مقاله ای کامل درباره آبکاری فلزات

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.
کیفیت رسوب الکتریکی بر حسب کاربرد آن تغییر می کند اگر هدف از آبکاری این باشد که برای مدت کوتاهی از زنگ زدن فولاد جلوگیری شود ممکن است پوشش نازکی هم کافی باشد ولی اگر شفافیت رسوب نیز مهم باشد در این صورت کیفیت بالاتری طلب خواهد شد. کیفیت رسوبهای نازک از طریق آزمایش اندازه گیری ضخامت و مقاومت خوردگی تعیین می گردد.
کیفیت آبکاری به واکنشهای که در طول عملیات روی کاتد انجام می گیرند بستگی دارد. اگر حمام به طور صحیح آماده و تنظیم شده باشد واکنشهای فوق نیز مطلوب خواهند بود. ولی کلاً شرایط مناسب عملیاتی از نظر کاتد و حمام تولید رسوبی رضایت بخشی را تضمین نمی کند.

اولین قدم برای آماده کردن حمام جدید این است که وان خالی کاملاً تمیز شود. ذرات و گرد و غبار از طریق جارو کردن و خشکانده خارج گشته و مواد روغنی توسط کهنه آغشته به حلال مناسب پاک شوند. وانهای پلاستیکی یا لاستیکی به تمیز کاری بیشتری نیاز دارند. وانهای چدنی ممکن است به رنگ کاری یا آسترکشی نیاز داشته باشند. وان عملیات بعد از اسیدشویی با آب آبکشی می شود. اگر وان بلافاصله مورد استفاده قرار نگیرد آن را با محلول ۱% هیدرواکسید سدیم یا تری فسفات سدیم پر می کنند تا زنگ نزند. در غیر این صورت مقداری آب به آن ریخته و بعد ترکیبات دیگر اضافه می گردد. برای نمکهای حل شونده معمولاً ۳/۱ وان را پر می کنند ولی برای نمکهای سخت ـ حل شونده نظیر نمکهایی که به حمامهای غلیظ نیکل اضافه می گردند باید از ۳/۲ وان استفاده کرد. ترتیب اضافه کردن ترکیبات مهم است.
برای مثال در آماده کردن حمام سیانیدی مس، سیانید قلیایی قبل از سیانید مس نامحلول به حمام اضافه می شود. ولی ترتیب اضافه کردن کربنات، نمک راشل یا سوزآور خیلی مهم نیست. نمکها و کلاً ترکیبات دیگر باید به طور آرام به حمام اضافه شده و همزمان محلول هم زده شود. این کار ممکن است به طوردستی و با یک بیلچه انجام بگیرد. در صورتی که نمکها سریع اضافه شوند ممکن است در اثر گلوله ـ گلوله شدن انحلال خیلی سخت انجام بگیرد.
بعد از انحلال کامل همه نمکها وزن مخصوص الکترولیت را توسط هیدرومتر بومه اندازه می گیرند. در صورتی که وزن مخصوص حمام مناسب باشد آبکاری آزمایشی روی چند نمونه انجام می گیرد. بدین ترتیب مشخص می شود که آیا می توان از حمام استفاده کرد یا ترکیب آن باید مجدداً تنظیم شود. برای مثال ممکن است pH و عوامل افزودنی به اصلاح نیاز داشته باشند یا تصفیه اولیه لازم باشد. بعد از اینکه ترکیب حمام در دامنه مورد نظر تنظیم گشته و آبکاری آزمایشی انجام گرفت آزمایش را برای شارژ کامل اجرا می کنند تا رفتار جریان از نظر ولتاژ، اشکالهای الکتریکی و تماس قلابها و آویزها به شمشهای اتصال چک شود. در آبکاری الکتریکی شستشو دادن، آبکشی ، اسیدشویی و چربی گیری اهمیت زیادی دارد در اینجا هر کدام از عملیات فوق به طور مختصر توضیح داده می شود :
۱) شستشو : این کار توسط انواع تمیز کننده های قلیایی انجام می گیرد انتخاب نوع آن به موادی که باید شسته شوند و همین طور روش شستشو (غوطه وری خالص یا با استفاده از سیستم الکتریکی) بستگی دارد. پاک کننده ها موادی چون فسفات سدیم، هیدرواکسید سدیم، سیلیکات سدیم، کربنات سدیم، بورات سدیم یا ترکیبی از مواد فوق هستند ولی موماً حاوی فسفات یا سیلیکات همراه با مقداری کربنات یا هیدرواکسید هستند.
در تمیز کاری الکتریکی قطعات ممکن است قطب آند یا کاتد باشند. تمیز کننده های آندی ترجیح داده می شوند چون ناخالصیهای فلزی نمی توانند روی قطعات رسوب کنند.
۲) چربی گیری : قبل از شستشوی الکتریکی چربی گیری انجام می گیرد. به این صورت قطعات را در حلالهای سرد غوطه ور کرده یا در معرض بخار داغ قرار می دهند. بخار حلال روی فلز کندانس شده و چربی را حل می کند.
۳) اسید شویی : در فرآیند های آبکاری برای تأمین سطح فعال باید فیلمهای غیرآلی سطح شامل پوسته های اکسیدی یا محصولات زنگ از سطح حذف شوند. در غیر این صورت چسبندگی رسوب به سطح کار ضعیف شده و ممکن است رسوب حفره ـ حفره و یا پوسته ـ پوسته گردد.
۴) آبکشی : آبکشی ممکن است به صورت غوطه وری در آب جاری یا با استفاده از اسپری انام بگیرد. بعضی وقتها برای اطمینان از خارج شدن نمکهای سطحی ممکن است آبکشی تکرار شود.
جزئیات تمیزکاری قطعات فلزی :
سطح قطعات فلزی معمولاً حاوی گرد و خاک، گریس، پوسته های اکسیدی و مایعات خاص مصرف شده در فرآیند تولید است. چنانکه قبلاً گفته شد برای تأمین چسبندگی مطمئن بایستی هرگونه آلاینده ای که از تماس مستقیم محلول حمام با سطح فلزی جلوگیری می کند پاک گردد. علاوه بر این قبل از آبکاری باید شیارها و خراشها و یا پوششهای سطحی اصلاح شوند.
محلولهای تمیزکاری : برای پاک کردن مواد روغنی با گریس روی سطح قطعات آنها را در محلول قلیایی حاوی L/g 20 کربنات سدیم یا پتاسیم و سپس در آب گرم غوطه ور می کنند. برای جلوگیری از خوردگی یا زنگ زدن ممکن است آبکشی در آب سرد نیز انجام بگیرد.
زنگ آهن، زنگ مس از طریق شستشو در اسیدهای معدنی رقیق حذف می شوند. برس کاری به راحت کنده شدن پوسته های سطح کمک می کند. در صورتی که بعد از اسیدشویی ابتدایی پوسته ها کاملاً پاک نشوند می توان عملیات را تکرار کرد.لکه های تیره نازک را می توان از طریق غوطه وری در محلول قوی سیانید پتاسیم (g/L 7) و چند قطره مایع آمونیاک پاک کرد. پوسته های اسیدی مس و روی در مخلوط ۱ جزء اسید سولفوریک و ۲۰ جزء آب بخوبی تمیز می شوند. برای پوسته های ضخیم تر باید از محلول اسیدی غلیظ تری استفاده کرد.زنگ آهن روی قطعات فولادی یا چدنی بخوبی در محلول ۶ جزء اسید سولفوریک، ۱ جزء اسید هیدرولیک و ۱۶۰ جزء آب حذف می شود. مدت زمان غوطه وری min1 یا بیشتر است. برای پاک کردن لکه های اسیدی قلع یا روی از محلول قلیایی داغ استفاده می کنند.
فرآیند جیوه دهی : در این فرآیند حدود ۳۰ گرم جیوه را داخل ظرف شیشه ای ریخته و به آن ۳۰ گرم اسید نیتریک رقیق شده توسط سه برابر آب مقطر اضافه می کنند. برای این که جیوه کاملاً حل شود مخلوط را آرام آرام گرم کرده به آن اسید می افزایند. در نهایت ۴ لیتر آب به محلول فوق اضافه کرده و خوب به هم می زنند. با غوطه ور کردن قطعات برنجی مسی یا نقره آلمانی در این محلول لایه ای نازک و براقی از جیوه سطح آنها را می پوشاند.
تمیزکاری الکترولیکی : فرآیند حذف کردن پوسته های سطحی در محلول با استفاده از جریان الکتریسیته است. در این فرآیند قطعات را از کاتد یا آند آویزه کرده و در وانی حاوی محلولی که هدایت الکتریکی خوبی دارد مثل اسید یا سیانید غوطه ور می کنند. انتخاب نوع محلول (از نظر اسیدی یا قلیایی بودن) به موادی که باید تمیز شوند بستگی دارد. برای تمیز کردن لکه های اضافی گریس یا زنگ محلول قلیایی مناسب است. در اثر عبور جریان برای مدت ۱۰ تا ۱۵ دقیقه از محلول تمام زایده های سطحی حذف می گردند.
تمیزکاری مکانیکی : تمیزکاری مکانیکی مکمل تمیزکاری شیمیایی و الکتروشیمیایی است.
در این روش ابتدا به منظور پاک کردن چربیهای سطحی قطعات را توسط محلول پتاس شستشو داده و سپس در محلول اسیدی غوطه ور می کنند. بعد از مدت زمان مناسبی قطعات را خارج کرده و آبکشی می نمایند. در این حالت با استفاده از برس سیمی (به صورت دستی یا سنگ دستی) می توان مواد زاید سطحی را براحتی حذف کرد.
سطح قطعات کوچک ریخته گری و پرسکاری را می توان از طریق چرخاندن در داخل بشکه ای تمیز کرد. در این روش سطح قطعات در اثر غلتیدن روی همدیگر و سایش پاک می شود. از طریق ساچمه پاشی نیز می توان سطح قطعات را تمیز نمود. در روش دیگر قطعات را داخل بشکه حاوی ساچمه های فولادی که توسط الکتروموتوری حول محور قائم می چرخد می ریزند در این روش در اثر لغزش ساچمه روی قطعات، سطحی تمیز با درخشندگی بالا به دست می آید. این روش برای براق کردن سطح قطعات بعد از آبکاری نیز به کار می رود.
آبکاری مس :
آب مس به عنوان پوشش زیرین ،‌در سیستم چند پوششی ،‌عایق حرارتی برای انتقال حرارت ،‌در الکتروفرمینگ و در بردهای مدار چاپی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد . اگر چه فلز مس در مقابل خوردگی نسبتاً مقاوم است ،‌وقتی در مجاورت هوا قرار می گیرد به سرعت جلای خود را از دست می دهد و لک می شود . وقتی یک سطح زیبا و با دوام مورد نیاز باشد ،‌آب مس به ندرت به تنهایی به کار می رود . آب مس براق در سیستم های چند پوششی ،‌به عنوان پوشش زیرین محافظ مورد استفاده قرار می گیرد ،‌یا وقتی تنها به عنوان پوشش تزئینی به کار می رود ،‌توسط لایه ای از لاک شفاف در مقابل کدر و لک شدن ،‌محافظت می شود ،‌برای آبکاری مس می توان از الکترولیت های متعددی استفاده کرد که متداول ترین آنها عبارتند از :محلول های سیانید و پیروففات قلیایی ،‌حمام های اسیدی سولفات و فلوئوبورات

حمام های پروفسفات قلیایی به علت سرعت خوب آبکاری ،‌اغلب برای ایجاد پوشش ضخیم به کار می روند ،‌هر چند که باید به دقت کنترل شوند . با استفاده از حمام های سیانید قلیایی که کنترل آنها نسبتاً آسان است ،‌می توان پوشش های نازکی با ضخامت یکنواخت به دست آورد . با توجه به قابلیت های بالای پوشش دادن این حمام ها بیشترین کاربرد را دارند . حمام های سیانید رقیق و سانید را شل برای ایجاد پوشش نازکی از مس به ضخامت m μ ۳ تا (۰٫۰۵-۰٫٫۱mil)1.0 بیش از آبکاری مس و یا فلزات دیگر مورد استفاده قرار می گیرند . حمام های سیانید را شل غلیظ برای ایجاد پوشش هایی تا ضخامت حدود m μ ۸   (۰٫۳mil)، کاملاً مناسب هستند . با یک تغییر کوچک در تغییر الکترولیت را شل در آبکاری با الکترولیت ثابت ،‌ با همزن مکانیکی یا برای بازدهی بیشتر با هم زدن توسط هوا مورد استفاده قرار می گیرد .

همچنین در مواردی که جریان معکوس متناوب و یا جریان منقطع استفاده می شود نیز این الکترولیت کاربرد دارد . حمام های آبکاری سیانید مس با غلظت مس کم و سیانید آزاد زیاد ،‌سطح قطعات مختلف را طی عملیات آبکاری تمییز می کنند . اگر چه از این الکترولیت ها نباید به منظور تمییز کردن استفاده نمود ،‌ولی به هر حال این حمام ها توانایی ایجاد پوشش نازکی از مس روی قطعاتی که تمیز کردنشان مشکل است را دارند . استفاده از سایر حمام ها منجر به پوشش ناقص و چسبندگی ضعیف می شود .

حمام های سانید سدیم و پتاسیم با راندمان بالا

با اضفه کردن مواد افزودنی خاص به حمام های غلیظ ،‌می توان از آنها برای تولید پوشش هایی با براقی و قدرت هم سطح کنندگی متفاوت و ضخامت هایی از ۸ تا m μ ۵  ۲۰mils)تا ۰٫۳) استفاده کرد . این الکترولیت ها به طور معمول ،‌پوشش های ضخیم ،‌صاف و براقی ایجاد می کنند . به دلیل قدرت بالای پوشش این الکترولیت ها ،‌نقاط گود و تو رفته نیز دارای پوشش ضخیم و یکنواخت می گردند . برای ایجاد پوشش های صاف و بدون حفره عموماً از مواد افزودنی خاصی در این حمام ها استفاده می شود . قبل از آبکاری در حمام های باراندمان بالا ، ابتدا قطعات باید با یک لایه نازک مس به ضخامت حدود m μ (۰٫۰۵mil)10 از یک الکترولیت رقیق سیانید مس پوشش داده شوند .

مشخصات حمام های باراندمان بالا عبارتند از :

– دمای نسبتاً بالا

– غلظت زیاد مس

– سرعت عمل بالا

سرعت آبکاری در این حمام ها ۳ تا ۵ برابر حمام های سیانید رقیق و سیانید راشل می باشد . قطعاتی که در این الکترولیت ها آبکاری می شوند ،‌باید کاملاً تمییز شوند . در غیر این صورت پوشش ایجاد شده از کیفیت پایینی برخوردار خواهد شد . همچنین برای زدودن آلودگی های آلی ،‌حمام باید مرتب تصفیه شود .کمپلکس های تشکیل شده از ترکیب سیانید پتاسیم و سیانید مس دارای حلالیت بیشتری از کمپلکس های ایجاد شده از ترکسیب سیانید سدیم و سیانید مس می باشند .

استفاده از حمام سیانید بهتر از حمام سدیم سیانید است زیرا احتمال سوختن پوشش در لبه کمتر می شود . بنابراین امکان استفاده از دانسیته جریان بالاتر را فراهم می کند ،‌در نتیجه سرعت آبکاری بیشتر می شود . در الکترولیت های با راندمان بالا برای یکنواخت کردن پوشش روی قطعات پیچیده از جریان منقطع استفاده می شود . با استفاده از جریان معکوس به صورت تناوبی ،‌پوشش یکنواخت تر خواهد شد .معکوس کردن تناوبی جریان در این الکترولیت ها موجب کاهش خلل و فرج پوشش نیز می شود .

استفاده از مواد افزودنی اختصاصی ،‌سبب افزایش راندمان آندی و کاندی ،‌افزایش خرده گیری آند و در نهایت موجب عملکرد بهتر این الکرتولیتها می شود . این مواد سبب براق شدن پوشش و همچنین ریز شدن دانه ها می شوند . افزودنی های اختصاصی برای کنترل تاثیرات آلودگی های آلی و غیر آلی نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

حمام های پیروفسفات مس برای آبکاری چند پوششی تزئینی ،‌بردهای مدار چاپی و به عنوان عایق در عملیات حرارتی فولادها به کار می رود . حدود غلظت و شرایط کار در جدول ۲ داده شده است .

جدول شماره( ۲)

(A/ft² ۷۰-۱۰)راندمان کاند%۱۰۰-۹۵ولتاژ در تانکV5-2PH با دستگاه(a)8/8-0/8آندهامس(a با اسید پروفسفریک و هیدرواکسید پتاسیم می توان ثابت نگه داشت

خواص حمام پیروفسفات مس ،‌حد واسطی بین حمام های اسیدی و سانیدی است ،‌و بیشتر شبیه حمام سیانید با راندمان بالا سیانید با راندمان بالا می باشد . راندمان الکترود ۱۰۰% است و قدرت پوشش دادن و سرعت آبکاری تا وقتی که حمام در PH تقریباً خنثی عمل می کند ،‌خوب است . پوشش های به دست آمده حاوی دانه های ریز و نیمه براق هستند . هنگام استفاده از حمام پیروفسفات برای آبکاری فولاد ،‌قطعات دای کاست از جنس روی ،‌منیزیم ،‌آلومینیم باید از یک پوشش اولیه بسیار نازک استفاده کرد . برای ایجاد این پوشش نازک ،‌می توان از محلول سیانید رقیق مس یا پیروفسفات مس ،‌نیکل یا محلول های دیگر استفاده کرد .

حمامهای آبکاری اسیدی :

از حمامهای اسیدی بطور گسترده در الکترورمینگ و تصفیه الکتریکی مس ،‌تهیه پودر مس و آبکاری تزئینی استفاده می شود . این حمامها شامل مس دو ظرفیتی بوده ،‌ قابلیت داشتن ناخالصی های یونی بیشتری نسبت به حمام های قلیایی دارند ،‌اما قدرت پوشش دادن ضعیف تری برخوردارند . خلل و فرج حاصل از حمام اسیدی کمتر است که در پر کردن تخلخل های قطعات دای کاست بسیار موثر می باشد . بیش از آن که فولاد یا آلیاژ روی دای کاست در حمام اسیدی مس آبکاری شود ،‌باید در حمام رقیق سیانید مس یا نیکل پوشش داده شود .
پوشش نازکی از نیکل مانع رسوب کردن مس و پوسته شدن پوشش می شود .

خواص پوشش :
عوامل مختلف در مراحل آماده سازی سطح و آبکاری ،‌اثرات مهمی بر روی کیفیت پوشش مس ایجاد شده دارد . بعضی از آنها ممکن است اثر منفی بر میزان چسبندگی مس روی قطعه کار داشته باشند . برخی دیگر بر روی میزان خلل و فرج ،‌براقی ،‌سختی ،‌زبری ،‌پوسته شدن ،‌لحیم کاری و هم سطح کنندگی تاثیر می گذارند .
● براق بودن : پوششهای مس براق اغلب در اثر افزودن مواد براق کننده به الکترولیت ایجاد می گردند . اگر چه فرچه کاری پوشش نیز منجر به براقی آن می شود آبکاری در حمامهای سیاتید غلیظ ،‌در صورتی که با قلع جریان و یا معکوس شدن متناوب جریان صورت گیرد ،‌نیز منجر به بهتر شدن براقی پوشش مس می گردد. فرچه کاری و پولیش الکتریکی قطعه قبل از آبکاری منجر به ایجاد پوشش صاف و نیمه براق در یک الکترولیت فاقد براقی می شود . اگر از الکترولیت حاوی براقی استفاده شود میزان براقی پوشش افزایش می یابد .
فرچه کاری پوشش برای براق نمودن آن هزینه زیادی در بر دارد . آبکاری در حمامهای سیاتید دارای زاندمان بالا با جریان منقطع و یا جریان متناوب معکوس براقی پوشش را بهبود می بخشد . تکنیکهای پیشرفته ریخته گری و پرداخت مکانیکی قبل از آبکاری می توانند کیفیت پوشش مس را بهبود بخشند.
● چسبندگی : برای بدست آوردن چسبندگی مناسب ،‌نوع سطح و نحوه آماده سازی آن بر اثر آبکاری بسیار مهم است .بطور کلی کیفیت پوشش در قطعات ریختگی و سطوح متخلخل در مقایسه با سایر قطعات پائین تر است . نوع جنس قطعه نیز از عوامل تعیین کننده است . در قطعات دایکاست با پایه منیزیوم یا آلومینیم ،‌لایه ی زینکاته ای که بین قطعه و پوشش مس قرار می گیرد ،‌عامل کنترل کننده و بحرانی می باشد .

● فولادهای ضد زنگ : سرعت فرو بردن قطعات از جنس فولاد ضد زنگ که سطوح آن کاملاً فعال شده به حمام آبکاری تاثیر مهمی در چسبندگی پوشش خواهد داشت . بعضی براقی های آلی ممکن است روی چسبندگی پوششهای بعدی تاثیر منفی داشته باشند . چسبندگی پوششهای مس از الکترولیتهای اسیدی هنگامی می تواند مناسب باشد که قطعه قبلاً توسط حمام رقیق مس پوشش نازکی داده شده باشد .
● خلل و فرج : میزان تخلخل پوشش مس را می توان با انتخاب نوع حمام آبکاری مس ،‌ترکیب الکترولیت و کنترل آن ،‌جنس قطعه و شرایط سطحی که باید آبکاری شود . کنترل نمود. میزان تخلخل روی یک سطح تعیین کننده روش پرداخت برای حداقل رساندن آ» می باشد . یک سطح متخلخل از مساحت جانبی بزرگی برخوردار است و برای آنکه راندمان آبکاری بالا باشد باید از دانسیته جریان بالایی استفاده کرد .
● پوسته شدن : سطح بیشتر در مورد قطعات با پایه روی به خصوص وقتی که قطعه آبکاری شده در معرض حرارت قرار می گیرد رخ می دهد ممکن است قطعات از جنس منیزیومی و یا آلومینیومی نیز پوسته شوند که علت آن می تواند کیفیت نامطلوب قطعات ریخته شده یا آماده نمودن نامناسب سطح و یا هر دو باشد . میزان پوسته شدن پوشش نازک مس روی قطعات ریخته شده با پایه روی که بعداً در معرض حرارت قرار می گیرد را می توان با کم کردن PH حمام سیانید از ۶/۱۲-۱۲ به حدود ۱۰ کاهش داد . از آنجایی که در این PH کم ،‌ممکن است گاز خطرناک سیانید هیدروژن آزاد شود مراقبتهای لازم باید انجام شود .
به همین دلیل تهویه خوب حمام امری ضروری است . پوسته شدن پوشش مس روی منیزیم و آلومینیم به خصوص در هنگام لحیم کاری و یا وقتی که قطعه در معرض حرارت قرار نگیرد پوسته شدن نمایان نمی گردد. بهتر است قطعات آلومینیمی و منیزیمی را که آب مس داده شده اند به طور آزمایشی در معرض حرارت کنترل شده که باید بعد ها متحمل شود ،‌قرار داد . اگر چسبندگی در سطح تماس ضعیف باشد این امر موجب پوسته شدن پوشش قبل از آبکاری دیگر می گردد.
● زبری : زبری در پوشش اغلب در اثر وجود ذرات خارجی بر حمام ایجاد می شود . وجود این ذرات ناشی از تمیز نمودن نادرست و یا مهاجرت ذرات فلز مس و یا اکسید مس یک ظرفیتی ایجاد شده در آند به طرف کاند می باشد . چنین زبری به خصوص در الکترولیت سیانید سدیم غلیظ ایجاد می گردد و می توان با استفاده از کیسه های دور آند از به وجود آمدن آن جلوگیری کرد .
● قابلیت لحیم کاری : پوشش زمانی خوب است که :
الف – سطح مس عاری از اکسید باشد .
ب- پوشش به اندازه ی کافی ضخیم باشد .
ج- چسبندگی آب مس داده شده بسیار خوب باشد .
لحیم کاری مستقیم قطعاتی که پوشش مس داده شده و سپس در دستگاهی آب بندی شده که مورد استفاده قرار می گیرند امری معمولی است . برای قطعات الکترونیکی از جنس آلومینیم و منیزیم که کاربدهای فضایی دارند لحیم کاری امری متداول است . این قطعات باید قبل از لحیم کاری زینکانه شده و سپس آب مس داده شود . برای قطعاتی که در معرض هوا قرار می گیرند یک پوشش نهایی از جنس کادمیم کروماته شده یا قلع بر روی لایه مس در ایجاد قابلیت لحیم کاری و همچنین مقاومت در برابر خوردگی بسیار موثر است .
● سختی « الکترولیتهای سیانید بدون حضور معرفهای افزودنی نسبت به حمامهای اسیدی پوشش سخت تری ایجاد می کنند . استفاده از معرفهای افزودنی در تمامی الکترولیها موجب افزایش سختی پوشش می گردد. به طور کلی سختی پوشش مربوط به دانه های ریز است اما می توان سختی را بدون ریز کردن دانه نیز با جهت دادن صحیح کریستالها افزایش داد . در حمامهای اسیدی تغییر غلظت سولفات مس و یا اسید سولفوریک تاثیر چندانی روی سختی پوشش ندارد .
● هم ترازی : تاثیر بسیار مهمی بر روی ظاهر پوشش و نیز ظاهر محصول نهایی (وقتی که پوششهای دیگری نیز بر روی مس نشانده می شود ) دارد . اغلب فلزی که باید پوشش داده شود صافی مطلوب را ندارد . می توان بر روی سطوح قطعات فلزی به طریق مکانیکی و یا شیمیایی کارکرد تا زبری سطح پیش از آبکاری کاهش یابد .
بعضی الکترولیتهای مس قدرت هم سطح کنندگی خوبی دارند . بدین ترتیب در هزینه پرداخت کاری سطح قبل از آبکاری و یا سایر طرق صاف کردن سطح صرفه جویی می شود . وقتی که به الکترولیتهای غلیظ پتاسیم ،‌برخی معرفهای افزودنی اضافه شود و در حین آبکاری جریان منقطع و یا متناوب معکوس استفاده گردد ،‌هم سطحی بسیار خوبی حاصل می شود .
الکترولیتهای سیانید پتاسیم غلیظ ،‌مخلوط سدیم و پتاسیم و سیانید راشل( نه به اندازه الکترولیت سیانید غلیظ ولی تا حد قابل قبولی ) خواص هم سطح کنندگی خوبی را با جریان منقطع و یا جریان معکوس متناوب ایجاد می کنند .
● مس در سیستمهای چند پوششی : آب مس اغلب به عنوان پایه برای پوششهای بعدی در سیستمهای چند پوششی مورد استفاده قرار می گیرد .
● هزینه : هزینه آبکاری مس به نوع تاسیسات بستگی دارد . در صورتی که تجهیزات مدرن ،‌اتوماتیک باشند براقی ها و معرفهای مرطوب کننده بیشترین هزینه را در بر دارد . چنانچه عملیات در مخزن ثابت انجام گیرد . هزینه کارگر مهمترین عامل است . افزایش دانسیته جریان سبب کاهش زمان لازم برای ایجاد پوشش با ضخامت معین می گردد و در نتیجه هزینه پایین می آید به کمک شکل ۵ میتوان هزینه مس رسوب کرده روی قطعه را که عملیات آبکاری عادی و متداول است تخمین زد .
به عنوان مثال شکل ۵ نشان می دهد که gr 20(oz4) مس لازم است برای آبکاری ناحیه ای به مساحت (VFt2)0.7m2 با پوششی به ضخامت ۲۰ میکرون (۰٫۸ mhl) است . هزینه پوشش مس با ضرب کردن وزن مس مورد نیاز در هزینه آندهای مسی بدست می آید . برای مساحتهایی بیشتر از (۱۰Ft2)24m2 این مقدار را باید در فاکتور مناسبی ضرب نمود .
اصول آبکاری
به طور کلی ترسیب فلز با استفاده از یک الکترولیت را می‌توان به صورت واکنش زیر نشان داد:
فلز <——– (الکترون) z + کاتیون فلزی
ترسیب فلز با روشهای زیر انجام می‌شود:
آبکاری الکتریکی
در این روش ترسیب گالوانیک یک فلز بر پایه واکنشهای الکتروشیمیایی صورت می‌گیرد. هنگام الکترولیز در سطح محدود الکترود/الکترولیت در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیایی الکترون‌ها یا دریافت می‌شوند (احیا) و یا واگذار می‌شوند (اکسیداسیون). برای اینکه واکنشها در جهت واحد مورد‌ نظر ادمه یابند لازم است به طور مداوم از منبع جریان خارجی استفاده شود. واکنشهای مشخص در آند و کاتد همچنین در الکترولیت همیشه به صورت همزمان صورت می‌گیرند. محلول الکترولیت باید شامل یونهای فلز رسوب‌کننده باشد و چون یونهای فلزها دارای بار مثبت می باشند به علت جذب بارهای مخالف تمایل به حرکت در جهت الکترود یا قطبی که دارای الکترون اضافی می‌باشد (قطب منفی یا کاتد) را دارند.

قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت یا آند نامیده می‌شود. به طور کلی سیکل معمول پوشش‌دهی را می‌توان به صورت زیر در نظر گرفت:
– یک اتم در آند یک یا چند الکترون از دست می‌دهد و در محلول پوشش‌دهی به صورت یون مثبت در می‌آید.
– یون مثبت به طرف کاتد یعنی محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت می‌کند.
– این یون الکترون‌های از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبدیل به اتم به صورت جزیی از فلز رسوب می‌کند.
قوانین فارادی
قوانین فارادی که اساس آبکاری الکتریکی فلزها را تشکیل می‌دهند نسبت بین انرژی الکتریکی و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان می‌دهند.
قانون اول: مقدار موادی که بر روی یک الکترود ترسیب می‌شود مستقیما″ با مقدار الکتریسیته‌ای که از الکترولیت عبور می‌کند متناسب است.
قانون دوم :مقدار مواد ترسیب شده با استفاده از الکترولیت‌های مختلف توسط مقدار الکتریسیته یکسان به صورت جرم‌هایی با اکی‌والان مساوی از آنهاست.
بر اساس این قوانین مشخص شده است که ۹۶۵۰۰ کولن الکتریسیته (یک کولن برابر است با جریان یک آمپر در یک ثانیه) لازم است تا یک اکی‌والان گرم از یک عنصر را رسوب دهد یا حل کند.

آبکاری بدون استفاده از منبع جریان خارجی
هنگام ترسیب فلز بدون استفاده از منبع جریان خارجی الکترون‌های لازم برای احیای یون‌های فلزی توسط واکنش‌‌های الکتروشیمیایی تامین می‌شوند. بر این اساس سه امکان وجود دارد:
ترسیب فلز به روش تبادل بار (تغییر مکان‌) یا فرایند غوطه‌وری: اساس کلی این روش بر اصول جدول پتانسیل فلزها پایه‌ریزی شده است. فلزی که باید پوشیده شود باید پتانسیل آن بسیار ضعیف‌تر (فلز فعال) از پتانسیل فلز پوشنده (فلز نجیب) باشد. و فلزی که باید ترسیب شود باید در محلول به حالت یونی وجود داشته باشد. برای مثال به هنگام غوطه‌ور نمودن یک میله آهنی در یک محلول سولفات مس فلز آهن فعال است و الکترون واگذار می‌کند و به شکل یون آهن وارد محلول می‌شود. دو الکترون روی میله آهن باقی می‌ماند.
یون مس دو الکترون را دریافت کرده احیا می‌شود و بین ترتیب مس روی میله آهن می‌چسبد. و هنگامی که فلز پایه که باید پوشیده شود (مثلا آهن) کاملا″ توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشیده شود آهن دیگر نمی‌تواند وارد محلول شود و الکترون تشکیل نمی‌شود و در نتیجه عمل ترسیب خاتمه می‌یابد. موارد استعمال این روش در صنعت آبکاری عبارت است از: مس‌اندود نمودن فولاد٬ نقره‌کاری مس و برنج٬ جیوه‌کاری٬ حمام زنکات٬ روشهای مختلف کنترل و یا آزمایش٬ جمع‌آوری فلز از حمام‌های فلزات قیمتی غیر قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روی.
ترسیب فلز به روش اتصال: این روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پایه با یک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ایفا می‌کند. برای مثال هنگامی که یک میله آهنی (فلز پایه) همراه یک میله آلومینیومی٬ به عنوان جسم اتصال در داخل یک محلول سولفات مس فرو برده می‌شود٬ دو فلز آهن و آلومینیوم به جهت فعال تر بودن از مس٬ به صورت یون فلزی وارد محلول می‌شوند و روی آنها الکترون باقی می‌ماند و چون فشار انحلال آلومینیوم از آهن بیشتر است از این رو اختلاف پتانسیلی بین دو فلز ایجاد شده و الکترون‌ها در روی یک سیم رابط٬ از سوی آلومینیوم به طرف آهن جاری می‌شوند. بنابراین مشاهده می‌شود که مقدار زیادی از یونهای مس محلول روی آهن ترسیب می‌شوند. ضخامت قشر ایجاد شده نسبت به روش ساده تبادل بار بسیار ضخیم‌تر است. از روش اتصال برای پوشش‌کاری فلزات پیچیده استفاده می‌شود.
روش احیا: ترسیب فلز با استفاده از محلولهای حاوی مواد احیا کننده٬ روش احیا نامیده می‌شود. یعنی دراین روش الکترونهای لازم برای احیای یونهای فلزات توسط یک احیا کننده فراهم می‌شود. پتانسیل احیا کننده‌ها باید از فلز پوشنده فعالتر باشند٬ اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسیل به دلایل منحصرا″ کاربردی روکش‌ها٬ نباید بسیار زیاد باشد. برای مثال هیپوفسفیت سدیم یک احیا کننده برای ترسیب نیکل است ولی برای ترسیب مس که نجیب‌تر است٬ مناسب نیست. مزیت استفاده از این روش در این است که می‌توان لایه‌هایی با ضخامت دلخواه ایجاد نمود. زیرا اگر مقدار ماده احیا کننده در الکترولیت ثابت نگه داشته شود می‌توان واکنش ترسیب را کنترل نمود. به ویژه غیر هادی‌ها را نیز بعد از فعال نمودن آنها٬ می‌توان پوشش‌کاری کرد.
آماده سازی قطعات برای آبکاری
برای بدست آوردن یک سطح فلزی مناسب نخستین عملی است که با دقت باید صورت گیرد٬ زیرا چسبندگی خوب زمانی به وجود می‌آید که فلز پایه٬ سطحی کاملا تمیز و مناسب داشته باشد. بدین علت تمام لایه‌ها و یا قشرهای مزاحم دیگر از جمله کثافات٬ لکه‌های روغنی٬ لایه‌های اکسید٬ رسوبات کالامین که روی آهن در درجه‌های بالا ایجاد می‌شوند را از بین برد. عملیات آماده سازی عبارتند از:
سمباده‌کاری و صیقل‌کاری: طی آن سطوح ناصاف را به سطوح صاف و یکنواخت تبدیل می‌کنند.
چربی‌زدایی: طی آن چربی‌های روی سطح فلزات را می‌توان توسط عمل انحلال٬ پراکندگی٬ امولسیون٬ صابونی کردن و یا به روش تبادل بار از بین برد.
پرداخت: انحلال شیمیایی قشرهای حاصل از خوردگی روی سطح فلزات را پرداخت کردن می‌نامند که اساسا″ به کمک اسیدهای رقیق و در بعضی موارد توسط بازها انجام می‌گیرد.
آبکشی٬ خنثی‌سازی٬ آبکشی اسیدی٬ خشک کردن: خنثی‌سازی برای از بین بردن مقدار کم اسید یا مواد قلیایی که در خلل و فرج قطعه باقی می‌مانندو همچنین آبکشی اسیدی برای جلوگیری از امکان تشکیل قشر اکسید نازک غیر قابل رؤیت که موجب عدم چسبندگی لایه الکترولیتی می‌شود.
موقعیت های استفاده از نانوتکنولوژی صنایع آبکاری
در سالهای اخیر نانوتکنولوژی که همان علم و تکنولوژی کنترل و بکارگیری ماده در مقیاس نانومتر است٬ تحقیقات فزاینده و موقعیت‌های تجاری زیادی را در زمینه‌های مختلف ایجاد نموده است. یک جنبه خاص از نانوتکنولوژی به مواد دارای ساختار نانویی یعنی موادی با بلورهای بسیار ریز که اندازه آنها معمولا کمتر از ۱۰۰ میکرومتر است می‌پردازد٬ که این مواد برای اولین بار حدود دو دهه قبل به عنوان فصل مشترکی معرفی شدند. این مواد نانوساختاری با سنتز الکتروشیمیایی تولید شده‌اند که دارای خواصی از قبیل٬ استحکام٬ نرمی‌ و سختی٬ مقاومت به سایش٬ ضریب اصطکاک٬ مقاومت الکتریکی٬ قابلیت انحلال هیدروژن و نفوذپذیری٬ مقاومت به خوردگی موضعی و ترک ناشی از خوردگی تنشی و پایداری دمایی را دارا هستند.
دریچه‌های آبکاری الکتریکی برای سنتز این ساختارها با استفاده از تجهیزات و مواد شیمیایی مرسوم برای طیف گستره‌ای از فلزات خالص و آلیاژها گشوده شده است. یک روش مقرون به صرفه برای تولید محصولاتی با اشکال بسیار متفاوت از پوششهای نازک و ضخیم٬ فویلها و صفحه‌ها با اشکال غیر ثابت تا اشکال پیچیده شکل‌یافته با روشهای الکتریکی است. از این رو فرصتهای قابل توجهی برای صنعت آبکاری وجود دارد تا نقش تعیین‌کننده‌ای را در گسترش کاربردهای جدید نانوتکنولوژی ایفا نماید که این امر به آسانی با تکیه بر اصول قابل پیش‌بینی متالوژیکی که در سالیان گذشته مشخص شده قابل تحقق است.
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 این کار در سال ۱۸۴۳ هنگامی که R.Rotlger توانست رسوبات نیکل را از حمامی شامل سولفات نیکل و آمونیوم بدست آورد آغاز گردید بعد از آن Adams 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 می‌بلاشد.
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. مواد شیمیایی که در الکترولیتهای نیکل به کار می‌روند عبارتنداز:
نمک فلزی (مهمترین آنها سولفات نیکل است و همچنین از کلرید نیکل و سولفومات نیکل نیز استفاده می‌شود.)
نمک رسانا (برای بالا بودن قابلیت رسانایی ترجیحا از کلریدها مخصوصا کلرید نیکل استفاده می‌شود.)
مواد تامپونه کننده (برای ثابت نگه داشتن PH اصولا اسید بوریک به کار برده می‌شود.)
مواد ضد حفره‌ای شدن (برای جلوگیری از حفره ای شدن به الکترولیتهای نیکل موادی اضافه می کنند که مواد ترکننده نامیده می شوند. سابقا از مواد اکسید کننده به عنوان مواد ضد حفره استفاده می‌شد.)

آبکاری با کروم
روکش‌های لایه کروم رنگی شبیه نقره٬ سفید مایل به آبی دارند. قدرت انعکاس سطح کروم‌کاری شده و 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. رویین شدن حالتی است که در طی آن در سطح کروم٬ اکسید کروم (۳+) تشکیل می شود. این عمل موجب جابه‌جایی پتانسیل کروم از ۰٫۷۱۷ به ۱٫۳۶ ولت می شود و کروم مثل یک فلز نجیب عمل می نماید.
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 با مس
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.
الکترولیت‌های آبکاری مس
الکتر‌ولیت‌هایی برپایه اسید سولفوریک یا اسید فلوریدریک
الکتر‌ولیت‌هایی که فسفات در بر دارند
الکتر‌ولیت‌ها ی سیانیدی
الکترولیت‌های اسیدی بر پایه سولفات مس به غیر از مس‌اندود نمودن مستقیم سرب٬ مس و نیکل برای دیگر فلزات مناسب نیستند. اینها روی آهن٬ آلومینیم و روی به طور مستقیم تولید روکش نمی‌کنند اگر در یک الکترولیت اسید اشیایی از جنس آهن٬ آلومینیم و روی فرو ببریم یک لایه اسفنجی در نتیجه مبادله یونی ایجاد می‌شود. این یک لایه پایداری بدون چسبندگی برای لایه‌های دیگر خواهد بود. بنابراین قبل از مس‌اندود نمودن این فلزات در محیط اسیدی باید حتما یک عملیات مس‌اندود نمودن در محیط اسیدی انجام گرفته باشد. الکترولیت‌های سیانیدی٬ علی‌رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند.
پوششهای حاصل از حمام‌های سیانیدی دارای توان پوششی خوبی می‌باشند٬ آنها دارای دانه‌بندی حاصل از چسبندگی فوق‌العاده‌ای‌اند. در نتیجه پدیده‌های شدید پلاریزاسیون٬ قدرت نفوذ الکترولیت‌های سیانیدی بهتر از حمام های مس‌کاری اسید است. الکترولیت‌های پیروفسفات مس برای ایجاد روکش‌های زینتی روی زاماک٬ فولاد٬ آلیاژهای آلومینیم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عملیات سمانتاسیون به کار برده می‌شود. موارد کابردی دیگر می‌توان مس‌کاری سیم‌ها و شکل‌یابی با برق را نام برد.
آلیاژهای مس
برنج: آْلیاژی از مس و روی که CuZn30 نامیده می‌شود.
برنز: آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.

آبکاری با طلا

طلا فلزی‌ است قیمتی (نجیب)٬ به رنگ زرد٬ در طبیعت به صورت خالص پیدا می‌شود. طلا در مقابل اتمسفر٬ آب٬ محلول‌های نمکی و اسیدها آسیب ناپذیر است. تنها تیزاب (یک حجم نیتریک و سه حجم اسید کلریدریک) یا اسید کلریدریک با داشتن اکسیدکننده‌ها طلا را حل می‌کند. برای بهتر نمودن خواص پوشش طلای ترسیب شده به طریق الکتروشیمیایی٬ به الکترولیت‌های طلا مواد شیمیایی کاملا مشخص افزوده می‌شود. پوشش‌های آلیاژی نقش مهمی در روکش طلای الکترولیتی دارند. همچنین می‌توان به طور مناسبی خواص ویژه روکش‌ها٬ مانند سختی٬ براق نمودن و رنگ را تحت تاثیر قرار داد.

طلاکاری با ضخامت کم (آبنوس‌کاری الکتریکی طلا) درزرگری به کار می‌رود. ایجاد لایه‌هایی با ضخامت نسبتا نازک به ضخامت در حدود ۰٫۰۱ الی ۰٫۱ میکرومتر فلز پایه را در مقابل کدر شدن مقاوم می‌کند. به علاوه رفته رفته لایه‌های ضخیم به ویژه در قطعات صنعتی به کار می‌برند٬ به عنوان مثال در صنعت الکترونیک برای ارتباطات در مدارهای چاپی٬ در صنایع فضایی٬ در ساختن وسایل سفره (کارد٬ قاشق و چنگال) و در صنعت شیمیایی به عنوان ضدخوردگی.

ماده سازی زاماک و آلومینیوم برای آبکاری

مقدمه:
درحین فرآیند پوشش دهی قطعات آلیاژی آلومینیومی و یا سرب خشک (زاماک) همیشه مشکلاتی به همراه بوده اند که عمده آنها مربوط به پروسه آبکاری نیست بلکه انتخاب ماده اولیه خام، نوع آلیاژ یا نحوه تولید قطعه از یک سو و عدم کارایی دقیق پروسه آبکاری از نظر مواد اولیه مصرفی، آماده سازی و شرایط کاری از سوی دیگر نقش بسزایی در کیفیت آبکاری قطعات خواهند گذاشت.

متن زیر سخنرانی آقای برگر از متخصصین شرکت ENTHONE تحت عنوان آماده سازی زاماک و آلومینیوم به منظور آبکاری تزئینی در شهر لایپزیک آلمان ایراد گردیده که به نظر خوانندگان گرامی می رسد. امید است که مورد توجه علاقه مندان قرار گیرد.

منظور از واژه آبکاری جداسازی الکتروشیمیایی فلزات از محلول آبی آنهاست منوط بر این که سطح قطعه برای پوشش دهی ایده آل همیشه دارای کیفیت یکسان باشد، ازجمله در نحوه تولید قطعه و انتخاب ماده اولیه و عملیات مکانیکی و همچنین بر روند پوشش دهی به طور مرتب باید دقت نظر داشت.

اصولا پوشش دهی در سطوح فشرده و متراکم بهتر انجام می پذیرد و ربطی به ساختار داخلی قطعه ندارد. باید توجه داشت که هنگام عملیات مکانیکی مثل سمباده کاری – پولیش کاری و پرداخت با ویبره سطح قطعه تخریب نشود.

چه در صورت ایجاد نقص در سطوح قطعه نهایتا پوشش بدی حاصل خواهد شد و مشکلاتی را نظر حفره های روباز و یا درز به همراه دارد که پس از آبکاری مشاهده خواهد شد.

بایستی قطعات را در شرایطی در انبار نگهداری کرد که سطح قطعه زنگ نزند زیرا که سطح زنگ زده مشکلاتی را در پوشش دهی به همراه خواهد داشت.

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.

مس سیانوری

قاعدتا مس به عنوان اولین پوشش از طریق الکترولیت سیانوری انجام می پذیرد – با ویژگی ای که عدم خوردگی سطح فلز پایه و یا پوشش دهی جابجایی را نداشته باشد، رسوب چسبنده ای را ایجاد می نماید که این لایه سطح قطعه (سرب خشک) را در مرحله بعدی در مقابل مواد خورنده محافظت می نماید، لذا در چنین شرایطی با درجه PH پایین و سیانور آزاد بالا نسبت به یون مس باید کار شود.

از طرفی روشهای مختلفی به عنوان جایگزین الکترولیت مس سیانوری در محدوده آزمایش عرضه گردیده ولی نتوانست مناسب باشند زیرا این روش ها مطمئنا قطعه را در مقابل واکنش شیمیایی (پوشش تبادلی) محافظت نمی کرد به همین دلیل این نوع ترکیبات با عدم چسبندگی لایه مس و ایجاد حباب در پوشش، کارایی لازم را عملا ندارند.

مراحل بعدی آبکاری

سطح قطعه آبکاری شده سیانوری آماده پذیرش پوشش های دیگر می باشد. در مورد قطعات غیرهندسی و پیچیده بخصوص در شرایطی که سطوح قطعه دارای حفره باشد یا لایه مس غیرمتراکم باشد احتمال حل شدن مقدار جزئی از فلز روی را باید انتظار داشت لذا برای جلوگیری از حل شدن فلز روی، چنانچه مس ضخیم تری داده شود نتیجه بهتری به دست می آید.

روند ادامه آبکاری بر سطوح قطعات پس از پوشش مس عبارتند از:

الف: مس اسیدی – نیکل براق – کروم

ب: نیکل نیمه براق – نیکل براق –کروم

در مورد قطعات آلومینیومی هم مثل زاماک باید از یک سو به مشخصات و ویژگی آلیاژ مختلف آلومینیوم و از طرفی که به روش های مختلف تولید قطعه از جمله: روش ریخته گری مداوم – آهنگری – پرسکاری مداوم – ریخته گری ماسه ای – ریخته گری قالبی – ریخته گری تحت فشار (دایکاست) توجه داشت.

پروسه متداول آبکاری آلومینیوم:

تمیزکاری غوطه وری

در ابتدا مواد زائد نظیر روغن، چربی، براده فلز و همچنین بقایای پولیش کاری و سایر ناخالصی ها را به روش چربی زدایی آلتراسونیک با در نظرگرفتن درجه PH زیر ۱۰ که اثر خوردگی کمتری در سطح فلز دارد از سطوح قطعه حذف می کنند در مورد قطعات آلومینیوم استفاده از روش آتراسونیک مشابه چربی زدایی قطعات زاماک است.

حذف اکسیدهای سطح

لایه اکسیدهای طبیعی ایجاد شده، سطوح قطعات آلومینیومی را در محلول قلیایی قوی حذف می کنند. برای این منظور در کنار موادی نظیر سود سوزآور مواد افزودنی دیگری به آن اضافه می نمایند که مانع از تشکیل مجدد اکسید در سطح قطعه شود.

تمیزکاری ظریف

در مرحله قبل جهت حذف اکسیدهای سطح قطعه باید به ترکیب مختلف آلیاژ آلومینیوم که در حین فرآیند منجر به ایجاد نازک Smart (فیلم نازک سیاه رنگ دوده ای در سطح قطعه) در سطوح می گردد، توجه کرد که این لایه نازک بقایای ترکیبات مس – سیلسیم و منیزیم اند که باید قبل از آبکاری از سطوح قطعه کاملا حذف گردند. برای این منظور ابتدا آن را در محول اسیدنیتریک نیمه غلیظ غوطه ور می نمایند تا آلودگی های فوق از سطح قطعات زدوده شود.

اما در مورد قطعات آلومینیومی آلیاژی استفاده از اسید فلوئویدریک لازم است اما به دلیل وجود خطرات جانبی به جای استفاده از محلول مزبور می توان از مواد مشابه نظیر ترکیبات فلورایددار یا اسید سولفوریک استفاده نمود و برای آلومینیوم خالص هم از محلول بدون اسیدنیتریک استفاده می شود.

زینکات
در عمل زینکات کردن لایه اکسید حذف و منجر به تشکیل قشر نازک روی که سطح قطعه را از اکسیداسیون مجددا محافظت می نماید می گردد.

حال می توان روی این لایه ایجاد شده مستقیم آبکاری نمود، اما امروزه به جای ایجاد قشر روی خالص از ترکیبات کمپلکس فلز روی با سایر فلزات برای افزایش چسبندگی بالا استفاده می نمایند.

برای ایجاد چسبندگی بهینه در مورد آلیاژهای متفاوت آلومینیومی که مساله ساز ند می توان قشر روی را در دو مرحله انجام داد. در چنین حالتی پوشش حاصله ضخامت یکسانی خواهد داشت.

پس از عمل زینکات کردن روش های گوناگونی جهت ادامه آبکاری وجود دارد. قبلا این چنین معمول بود که ابتدا با مس سیانوری سطح قطعه آبکاری می شد و به منظور حذف سیانید از الکترولیت های مخصوص نیکل اولیه استفاده می شد که حتی با PH پایین اثرخوردگی ضعیفی نیز بر سطح قطعه ایجاد می کرد و این امکان هم وجود داشت که قطعه مستقیما به الکترولیت نیکل براق جهت آبکاری هدایت شود.

و برای جلوگیری از حل شدن بخشی از پوشش روی( Zn )بخصوص در جریان برق بالا که مشکلاتی را به همراه دارد می توان از شدت جریان پایین استفاده نمود. در مواقع نادر از محلول های مخصوص قلیایی و بدون جریان برق (نیکل شیمیایی) بعنوان پوشش اولیه در ادامه آبکاری استفاده می شود.

متن زیر سخنرانی آقای برگر از متخصصین شرکت ENTHONE تحت عنوان آماده سازی زاماک و آلومینیوم به منظور آبکاری تزئینی در شهر لایپزیک آلمان ایراد گردیده که به نظر خوانندگان گرامی می رسد. امید است که مورد توجه علاقه مندان قرار گیرد.

منظور از واژه آبکاری جداسازی الکتروشیمیایی فلزات از محلول آبی آنهاست منوط بر این که سطح قطعه برای پوشش دهی ایده آل همیشه دارای کیفیت یکسان باشد، ازجمله در نحوه تولید قطعه و انتخاب ماده اولیه و عملیات مکانیکی و همچنین بر روند پوشش دهی به طور مرتب باید دقت نظر داشت.

اصولا پوشش دهی در سطوح فشرده و متراکم بهتر انجام می پذیرد و ربطی به ساختار داخلی قطعه ندارد.

باید توجه داشت که هنگام عملیات مکانیکی مثل سمباده کاری – پولیش کاری و پرداخت با ویبره سطح قطعه تخریب نشود.

چه در صورت ایجاد نقص در سطوح قطعه نهایتا پوشش بدی حاصل خواهد شد و مشکلاتی را نظر حفره های روباز و یا درز به همراه دارد که پس از آبکاری مشاهده خواهد شد.

بایستی قطعات را در شرایطی در انبار نگهداری کرد که سطح قطعه زنگ نزند زیرا که سطح زنگ زده مشکلاتی را در پوشش دهی به همراه خواهد داشت.

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.

مس سیانوری

قاعدتا مس به عنوان اولین پوشش از طریق الکترولیت سیانوری انجام می پذیرد – با ویژگی ای که عدم خوردگی سطح فلز پایه و یا پوشش دهی جابجایی را نداشته باشد، رسوب چسبنده ای را ایجاد می نماید که این لایه سطح قطعه (سرب خشک) را در مرحله بعدی در مقابل مواد خورنده محافظت می نماید، لذا در چنین شرایطی با درجه PH پایین و سیانور آزاد بالا نسبت به یون مس باید کار شود.

از طرفی روشهای مختلفی به عنوان جایگزین الکترولیت مس سیانوری در محدوده آزمایش عرضه گردیده ولی نتوانست مناسب باشند زیرا این روش ها مطمئنا قطعه را در مقابل واکنش شیمیایی (پوشش تبادلی) محافظت نمی کرد به همین دلیل این نوع ترکیبات با عدم چسبندگی لایه مس و ایجاد حباب در پوشش، کارایی لازم را عملا ندارند.

مراحل بعدی آبکاری

سطح قطعه آبکاری شده سیانوری آماده پذیرش پوشش های دیگر می باشد. در مورد قطعات غیرهندسی و پیچیده بخصوص در شرایطی که سطوح قطعه دارای حفره باشد یا لایه مس غیرمتراکم باشد احتمال حل شدن مقدار جزئی از فلز روی را باید انتظار داشت لذا برای جلوگیری از حل شدن فلز روی، چنانچه مس ضخیم تری داده شود نتیجه بهتری به دست می آید.

روند ادامه آبکاری بر سطوح قطعات پس از پوشش مس عبارتند از:

الف: مس اسیدی – نیکل براق – کروم

ب: نیکل نیمه براق – نیکل براق –کروم

در مورد قطعات آلومینیومی هم مثل زاماک باید از یک سو به مشخصات و ویژگی آلیاژ مختلف آلومینیوم و از طرفی که به روش های مختلف تولید قطعه از جمله: روش ریخته گری مداوم – آهنگری – پرسکاری مداوم – ریخته گری ماسه ای – ریخته گری قالبی – ریخته گری تحت فشار (دایکاست) توجه داشت.

پروسه متداول آبکاری آلومینیوم:

تمیزکاری غوطه وری

در ابتدا مواد زائد نظیر روغن، چربی، براده فلز و همچنین بقایای پولیش کاری و سایر ناخالصی ها را به روش چربی زدایی آلتراسونیک با در نظرگرفتن درجه PH زیر ۱۰ که اثر خوردگی کمتری در سطح فلز دارد از سطوح قطعه حذف می کنند در مورد قطعات آلومینیوم استفاده از روش آتراسونیک مشابه چربی زدایی قطعات زاماک است.

حذف اکسیدهای سطح

لایه اکسیدهای طبیعی ایجاد شده، سطوح قطعات آلومینیومی را در محلول قلیایی قوی حذف می کنند. برای این منظور در کنار موادی نظیر سود سوزآور مواد افزودنی دیگری به آن اضافه می نمایند که مانع از تشکیل مجدد اکسید در سطح قطعه شود.

تمیزکاری ظریف

در مرحله قبل جهت حذف اکسیدهای سطح قطعه باید به ترکیب مختلف آلیاژ آلومینیوم که در حین فرآیند منجر به ایجاد نازک Smart (فیلم نازک سیاه رنگ دوده ای در سطح قطعه) در سطوح می گردد، توجه کرد که این لایه نازک بقایای ترکیبات مس – سیلسیم و منیزیم اند که باید قبل از آبکاری از سطوح قطعه کاملا حذف گردند. برای این منظور ابتدا آن را در محول اسیدنیتریک نیمه غلیظ غوطه ور می نمایند تا آلودگی های فوق از سطح قطعات زدوده شود.

اما در مورد قطعات آلومینیومی آلیاژی استفاده از اسید فلوئویدریک لازم است اما به دلیل وجود خطرات جانبی به جای استفاده از محلول مزبور می توان از مواد مشابه نظیر ترکیبات فلورایددار یا اسید سولفوریک استفاده نمود و برای آلومینیوم خالص هم از محلول بدون اسیدنیتریک استفاده می شود.

زینکات
در عمل زینکات کردن لایه اکسید حذف و منجر به تشکیل قشر نازک روی که سطح قطعه را از اکسیداسیون مجددا محافظت می نماید می گردد.

حال می توان روی این لایه ایجاد شده مستقیم آبکاری نمود، اما امروزه به جای ایجاد قشر روی خالص از ترکیبات کمپلکس فلز روی با سایر فلزات برای افزایش چسبندگی بالا استفاده می نمایند.
برای ایجاد چسبندگی بهینه در مورد آلیاژهای متفاوت آلومینیومی که مساله ساز ند می توان قشر روی را در دو مرحله انجام داد. در چنین حالتی پوشش حاصله ضخامت یکسانی خواهد داشت.

پس از عمل زینکات کردن روش های گوناگونی جهت ادامه آبکاری وجود دارد. قبلا این چنین معمول بود که ابتدا با مس سیانوری سطح قطعه آبکاری می شد و به منظور حذف سیانید از الکترولیت های مخصوص نیکل اولیه استفاده می شد که حتی با PH پایین اثرخوردگی ضعیفی نیز بر سطح قطعه ایجاد می کرد و این امکان هم وجود داشت که قطعه مستقیما به الکترولیت نیکل براق جهت آبکاری هدایت شود.
و برای جلوگیری از حل شدن بخشی از پوشش روی( Zn )بخصوص در جریان برق بالا که مشکلاتی را به همراه دارد می توان از شدت جریان پایین استفاده نمود. در مواقع نادر از محلول های مخصوص قلیایی و بدون جریان برق (نیکل شیمیایی) بعنوان پوشش اولیه در ادامه آبکاری استفاده می شود.

مخاطرات و راه‌های پیشگیری

خط‌های پیوسته آبکاری مدرن کم‌ترین مشکلات را برای سلامتی به وجود می‌آورند. هیچ‌گونه مسمومیت واقعی از سر و کار داشتن با ترکیب‌های روی اتفاق نمی‌افتد. تب ناشی از بخارهای فلز که از استنشاق دود اکسید روی ناشی می‌شود ممکن است اتفاق بیافتد. ولیکن خزینه روی مذاب در درجه حرارت پایین‌تری نسبت به روی مذاب در کارخانجات ذوب فلز برنج نگهداری می‌شود (۴۸۰-۴۵۰ درجه سانتی‌گراد) و سطح خزینه هم غالباً با مواد گوناگون که خروج و تصاعد دودها را به حداقل می‌رساند پوشانده می‌شود. بدین ترتیب درجه حرارت کم خزینه، پوشیده شدن سطح آن از تصاعد و بالا رفتن دودها و بخارات سرب به صورت قابل ملاحظه‌ای جلوگیری شده، ناخالصی‌هایی مثل سرب، آنتی‌موان (توتیای معدنی) و کادمیوم می‌تواند در فلز روی که برای گالوانیزه کردن به کار می‌رود وجود داشته باشد. اما در هر حال مقدار هیچ یک از آن‌ها از ۰٫۷۵ درصد فراتر نمی‌رود.

منبع عمده آلودگی هوا در عمل گالوانیزه کردن استفاده از روان‌سازها می‌باشد. در آبکاری ناپیوسته منقطع و عملیات پاک‌کنندگی و استفاده از اسیدهای محلول داغ نیز این چنین است.

روان‌سازهای کلرید آمونیوم روی و کلرید آمونیوم ( نشادر ) در حرارت تجزیه می‌شوند و تشکیل کلرید هیدروژن و گاز آمونیاک می‌دهندکه هر دو آن‌ها به سهولت به وسیله دستگاه تنفسی فوقانی در درجه غلظت پایین‌تر از غلظتی که خطرآفرین تلقی می‌شوند قابل تشخیص هستند.

اسیدهای استفاده شده برای تمیز کردن حتی با غلظت‌های کم باعث تحریک‌های مشابهی در دستگاه تنفسی می‌شوند.

روان‌سازهای به اصطلاح بدون دود چند سالی است که مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر چه در هر حال دستگاه تهویه باید برای خطوط گالوانیزه، گالوانیزاسیون مورد استفاده قرار گیرد. کنترل بخارها و دودها توسط لوله‌های دودکش سقفی ممکن است برای این امر کافی باشد چون جریان حرارتی مواد آلوده‌کننده را به طرف سقف هدایت خواهد کرد.

دودکش‌های تعبیه شده در سوراخ‌های تهویه در طول هر دو طرف تانک بک اقدام و پیشگیری ضروری و فوق‌العاده موثری برای شستشو و تمیز کردن تانک‌ها و خمره‌هاست.

نصب کلاهک‌های دودکش بر روی دیگ‌ها و ظروفی که در جریان عملیات دفع کف و تفاله‌ها این مواد در آن‌ها جمع می‌شوند ضرورت دارند.

نوع اخیر تهویه مخصوصاً برای تفاله‌هایی که دارای سرب می‌باشد، ضرورت تام دارد. دست زدن به تفاله‌ها یا کف نیز باید به دقت انجام شود این مواد باید با مراقبت زیاد در داخل کانتینرها جای گیرند تا از خروج انتشار گردوغبار غلیظی که ممکن است در صورت ریختن آن‌ها از زهوار بالا به داخل ناشی شود جلوگیری به عمل آید.

نرده‌های ایمنی باید هم برای خط گالوانیزاسیون و هم برای خط شستشو مخصوصاً در جایی که کارگران در طول راه‌روهای بالای تانک رفت‌وآمد می‌کنند تهیه شود.

کارگرانی که با سرب مذاب و یا لعاب سرب سروکار دارند باید متناوباً تحت نظر مراقبت‌های پزشکی قرار گرفته و متناوباً از نظر خون و ادرار آزمایش شوند.

در طول جریان عملیات لباس‌های ایمنی مناسب باید برای کارگران تهیه شود از جمل پیش‌بندهای حفاظتی برای پاها و ساق‌ها. حفاظت دست‌ها و چشم و صورت مثل نقاب صورت جهت احتراز از خطر سوختگی و یا پاشیده شدن فلز مذاب و اسید. امکانات بهداشتی مناسب و خوب مثل وجود حمام‌هایی که در محل کار باید تهیه شوند.

نتیجه گیری

• پروسه آنودایزینگ فولاد گالوانیک بواسطه تشکیل پوسته اکسیدی پایدار در سطح نقش مهمی در مقاومت به خوردگی و سایش دارد.
• با انتخاب نوع محلول مورد استفاده در آنودایزینگ فولاد گالوانیک می توان آن را به صورت رنگی تشکیل داد.
• با ایجاد پوسته اکسیدی _۳ O2Cr در طی پروسه آنودایزینگ روی خالص، رنگ سبز حاصل می شود.
• تحت شرایط مشابه پوسته اکسیدی را می توان در سطح فولاد گالوانیک نیز تشکیل داد.
• با استفاده از پیل های سه الکترودی پتانسیل پیل ثابت مانده و از انجام واکنش های ناخواسته جلوگیری می شود.
• در صورتی که از ساختار های ریز دانه فولاد گالوانیک استفاده شود کنتراست رنگی بین دانه ها باعث یکنواختی رنگ ظاهر نمونه می شود.
• منبع خبر : پرشین فان