مقدمه
پوشش های نیکل الکترولس دارای خواص خارق العاده ای هستند. لایه فلزی پوشش شده توسط این فرآیند دارای ضخامت یکنواخت در تمام سطوح قطعه کار می باشد، تقریباً صرف نظر از شکل آن این پوشش یکنواخت بهترین راه حل برای موارد مهم مهندسی پرفشار مانند مواردی است که در صنایع دفاعی ، بهداشتی ، نفت، گاز ، خودرو و هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد.
شرکت ایده پویان پوشش ارائه دهنده خدمات الکترولس نیکل
مقاومت به خوردگى آبکاری الکترولس نیکل
آبکاری نیکل الکترولس در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و به همین دلیل عمر هر چیزی را که می پوشاند طولانی می کند. این امر باعث می شود تا قطعات پوشانده شده در معرض محیطهای سختی مانند بخش هایی که در صنایع دریایی ، نفت و گاز و صنایع دفاعی کار می کنند ایده آل باشد. بنابراین می تواند هزینه تعمیر قطعات و جایگزینی را کاهش دهد. از جمله مزایای استفاده از مؤلفه هایی که در برابر خوردگی مقاوم هستند ، بیشمار است. این آبکاری می تواند باعث افزایش عمر یک قطعه شود. زیرا از تشکیل زنگ زدگی جلوگیری می کند. این به نوبه خود از تبدیل شدن قطعه به کاتالیزور برای تشکیل زنگ زدگی در قسمت های اطراف به خوبی جلوگیری می کند.
آبکاری نیکل الکترولس همچنین در هنگام محافظت از قطعه در برابر سایش، مؤثر است. سطح بالای سختی و خاصیت روانکاری باعث کاهش ساییدگی یک قطعه از طریق اصطکاک می شود. بنابراین باعث سایش کمتر پوشش می شود. در هنگام استفاده از آبکاری غیر الکتریکی نیکل برای یک قطعه، پوشش ارائه شده تضمین می دهد که مانند سایر پوشش ها مانند رنگ یا لاک تراشه یا پوسته پوسته نشود.
استفاده از آبکاری نیکل الکترولس همچنین در مناطقی که اصطکاک و سایش مسئله باشد ایده آل است. و همچنین در هنگام استفاده از عملیات حرارتی مناسب، این آبکاری می تواند تا 950 ویکرز سخت شود.
به هنگام کار کردن در محیط هاى خورنده، مقاومت به خوردگى پوشش الکترولس نیکل نیز مانند سختى و مقاومت به سایش و حتى بیشتر از آنها داراى اهمیت مى گردد.
مقاومت به خوردگى پوشش هاى الکترولس در شرایط مختلف مانند غوطه ورى در محلول نمک طعام 3/5 درصد و یا در حضور شرایط سایشى بررسى گردیده است.
اثر ناخالصی ها
نوع و میزان ناخالصى ها از جمله مواردى است که بر خواص خوردگى پوشش الکترولس اثر گذار است. توزیع یکنواخت ذرات در شبکه فلزى نیز اهمیت دارد. این ذرات با به هم زدن رشد منظم کریستال هاى نیکل و ایجاد مراکز جدید جوانه زنى، کریستاله شدن نیکل را تحت تاثیر قرار مى دهند. این بهم خوردن ساختار زمینه، مى توانند منجر به ایجاد ترک ها، حفرات و تنش هاى داخلى گردد. که باعث کاهش مقاومت به خوردگى گشته و احتمال رخداد خوردگى موضعى و خوردگى تنشى را افزایش مى دهند. از سوى دیگر این مساله باعث تشدید حضور اکسیژن گردیده وغیر فعال شدن نیکل را سرعت مى بخشد.
ناخالصى هاى موجود در ذرات یا در حمام نیز غیر فعال شدن الکترولس نیکل را تسریع مى کنند. این حقیقت که ذرات الحاقى به روش هاى مختلفى بر مورفولوژى سطحى و خواص حفاظتى زمینه اثر مى گذارند. گزارش هاى مختلف و گه گاه ضد و نقیضى در مورد مقاومت به خوردگى پوشش هاى الکترولس نیکل ارسال شود.
اثر تخلل
آبکاری الکترولس نیکل با جدا کردن زمینه و محیط، از زمینه محافظت خواهد کرد. بنابراین آبکاری بایستى بدون تخلخل و خرابى باشد. براى مثال مى توان پیش از آبکاری الکترولس نیکل سطح را با یک لایه نیکل براق پوشش داد، تا سطحى صاف تر و از لحاظ شیمیایى یکنواخت به وجود آید. به علت طبیعت بى شکل و نیز غیر فعال بودن، مقاومت به خوردگى این پوشش ها بسیار خوب مى باشد. آلیاژهاى بى شکل نسبت به آلیاژهاى چند بلورى مقاومت به خوردگى بهترى دارند زیرا در آنها مرزدانه وجود ندارد.
پوشش الکترولس نیکل بر روى بسیارى از فلزات یک پوشش کاتدى یا غیر قربانى شونده مى باشد. این پوشش از تماس محیط با فلز پایه جلوگیرى مى کند. این پوشش مى تواند باعث تسریع خوردگى در تماسهاى گالوانیک شود، بنابراین باید مطمئن شد که این پوشش تمام سطح فلز را پوشانده است. عموما عقیده بر این است که خوردگى گالوانیک فلز پایه در اثر حفرههاى پوشش کاتدى و تحت کنترل مقاومت الکتریکى انجام مى شود.
جریان به وجود آمده در نتیجه خوردگى به وسیله مسیر فلزى و مایع کنترل مى شود.
مسیر فلزى معمولا داراى مقاومت الکتریکى کمترى نسبت به مسیر مایع است و بنابراین اغلب، عامل کنترل کننده خوردگى آندى مى باشد. در بسیارى از محیطها، پروس هاى کاتدى موضعى در حفره هاى فلزپایه به وسیله محصولات خوردگى جلوگیرى مى شود و بنابراین آبکاری غیر الکتریکی نیکل در حالت روئین باقى مى ماند.
در آبکاری الکترولس نیکل با ضخامت کمتر از ۵٢ میکرومتر مقاومت مدار گالوانیک به خاطر تعداد زیاد حفرهها وطول مسیرهاى محدود شده کوچک است، بنابراین جریان پایین مى آید. افزایش ضخامت پوشش باعث افزایش مقاومت مى شود. با کاهش تعداد حفره، افزایش قطر و طول حفرهها را خواهیم داشت. به صورت تئورى نیز تمایل کلى فلز پایه به خوردگى، هنگامیکه ضخامت پوشش افزایش یابد، کاهش پیدا مى کند.
حفره ای شدن
براى محیط هایى که خوردگى شدید وجود دارد ضخامت پوشش باید در محدوده ۵٠ تا ۵٢١ میکرومتر باشد. همچنین سطوح خشن نیاز به ضخامت بیشتر براى کمترین تخلخل و بیشترین مقاومت خوردگى دارد. یکى از عواملى که باعث به وجود آمدن حفره در آبکاری الکترولس نیکل بر روى فلزات آهنى مى شود مناطق غیر فعال گرافیتى است که در ریز ساختار فلزات آهنى وجود دارد.
نقطه مقابل آن فلزات نیکلى مى باشد که بطور یکنواخت و بدون تخلخل رشد مى کند. علت این امر در کاتالیتیک بودن نیکل مى باشد. در فلزات آهنى یک لایه نازک نیکلى سطوح گرافیتى و سایر خالهاى روئین را مى پوشاند و باعث به وجود آمدن یک پوشش با تخلخل کمتر مى شود..
شناسایی حفره ها
با روش الکتروشیمیایى مى توان تعداد حفرههاى ایجادى در پوشش الکترولس نیکل ـ فسفر را اندازه گرفت.این اندازه گیرى با آزمون فروکسیل انجام مى شود. این آزمون در استاندارد ASTM B733 بیان شده است. روشهاى الکتروشیمیایى دیگر نیز براى اندازهگیرى مقاومت خوردگى الکترولس نیکل استفاده مى شود. این روشها عبارتند از: امپدانس، اسپکتروسکوپى الکتروشیمیایى، پلاریزاسیون خطى، پلاریزاسیون تافل و پلاریزاسیون آندى. در آلیاژهاى بتا، خوردگى اسیدى با افزایش درصد فسفر تا تشکیل گاما در ۵.١۴% بیشتر و به دنبال تشکیل گاماى بیشتر خوردگى دوباره کاهش مى یابد تا اینکه در غلظت بالاتر از ۵.١٠% فسفر این مقدار در حد /μm yr۵٠ پایدار مى شود.
تاثیر فاز شیمیایی
زمانى پوشش الکترولس نیکل در وضعیت بیشترین مقاومت خوردگى کامل مى باشد که فقط از فاز گاما ساخته شده باشد. زمانى که فاز بتاى کریستالى موجود باشد، حد خوردگى در اسید کلریدریک شبیه نیکل ساده و حدود /μm yr٢٠٠٠ مى باشد. زمانى که غلظت فسفر از مقدار ۵.۴ درصد زیادتر شود، فاز گاما شروع به تشکیل مى کند و خوردگى دوباره زیاد مى شود. مخلوط دو فاز با دو ترکیب مختلف، احتمالا تولید پیلهاى خوردگى فعال روئین در آلیاژ مى کند.
این باعث مستعد شدن آلیاژ به حملات شیمیایى مى شود. رفتارى که در بالا ذکر شد مربوط به وقتى است که پوشش عملیات حرارتى نشده باشد و اگر عملیات حرارتى صورت گیرد این رفتار تغییر می کند.
یکى از عوامل دیگر موثر بر سرعت خوردگى، عمر حمام الکترولس نیکل مى باشد. به طور اختصار باید گفت که هر چقدر عمر حمام زیادتر شود، مقاومت شیمیایى کاهش مى یابد. یک کاهش واضح بین اولین و دومین استفاده از حمام وجود دارد.
مقاومت به خوردگى پوشش الکترولس نیکل در کل تابع موارد زیر مى باشد:
- نوع پوشش الکترولس نیکل با توجه به نوع حمام آن.
- نوع ساختار فلز پایه.
- ضخامت پوشش.
- شرایط پوشش.
- عملیات آمادهسازى.
اثر ترکیب شیمیایى پوشش الکترولس نیکل در مقاومت به خوردگى
مقاومت به خوردگى پوششهاى الکترولس نیکل تابعى از ترکیب شیمیایى پوشش مى باشد اکثر پوششها به صورت طبیعى غیر فعال هستند و در بیشتر محیطها مقاومت به خوردگى خوبى دارند. هرچند که میزان مقاومت به خوردگى آنها بستگى زیادى به میزان فسفر پوشش دارد.
در محیطهاى اسیدى و خنثى آلیاژهایى که میزان فسفر آنها بیش از ١٠% مى باشد، مقاومتر هستند. آلیاژهایى با درصد فسفر پایین (حدود٣-۴%) در محیطهاى قوى قلیایى مقاومت بیشترى نسبت به پوشش هاى با درصد فسفر بالا از خود نشان مى دهند. بسیارى از عوامل تشکیل دهنده پوشش الکترولس نیکل حتى مهمتر از میزان فسفر در مقاومت به خوردگى موثرهستند.
اغلب پوششها در حمام هایى به وجود مى آیند که داراى ترکیباتى همچون قلع، سرب، کادمیوم و یا گوگرد به عنوان پایدارکننده هستند. رسوب کردن این مواد به همراه فسفر اگر از مقدار تعیین شده فراتر رود باعث کاهش مقاومت به خوردگى به میزان ۵ تا 10 برابر خواهد شد.
اثر عملیات حرارتى بر مقاومت به خوردگى پوشش
عملیات حرارتى در مورد پوشش ها معمولا در دماى پایین معمول است و براى برطرف کردن تردى هیدروژنى به کار مى رود و باید در انتخاب زمان و دما به اندازه کافى دقت کرد تا خواص فلزى فلز مورد نظر تحت تاثیر قرار نگیرد.
عملیات حرارتى از مهمترین عواملى است که بر رفتار خوردگى پوشش الکترولس نیکل تأثیر مى گذارد. اگر پوشش الکترولس نیکل ـ فسفر را تا دمایى بالاتر از 220 درجه سانتیگراد حرارت دهیم، تشکیل ذرات فسفید نیکل آغاز مى گردد و در نتیجه میزان فسفر زمینه کاهش مى یابد.
این پدیده باعث کاهش مقاومت به خوردگى پوشش خواهد شد. همچنین در اثر عملیات حرارتى پوشش منقبض مى گردد که باعث ترک خوردن پوشش شده و زمینه را در معرض حمله خوردگى قرار خواهد داد.
اثر صافى سطح و ضخامت بر مقاومت به خوردگى
ضخامت پوشش الکترولس نیکل جهت مقاومت در برابر خوردگى بستگى به شرایط سطح دارد. آبکاری الکترولس نیکل با ضخامت حدود ۵ میکرون کافى است تا به خوبى از یک فولاد با سطح پولیش شده محافظت نماید در حالى که ضخامتى حدود ۵٠ میکرون یا بیشتر براى محافظت یک فولاد با سطح خشن مورد نیاز خواهد بود. ضخامت مورد نیاز به کاربرد قطعه و شرایط محیطى نیز بستگى دارد. براى مثال در کاربردهاى ذیل ضخامت پیشنهاد شده براى پوشش الکترولس نیکل ـ فسفر عبارت است از:
| جهت لحیم کارى | ۵/٧ -١ میکرون |
| جهت جلوگیرى از زنگ زدن فولاد در هوا | ١۵- ۵ میکرون |
| جهت شرایط سایشى متوسط | ٢۵ -۵ میکرون |
| جهت شرایط سایش و خوردگى متوسط | ٣٠ – ١٣ میکرون |
| جهت شرایط سایشى شدید | ٧۵ – ٣٠ میکرون |
| جهت شرایط خوردگى شدید | ١٢۵- ۵٠ میکرون |
کاربردهای پوشش الکترولس نیکل فسفر
پوشش الکترولس نیکل بدلیل ویژگى هاى مناسب، تقریبا در تمامى صنایع کاربرد دارد. خواص فیزیکى مختلف پوشش الکترولس نیکل از قبیل سختى، مقاومت در برابر سایش، یکنواختى پوشش، مقاومت به خوردگى و همچنین قابلیت پوشش دهى سطوح غیررسانا و نیمه رسانا نظیر پلاستیکها و سرامیکها، این پوشش را به انتخابى مناسب جهت استفاده در بسیارى از کاربردهاى مهندسى مبدل کرده است.
عمده کاربردهاى پوشش الکترولس نیکل در صنایعى نظیر صنایع هوافضا، اتومبیل سازى، صنایع شیمیایى، استخراج و تصفیه نفت و گاز، صنایع غذایى، نظامى، معدن کارى و حفارى و همچنین صنایع الکترونیک مى ـ باشد که در همین بخش به پاره اى از این کاربردها اشاره ى مختصرى مى شود.
صنایع هوافضا
پوشش الکترولس نیکل بطور گسترده در صنایع هوافضا به کار گرفته مى شود. آلومینیم بدلیل خواصى نظیر نسبت بالاى استحکام به وزن، در صنایع هوایى کاربرد فراوان دارد.
ایجاد پوشش الکترولس نیکل بر روى آلومینیوم منجر به بهبود خواص قطعه، از جمله سختى، مقاومت سایشى، مقاومت در برابر خوردگى و قابلیت لحیم کارى مى گردد. به عنوان مثال توربین یا تیغه هاى کمپرسور در موتور هواپیما بوسیله پوشش الکترولس نیکل ، در برابر محیط خورنده موجود در سیستم، حفاظت مى شوند.
پوشش مورد استفاده در این کاربرد از نوع پوشش هاى الکترولس نیکل با درصد فسفر زیاد و محدوده ضخامت 60 تا ٢۵٠ میکرومتر مى باشد. نمونه هاى دیگر استفاده از این پوشش در صنایع هوافضا، بکارگیرى آن به عنوان پوشش محافظ در برابر سایش و خوردگى براى قطعاتى چون یاطاقان هاى روانکار، تیغه هاى کمپرسور، سر پیستون، محور موتور، محرک هیدرولیک، و … مى باشد.
صنایع اتومبیل
صنعت اتومبیل سازى نیز از جمله صنایعى است که آبکاری الکترولس نیکل را جهت بهبود کیفیت و طول عمر قطعات خود به خدمت گرفته است. طى سالهاى اخیر شرکت هاى خودروسازى در تلاش بوده اند تا از مخلوط گازوئیل و الکل به عنوان سوخت استفاده کنند.
استفاده از الکل موجب بروز مشکلات شدید خوردگى در سیستم سوخت رسانى اتومبیل مى گردد. در برزیل که از اتانول به عنوان سوخت استفاده مى شود، براى جلوگیرى از این مشکل، قطعات ریخته گرى شده روى را بوسیله الکترولس نیکل پوشش مى دهند.
صنایع شیمیایی
پوشش الکترولس نیکل در صنایع شیمیایى نیز کاربرد دارد. در این صنایع ابزارآلات فولادى نظیر شیرها، دریچه ها، درپوش ها و انواع پروانه ها به طور گسترده مورد استفاده قرار مى گیرند. پوشش الکترولس نیکل بر روى این تجهیزات، عمر آنها را که در تماس با محیط خورنده مى باشند، تا دو برابر افزایش مى دهد.
نفت و گاز
صنایع نفت و گاز یکى از مهمترین مراکز بکارگیرى پوشش هاى الکترولس نیکل مى باشد. شرایط رایجى که تجهیزات این صنایع در معرض آن قرار دارند، عبارتند از محیط آب شور، ٢H٢S ، CO و دماى بالاى 170الى 200 درجه سانتیگراد. حضور ذرات شن و ماسه در محیط نیز مى تواند شرایط خورندگى محیط را تشدید کند.
براى مثال لوله هاى حامل نفت و گاز از جمله این تجهیزات مى باشند. در صورتى که این لوله ها از جنس فولاد ساده باشند و اگر بدون حفاظت رها شوند تنها پس از گذشت چند ماه کارآیى خود را از دست مى دهند. با پوشش دهى این تجهیزات توسط پوشش الکترولس نیکل با محتواى فسفر بالا و با ضخامت بیش از ۵٠ میکرومتر، سرعت خوردگى بسیار زیاد کاهش مى یابد.
صنایع الکترونیک
کاربردهاى الکترولس نیکل در صنایع الکترونیک و الکتریکى بسیار وسیع تر از صنایع دیگر بوده. و شامل پوشش کارى گیره هاى پلاستیکى، در رادیوها براى ساخت و حفاظت بردهاى مدار چاپى و نیز پوشش کارى موج بر رادارها، قطعات نیمه هادى، تراشه هاى IC و رویه باطرى ها مى باشد.
بسیار عالی مهندس
Pingback: بال ولو ( شیر توپی - Ball valves) چیست؟ | Metal Finishing بال ولو چیست؟