X
تبلیغات
پروژه های متالورژی - « تئوری های آبکاری فلزات

« تئوری های آبکاری فلزات »

 

بخش 1 :

« 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.

 

آماده کردن حمام :

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 1% 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 3/1 وان را پر می کنند ولی برای نمکهای سخت ـ حل شونده نظیر نمکهایی که به حمامهای غلیظ نیکل اضافه می گردند باید از 3/2 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 :

1) 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.

2) 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.

3) 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.

4) 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 1 جزء اسید سولفوریک و 20 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 6 جزء اسید سولفوریک، 1 جزء اسید هیدرولیک و 160 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 30 گرم جیوه را داخل ظرف شیشه ای ریخته و به آن 30 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 4 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 10 تا 15 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.

بخش 2 :

« اصول آبکاری الکتریکی »

 

آبکاری الکتریکی فرآیندی است که در آن با استفاده از جریان برق لایه نازکی از یک فلز روی سطح فلزی دیگر رسوب داده می شود. جریان برق و عوامل احیا کننده ایی که در این فرآیند مصرف می شوند ارزان هستند. این امر توجیه اقتصادی خوبی برای توسعه این روش است.

هدایت الکتریکی محلول : محلول کلرید سدیم و آهک در آب هدایت الکتریکی خوبی دارند در حالی که محلولهای شکر و اوره هادی خوبی نیستند. برای درک این مطلب یعنی اختلاف ظرفیت هدایت الکتریکی محلولها بهتر است آنها را با هم مقایسه کرد.

هدایت الکتریکی خوب فلزات به واسطه حرکت آزادانه الکترونهاست.وقتی فلزات در میدان الکتریکی قرار می گیرد الکترونها از قطب مثبت حرکت می کنند ولی عملاً هسته ها و یونهای اتمی داخل فلز ساکن هستند. به طور کلی یک ماده هنگامی می تواند جریان الکتریسیته را هدایت کند که الکترون یا دیگرذرات باردار یعنی یونها در داخل آن حرکتکنند. در تمام محلولهای هادی جریان برق مولکولها به ذرات باردار یا یون (مثبت ومنفی) تجزیه می شوند یونهای بار منفی به طرف آند حرکت می کنند به همین دلیل آنیون نامیده می شوند. برعکس یونهای مثبت به طرف کاتد حرکت می کنند و به همین دلیل کاتیون نامیده می شوند.

کاتد و آند : صفحات فلزی غوطه ور در محلول هستند که از طریق آنها الکترون آزاد یا جذب می گردد. این صفحات را الکترود نیز می گویند. الکترودی که الکترون آزاد کرده و بار مثبت پیدا می کند آند و الکترودی که الکترون وارد محلول می کند کاتد می گویند.

الکترولیت : محیط حمل جریان از طریق جابجایی یونهاست. در محلول های هادی جریان ، حلال عوامل موجود را به دو دسته ذرات مثبت و منفی تجزیه می کند.

الکترولیز : در محلول هادی جریان الکتریسیته در اثر واکنش بین حلال و مواد حل شده یونهای بارداری به وجود می آید که با عبور جریان، یونهای منفی (آنیون) به سمت قطب مثبت و یونهای مثبت (کاتیون) به سمت قطب منفی حرکت می کنند.

به این ترتیب در اثر واکنش الکتروشیمیایی که رخ می دهد یونها با از دست دادن الکترون در آند و گرفتن الکترون در کاتد به محصولاتی تبدیل می شوند که از نظر بار الکتریکی خنثی هستند این پدیده را الکترولیز می گویند. مشابه الکترولیز در فرآیند آبکاری الکتریکی برقراری میدان الکتریکی در محلول، آند با از دست دادن الکترون به صورت مثبت وارد محلول شده و به سمت کاتد حرکت می کند. در کاتد یونهای مثبت با دریافت الکترون خنثی شده و به صورت فیلم نازک و صافی روی کاتد (فلز مبنا) رسوب می کنند.

Q = I × t

W Q

W It

W ZIt

 

 

 

قوانین الکترولیز : الکترولیزنتیجه جذب و دفع الکترونها است که فقط در سطوح الکترودها انجام می گیرد. به همین دلیل محصولات الکترولیز نیز تنها در سطوح الکترودها به وجود می آیند. در هر فرآیند الکترولیزی، رسوبی که روی الکترود تشکیل می شود مستقیماً با مقدار جریان عبور کرده از الکترولیت متناسب است. مقدار جریان عبوری از الکترولیت با شدت جریان و مدت زمان عبور جریان متناسب است. (قانون اول فارادی). اگر مقدار الکتریسیته بر حسب کولمب Q، شدت جریان عبوری بر حسب آمپر I و مدت زمان عبور جریان بر حسب ثانیه t باشد می توان نوشت :

 

 

W = Q

 

 

 

وزن رسوب یا

 

Z ثابتی است که به مشخصات ذرات یونی فلز رسوبی بستگی دارد.Z را «اکی والان» الکتروشیمیایی ذرات یونی نیز می گویند.یعنی مقدار جرمی که در اثر عبور یک کولمب جریان از الکترولیت از آند آزاد می شود.

ECE اکی والان وزنی یا شیمیایی یا وزنی یک ماده برابر نسبت وزن به ظرفیت آن است.

 

ظرفیت / وزن اتمی = اکی والان شیمیایی

 

 

اگر جریانی که از دو الکترولیت متفاوت عبور می کند یکسان باشد و وزن رسوب روی دو الکترود به ترتیب W1 ، W2 و اکی والان وزنی آنها m1 ، m2 باشد می توان نوشت :

 

 

فرمول هاي مهم :

1. اکی والان شیمیایی

2.

3. V = m/D حجم فلز رسوبی

 

x = V/A ضخامت رسوب

 

که D چگالی فلز و A سطح رسوب است.

4. D ×x ×A × = mجرم فلز رسوبی

5. (Z : t) m/ = tمدت زمان لازم برای رسوب

6.

 

اهمیت pH در آبکاری الکتریکی : کنترل pH حمام ضروری است چون روی راندمان کاری حمام و خواص فیزیکی رسوب اثر می گذارد. افت زیاد pH باعث آزاد شدن هیدروژن محلول میگردد. این امر علاوه بر این که موجب کاهش راندمان عملیات می شود موجب تجمع یونهای هیدروژن در مجاورت کاتد و همین طور رسوب همزمان نمکهای پایه می گردد. این روند کلاً خواص رسوب را تغییر می دهد. در pH بالاتر راندمان کاتد کاهش پیدا می کند بنابراین لازم است pH حمام به طور مرتب کنترل و تنظیم شود. در حمامهای اسیدی مثل حمام نیکل برای افزایش pH به محلول کربنات نیکل یا هیدرواکسید نیکل اضافه می کنند. در بیشتر موارد pH حمام در دامنه pH 0.5 کنترل می گردد. مگر در کنترلهای خیلی دقیق که pH در دامنه pH 0.2 نگهداشته می شود.

اضافه ولتاژ مربوط به هیدروژن : تقریباً در تمام فرآیندهای آبکاری الکتریکی هیدروژن و اضافه ولتاژ مربوط به آن مطرح است. چون همه محلولهای آبی حاوی یون H+ بوده و احیاء آن در کاتد به تشکیل گاز هیدروژن منجر می گردد. این عمل راندمان و همین طور خواص رسوب را پایین می آورد.

وقتی که پتانسیل کاتد به حد پتانسیل معکوس می رسد به جای رسوب فلز اصلی فلز یا عنصری که پتانسیل رسوبی آن برابر پتانسیل کاتدی است رسوب خواهد کرد. پتانسیل رسوبی هیدروژن آزاد شده ، E ، در فشار اتمسفری و دمای نرمال به صورت زیر است :

 

E = 0.59 log [H+] = 0.059 pH

آندها :

در آبکاری الکتریکی آند دو نقش دارد یکی این که مدار الکتریکی را کامل می کند و دوم این که در آندهای حل شونده مقدار فلز مصرفی را تأمین می کند. در بیشتر فرآیندهای آبکاری الکتریکی مثل آبکاری Cu ، Ni ، Zn ، Cd ، Sn ، Pb ، Ag و غیره آند را از جنس فلز رسوبی انتخاب میکنند. از موارد نادری که از آند نامحلول استفاده می شود آبکاری کروم است. در اینجا از آندهای سربی یا آلیاژهای آن استفاده می کنند در مواردی مثل آبکاری Zn ، Cd در حمام سیانیدی برای جلوگیری از اضافه رسوب یا در آبکاری سطوح داخلی یا سطوح باریک برای این که ابعاد آند ثابت بماند همراه آند حل شونده آند نامحلول نیز استفاده می شود.

آندهای حل شونده به طور اتوماتیک فلز مصرفی در حمام را تأمین می کنند. در این موارد حداقل مواد به حمام اضافه می شود. اگر راندمان کاتد و آند تقریباً مساوی باشند کنترل ترکیب حمام ضروری خواهد بود.کیفیت آندها بر حسب روش تولید یا ساخت آن تغییر می کند. برای مثال آندهای ریخته شده ساختار دانه درشتی داشته و در نتیجه به طور غیر یکنواخت حل می شوند. ولی آندهای نورد شده ساختار دانه ریزی داشته و روند حل شدن آنها یکنواخت تر است. آندهای نامحلول مزایا و معایبی دارند.

مزایای آنها به شرح زیر است :

· خیلی محکم قابل نصب هستند.

· فقط یک بار در وان نصب می شوند و نیازی به تعویض مکرر آنها نیست.

· چون ابعاد آنها ثابت می ماند بنابراین بین الکترودها نیز ثابت مانده و نیازی به اصلاح نیست. این امر در آبکاری سطوح داخلی خیلی مهم است.

 

معایب آندهای نامحلول به شرح زیر است :

· فلز مصرف شده را جبران نمی کنند بنابراین باید به طور مرتب ترکیب حمام چک شده و مواد جدید به آن اضافه شود.

· احتمال تغییر pH حمام زیاد است به ویژه اگر حمام حاوی ترکیبات بافری نباشد.

· حضور اکسیژن در آندهای ترکیبات آلی و سیانید حمام را اکسید کرده و مقدار آنها را کاهش میدهد.

برای آندهای حل شونده این احتمال وجود دارد که روئین یا خنثی شوند. در حمام واتز برای جلوگیری از این پدیده به محلول کلرید اضافه می کنند یا در آماده سازی حمامهای سیانیدی برای آبکاری Cu ، Ag ، Zn ، Cd مقدار سیانید حمام را بیشتر از مقداری در نظر می گیرند که برای تشکیل کمپلکسهای محلول سیانید ـ فلز لازم است به این ترتیب از تشکیل ترکیبات سیانیدی نامحلول مثل CuCN ، AgCN و همین طور روئین شدن آندها در حمام نیکل و حمامهای سیانیدی متفاوت است. برعکس حمامهای سیانیدی در حمام نیکل فیلم مزبور نازک بوده و مقاومت الکتریکی بالایی ندارد.با روئین شدن آند (passive) تشکیل اکسیژن آغاز می شود. در محیطهای سیانیدی اکسیژن به وجود آمده سیانید را اکسید کرده و غلظت آن را پایین می آورد.در این حالت کربنات نامطلوب تشکیل می شود.

راندمان آند : راندمان آند در واقع نسبت جریانی است که از محلول عبور کرده و آند را حل میکند.

راندمان آند =

مخرج کسر از قانون اول فارادی به دست می آید. راندمان آندی معمولاً 100% است . راندمان آندی کمتر از 100% بیانگر روئین شدن آند است. در حمام سولفات اسیدی روی حمامهای سیانیدی و اسیدی مس و کلاً در حمامهای سیانیدی آند ـ حل شونده ، راندمان آند 100% است. در راندمان آندی بالا فلز مصرفی بخوبی تأمین شده و افت pH ناشی از تشکیل اسید به حداقل می رسد.

تشکیل رسوب فلز : در آبکاری الکتریکی دو پارامتر خیلی مهم باید کنترل شود. یکی سرعت تشکیل هسته های فلزی روی کاتد و دیگری رشد این هسته ها است. کنترل هر عامل دیگری روی دو پارامتر مزبوراثر می گذارد. اگر شرایط عملیات برای رسوب گذاری به گونه ای باشد که هسته های جدید بیشتری روی سطح کتد تشکیل شود، رسوبی دانه ریز، سخت و صاف تولید خواهد شد. برعکس اگر پارامترهای عملیات به گونه ای باشد که رشد هسته های روی کاتد تسریع شود رسوبی دانه درشت، زبر و نرم تولید خواهد شد. عواملی چون دانسیته جریان، درجه حرارت ، غلظت فلز در حمام و نوع حمام روی ماهیت رسوب اثر می گذارند.

دانسیته جریان : در دانسیته جریان پایین (کم) فلز خیلی آرام رسوب می کند، به عبارتی روند احیاء یونها در کاتد که به تشکیل رسوب منجر می شود آرام است. در این شرایط برای رشد هسته های فلزی فرصت کافی وجود دارد. ولی دامنه تشکیل هسته های جدید کوچک است. به این ترتیب رسوبی دانه درشت تولید می شود. با افزایش دانسیته جریان سرعت تخلیه یونها در کاتد افزایش یافته و در نتیجه دامنه تشکیل هسته های جدید توسعه می یابد. در این حالت رسوبی دانه ریز تشکیل میشود ولی باید توجه کرد که دانسیته جریان از دانسیته جریان حد تجاوز نکند.

درجه حرارت : معلوم شده است که اگر دانسیته جریان بالاتری انتخاب شود به همان نسبت دمای حمام باید افزایش یابد تا کیفیت رسوب محفوظ بماند. افزایش دمای حمام روی سه عامل اثر میگذارد.

· یونهای مصرفی در کاتد خیلی سریع تأمین می شود طوری که اثرات منفی ناشی از کمبود یون برطرف می گردد.

· سرعت رشد هسته ها افزایش یافته و در نتیجه رسوبی دانه درشت و خشن تولید می شود.

· اضافه ولتاژ هیدروژن پایین آمده و کیفیت رسوب کاهش می یابد.

بنابراین افزایش دمای حمام به دلیل سه فاکتور بیرونی است. دمای کاری اکثر حمامها در حدی انتخاب می شود که عملاً رسوبی با کیفیت خوب تولید گردد.

غلظت فلز : غلظت نمک فلزی که روی سطح کار رسوب می کند خیلی مهم است. تجربه نشان میدهد که اگر غلظت فلز رسوبی در حمام زیاد باشد می توان دانسیته جریان را افزایش داد. چون در این حمامها دانسیته جریان حد بالا است. در این شرایط با افزایش دانسیته جریان، اضافه ولتاژ هیدروژن نیز افزایش می یابد که خود مزیت دیگری است. در این حالت علاوه بر افزایش دانسیته جریان، حرکت میله کاتدی، هم زدن محلول برای رساندن یونهای مصرفی به کاتد برای دست یابی به نتایج مطلوب مفید خواهند بود.

نوع حمام : رسوب خوب در حمامی ایجاد می شود که یونهای کمپلکس آن بیشتر از یونهای ساده فلز باشد، نظیر حمامهای سیانیدی روی، کادمیم، مس یا نقره. رسوب سرب از حمامهای فلوبورات یا سیلیکو فلورید دانه ریزتر است. در حالیکه حمام استات یانیترات سرب رسوبی دانه درشت تولید می کنند. به همین ترتیب رسوب نیکل از حمام سولفات آمونیوم صاف تر از رسوب حمام نیکل است. در آبکاری کروم وجود مواد کلوئیدی یا کمپلکس نامحلول به عنوان هسته های جوانه زنی عمل کرده و از رشد هسته های قبلی جلوگیری میکند به این ترتیب رسوب صاف تری تشکیل می شود.

 

ویژگیهای آبکاری الکتریکی :

آبکاری الکتریکی باید خواص مورد نیاز برای تشکیل رسوب را داشته باشد ، برای مثال :

· به اندازه کافی حاوی فلز رسوبی باشد.

· برای کم شدن مصرف انرژی هدایت الکتریسیته خوبی داشته باشد.

· در هر شرایط جغرافیایی پایدار بماند به عبارتی پوشش نباید تحت تأثیر شرایط اتمسفری قرار بگیرد.

· ظرفیت کافی برای تشکیل آند مناسب را داشته باشد تا مقدار فلز در محلول متعادل بماند.

· توانایی ایجاد پوششی محکم و صاف را داشته باشد.

· قدرت پرتابی آن بالا باشد.

محلولهای استفاده شده نسبت به محلول تازه نتایج بهتری ارائه می دهند.

نمکهای هادی : نمکهای کلریدی و سولفاتی هستند که برای افزایش هدایت الکتریکی محلول به آن اضافه می شوند. در محلولهای سیانیدی ، سیانید آزاد هدایت الکتریکی محلول را افزایش می دهد.

دانسیته محلول : دانسیته فلز موجود در محلول با استفاده از هیدرومتر تعیین می شود معمولاً دانسیته محلولهای تک فلزی نظیر نیکل یا کروم را اندازه می گیرند. برای محلولهای چند نمکی این کار زیاد مهم نیست.

تصفیه محلول : محلول آبکاری باید به طور مرتب توسط *****های کربنی یا نوع پرسی تصفیه شود.

درجه اسیدی محلول : اسید اضافی در حمام آبکاری مشکلاتی را به وجود می آورد حتی ممکن است روند رسوب را متوقف کند. از این جهت کنترل نسبت یا مقدار اسید محلول یا به عبارتی تجزیه اسیدی محلول اهمیت دارد. کلاً اسید مولکولی است غیر هادی و اگر تجزیه شود تولید یون هیدروژنمی کند که مقدار آن با توجه به pH محلول تعیین می گردد. با زیاد شدن درجه اسیدی محلول pH آن کاهش می یابد. pH محلول را می توان با استفاده از یونهایی که رنگشان بر حسب درجه اسیدی تغییر می کند اندازه گرفت. به عنوان مثال معرف تیمول بلو (Thmimol-blue) که تغییر رنگ آن از قرمز به زرد، نشان دهنده 2.8–1.2 pH است. با استفاده از کاغذهای pH سنج نیز می توان pH محلول را اندازه گرفت. برای این منظور قسمتی از این کاغذ را در محلول فرو میکنند رنگ ایجاد شده معرف pH محلول است.

قوانین و مشخصات : مقدار الکتریسیته ای که در طول الکترولیز از محلول عبور می کند مقدار فلز رسوب کرده روی کاتد را مشخص می کند. بنابراین کنترل و اندازه گیری جریان یا به عبارتی دانسیته جریان ضروری است.درصد جریانی که فلز را روی کاتد رسوب می دهد راندمان کاتدی گفته می شود. اگر 60%جریان صرف رسوب دادن فلز شود سرعت آبکاری نیز 60% خواهد بود. سرعت آبکاری از فرمول زیر محاسبه می شود.

سرعت آبکاری =

توزیع فلز روی کاتد به توزیع دانسیته جریان بستگی دارد. برای درک صحیح از توزیع فلز باید به قوانین زیر توجه نمود :

- جریان در گوشه و لبه ها تجمع می کند.

- جریان نمی تواند در شیارها و گودیها نفوذ کند.

- جریان از جسم غیر هادی عبور نمی کند.

- جریان عبور کرده از یک هادی توسط هادی دیگر مصرف می شود.

موقعیت الکترودها : مطابق قاعده اول جریان اضافی در لبه ها افت پیدا می کند از طرف دیگر ثابت شده که جریان کوتاه ترین مسیر را در یک هادی انتخاب می کند. بنابراین اگر لبه ها در فاصله دورتر از آند قرار بگیردند می توان انتظار داشت که غلظت جریان در این نقاط کاهش یابد.

نکته دیگر این که آند را در گودی قرار می دهند و شکل آن را به گونه ای طراحی می کنند که سیستم آند برای تمام سطوح قطعه یکسان باشد.

محافظت : فاصله آندها نسبت به کاتد در حال تغییر است. اگر صفحه کاتدی بین دو دیواره غیر هادی قرار بگیرد توزیع جریان در کاتد کامل و یکنواخت خواهد شد. این دیواره ها مانع از آمدن جریان از وجوه دیگر می شوند.

ربودن جریان : برای ربودن جریان از لبه ها می توان از صفحات تختی استفاده کرد که همزمان آبکاری می شوند. صفحات فوق جریان را به طور یکنواخت در تمام سطوح توزیع می کنند.

دو قطبی شدن : حرکت و تخلیه بار یونها موجب تغییر غلظت می شود. این حالت شرایط دینامیکی را به وجود می آورد که ممکن است منجر به دو قطبی شدن شود. شرایط دینامیکی به وجود آمده ولتاژهای موضعی را ایجاد می کند که در مقابل جاری شدن جریان مقاومت می کنند. این پدیده را اصطلاحاً دو قطبی شدن می گویند.

کیفیت آبکاری : کیفیت آبکاری با توجه به کاربرد آن فرق می کند. رسوبهای نازک را می توان با کنترل ضخامت و مقاومت خوردگی آن بررسی کرد. برای رسوبهای ضخیم پارامترهای دیگری نیز مطرح هستند. برای مثال رسوب روی یاتاقان موتور هواپیماها باید عاری از هرگونه ترک مویی باشد. برای ایجاد پوششی با کیفیت مطلوب که به طور یکنواخت قطعه را پوشاند باید سیکل آبکاری و عوامل مؤثر بر آن دقیقاً کنترل شود.

اگر آبکاری در دانسیته جریان پایین تر از دانسیته جریان حد و بالاتر از پتانسیل تجزیه اجرا شود پوشش با کیفیتی تولید خواهد شد. حمام باید به طور مداوم هم زده شده، گرم شود، درجه حرارت و ترکیبات آن دقیقاً کنترل گردد.

دامنه آبکاری : منظور از دامنه آبکاری، محدوده دانسیته جریان است که در آن رسوب رضایت بخشی تولید می شود. دانسیته جریان عملی معمولاً پایین تر از دانسیته جریان حد و بالاتر از پتانسیل تجزیه است. در حمامهای قلیایی دامنه دانسیته جریان باز ولی در حمام آبکاری کروم بسته است. دامنه دانسیته جریان با توجه به آزمایش Hull و آزمایش خمش تعیین می گردد. دانسیته جریان باید با تنظیم و تصحیح فاصله آند ـ کاتد اندازه گیری شود.

+ نوشته شده توسط حمزه عیدی وندی در سه شنبه هفدهم اسفند 1389 و ساعت 11:0 |


Powered By
BLOGFA.COM


جملات ارز ساعت

دریافت كد ساعت