فرآیند آبکاری چیست؟

فرآیند آبکاری ترسیب الکتریکی اساسا شامل انتقال جریان الکتریکی بین دو الکترود غوطه ور در یک محلول الکترولیت است. الکترود با بار مثبت در نقش آند و الکترون با بار منفی در نقش کاتد است. محلول الکترولیت  شامل ذرات با یون های حامل بار الکترولیت است.

هنگامی که یک پتانسیل یا ولتاژ بین الکترودها رد و بدل بشوند، این یون ها به سمت الکترود با بار مخالف حرکت می کنند. یون ها با بار مثبت به سمت کاتد و یون ها با بار منفی به سمت  آند حرکت می کند و به این ترتیب مدار الکتریکی در محلول نیز کامل می  شود. انرژی الکتریکی از طریق یک منبع تغذیه  DC تامین می شود.

اساسا در آبکاری، آند ها از جنس فلزاتی که  قرار است ترسیب شوند، ساخته می شوند که به آنها آند های حل شده گفته می شود.  طی آبکاری کاتیون های فلزی در سطح کاتد ترسیب می شوند. بنابر این قسمت آبکاری شده پوشش فلز را به خود می گیرد و عکس این فرایند در آند می افتد. در یک آند محلول، یون های فلزی از ساخت کریستالی آند و به محلول الکترولید وارد می شود(آند حل می شود).

در آبکاری نیکل،الکترولیت حاوی نمک های نیکل همراه با سایر اجزای نشکیل دهنده می باشد. که این موضوع دربخش "شیمی محلول های آبکاری نیکل" مورد بحث قرار می گیرد نمک های نیکل به یون های 

NI^{+2 و یون های منفی در الکترولیت یونیزه می شوند. با برقراری جریان الکتریکی، یون های مثبت با دو الکترون واکنش داده و تبدیل به نیکل فلزی شده و این نیکل فلزی در سطح کاتد ترسیب می شود و از طرفی در آند، نیکل فلزی به فرم دو ظرفیتی در الکترود حل شده و به صورت یون های مثبت در محلول الکترولیت حرکت می شوند.}

سرعت روسوب گذاری

 مایکل فاردی در امور تحقیقاتی خود در زمینه ترسیب الکتروشیمیایی ثبت کرد که میزان ترسیب فلز در کاتد و میزان حل شدن آن در یک آند یک نسبت مستقیم با جریان برق عبور داده شده و زمان دارد . فتردب برای این منظور مقدار مشخصی از یک فلز ترسیب شده را یا حل شده را بررسی کرد و این عدد رابا تعداد الکترون های درگیر در واکنش الکترو شیمیایی مقایسه کرد. فاردی نشان داد که میزان جریان برق مورد نیاز برای ترسیب یک عدد ثابت معادل 96500 کولن و یا 26.799 A.H است. و ازین قایده فرمول زیر به دست می آید:

W=1.095*It

w= میزان نیکل ترسیب شده در کاتد یاحل شده از آند بر حسب گرم

I= جریان عبوری بر حسب آمپر

t= زمان آبکاری بر حسب ساعت

و اما عدد 1.095: فاکتور 1.095 فاکتور فاردی نامیده می شود البته به آن ثابت فارادی نیز می گویند.

 در رابطه فرض می شود بازده کاتدی 100% است

جریان موثر

 در عمل ممکن است علاوه بر واکنش های ذکر شده واکنش الکترو شیمیایی ثانویه نیز رخ دهد که درصد کمی از جریان الکتریکی را مصرف می کند.معمولا مقدار کمی از جریان در تخلیه یون های H⁺به کاتد و در نتیجه تشکیل گاز (حباب)H₂مصرف شود.به درصد جذیان الکتریکی مصرف شده در ترسیب نیکل در کاتد نسب به کل جریان اعمالی ،بازده جریان کاتدی گفته می شود.همین طور ،بازده جریان آندی ،به درصد یون هاینیکل تولید شده از آن اشاره دارد.بازده کاتدی در محلول نیکل از 90% تا 97% متغیر است.مقادیر پایین تر از این عدد شاخصه ایی از محلول نیکلی است که لرای اهداف تزیینی برای پوشش در ضخامت تعیین شده است.مقدار  965 معمولا در حمام های آبکاری نیکل بدون افزودنی به دست می آید 95.5% هم معمولا برای وقتی که شکل دقیق مد نظر نیست به دست می آید و بازده آندی آن همیشه 100% است البنه به شرطی که PH  و کلر در محلول در سطح استاندارد باقی بمانند.

از آن جایی که بازده کاتدی معمولا کمتر از از بازده آندی است،غلظت کاتیون های نیکل از و  PH محلول در طی عملیات آبکاری  به آرامی افزایش میابد.برای درک بهتر این موضوع فرض کنید در یک محلول الکترولیت نیکل بازده کاتدی 90% است زیرا 10َ% جریان الکتریکی صرف واکنش های هایی از جمله احیای   است در اثر احیای ای غلظت  در محلول کاهش و بدین ساده به  PH  محلول افزوده می شود

ضخامت متوسط پوشش 

 ضخامت متوسط پوشش نیکل ،توسط تقسیم وزن کلی رسوب نیکل بر حسب گرم با وزن حجمی مشخص (8.907) به سطح فلزی فلز آبکاری شده که بر حسب سانتی مترمربع است به دست می آید سپس نتیجه در ضریب  10⁴ برای کسب ضخامت با واحد میکرون ضرب می شود.

برای درک بهتر این مطلب یک صفحه فلزی به مساخت 50 سانتی متر مربع داریم وزن این صفحه را با ترازویی به دقت 10^-4قبل از آبکاری نیکل اندازه گیری می شود و ثبت می شود (m1) وزن صفحه آبکاری شده هم ثبت میشود(m2) اختلاف وزن را بر فرض 1 می گذاریم یعنی Δm=1g ،در رابطه وزن حجمی عنصر نیکل و در صورت رابطه وارد  می شود(مثل رابطه چگالی) به این ترتیب حجم نیکل نیکل ترسیب شده بر روی ورق بر حسب سانتی متر مکعب به دست می آید  در نتیجه این فرایند ضخامت لایه نیکل 22 میکرون خواهد بود

توزیع ضخامت ترسیب شده 

به طور خاص ضخامت رسوب نیکل در قسمت های قطعات معمولا  یکسان نیست ضخامت واقعی پوشش در هر نقطه روی سطح معمولا به ضخامت محلی اطلاق می شد.

حداقل ضخامت محلی برای پوشش ها معمولا در روش استاندارد تولید قطعات مشخص است تا از عملکرد مورد نظر قطعه اطمینان حاصل شود.بنابراین فهمیدن و درک عوامل موثر بر ضخامت رسوب از اهمیت بالایی برخوردار است.این عوامل،توزیع جریان و قدرت پرتاب ذر محلول آبکاری است

توزیع جریان

ضخامت واقعی هر نوقطه از سطح عمدتا به چگلی جریان در آن نقطه بستگی دارد.نوضیع جریان عمدتا توسط عوامل هندسی مانن دشکل قطعه،فاصله آن بخش نسبت به آند ها ،جای گیری قطعات بر روی تسمه های آبکاری قرار می گیرد

چگالی جریان در مناطق برجسته قطعات و مناطق نزدیک به آند ،به علت مقاومت کمتر در برابر عبور جریان الکتریکی بالا تر خواهد بود.از طرفی ،در جریان گودی ها و مناطق دوراز آند،به دلیل افزایش مقاومت در برابر جریان الکتریکی پایین تر خواهد بود.تین تغیرات به این معنیست که که مناطق برجسته در قططعات،پوشش ضخیم تری نسبت به مناطق گود در قطعات دریافت می کنند.

توضیع جریان،عامل اصلی و تاثیر گذار ور بخش رسوبات آبکاری نیکل است.تا حدودی این اثرات را می توان با استفاده از شابلون مناسب موقعیت آند ها ،استفاده از محافظ ها و آند های کمکی نیز نزدیک کاتد قرار گیرند تا جریان را به سطوحی که محتاج افزایش ضخامت هستند هدایت کنند هر دو آندمحلول و نامحلول به عنوان کمکی ممکن است در این فراید استفاده نشوند

قدرت پرتاب

علاوه بر عوامل هندسی ،توزیع جریان توسط قطبی شدن کاتذ،بازه کاتدی، رابطه چگالی و جریان هدایت الکتریکی محلول تحت  تاثیر قرار می گیرد ،روابط پیچیده بین این فاکتور ها و ترسیب فلزات "قدرت پرتاب" نامیده می شود.قدرت پرتاب می تواند به صورت تجربی تعیین می شود .ارایه محلول هایی با ارزش مثبت قادر خواهد بود ،تفاوت ضخامت پوشش در مناطق مختلف را کاهش دهد .برعکس محلول هایی با ارزش منفی مانند محلو های کروم ممکن است تغیران ضخامتی بیشتری داشته باشند که انتظار می رود صرفا بر اساس عوامل هندسی باشد.با این وجود قدرت پرتاب را می توان  با کاهش چگالی جریان و افزایش هدایت الکتریکی ،افزایش فاصله آند و کاتئد ،افزایش ph  د درجه حرارتع تا حدودی بهبود ببخشید.فرمولاسیون حاوی غلظت بالا از سولفات سدیم  در محلول الکترولید بهترین قدرت پرتاب را نشان می دهد علاوه بر این موارد استفاده از مواد افزودنی می تواند در قدرت پرتاب موثر باشه

تنش درونی

در طی فرایند ترسیب الکتروشیمیایی به دلیل اثر فرایند الکتروکریستالیزاسسیون یا ترسیب نا خالصی ها به ویژه هیدروژن و گوگرد،تنش در داخل رسوبات زیاد می شود..تنش ممکن فشاری و یا کششی باشد .رسوبات تمایل به انقباض دارند و تحت شرایط شدید ممکن است ترک به وجود آید 

تنش فشاری اثر متنفاوتی دارد،زیرا  رسوب در این حالت تمایل به گسترش دارد در پوشش های ضخیم به ویژه در پوششس الکتروفرمینگ تنش مورد نوجه قرار می گیرد .

تنش در رسوب نیکل بسته به ترکیب محلول و شرایط متفاوت است.به محلول های  نیکل بسته بدو افزودنی شملAM 125-185 استحکام کششی تحت شرایط معمولی هستند.

افزودنی های آلی حاوی سلفور مثل ساخرین که از رسوبات فشرده شده نیکل هستند را می توان محلول نیکل براق تولید کرد

قدرت پرکنندگی و میکروپرتاب

پر کنندگی به توانایی یک محلول آبکاری در پر کردن حفره های کوچک و خراش های سطح از رسوب گفته می شود .معمولا فرایند های نیکل براق و نیمه براق خواص پراکنندگی عالی دارند 

این محلول ها حاوی مواد افزودنی آلی هستند که به طور عمده در میکرو حفره ها جذب می شوند.این امر موجب محدود کردن شدت جریان در تورفتگی ها که در نتیجه منجر به بهبود کیفت پوشش می شود.توانایی یک محلول آبکاری در پر کردن شکاف های کوچک با رسوبات اشاره می کند که موجب ایجاد سطحی عاری از خط و خش می شود .

محلول آهای آبکاری نیکل فاقد مواد افزودنی،قدرت میکرو پراندگی خوبی دارند ولی توانایی سطح بندی کمی دارند.پراکندگی کمک می کند تا محلول با تشکیل رسوبات  پایین کیفت خوبی داشته باشد.به به این دلیل محلول نیکل به همراه افزودنی اغلب برای فلزات دیگه مثال طلا استفاده می شود                                                                                                                                                                                     د ددد

مطالب مرتبط

تعریف خوردگی چیست؟ ...

فلز سنگین جیوه در آب ...

روش های رسوب شیمیایی فلزات ...

شناسایی نوع خاموش کننده های آتش از طریق رنگ بدنه کپسول: ...

چگونه ناخالصی یون فلز مس را در آبکاری نیکل حذف کنیم؟ ...

آماده سازی سطوح برای پوشش دادن ...

آبکاری و الکتروفورمینگ، نوآوری قرن بیست و یکم ...

مراحل مختلف آبکاری قلع ...

الکترولیت های پیرو فسفات مس جهت آبکاری مس چگونه ساخته می شود؟ ...

آبکاری بارل در کشور چین ...

روش های ارزیابی مقاومت به خوردگی آبکاری آلمینیوم ...

نظریه آبکاری آندایزینگ ...

آبکاری کروم و محیط زیست ...

خوردگی در محیط نفت ...

نظریه فلوژیستون چیست؟ ...

جشن نوروزی سال 1397 شرکت پویاب فلز ...

آلرژی به نیکل مورد توجه فعالان صنعت آبکاری ...

فرآیندهای تابشی چیست؟ ...

پاشش حرارتی فلز(متال اسپری) چیست؟ ...

نکاتی در مورد آسیب های شیمیایی چشم ...

چگونه فلزات مورد نیاز در حمام برنج تامین می گردد؟ ...

نظر بخش فنی شرکت پویاب فلز در مورد رفتار محافظت خوردگی لایه مس – نیکل – کروم در آبکاری: ...