آبکاری الکترولس نیکل – فسفر و تاثیر آنها بر روی کارایی این پوشش ها در صنعت نفت و گاز(بخش اول)

BALL VALVE

خلاصه

در ده های اخیر پوشش های آبکاری الکترولس نیکل یا آبکاری الکترولس نیکل – فسفر در صنایع مختلف پر کاربرد شده است. در صنعت نفت و گاز از آنجایی که این پوشش مقاومت خیلی خوبی در مقابل CO2 ,H2S و آب شور از خود نشان داده است بسیار پر کاربرد است. این پوشش بر روی انواع قطعات ولو ها (توپی، سیت، استم، گیت و…)، لوله ها، توربین ها و … بصورت گسترده اعمال می شود. از این رو در مورد کنترل کیفیت این پوشش ها باید ملاحضاتی لحاظ شود تا عیوب بوجود آمده باعث کاهش طول عمر قطعات نشود.

در این مقاله سعی شده به مشکلات و نقص هایی که بطور معمول برای این پوشش بجود می آید پرداخته شود. این موارد شامل مقدار نیکل و فسفر، سختی، چسبندگی، تخلخل، ناپیوستگی و ضخامت می باشد.

مقدمه

مقاومت به خوردگی شیمیایی عالی به همراه خواص مکانیکی بی نظیر باعث شده پوشش های الکترولس نیکل فسفر زمینه کاربردی جدیدی در صنعت ایجاد کنند که با رشد و توسعه فناوری های جدید همراه شده است. این تحققیات ابتدا توسط BRENNER و RIDDEL که سعی می کردند رسوب نیکل و فسفر را بدون جریان برق بر روی فولاد کربنی ایجاد کنند ابداع شد. مدارک فنی و انواع پتنت ها نشان می دهد که زمینه تحقیقاتی بزرگی برای توسعه فرمولاسیون این پوشش ها وجود دارد. انواع افزودنی ها، انواع پوشش های کامپوزیتی و … که ویژگی های جدید و منحصربفردی به این پوشش ها منتقل میکنند.

نگاهی گذرا به بازار بین الملی نشان می دهد از آن زمان تا کنون این پوشش ها کاربردهای زیادی در صنایع مختلف مثل نفت، گاز، پتروشیمی، دریایی، نظامی، نساجی، خودرو، الکترونیک، هوافضا و … پیدا کرده است .

از دو جنبه می توان به این پوشش ها پرداخت اول در مورد افزایش کاربرد الکترولس نیکل و دومی مقایسه کارایی این پوشش با پوشش های متداول در مورد اول الکترولس نیکل در صنعت نفت و گاز و پتروشیمی بدلایلی که اورده شد بسیار پرکاربرد می باشد(انواع روغن های خورنده، گازهای خورنده و…). الکترولس نیکل بعد از صنعتی شدن و اعمال بر روی انواع ولو ها، لوله های تولید، پمپ ها، لوله های مبدل حرارتی و … باعث افزایش بهره بری در این صنعت شده است.  در مورد مقایسه پوشش الکترولس نیکل عملیات حرارتی شده با پوشش کروم سخت تحقیقات نشان می دهد اگر پوشش الکترولس نیکل به درستی عملیات حرارتی شود به صورتی کلی کارایی بالاتری از پوشش کروم سخت دارد بخصوص در محیط های خورنده و مخرب.  

خدمات کرم سخت و الکترولس نیکل

مشخصه یابی پوشش های الکترولس نیکل فسفر

   آبکاری الکترولس نیکل، روشی برای ایجاد پوشش نیکل بدون اعمال جریان خارجی است و الکترون مورد نیاز بوسیله واکنش‌های شیمیایی درون حمام تأمین می‌شود. از فرایند الکترولس نیکل با هدف ایجاد پوشش فلزی پیوسته و یکنواخت استفاده می‌‌شود. آبکاری الکترولس را همچنین تحت عنوان آبکاری خودکاتالیتیکی  نیز می‌نامند، زیرا قابلیت تشکیل بر روی فلزات و موادی را دارد که از نظر کاتالیتیکی فعال هستند.

   در فرایند آبکاری الکترولس، یون‌ها‌ی فلزی و عامل احیاکننده فقط در حضور کاتالیزور با یکدیگر واکنش داده و بنابراین برای شروع واکنش احیاء، مواد پایه باید فعال باشند و یا اینکه سطح زیرلایه را باید توسط کاتالیزورهای مناسب فعال نمود. این روش مخصوصاً در مواردی که غیر هادی ها(مانند پلاستیک‌ها) به عنوان زیرلایه استفاده می‌شوند دارای اهمیت است. در حمام‌های الکترولس نیکل، عامل احیاکننده، منبع تهیه الکترون برای احیاء نمک‌های فلزی بوده و می تواند هیپوفسفیت، فرمالدئید، بوروهیدرید و یا آمینوبوران باشد. در این فرایند، انجام واکنش شیمیایی بین محلول آبی حاوی نمک نیکل (کلرید و یا سولفات نیکل) و عامل احیاءکننده (مثلاً هیپوفسفیت سدیم)، باعث ایجاد یون های نیکل و الکترون آزاد خواهد شد. علاوه بر منبع تأمین یون نیکل و عامل احیاءکننده، سایر عوامل موجود در حمام های الکترولس نیکل و وظیفه هر یک از آنها، در جدول زیر درج شده است.

عوامل مختلف موجود در حمام های الکترولس نیکل و وظیفه آنها

عامل وظیفه
نمک نیکل منبع تأمین یون نیکل
احیاءکننده احیاء یون نیکل از نمک های نیکل
کمپلکس کننده کنترل غلظت یون نیکل
پایدارکننده جلوگیری از رسوب ذرات ناخواسته
شتاب دهنده افزایش سرعت رسوب
بافر تنظیم کننده pH
ترکننده افزایش قابلیت رسوب پوشش بر سطح زیرلایه

گرچه عوامل متعددی در کنترل فرایند آبکاری الکترولس – نیکل دخالت دارند لیکن مهمترین متغییرهای این فرایند، عامل احیاءکننده، درجه حرارت و pH حمام هستند. عمده ترین تأثیر این متغییرها بر سرعت رسوب و میزان فسفر پوشش می باشد. با توجه به اینکه مقدار فسفر موجود در پوشش های نیکل-فسفر، تعیین کننده کلیه خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی این پوشش ها می باشد، اهمیت کنترل عوامل فوق در فرایند الکترولس نیکل-فسفر کاملاً روشن می شود.

واکنش کلی احیاء یون نیکل بوسیله هیپوفسفیت را می­توان بصورت زیر نوشت [2]:

3NaH2PO2 + 3H2O + NiSO4 → 3NaH2PO3 + H2SO4 + 2H2 + Ni                 

واکنش فوق را می­توان بصورت زیر نیز فرموله کرد:

 2H2PO2ˉ + Ni++ + 2H2O → 2H2PO3ˉ + H2 + 2H+ + Ni                                     

و با تغییراتی بصورت زیر ارائه داد:

Ni++ + H2PO2ˉ + H2O → Ni + H2PO3 + 2H+                                                                

تمامی این واکنش­ها روی سطح فعال از نظر کاتالیتیکی و با اعمال انرژی خارجی یعنی گرم کردن محلول در دمای بین 60 تا 95 درجه سانتی­گراد صورت می­گیرد. تحقیقات نشان می دهد که افزایش فسفر در پوشش مقاومت به خوردگی را افزایش می دهد به گونه ای که در شرایطی که قطعه در محیط خورنده قرار دارد غلظت فسفر نباید کمتر از 10درصد باشد. سختی آبکاری الکترولس نیکل به طور متوسط بین 480 تا 550 میکرو سختی ویکرز می باشد. البته می توان با عملیات حرارتی مناسب سختی پوشش را بالا برد اما نکته ای که باید توجه شود این است که نحوه عملیات حرارتی باید بگونه ای باشد که باعث کاهش عمر مقاومت به خوردگی الکترولس نیکل نشود.

ضخامت و یکنواختی پوشش الکترولس نیکل – فسفر

ضخامت پوشش های آبکاری الکترولس نیکل – فسفر بستگی به کاربردهای آن دارد. استاندارد های مختلف عنوان کرده اند که برای پوشش های الکترونیک حدود 5/2 میکرون و برای قطعات در محیط های بسیار خورنده بین 75 تا 125 میکرون پوشش نیاز است.

جدول زیر مقدار حداقل ضخامت مورد نیاز برای محیط های خورنده آورده شده است.

مشتریان و ارائه کننده خدمات باید در مورد روش اندازه گیری ضخامت پوشش به توافق برسند این روش می تواند میکروسکپی، مغناطیسی، کلومتریک و … باشد. روش میکروسکپ ی بهترین روش است ولی این تست مخرب است و بهتر است همراه با قطعه یک نمونه شاهد گذاشته شود و برای بررسی ضخامت به آزمایشگاه فرستاده شود.

ضخامت سنجی بال ولو با پوشش الکترولس نیکل
ضخامت سنجی بال ولو با پوشش الکترولس نیکل
** باید توجه شود ضخامت سنجی با دستگاهای پرتابل به دلیل شکل هندسی قطعه و نوع پوشش همیشه با خطا همراه است**

ترکیب شیمیایی پوشش الکترولس نیکل – فسفر

در حالت کلی مقاومت به خوردگی پوشش های الکترولس نیکل – فسفر بستگی زیادی به مقدار فسفر پوشش دارد . مقدار فسفر پوشش از روش های جذب اتمی، فلورسانس اشعه ایکس، پلاسما و … می توان محاسبه کرد. مقدار فسفر پوشش های الکترولس نیکل بر اساس استاندارد ASTM B733 در جدول زیر آورده شده است. بر طبق این استاندارد این پوشش ها به 5 دسته تقسیم می شوند.

این مقاله ادامه دارد (پایان بخش اول)

3 thoughts on “آبکاری الکترولس نیکل – فسفر و تاثیر آنها بر روی کارایی این پوشش ها در صنعت نفت و گاز(بخش اول)

  1. Pingback: بررسی عیوب پوشش های الکترولس نیکل – فسفر و تاثیر آنها بر روی کارایی این پوشش ها در صنعت نفت و گاز(بخش دوم) | Metal Finishing

  2. Pingback: الکترولس نیکل یک راه حل باکیفیت و مقرون به صرفه برای افزایش کارایی قطعات در صنعت

  3. Pingback: آبکاری الکترولس نیکل بهترین انتخاب در صنعت نفت و گاز و پتروشیمی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *