آبکاری با فلزات

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 وانقباض٬ 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.

 

کرم سخت چیست ؟

ایجاد یک لایه پوشش سخت فلزی از جنس کروم بر روی اجسام رسانای فلزی برای کاربردهای صنعتی، جلوگیری از سایش یا بالابردن مقاومت سطح قطعات را به روش الکترولیز کرم سخت می گویند.

فرآیند آبکاری فلزات برای اهداف تزئینی و محافظتی از دیرباز مورد توجه بوده است. بدون شک این صنعت متحول شده و روشهای نوین جایگزین روشهای سنتی گشته است. در کشور ما نیز با رشد صنایع و گسترش فعالیتهای مهندسی و صنعتی دامنه کاربرد آبکاری فلزات در حال توسعه است.

عوامل انتخابی: در انتخاب پوشش کرم سخت برای قطعات معین باید مشخصات زیر مورد توجه باشد:

۱ – سختی ذاتی و مقاومت سایشی پوشش کروم سخت که در محدوده براق در حد مطلوب است.

۲ – ضخامت پوششی که لازم است.

۳ – شکل، اندازه و اسکلت قطعه ای که باید پوشش داده شود.

۴ – مواد یا فلزی که قطعه از آن ساخته شده است.

بیشترین پوشش کرم سخت برای قطعات آلیاژهای آهنی به کار می رود ولی در بعضی کاربردهای فضایی آلیاژهای پایه نیکل و آلومنیوم نیز کروم سخت می شوند. از نقطه نظر فرآیندی پوشش کروم سخت ممکن است بدون توجه به سختی سطح یا ترکیب شیمیایی بر روی فولادها انجام بگیرد. به شرطی که سختی فلز پایه به اندازه ای باشد که در شرایط کاری از لایه کروم سخت محافظت کند. مشابه آن چدنها را نیز می توان کروم سخت نمود به شرطی که سطح قادر باشد جریان لازم را هدایت کند تا پوششی عاری از حفره ، حباب، ناخالصی های سیلیکاتی بزرگ و لبه های تیز ایجاد شود.

سختی پوشش : اندازه گیری دقیق و معتبر سختی رسوب کروم سخت مشکل است و مقادیر آن به شرایط آزمایش بستگی دارد. به این ترتیب اندازه سختی معمولا نباید به عنوان کنترل مشخصات و معیار دائمی کنترل کیفیت باشد.

تاثیر درجه حرارت: در کاربردهای‌سایشی درجه حرارت بر روی سختی پوشش کروم تاثیر قابل توجهی دارد. سختی پوشش کرم در دمای بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتی گراد شروع به کاهش می کند. در کاربردهای سایشی که دمای کاری از ۴۲۰ تجاوز می کند پوشش کرم سخت نباید استفاده شود.

 

چرا برخی از فلزات را با کروم، آب می دهند؟

برخی از فلزات را برای براق تر شدن با لایه ی نازکی از کروم می پوشانند. این لایه، از خورده شدن و رنگ زدن فلز نیز جلوگیری می کند.کروم فلزی است سخت، شکننده و به رنگ سفید – نقره ای. این فلز در سال ۱۷۹۸ میلادی کشف شد. کروم زنگ نمی زند. در مقابل گرما مقاوم است. و از استحکام بالایی برخوردار است. به همین جهت، از این فلز برای آب دادن سایر فلزات و نیز تهیه ی آلیاژ اچرا برخی از فلزات را با کروم، آب می دهند؟

برخی از فلزات را برای براق تر شدن با لایه ی نازکی از کروم می پوشانند. این لایه، از خورده شدن و رنگ زدن فلز نیز جلوگیری می کند.

کروم فلزی است سخت، شکننده و به رنگ سفید – نقره ای. این فلز در سال ۱۷۹۸ میلادی کشف شد. کروم زنگ نمی زند. در مقابل گرما مقاوم است. و از استحکام بالایی برخوردار است. به همین جهت، از این فلز برای آب دادن سایر فلزات و نیز تهیه ی آلیاژ استفاده می شود.

در آبکاری الکتریکی با کروم، یون های محلول کروم را به صورت لایه ای نازک بر روی جسمی که از فلز دیگری ساخته شده است، رسوب می دهند. جسم مورد نظر را که می خواهند آب کروم بدهند، به «کاتد» یا قطب منفی باتری وصل می کنند و فلز کروم را به «آند» یا قطب مثبت متصل می کنند. سپس آن ها را در محلول الکترولیت که معمولا حاوی اسید کرومیک و اسید سولفوریک است قرار می دهند. به دین ترتیب فلز کروم در آند خورده شده، حل می شود و به صورت لایه ی نازکی از فلز در کاتد ته نشین می شود که اصطلاحا آن را «آب فلز» می گویند.

 

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 وروی 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 روی

روی فلزی است به رنگ سفید متمایل به آبی٬ بالاتراز ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکننده٬ مابین۱۰۰ الی ۲۰۰ درجه سانتیگراد نرم٬ قابل انحنا و انبساط است و می‌توان به صورت ورقه‌های نازک درآورد٬ بالای ۲۰۰ درجه سانتیگراد دوباره شکننده می‌شود. خاصیت تکنیکی خیلی مهم روی حفاظت خیلی خوب پوشش‌های آن در مقابل خوردگی است. این خاصیت ترجیحا بواسطه تشکیل لایه یکنواخت و چسبنده اتمسفر ایجاد می‌شود و عموما شامل اکسید و هیدروکسید کربنات روی و گاهی نیز سولفات و کلرید روی می‌باشد.

 

الکترولیت‌های آبکاری روی

الکترولیت‌های اسیدی : اسید سولفوریک – اسید کلیدریک و اسید فلوبوریک.

الکترولیت‌های بازی : سیانیدی – زنکاتی و پیروفسفات.

قدیمی‌ترین نوع روی‌کاری گالوانیزاسیون است. در این روش روی کاری٬ قطعات آهنی بعد از عملیات پرداخت در داخل روی مذاب در درجه حرارتی مابین ۴۲۰ الی ۴۵۰ درجه سانتیگراد فرو برده می‌شود. برای اهداف تزئینی از روی‌کاری براق استفاده می‌شود. اساساً ترکیب حمام‌های براق شبیه حمام‌های مات است، فقط حمام های براق دارای درجه خلوص بالاتر و بعلاوه مواد براق‌کننده آلی و غیرآلی می‌باشند.

معمولا لایه‌های پوششی روی عملیات پسین شیمیایی توسط کروماته کردن و یا فسفاته کردن را پذیرا هستند. در نتیجه کروماته کردن لایه های روی خوردگی روی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.

 

آبکاری با کادمیوم

رنگ آن سفید بوده و به نقره شباهت دارد. بسیاری از خواص کادمیوم به روی شبیه اند. لایه کادمیوم به سهولت قابل لحیم‌کاری است. حفاظت ضدخوردگی کادمیوم شدیداً تحت تاثیر محیط خورنده می‌باشد. با توجه به اینکه فلز کادمیوم مسموم کننده است٬ بدین جهت از این لایه ها نباید برای قطعاتی که همیشه دم دست هستند و همچنین در صنایع غذایی استفاده نمود.

 

الکترولیت‌های آبکاری کادمیوم

حمام های کادمیوم کاری بسیار متداول از انحلال اکسید کادمیوم و یا سیانید کادمیوم در سیانید سدیم تولید می‌شوند.

به وجود آمدن شکنندگی توسط هیدروژن در کادمیوم کاری سیانیدی سبب شده است که الکترولیت‌های اسیدی برای کاربردهای ویژه‌ای تهیه شوند. تنها فرایندی که امروزه سودمند است٬ بر پایه حمام‌های فلوئوبرات مبتنی است.

عملیات پسین پوشش‌های کادمیوم نیز به منظور بهتر نمودن منظر قطعه انجام می‌یابد. غوطه‌ور نمودن کوتاه مدت در اسید نیتریک ۰/۵، ۰/۳ درصد سبب براق شدن لایه‌ها از نوع نقره خواهد شد. در صورتی که بخواهیم لایه کادمیوم در مقابل خوردگی مقاوم‌تر شود٬ به طریق پسین با استفاده از محلول‌های اسید حاوی یونهای کروم (VI) ممکن خواهد بود. بر طبق غلظت و ترکیب محلول‌های کروم‌دار٬ لایه‌های کرومات به رنگهای آبی آسمانی٬ زرد براق یا سبز زیتونی ایجاد می‌شود که به طور قابل ملاحظه‌ای در مقابل خوردگی لایه را بهتر می‌نمایند.

 

آبکاری با قلع

قلع فلزی است براق٬ دارای رنگ سفید نقره‌ای٬ در درجه حرارت معمولی در مقابل آب و هوا مقاوم است و اسیدها و بازهای ضعیف به سختی روی آن اثر می‌گذارند. برعکس اسید و بازهای قوی به آسانی روی آن اثر می‌گذارند. به راحتی لحیم‌پذیر است. قلع در مقابل مواد غذایی و اتمسفر معمولی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. با توجه به اینکه سمی نیست٬ کاربرد زیادی در پوشش‌کاری قطعات صنعتی مواد غذایی و صنعت کنسروسازی دارد. با توجه به لحیم‌کاری بسیار عالی در صنعت برق نیز به کار برده می‌شود.

 

الکترولیت‌های آبکاری قلع

الکترولیت‌های اسیدی : اسید فنل سولفونیک – اسید هیدروفلوریک و اسید فلوئوروبونیک.

الکترولیت‌های قلیایی : براساس استانات سدیم یا پتاسیم و هیدروکسیدهای مربرطه می‌باشد.

پوشش‌های قلع ایجاد شده روی قطعات به طریق الکترولیتی ظاهری کدر دارند با فرو بردن قطعات در حمام روغن داغ (Surfuion) براق می‌شوند. حمام‌های روغن داغ٬ خلل و فرج موجود در پوشش را از بین برده٬ مقاومت در مقابل خوردگی قشر را افزایش می‌دهند. همچنین با استفاده از یک محلول خیلی داغ کرومات قلیایی حاوی یک تر کننده٬ می‌توان مقاومت در مقابل خوردگی قشر قلع‌اندود شده را بهتر نمود.

 

آبکاری با نقره

نقره فلزی قیمتی (نجیب)٬ به رنگ سفید براق است. اسید کلریدریک٬ اسید سولفوریک و اسید استیک به طور جزیی بر آن اثر می‌کند٬ برعکس اسید نیتریک٬ آن را به صورت نیترات نقره حل می‌کند. نقره توسط سولفور هیدروژن و ترکیبات دیگر گوگرد تولید سولفور نقره به رنگ سیاه می‌نماید. اکسیژن هوا به نقره آسیبی نمی‌رساند.همچنین در مقابل اغلب محلول‌های نمکی و غذایی نیز مقاومت دارد.

 

الکترولیت‌های آبکاری نقره

حمام‌های نقره کاری شامل سیانید ساده نقره٬ کربنات پتاسیم٬ سیانید پتاسیم یا سیانید سدیم می باشد. هنگامی که از سیانید پتاسیم استفاده می‌شود پوشش به سختی می سوزد. ضمنا لایه‌ها براق و حمام‌ها دارای خاصیت هدایت جریان بیش‌تری هستند. سیانید قلیایی موجود در الکترولیت تحت تاثیر CO2 موجود در اتمسفر به طور جزیی تجزیه شده و تولید کربنات می‌کند. کربنات تولید شده خاصیت هدایت الکتریسیته و قدرت نفوذ الکترولیت را زیاد می‌کند.

پوشش‌های نقره که در حمام‌های سیانیدی ساده ایجاد می‌شود کدر هستندو باید در هنگام پوشش‌کاری برش‌کاری نمود. عملیات اجتناب‌ناپذیر جلاکاری علاوه بر اینکه قیمت را بالا می‌برد٬ سبب از بین رفتن فلز نقره نیز می‌شوند. در حال حاضر حمام‌های نقره حاوی مواد افزودنی مختلف سبب ایجاد لایه‌های براق به کار برده می‌شوند. این حمام‌ها معایب الکترولیت‌های ساده را ندارند.

 

آبکاری با طلا

طلا فلزی‌ است قیمتی 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

 

 آبکاری با فلزات گروه پلاتین

به طو کلی پلاتین٬ پالادیوم٬ رودیوم٬ روتنیوم٬ اسمیوم و اریدیوم را فلزات گروه پلاتین می‌نامند. فلزات گروه پلاتین در صنعت مدرن رفته رفته اهمیت پیدا می‌کنند و از آنجایی که گرانبها هستند سعی می شود به جای استفاده از فلزات گروه پلاتین در صنعت پوشش کاری٬ از فلزات دیگر استفاده شود. از فلزات گروه پلاتین در صنعت تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته و مدرن٬ در صنعت الکتروتکنیک٬ در زرگری و در صنعت شیمیایی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌کنند.

 

آبکاری اجسام غیر هادی

پوشش‌کاری مواد غیر هادی (مثلا : شیشه٬ موادمعدنی٬ نیمه‌هادیها٬ سرامیک٬ چرم٬ برگ درختان٬ چوب٬ پارچه و مواد پلاستیکی) به روش گالوانیک (الکترولیتی با استفاده از منبع جریان خارجی)٬ در صورتی که سطح آنها قبلا توسط یک روکش هادی جریان پوشیده شده باشد٬ ممکن خواهد شد. مشکلات فلز اندود نمودن غیر هادی‌ها٬ در ترسیب الکترولیتی نیست٬ بلکه در چسبندگی روکش فلزی است. غیرهادی ها بعد از یک آماده‌سازی کامل٬ آماده فلزاندود کردن هستند که بر روی آنها بتوان یک پوشش فلز با چسبندگی خوب افزود. در نتیجه فلزاندود نمودن مواد پلاستیکی٬ خواص جالب پلاستیک (برای مثال٬ وزن سبک٬ تغییر شکل آسان با کیفیت سطح استثنایی٬ ارزان قیمت بودن نسبت به فلز) با خواص روکش‌های فلزی حاصله از آبکاری با برق به دست می‌آید.