آبکاری فولادها

  • نویسنده: حامیران
  • تاریخ و ساعت: 1396/09/12 - 12:29

از آبکاری الکتریکی فولاد معمولا برای ایجاد رسوب در نیکل، طلا یا نقره بر روی جوهرات، چاقو و قطعات دوچرخه استفاده می شود. مهارت علمی سازندان انگلیسی ، آلمانی و آمریکایی و مرغوبیت ممتاز محصول آنها این فرآیند را عمومیت داد. در حال حاضر آبکاری الکتریکی تا حد زیادی گسترش یافته است تا حدی که نه تنها از آن در مرحله نهایی تولید استفاده می شود بلکه برای ایجاد یک پوشش محافظی مانند کادمیم، کروم یا اکسید آلومینیوم روی قطعات به کار می رود.

فرایند آبکاری الکتریکی به این صورت می باشد؛ با عبور جریان مستقیم از یک الکترولیت فلز محلول در آن روی کاتد رسوب شده  متعاقباً مقداری از فلز آند وارد محلول می شود به این ترتیب الکترولیت ثابت می ماند. ابکاری الکتریکی در 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.

میزان ضخامت پوشش های رسوب الکتریکی به عواملی از قبیل 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 صورتی که روز به روز میزان تقاضای آنها افزایش می یابد.

میزان کیفیت رسوب های الکتریکی بسته به کاربرد آن ها متفاوت است. در صورتی که هدف از این آبکاری فقط جلوگیری از زنگ زدن در کوتاه مدت باشد، لایه نازک هم کفایت می کند اما در صورتی که شفافیت رسوب مدنظر باشد آنگاه نیاز به بالا بردن کیفیت رسوب است. میزان 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. در صورتیکه حمام به طور صحیح آماده و تنظیم شده باشد واکنشهای فوق نیز بهتر خواهند شد. ولی در کل 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 شده وً تمیز شود. گرد و غبار با جارو و خشک کردن خارج شده و مواد روغنی توسط کهنه آغشته به حلال مناسب پاک شوند. وانهای پلاستیکی و وان پلی اتیلن 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 چدنی 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 گردد. ولی ترتیب اضافه کردن کربنات، نمک راشل یا سوزآور چندان اهمیت ندارد. 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.

پس از انحلال کامل تمام نمکها وزن مخصوص الکترولیت را به وسیله هیدرومتر بومه اندازه می گیرند. چنانچه وزن مخصوص حمام مناسب باشد آبکاری آزمایشی روی چند نمونه انجام می شود. به این صورت مشخص می شود که آیا می توان از حمام استفاده کرد یا ترکیب آن باید مجدداً تنظیم شود. به عنوان مثال ممکن است pH و عوامل افزودنی به اصلاح نیاز داشته باشند یا تصفیه اولیه لازم باشد. پس از اینکه ترکیب حمام در دامنه مورد نظر تنظیم شد و آبکاری آزمایشی صورت گرفت آزمایش را برای شارژ کامل انجام می دهند تا رفتار جریان از نظر ولتاژ، اشکالهای الکتریکی و تماس قلابها و آویزها به شمشهای اتصال بررسی 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 به وسیله انواع تمیز کننده های قلیایی انجام می شود 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 مانند فسفات سدیم، هیدرواکسید سدیم، سیلیکات سدیم، کربنات سدیم، بورات سدیم یا ترکیبی از این قبیل مواد بوده اما عموما 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. این مرحله به این صورت انجام می پذیرد که 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. همانطور که قبلاً گفته شد برای تأمین چسبندگی مطمئن باید هرگونه آلاینده ای که از تماس مستقیم محلول حمام با سطح فلزی جلوگیری می کند پاک گردد. به علاوه برای این قبل از آبکاری باید شیارها و خراشها و یا پوششهای سطحی اصلاح شوند.

محلولهای تمیزکاری : برای اینکه سطح قطعات را از مواد روغنی پاک کنیم باید با گریس گریس روی سطح قطعات آنها را در محلول قلیایی حاوی L/g 20 کربنات سدیم یا پتاسیم و سپس در آب گرم قرار دهیم. برای جلوگیری از خوردگی یا زنگ زدن ممکن است آبکشی در آب سرد نیز انجام بگیرد.

برای بر طرف کردن زنگ آهن و زنگ مس باید در اسید های معدنی رقیق قرار دهیم. 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 فراینده جیوه دهی ابتدا باید 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 کرد. برای حل شدن کامل جیوه باید این مخلوط را کم کم گرم کرده و اسید را به آن اضافه کنیم. در انتها 4 لیتر آب را به محلول می افزاییم و سروع به هم زدن می کنیم. 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 : به فرآیند حذف کردن پوسته های سطحی در محلول با استفاده از جریان الکتریسیته تمیز کاری الکترولیکی می گویند. 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 فرایند ابتدا برای 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 با استفاده از 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 .

از حمام های پروفسفات قلیایی به علت سرعت خوب آبکاری ،‌اغلب برای ایجاد پوشش ضخیم استفاده می کنند ،‌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 اضافه 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 خاطر 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

میزان سرعت آبکاری در این حمام ها ۳ تا ۵ برابر حمام های سیانید رقیق و سیانید راشل است . قطعاتی که در این الکترولیت ها آبکاری می شوند ،‌باید کاملاً تمیز شوند . در صورتی که این قطعات تمیز نشود،  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

به کانال رسمی حامیران در تلگرام بپیوندید