیینی هرگز به تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بلکه همواره آن را به عنوان پوشش نهایی بر روی واکنش‌هایی که حفاظت سطح را در مقابل خوردگی ضمانت می‌نمایند به کار می‌روند. معمولا به عنوان پایه محافظ از نیکل استفاده میشود.
آبکاری گالوانیزه:
یکی از مهمترین روش های جلوگیری از خوردگی قطعات و لوله های فولادی، پوشش دادن قطعه یا لوله با فلزاتی همچون نیکل، کروم، مس، روی، کادمیوم و… است. در این میان استفاده از فلز روی به عنوان پوشش مقاوم به خوردگی در قطعات و لولههای فولادی کاربرد تجاری بسیار بالایی دارد.
فلز روی در واقع میتواند در طولانی مدت با قدرت حفاظتی بالایی که دارد، از سطح لوله ها و تجهیزات لوله کشی در محیطهای مرطوب و نسبتاً خورنده محافظت خوبی به عمل آورد. لایهی روی ایجاد شده بر روی سطح فولاد عموماً نسبت به آهن که فلز پایه اکثر فولادها است در مجاورت رطوبت نقش آند ( اکسید شونده ) و فلز پایه ( آهن ) نقش کاتد ( احیا شونده ) را ایفا میکند. در چنین شرایطی فلز روی با از دست دادن الکترونهای خود به مرور خورده شده و از بین میرود. این امر تا زمانی که لایه روکش فلز روی بر روی آهن باقی بماند ادامه پیدا میکند و اجازه نمیدهد که آهن خورده شود.
در انجام فرآیند گالوانیزه کردن جدا از استفاده از هر روشی، همواره باید سطح قطعه یا لوله ای که قرار است گالوانیزه شود کاملا تمیز کاری شده باشد و هیچ گونه آلودگی یا زنگ زدگی بر روی آن وجود نداشته باشد تا فلز روی به عنوان عامل اصلی ایجاد پوشش بتواند به خوبی بر روی سطح قطعه بچسبد و تا حد امکان داخل سطح نفوذ کند. بنابراین همیشه قبل از انجام فرآیند گالوانیزه قطعات را اسید شویی و آبکشی میکنند
.
نمونه قطعه گالوانیزه
“گالوانیزه سرد” عبارتی است که برای روش گالوانیزه الکتریکی ( Electrogalvanizing ) یا همان روش پوشش دهی الکترولیز استفاده میشود. در این روش، نمک های روی در داخل یک محلول آبی یا اسیدی که به آن الکترولیت میگویند با یک فرآیند الکترولیز بر روی سطح قطعه نشانده میشوند. این روش برای گالوانیزه کردن قطعات ریز و ورق و لوله های با ضخامت کم و همچنین محصولاتی که موارد استفادهی بهداشتی دارند بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.
تفاوت کاربردی آبکاری نیکل و کروم و گالوانیزه در این است گه آبکاری گالوانیزه معمولا برای مواردی استفاده میشود که صرفا جلوگیری در برابر خوردگی و زنگ زدن برای ما مهم است و زیبایی و شفافیت در اولویت نمی باشد.
آبکاری الکتروفورتیک(الکترولاک):
الکترولاک (الکتروفورتیک)رامی توان فرایند الکترولاک را نقطه مشترک آبکاری و رنگ آمیزی دانست.در فرایند الکتروفورتیک قطعه فلزی در محلولی با پایه آب فرو برده می شود که این محلول شامل ذرات رنگ است. ولتاژ الکتریکی به قطعه اعمال و باعث می شود این ذرات رنگ در سطح قطعه رسوب کنند. در فراینده الکتروفورتیک به شرط آنکه محول به تمام سطوح قطعه در تماس باشد می توان سطوح داخلی و خارجی قطعه را پوشش داد
از ویژگی های فرایند الکترولاک می توان به موارد زیر اشاره کرد:
– یکواختی پوشش
– آبکاری سطوح راخلی و خارجی قطعه
– رنگ بندی متنوع
– جایگزین مناسب برای آبکاری طلا
– آلوده نبودن فرایند الکترولاک
– داوام و عمر طولانی پوشش
– مقاومت به خوردگی در محیط های مرطوب