آبکاری نقره
آبکاری نقره
آبکاری نقره با روش سیانور نقره و آند نقره (بر روی هر نوع فلز و غیر فلز) در دو مرحله ی آستری و رویه با میکرون بالاتر از 5 تا 100 است که بهترین نوع آبکاری نقره در جهان می باشد. محلول های آبکاری نقره عمدتاً شامل سیانور مضاعف پتاسیم و نقره ـ سیانور پتاسیم آزاد یعنی ترکیب نشده و سرانجام کربنات پتاسیم می باشد.
در سال های اخیر، که آبکاری نقره در مهندسی صنایع الکتریکی و الکترونیکی توسعه یافته، توجه آبکاران بیشتر به مسائلی معطوف گشته که در بهبود خواص فیزیکی رسوبات الکترولیتبکی نقره باید موثر باشند. اخیراً، آبکاری نقره بمنظور تهیه رسوبات براق با خواص مشخص که هم در زمینه مهندسی و هم در زمینه تزئینی کاربرد دارد، گسترش پیدا کرده است.
روش های آبکاری ـ اکثر فلزاتی که باید از نقره پوشیده شوند، چنانچه توسط محلول های آبکاری نقره متداول، مورد آبکاری واقع شوند، رسوبات حاصل دارای چسبندگی لازم نخواهند بود. لذا، بدواً چنین فلزاتی را در یک حمام، که بطور نسبی مقدار نقره بسیار کمتر و سیانور آزاد زیادتر نسبت به محلول های آبکاری اصلی دارند، مورد آبکاری قرار می دهند تا سطح مورد نظر از ورقه نقره بسیار نازک پوشیده شود.
برای فلزات و آلیاژهائی که عاری از آهن هستند نظیر «برنج»، «مس ـ نیکل» و دیگر آلیاژهای نیکل، پوشش ورقه بسیار نازک بر روی سطح مورد نظر توسط محلول «A» با مشخصات و شرایط تجرایی زیر صورت می پذیرد:
محلول A:
سیانور نقره 75/0 oz/gal.
سیانور پتاسیم 0-12 oz/gal.
درجه حرارت oF 70-85
شدت جریان 15-25 آمپر بر فوت مربع
ولتاژ 4-6
اما، پوشش ورقه نازک در مودر فولاد در دو مرحله صورت می گیرد. ابتدا آبکاری را، توسط محلول «B»، با مشخصات و شرایط اجرائی زیر عملی میسازند که این محلول نسبت به محلول «A»، باز هم محتوی مقدار سیانور نقره کمتر و مقداری سیانور مس است. در واقع در مورد فولاد، تشکیل لایه بسیار نازک را ابتدا با یک لایه بسیار بسیار نازک عملی می سازند.
محلول B:
سیانور نقره 25/0 oz/gal.
سیانور پتاسیم 10 oz/gal.
سیانور مس 5/1 oz/gal.
درجه حرارت oF 70-85
شدت جریان 15-25 آمپر بر فوت مربع
ولتاژ 4-6
که پس از آبکاری فوق، آبکاری دوم توسط همان محلول یاد شده A عملی می سازند.
چناچه بخواهند بر روی فولاد و یا فلزات عاری از آهن، ابتدا آبکاری نیکل را عملی ساخته و سپس لایه بسیار بسیار نازک نقره را، تشکیل دهند، باید از پیدائی حالت رکود در سطح نیکل جلوگیری گردد. یک روش مناسب از این قرار است: ابتدا، نمونه را در محلول اسید کلریدریک که به نسبت حجمی برابر با اسید سوریاتیک مخلوط شده، غوطه ور می سازند و بعد از شتشو و آبکش، با استفاده از یک حمام نیکل با مشخصات و شرایط اجرائی ریز، پوشش بسیار نازکی از نیکل در سطح مورد نظر ایجاد می نمایند:
کلرونیکل شش آبه 32 oz/gal.
اسید کلریدریک گالن در هر گالن محلول
درجه حرارت oF 70-85
شدت جریان 50-150 آمپر بر فوت مربع
چنانچه آبکاری نیکل را، توسط حمام واتس و یا حمام های دیگر عملی سازند که pH آنها نسبتاً پائین می باشد (حدود 2)، لازم نیست که شیء مورد نظر را در محلول اسید کلریدریک غلیظ غوطه ور ساخت، بلکه کافی است فقط در محلول اسید موریانیک که به نسبت حجمی برابر با آب مقطر مخلوط شده، بمدت 10 تا 30 ثانیه، غوطه ور ساخت.
پس از تشکیل ورقه بسیار نازک نیکل، برای پوشش ورقه بسیار بسیار نازک نقره، از محلول «B» یاد شده در فوق استفاده می نمایند.
اشیایی که از جنس «نقره ـ نیکل» هستند، معمولاً قبل از اجرای اولین مرحله آبکاری نقره، یعنی پوشش بسیار نازک نقره، از یک لایه بسیار نازک نیکل پوشیده می شوند.
در آبکاری هائی که اشیاء مورد نظر متشکل از چند فلز و یا آلیاژ هستند، روش متداول آنست که نمونه را، ابتدا در محلول سیانور مس وارد می سازند تا از یک لایه می سازند تا از یک لایه مس بسیار نازک پوشیده شود و سپس در محلولی وارد می سازند که از یک لایه پوشانده شود و سرانجام آبکاری نقره اساسی را، عملی می سازند.
حمام های آبکاری ـ با آنکه میتوان رسوبات نقره جالبی، از محلول های با غلظت مختلف و اجرای آبکاری در شرائط گوناگون بدست آورد، اما معمولاً، دو نوع حمام: یکی بنام حمام آبکاری معمولی و محتوی مقدار نقره کم و دیگری بنام حمام آبکاری غلیظ و سریع و محتوی مقدارنقره زیاد، بکار برده می شود. حمام های آبکاری معمولی را وقتی بکار می برند که سرعت زیاد در آبکاری مورد نظر نمی باشد. در اکثر حمام ها، نمک پتاسیم را، جانشین نمک سدیم کرده اند زیرا که پتاسیم از لحاظ اجرای آبکاری با سرعت زیاد مناسب تر است هدایت یونی آن بیشتر بوده و باعث حصول رسوبات صاف تری می شود.
آبکاری معمولی، یعنی حمام هایی با مقدار نقره کم
سیانور نقره 8/4 oz/gal.
سیانور پتاسیم 0/8 oz/gal.
کربنات پتاسیم (حداقل) 2 oz/gal.
نقره فلزی 5/3 tr. oz/gai.
درجه حرارت oF 70-80
شدت جریان 5-15 آمپر بر فوت مربع
مواد براقی در ذیل بحث می شود
آبکاری غلیظ و سریع، یعنی حمام هایی با مقدار نقره زیاد
سیانور نقره 10-15 ov. oz/gal.
سیانور پتاسیم 12-18 ov. oz/gal.
کربنات پتاسیم (حداقل) 2 ov. oz/gal.
پتاس 0-4 ov. oz/gal.
نقره فلزی 5/7-5/11 tr. oz.gal.
سیانور آزاد 7-12 oz/gal.
درجه حرارت oF 100-120
شدت جریان 50-100 آمپر بر فوت مربع
مواد براقی در ذیل بحث می شود
در آبکاری نقره، اکثراً رسوباتی به ضخامت 0001/0 تا 002/0 اینچ لازم است که حمام های معمولی، برای چنین هدفی مناسب هستند. این حمام، در درجه حرارت معمولی کار می کند و بهم خوردگی محلول را می توان توسط یک میله کاتدی مرتعش و یا با دمیدن به محلول توسط یک دهانه فولادی زنگ نزن، که در ته تانک قرار دارد، تامین نمود. سطح آند حداقل باید به همان اندازه قطعاتی که آبکاری می شوند بوده و حتی ترجیح دارد که سطح آند دو برابر باشد.
شدت جریان آندی نباید از 12 آمپر بر فوت مربع تجاوز نماید وگرنه اثرات پلاریزاسیون: موجب تجزیه ناخواسته سیانور، انباشته شدن کربنات به مقدار زیاد و سرانجام نقصان مقدار نقره در محلول می شود. چنانچه مواد براقی به حمام اضافه نشود، رسوبات کدر می شوند. ماده براقی که غالباً اضافه می شود سولفور دو کربن است که آن را، به مقدار ناچیز اضافه می کنند یعنی فقط به مقداری اضافه می کنند که محلول آبکاری از آن اشباع شود. ترجیح دارد که بدواً، مخلوط سولور دو کربن و سیانور سدیم تهیه و سپس در فواصل زمانی مناسب، به مقدار کم از این مخلوط به حمام اضافه گردد.
مقدار سولفور دو کربن در حمام، همواره باید ناچیز باشد وگرنه زیادتر شدن مقدار آن موجبات اختلالاتی در اجرای آبکاری، از قبیل: تشکیل رسوبات خشن و زبر، قدرت روکش کم و تشکیل دوده در آند می گردد. بعضی اوقات از تیوسولفات آمونیوم هم به عنوان ماده براقی در حمام های آبکاری معمولی استفاده می کنند.از حمام های غلیظ و سریع تقریباً منحصراً در مواردی که بخواهند رسوبات نقره ضخیم تهیه نمایند استفاده می شود و معمولاً ضخامت چنین رسوباتی بین 005/0 تا 06/0 اینچ است که در مدل سازی کاربرد دارد. ماده براقی در مورد این نوع حمام ها، تیوسولفات آمونیوم و یا احتمالاً مواد دیگری که به طور اختصاصی توسط واحدهای آبکاری شناخته شده اند، می باشد.
وقتی که محلول آبکاری غلیظ، بتازگی تهیه شده است، به هر 100 گالن محلول آبکاری، از محلول تیوسولفات آمونیوم غلیظ (60% وزنی) اضافه می کنند. اما، وقتی که محلول آبکاری مورد استفاده واقع شد. در ازای هر یک از ساعت کار، 5 میلی لیتر از محلول تیوسولفات غلیظ اضافه می کنند، زیرا، ماده براقی پایدار نبوده و این افزایش به منظور حبران مقادیر از بین رفته از ماده براقی می باشد. معمولاً محلول را، خیلی سریع بهم می زنند و این عمل را یا به حرکت در آوردن کاتد و یا با دمین محلول واقع، در نزدیکی کاتد عملی می سازند. به منظور جلوگیری از زبری و پیدائی گره، آند را توسط غشاء و یا کیسه جدا کرده، بعلاوه محلول را با اجرای فیلتراسیون دائمی یعنی عبور از کربن فعال مورد تصفیه قرار می دهند. اجرای تصفیه توسط کربن، مخصوصاً اگر از آندهای غیر قابل حل استفاده می نمایند، اهمین بسیار پیدا می کند.
زیرا در این حالت، نقدار محصولات تجزیه در حمام آبکاری، بالا می رود که اگر بطور دائم از حمام خارج نشوند، حضور مقدار زیاد آنها، اثرات زیاد آوری به بار خواهد آورد. میتوان با چنین اثرات زیان آوری، با نگهداری pH حداقل حدود 12، و یا افزایش پتاس در فواصل زمانی مناسب، مقابله نمود. نقش افزایش پتاس، بطور کامل و دقیق توجیه نشده است، اما اظهار می شود که باعث پایداری محلول و بهبود رسوبات گردیده، به خوردگی آندی کمک می کند.
حمام های آبکاری تولید نقره براق ـ می توان رسوبات نقره خیلی براق را، به کمک محلول های آبکاری نقره که در دسترس هستند، یعنی در تجارت بفروش می رسند، به شرط آنکه برخی تفاوت ها در کیفیت رسوبات: از قبیل مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر کدورت رنگ و تولید رسوبات متراکم عاری از تخلخل، پذیر فته شود. ثابت شده که رسوبات سخت تر دارای قابلیت پوشش بهتری بوده و در اثر خراش صدمه ای نمی بینند، حتی اگر به منظور اتصلات الکتریکی مورد استفاده واقع شوند.
استفاده از حمام های نقره براق با فرمول های جدید گزارش شده است. فرمول این حمام با حمام های دارای مقدار نقره کم متفاوت می باشد زیرا که دارای مقدار نقره بیشتر، حدود 5/4-0/5 tr.oz در هر گالن بوده و بعلاوه دارای مقدار قابل ملاحظه ای سیانور آزاد نسبت به حمام های دارای مقدار کم نقره، یعنی حدود 10-12 oz/gal. هستند.
افزایش دو ماده بعنوان مواد افزودنی، ضروری است که یکی به منزله ماده براقی مقدماتی و دومی بعنوان جسمی که اثر ماده براقی مقدماتی را تشدید می سازد، بکار می رود. در ذیل برخی از حمام های اختصاصی باختصار یادآور می شود.
محلول اختصاصی با مشخصات U.S. Pat.2-666-738، یکی از اولین حمام هائی بود که مورد قبول واقع شد. در این حمام از محصول واکنش سولفور دو کربن بر یک نوع کتون بعنوان ماده براقی استفاده می شود. از یک ماده مرطوب کننده بنام روغن قرمز ترکی (Turkey Red Oil) بعنوان ماده افزودنی کمکی استفاده می گردد. کنترل مواد براقی بروش Hull Cell test صورت می پذیرد.
از محلول اختصاصی با مشخصات U.S. Pat. 2-735-808، برای تولید آئینه نقره استفاده می کنند. رسوبات حاصل، دارای جلائی دو برابر رسوباتی هستند که توسط حمام های قبلی بدست می آیند. بعلاوه به منظور بالا بردن میزان سختی رسوبات (به مقدار 5%) باید آبکاری را در گرمای حدود oC 100، عملی ساخت. در مورد این حمام، ماده براقی مقدماتی، کمپلکس گلیسرول آنتیموان پتاسیم است که گاهی اوقات از یک ماده مرطوب کننده هم به عنوان ماده افزودنی کمکی استفاده می کنند. افزایش ماده براقی بر اساس هر آمپر ساعت کار، صورت می گیرد و کنترل مقدار مواد براقی به رونق تجزیه های شیمیایی عملی می گردد.
در محلول اختصاصی با مشخصات U.S. Pat. 2-777-810، ماده براقی اولیه شامل یک نمک محلول سلنیوم باضافه یک ترکیب گوگرددار و ماده افزودنی کمکی نیز، یک ماده مرطوب کننده می باشد. نگهداری محلول ها ـ برای آنکه عملکرد حمام های آبکاری نقره دقیق باشد لازم است تجزیه شیمیایی حمام در فواصل زمانی معین به منظور کنترل مقدار نقره و سیانور آزاد انجام پذیرد. اجرای دقیق آبکاری ایجاب می کند محلول هایی که به منظور پوشش های بسیار نازک اولیه تهیه می شوند، مخصوصاً وقتی که تهیه رسوبات نقره براق مورد نظر است، تحت کنترل باشند تا از حضور ناخالصی ها و انباشته شدن آنها، خواه در محلولهای آبکاری اصلی و خواه در مورد محلول هائی که به منظور پوشش های بسیار نازک اولیه از آنها استفاده می شود، جلوگیری شود.
کنترل درجه حرارت لازم می باشد و این عمل به کمک گرمکن هائی که از جنس فولاد زنگ نزن بوده و غوطه ور در محلول هستند و بطور اتوماتیک کار می کنند، عملی می شود که وسیله ای ساده از برای گرم کردن حمام می باشد. سرد کردن حمام های آبکاری، مخصوصاً در تابستان های گرم را میتوان باجاری ساختن آب سرد از درون لوله های فولادی زنگ نزن که در امتداد بدنه تانک و یا در قسمت تحتانی تانک قرار دارند، عملی نمود.
در محلول های محتوی پتاسیم، حضور کربنات به مقدار 12 تا 15 oz/gal. باعث محدودیت در مقدار عبور جریان می شود. می توان کربنات زیادی را با افزایش سیانور باریوم خارج ساخت. در حمام هائی که حضور نیترات بدون ضرر است استفاده از نیترات کلسیم با صرفه تر است. در خاتمه باید متذکر شد که قسمت عمده مشکلات مربوط به آبکاری نقره ناشی از عدم نظافت در اتصالات کاتدی و آندی، عدم توزیع یکنواخت جریان در آند، عدم رعایت سطح آند لازم در کلیه لحظات در داخل حمام میباشد. تصفیه منظم محلول های آبکاری به منظور برداشت مواد معلق و آلوده، باعث می شود که رسوبات نقره بهتری حاصل شود.
مواد شیمیایی ـ تخته های آند، وسایل آویز و گیره ها، باید از فولاد میله ای گرم ساخته شده باشند تا از انباشته شدن آهن بصورت فروسیانور در حمام جلوگیری شود زیرا که حضور آهن به مقدار زیادتر از حد مجاز، اثرات زیانبخش ببار خواهد آورد. تانک های آبکاری باید دارای آستری از مواد پلاستیکی باشند که در مقابل محلول های قلیائی مقاوم هستند. وقتی که تانک ها فولادی زنگ نزن مورد استفاده قرار می گیرند، باید تخته هائی از مواد پلاستیکی سخت را در بدنه داخلی و قسمت تختانی تانک قرار داد تا از رسوب کردن نقره تحت اثر «bi-polar» ممانعت بعمل آید. فیلترها باید از جنس فولاد زنگ نزن و یا فولادهای آستردار باشند.
به منظور کسب بهترین نتایج، سیانور نقره خیلی خالص باید مورد استفاده قرار گیرد. کلیه مواد شیمیایی باید عاری از گوگرد باشند تا اثرات زیان آوری بوجود نیاید. از سیانورپتاسیم عاری از گوگرد و سیانور نقره با درجه خلوص خیلی زیاد باید استفاده شود. همچنین سیانور مضاعف نقره و پتاسیم بصورت محلول نیز موجود است که می توان برای جبران مقدار نقره، در صورت لزوم به حمام آبکاری اضافه نمود.
آندها ـ آندهای نقره با درجه خلوص زیاد به شکل: صفحه، میله، گلوله، ساچمه و به تازگی به صورت «قالبی» به منظور بالا بردن عمر مفید آند ساخته شده و در دسترس می باشد. معمولاً آندهای نقره ای با دو درجه خلوص متفاوت تهیه و به فروش می رسند. پیدائی ورقه های نازک و گرد و غبار در سطح آند، مخصوصاً اجرای شرایط نادرست آبکاری، موجب سیاه شدن آندهای نقره ضمن آبکاری می گردد. حضور ناخالصی هائی نظیر گوگرد، مواد آلی حاصل از تجزیه مواد براقی، حضور بسیار اندک بعضی از فلزات، غلظت پائین سیانور آزاد، pH پائین محلول و سرانجام شدت جریان بالا در آند، هر یک به نوبه خود، می توانند از عوامل سیاه کننده آند باشند.
وجود مقدار بسیار ناچیز عناصری نظیر Pb, Bi, Fe, Te, Se, S و Sb و فلزات گروه پلاتین مخصوصاً رودیوم وایریدیوم می تواند موجب تشکیل ورقه هایی در سطح آند بشود. وقتی که عناصر گروه گوگرد به مقدار خیلی ناچیز در حمام حضور دارند، در کیفیت رسوبات نقره خالص اثر بسیار نامطلوب می گذارند مخصوصاً اگر حمام بکار رفته از نوع حمام های سریع و غلیظ باشد. باید متذکر شد که عمده ترین عامل در تهیه رسوبات نامرغوب، همان ذرات معلق در حمام آبکاری می باشد که سبب تولید رسوبات زبر و خشن در کاتد می گردد.
بعد از سال ها تحقیق، سازندگان آندهای نقره ای، مشکل سیاه شدن آند را با استفاده از آندهای خیلی خالص بر طرف ساخته اند. چنانچه از این نوع آندها استفاده نشود و اطمینان کامل از درجه خلوص آند نقره ای بکار رفته، وجود نداشته باشد لازم است ناحیه آندی را توسط کیسه ها و یا غشاءهایی از جنس Woven Nylon و یا Dynel، از بقیه قسمتهای محلول آبکاری جدا ساخت.
آبکاری نقره
شیء آبدادنی را مطابق شکل قبلی در کاتد قرار می دهند. آند را از فلز انتخاب می کنند. الکترولیت را نمک مناسبی از نقره مانند سیانید مضاعف نقره و پتاسیم KAg(CN)2 محلول در آب مقطر در نظر می گیرند. در اینجا بجاست یادآورم شویم که هر گاه مطابق آنچه که در برخی کتاب های داخلی و خارجی آمده است الکترولیت را محلول AgNO3 بگیریم، در عمل به رسوب نقره مطلوبی در کاتد نمی رسیم.
زیرا درجه تفکیک این نمک بسیار بالا و غلظت نسبی Ag+ در محلول زیاد است.
در چندین شرایطی آب فلز به صورت رسوب لجن مانند و تیره رنگ، اسفنجی و غیر چسبیده در می آید که ذرات نقره آن درشت و غیر تبلور است. در روش سیانید، یون های سیانید (CN-) همراه با بخش اعظم یون های AG+ موجود در محلول به صورت یون های کمپلکس در می آیند که درجه تفکیک آن بسیار کم است. این کمپلکس غلظت یون های Ag+ آزاد موجود در محلول
را به شدت کاهش می دهد.
در این غلظت کم، فلز مقره خیلی کند و آرام بر روی شیء در کاتد ته نشین می شود، به عبارت دیگر اتم های نقره فرصت قرار گرفتن در جای مناسب خود را در شبکه بلوری فلز نقره پیدا کرده و به صورت رسوب چسبنده و درخشان نمایان می شوند. نیم واکنش اکسایش در آند (الکترود نقره): یون های سیانید به آند نقره ای حمله کرده و بخشی از آن را حل می کنند.
نیم واکنش کاهش پیرامون کاتد: ابتدا یون های کمپلکس سیانید نقره، مطابق واکنش تعادلی زیر، به مقدار بسیار اندک در محلول تفکیک می شوند.
سپس یون های آزاد Ag+ در غلظت کم خود، جذب کاتد (مثلاً قاشق برنجی) شده تا در آنجا کاهیده شوند و به صورت رسوب درخشان آب نقره در آیند.
مطابق اصل لوشاتلیه با مصرف تدریجی یون های Ag+ تعادل قبلی مربوط به تفکیک یون دی سیانید به سمت راست جابجا شده تا مقدار دیگری یون های Ag+ پدید آورد و یون های مصرف شده را جبران کند و بدینسان آبکاری با غلظت کم یون نقره ادامه پیدا می کند. سیانید های فلزی در بسیاری آبکاری های دیگر از قبیل آبکاری با مس و طلا نیز به کار می روند. زیرا در این موارد با تشکیل یون های کمپلکس، مانع تشکیل سریع ذرات درشت و غیر چسبنده رسوب فلز می شوند.
محلول های شامل یون سیانید به شدت سمی و خطرناک هستند. بسیاری از حوادث آلودگی آب، به علت بی احتیاطی در ریختن این الکترولیت در فاضلاب کارخانجات آبکاری و سرایت آن به جویبارها، مرداب ها و غیر پیش می آید. این مشکل به صورت حادتری در فعالیت های استفاده از سیانید های فلزی در صنایع استخراج نقره و طلا از سنگ های معدنی آنها رخ می دهد. حوادث مرگ و میر ماهی و دام و … نتیجه سرایت محلول های سیانید به آب های مصرفی گزارش شده است.
برخی ویژگی های پیشنهادی برای آبکاری نقره
الکترولیت های آبکاری نقره
حمام های نقره کاری شامل سیانید ساده نقره٬ کربنات پتاسیم٬ سیانید پتاسیم یا سیانید سدیم می باشد. هنگامی که از سیانید پتاسیم استفاده می شود پوشش به سختی می سوزد. ضمنا لایه ها براق و حمام ها دارای خاصیت هدایت جریان بیش تری هستند. سیانید قلیایی موجود در الکترولیت تحت تاثیر CO2 موجود در اتمسفر به طور جزیی تجزیه شده و تولید کربنات می کند. کربنات تولید شده خاصیت هدایت الکتریسیته و قدرت نفوذ الکترولیت را زیاد می کند.
پوشش های نقره که در حمام های سیانیدی ساده ایجاد می شود کدر هستندو باید در هنگام پوشش کاری برش کاری نمود. عملیات اجتناب ناپذیر جلاکاری علاوه بر اینکه قیمت را بالا می برد٬ سبب از بین رفتن فلز نقره نیز می شوند. در حال حاضر حمام های نقره حاوی مواد افزودنی مختلف سبب ایجاد لایه های براق به کار برده می شوند. این حمام ها معایب الکترولیت های ساده را ندارند.
الکترولیت های آبکاری
الکتر ولیت هایی برپایه اسید سولفوریک یا اسید فلوریدریک
الکتر ولیت هایی که فسفات در بر دارند
الکتر ولیت ها ی سیانیدی
الکترولیت های اسیدی بر پایه سولفات به غیر از اندود نمودن مستقیم برای دیگر فلزات مناسب نیستند. اینها روی آهن٬ آلومینیم و روی به طور مستقیم تولید روکش نمی کنند اگر در یک الکترولیت اسید اشیایی از جنس آهن٬ آلومینیم و روی فرو ببریم یک لایه اسفنجی در نتیجه مبادله یونی ایجاد می شود. این یک لایه پایداری بدون چسبندگی برای لایه های دیگر خواهد بود. بنابراین قبل از مس اندود نمودن این فلزات در محیط اسیدی باید حتما یک عملیات مس اندود نمودن در محیط اسیدی انجام گرفته باشد. الکترولیت های سیانیدی٬ علی رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهمیت زیادی پیدا کرده اند. پوششهای حاصل از حمام های سیانیدی دارای توان پوششی خوبی می باشند٬ آنها دارای دانه بندی حاصل از چسبندگی فوق العاده ای اند.
در نتیجه پدیده های شدید پلاریزاسیون٬ قدرت نفوذ الکترولیت های سیانیدی بهتر از حمام های مس کاری اسید است. الکترولیت های پیروفسفات مس برای ایجاد روکش های زینتی روی زاماک٬ فولاد٬ آلیاژهای آلومینیم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عملیات سمانتاسیون به کار برده می شود. موارد کابردی دیگر می توان مس کاری سیم ها و شکل یابی با برق را نام برد.
آبکاری فلزات
پوشش های فلزی در صنعت به منظور حفاظت قطعات در برابر سایش، خوردگی و یا تزئین وسایل فلزی اعمال می شوند. از ویژگی های مهم برای پوشش خوب، چسبندگی آن می باشد. از طریف دیگر، اولین عامل برای رسیدن به چسبندگی مطلوب، آماده سازی سطح است که به دو روش مکانیکی و شیمیایی انجام پذیر است.
آماده سازی سطوح
آماده سازی سطوح شامل مراحل زیر است:
الف ـ زدودن آلودگی های سطح
در صورتی که سطح قطعه آلوده باشد، منجر به بروز مشکلاتی به شرح زیر خواهد شد:
– ایجاد مانع فیزیکی و جلوگیری از تماس محلول با سطح قطعه.
– نفوذ آلودگی ها به درون سطح قطعه.
– ترکیب شدن آلودگی با محلول و تغییر کیفیت شیمیایی آن.
– بروز خوردگی در سطح قطعه به دلیل وجود آلودگی در مجاورت الکترولیت.
– ورود آلودگی به پوشش و ایجاد نقاط موضعی که موجب تشکیل پوششی نامطلوب می شود و از همین نقاط خوردگی شروع می شود.
ب ـ زدودن لایه های اکسیدی
لایه های اکسیدی تشکیل شده روی قطعات را می توان به کمک تراشکاری، ماشین کاری و صیقل کاری زدود. همچنین این عمل را می توان با محلول های شیمیایی نیز انجام داد. سولفوریک اسید، کلریدریک اسید، نیتریک اسید و محلول های حاوی یون فلوراید از جمله محلول هایی هستند که بدین منظور با غلظت های بین 4 تا 10 درصد استفاده می شوند. دمای انجام این عملیات بین 60 تا 80 درجه سانتیگراد می باشد و با توجه به نوع قطعه و محلول از یک بازدارنده مناسب نیز استفاده می شود. رعایت زمان بسیار حائز اهمیت است و پس از اتمام کار، شست و شوی قطعه با آب فراوانی الزامی است.
ج ـ کنترل زبری سطح
برای رسیدن به چسبندگی مطلوب، سطح باید دارای زبری مناسبی باشد. ایجاد زبری سطح با روش هایی مانند سند پلاست، سنباده کاری، سنگ زنی، صیقل مکانیکی یا شیمیایی، صیقل الکتریکی و یا اچ کردن انجام می شود..
روش های آبکاری فلزات
برای پوشش دادن فلزات به روش آبکاری شیوه های گوناگونی وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از:
الف) آبکاری با مذاب ب) آبکاری پاششی
ج) آبکاری شیمیایی د) آبکاری الکتریکی
الف ـ آبکاری با مذاب
در روش آبکاری با مذاب، ابتدا فلز پوشش را ذوب می کنند و سپس قطعه در حمام مذاب فرو برده می شود و یا فلز مذاب از روی قطعه عبور داده می شود. در حالت اول، هنگام خروج قطعه از حمام مذاب، قسمتی از فلز مذاب، قسمتی از فلز مذاب روی سطح قطعه می نشیند که ضخامت آن به سیالیت مذاب، کشش سطحی، سرعت انجماد و سرعت خروج قطعه از حمام بستگی دارد.
البته در لبه های پایین قطعه، ضخامت پوشش بیشتر از قسمت های بالایی است و این به دلیل سرازیر کردن قطعه است، که این عیب با سرد کردن قطعه و انجماد سریع برطرف می گردد. چون در این روش قطعه وارد حمام مذاب می شود، نقطه ذوب قطعه باید به مقدار کافی بیشتر از نقطه ذوب فلز پوشش دهنده باشد. فلز پوشش خالصی که در روش آبکاری با مذاب مورد استفاده قرار می گیرد معمولاً نرم تر از فلز پایه می باشد. مراحل عملیات آبکاری با مذاب به صورت زیر است:
شست و شوی شیمیایی فلز پوشش شونده.
خارج نمودن قطعه از محلول، شست و شوی با آب و خشک کردن.
ورود قطعه به درون حمام مذاب.
خروج قطعه و خشک کردن.
ب ـ آبکاری پاششی
در این روش ابتدا فلز پوشش دهنده را ذوب می کنند و در افشانک می ریزند. ذرات مذاب با سرعتی در حدود 100 تا 150 متر بر ثانیه بر روی سطح مورد نظر پاشیده می شود. در این روش کیفیت پوشش به غیر از آماده سازی سطح به مواردی از جمله فاصله نازل تا سطح قطعه، زاویه بین نازل و سطح، فشار دستگاه، کالیبره بودن دستگاه و سالم بودن نازل نیز بستگی دارد. این آبکاری به دو نوع پاشش شعله ای و قوسی تقسیم می شود:
1- پاشش شعله ای
در پاشش شعله ای فلز پوشش دهنده را درون افشانک می ریزند و سپس توسط شعله اکسی استیلن، اکسی هیدروژن با اکسی پروپان ذوب می کنند. فلز مذاب در اثر جریان هوای فشرده و جریان شعله گرم کننده، از نوک افشانک به صورت ذره به طرف قطعه پرتاب می شود.
2- پاشش قوسی
در این روش فلز پوشش به وسیله قوس الکتریکی ناشی از برقراری جریان مستقیم ذوب می شود. دستگاه قوس الکتریکی، فلز پوشش را به صورت مفتول هایی به قطر حدود 2 میلیمتر که جریان برق را نیز حمل می کنند، می پاشد و قوس در نقطه تماس آنها ایجاد می شود. فلز مذاب در اثر جریان گازی که به وسیله یک شیپوره به داخل قوس فرستاده می شود، به صورت ذره در می آید و پاشیده می شود.
ضخامت پوشش هایی که به روش پاششی اعمال می شوند با توجه به نوع کاربردشان از چند دهم میکرون برای پوشش های حفاظتی (که بعداً باید رنگ آمیزی شوند) تا چند میلیمتر برای پوشش هایی که در برابر خوردگی و سایش مقاوم هستند، تغییر می کند. کاربرد ویژه پوشش های فلزی پاششی برای پیشگیری از خوردگی خستگی و سایشی می باشد.
ج ـ آبکاری شیمیایی
فرو بردن آهن در محلول کوپریک سولفات، ساده ترین مثال برای آبکاری شیمیایی می باشد. از آنجا که در این روش پس از پوشانده شدن سطح آهن توسطط یون های مس فرآیند متوقف می گردد، پوشش نازک، متخلخل و چسبندگی آن بسیار ضعیف خواهد بود. در نوع دیگری از آبکاری شیمیایی، تا هنگامی که محلول دارای تعادل ترکیبی می باشد، ضخامت پوشش رشدی نسبتاً خطی دارد و رسوب روی سطح فلزی یا سطحی که توسط فلز فعال شده است، می نشیند. این نوع محلول ها را الکترولس گویند.
فلزات آهن، مس، نیکل، طلا، نقره و پلاتین به این روش نیز آبکاری می شوند. محلول های آبکاری الکترولس برای مس و نیکل دارای محلول های نمک این فلزات هستند. برای مس و نیکل، محلول های قلیایی و گاهی برای نیکل از محلول های اسیدی نیز استفاده می شود. در این شیوه، افزودن مواد مناسب احیا کننده و تثبیت کننده یون هیدروژن الزامی است. در محلول های آبکاری مس معمولاً از فرمالئید یا هیدرازین و در محلول های آبکاری نیکل، هیپوفسفیت ها و بوروهیدریدها مورد استفاده قرار می گیرند. دمای محلول آبکاری الکترولس مس کمی بالاتر از دمای محیط می باشد و مواد احیاکننده نیز هنگام عملیات اضافه می شوند و پس از پایان کار نیز دور ریخته می شوند؛ زیرا مواد ناپایداری
می باشند.
محلول های الکترولس نیکل که در دمایی حدود 60 تا 100 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گیرند، پایدارند و پس از افزودن مواد مورد نیاز برای مدت ها قابل مصرف باقی می مانند. در فرآیند الکترولس مس و نیکل، فلز پایه به عنوان کاتالیزور عمل می نماید و موجب احیاء یون های مس و نیکل توسط احیاکننده ها می شود و فلز رسوب می کند. واکنش انجام شده در حالت کلی به صورت زیر است:
که در آن RA احیا کننده و RAO محصول اکسیداسیون می باشد.
مزیت روش الکترولس ایجاد پوشش یکنواخت می باشد، اما روشی پرهزینه است. آماده سازی فلزات برای عملیات الکترولس متفاوت می باشد. به عنوان مثال، فولادها را در الکترولیت می شویند و با اسید اچ می کنند تا سطح شان زبر شود. آلیاژهای آلومینیوم را پس از شست و شو با اسید می توان پوشش نیکل داد، ولی بهتر است که ابتدا با غوطه وری آنها در محلول زنکات، یک زیر لایه فلز روی، اعمال شود. برای دادن پوشش نیکل روی مس و آلیاژهای آن ابتدا قطعات را به طور کامل تمیز می نمایند. سپس آنها را در اسید اچ می کنند و آنها را با پالادیم کلرید، کاتالیزه می نمایند. در مورد مواد غیر فلزی لازم است که سطح نمونه را از حالت آب گریزی به آب پذیری تبدیل کنند و شست و شوی آنها در محلول ها به طور کامل انجام شود. سپس آنها را اچ کنند و قبل از فروبردن در محلول های مسی یا نیکلی، در محلول پالادیم کلرید فروبرند.
د ـ آبکاری الکتریکی
در این روش یک آند، یک کاتد و یک الکترولیت مناسب وجود دارد و اختلاف پتانسیلی بین آنها برقرار می گردد. دمای حمام با توجه به نوع فلز و سایر عوامل دیگر تعیین می گردد. برای افزایش میزان تولید به طور معمول از چندین آند و کاتد استفاده می شود.
عمده ترین مراحل در این روش عبارتند از:
چربی زدایی، اسید شویی، آبکشی، عملیات لازم در حمام و آبکشی نهایی.
برای اعمال پوشش های فلزی به روش الکتریکی محلول هایی با ترکیب های شیمیایی متفاوت در مورد هر فلز وجود دارد که هر کدام دارای ویژگی های مخصوص به خود هستند و در مورد هر محلول میزان pH، دانسیته جریان، زمان و ضخامت لایه پوشش فرق می کند
منابع و مآخذ
1) www.daneshju.ir
2) www.takta.com
3) www.roshd.ir
4) کتاب اصول و روشهای الکترومتری یا تجزیه ای کاربردهای صنعتی، تالیف: دکتر جمشید مفیدی.
5) کتاب کاربرد الکتروشیمی در صنایع گوناگون، تالیف: دکتر جمشید مفیدی.