معرفی فرآیند آبکاری الکتریکی نیکل

مقدمه

نیکل یکی از مهمترین فلزاتی است که در آبکاری به کار گرفته می‌شود. تاریخچه آبکاری نیکل به بیش از صدها سال پیش باز می‌گردد این کار در سال 1843 هنگامی که R.Rotlger توانست رسوبات نیکل را از حمامی شامل سولفات نیکل و آمونیوم بدست آورد آغاز گردید بعد از آن Adams اولین کسی بود که توانست آبکاری نیکل را در موارد تجاری انجام دهد نیکل رنگی سفید شبیه نقره دارد که کمی متمایل به زرد است و به راحتی صیقل‌پذیر و دارای خاصیت انبساط و انقباض٬ جوش‌پذیر بوده و مغناطیسی می‌بلاشد. آبکاری با نیکل اساسا به منظور ایجاد یک لایه براق برای یک لایه بعدی مانند کروم و به منظور فراهم آوردن جلای سطحی خوب و مقاومت در برابر خوردگی برای قطعات فولادی٬ برنجی و حتی بر روی پلاستیکهایی که با روش‌های شیمیایی متالیزه شده‌‌‌اند به کار می‌رود. مواد شیمیایی که در الکترولیتهای نیکل به کار می‌روند عبارتنداز:

· نمک فلزی ، مهمترین آنها سولفات نیکل است و همچنین از کلرید نیکل و سولفومات نیکل نیز استفاده می‌شود.

· نمک رسانا ، برای بالا بودن قابلیت رسانایی ترجیحا از کلریدها مخصوصا کلرید نیکل استفاده می‌شود.

· مواد تامپونه کننده برای ثابت نگه داشتن PH اصولا اسید بوریک به کار برده می‌شود.

· مواد ضد حفره‌ای شدن برای جلوگیری از حفره ای شدن به الکترولیتهای نیکل موادی اضافه می کنند که مواد ترکننده نامیده می شوند. سابقا از مواد اکسید کننده به عنوان مواد ضد حفره استفاده می‌شد.

انواع آبکاری نیکل

آبكاري تزئيني

محلول‌هاي آبكاري تزئيني نيكل حاوي افزودني‌هاي آلي هستند كه مواد فوق فرآيند كريستاليزاسيون الكتريكي را بگونه‌اي تغيير مي‌دهند كه پوششي صاف و براق (مثل آينه) مستقيماً از محلول رسوب كند. قبل از اينكه حمامهاي آلي مصرفي شوند در موارد تزئيني رسوب الكتريكي نيكل از طريق پرداخت مكانيكي صاف و براق مي‌شد. اين روند از سال 1870 تا 1945 ادامه پيدا كرد. براي اين كه از زرد يا كدر شدن نيكل در اتمسفر باز (فضاي آزاد) جلوگيري شود در اوايل سال 1925 روي پوشش‌هاي پرداخت شده نيكل، لايه نازكي از كروم به صورت الكتريكي رسوب داده شد كه در اوايل دهه 1950 به توسعه پوشش‌هاي چند لايه نيكل منجر گشت. پوشش‌هاي نيكل چند لايه همراه با پوشش كرومي ريزگسسته قادرند بيشتر فلزات، آلياژها، پلاستيك‌هاي پوشش‌پذير و ساير موارد را در دراز مدت محافظت كرده و ظاهر آنها را بهبود بخشند

آبكاري مهندسي

كاربردهاي مهندسي آبكاري نيكل شامل مواردي است كه ظاهر براقي لازم ندارند. رسوبهاي مهندسي نيكل معمولاً بدون گوگرد بوده و ظاهر كدري دارند. اين پوشش‌ها براي بهبود مقاومت خوردگي و سايش، بازسازي قطعات ساييده شده يا زير اندازه، تغيير خواص مغناطيسي، آماده ساختن سطح براي لعابكاري يا براي پوشش‌هاي آلي، در كاربردهاي الكتريكي به عنوان سد ديفوزيوني و اهداف ديگر به كار مي‌روند. اين موارد در صنعت شيمي، هسته‌اي، مخابرات، الكترونيك و كامپيوتر كاربرد فراوان دارد.

شكل‌دهي الكتريكي

فرآيندي است كه در آن انواع محصولات نيكلي از طريق رسوب الكتريكي آن توليد مي‌شوند. اين روش با آبكاري الكتريكي تفاوت عمده دارد. در آبكاري الكتريكي پوشش به طور متالورژيكي به فلز پايه چسبيده و قسمتي از سطح است. در صورتي كه در شكل‌دهي الكتريكي نيكل به صورت غيرچسبان روي ماندرل يا قالبي رسوب داده شده و بعد از اين كه از محلول خارج شد از آنها جدا مي‌گردد. كاربرد اين روش براي توليد قالب، توري و ديگر محصولاتي است كه در صنعت الكترونيك، خودرو، مخابرات، نساجي، فضايي مصرف مي‌شوند.

محلول واتز و خواص رسوب 
محلول آبكاري نيكل كه در سال 1916 توسط واتز (Watts) توضيح داده شد مرحله مهمي در توسعه تكنولوژي آبكاري نيكل بود. اين محلول در آن زمان جايگزين همه محلول‌هاي ديگر شد اين محلول اساس بيشتر فرآيندهاي آبكاري تزييني نيكل بوده و براي كاربردهاي مهندسي و شكل‌دهي الكتريكي نيز به كار مي‌رود. اين محلول در دماي بالا به كار رفته و قادر است در دانسيته جريان بالا كار كند. تركيب حمام مدرن واتز در جدول 3 آمده است. اجزاء اين حمام عملكرد مختلفي دارد. 
 جدول 3 محلول آبکاری الکتریکی نیکل
 
 •    سولفات نيكل به صورت خالص وجود دارد ولي نسبتاً گران است. منبع اصلي تأمين يونهاي نيكل در محلول سولفات آن است. اگر دانسيته جريان بالاتري لازم است بايد غلظت سولفات نيكل را بالا انتخاب كرد. 
•    كلريد نيكل خوردگي يا انحلال آند را بهبود بخشيده و توزيع يكنواخت ضخامت پوشش را افزايش مي‌دهد. مقدار اضافي كلريد خاصيت خورندگي محلول و مقدار تنش داخلي رسوب را افزايش مي‌دهد. (اين تنشها در اثر فرآيند كريستاليزاسيون الكتريكي و يا رسوب همزمان ناخالصيهايي مثل هيدروژن، گوگرد و عناصر ديگر ايجاد مي‌شوند. تنش ممكن است كششي (انقباضي) يا فشاري (انبساطي) باشد. اگر مقدار اين تنشها زياد باشد ممكن است در آبكاري مشكلاتي به وجود آيد. 
 •    اسيد بوريك به منظور ثابت نگه‌داشتن pH محلول آبكاري استفاده مي‌شود غلظت آن احتمالاً روي ظاهر رسوب اثر مي‌گذارد وقتي كه غلظت اسيدبوريك g/L 30 باشد در دانسيته جريان بالا ممكن است رسوب برفكي يا يخ مانندي تشكيل گردد. اگر غلظت اسيدبوريك حدود g/L 23-15 باشد ممكن است رسوب بسوزد يا ترك بردارد. وقتي غلظت اسيدبوريك تا حد اشباع آن (45g/L) افزايش مي‌يابد هيچ اثري روي ظاهر پوشش مشاهده نمي‌شود.
•    عوامل تركننده به محلول‌هاي آبكاري الكتريكي نيكل افزوده مي‌شوند تا حفره‌اي شدن پوشش كنترل گردد. نقش آنها اينست كه كشش سطحي محلول آبكاري را پايين مي‌آورند به طوري كه حبابهاي هوا و هيدروژن به سطح قطعات تحت عمليات نمي‌چسبد. در دامه يا محدوده pH، درجه حرارت و دانسيته جرياني كه در جدول 3 آمده است مي‌توان رسوب با كيفيتي توليد كرد. حداكثر دانسيته جريان A/dm2 11 است از طريق افزايش سرعت هم زدن محلول مي‌توان سرعت آبكاري را نيز مطابق جدول فوق افزايش داد. شرايط عمليات و مقدار كلريد محلول روي خواص فيزيكي و مكانيكي رسوبهاي محلول واتز اثر مي‌گذارند (شكلهاي 2 تا 5) شكل‌هاي 2 تا 4 نشان مي‌دهند كه چگونه pH، دانسيته جريان و درجه حرارت روي خواصي مثل سختي، تنش داخلي، درصد افزايش طول و استحكام كششي اثر مي‌گذارند. شكل 5 تأثير مقدار كلريد نيكل روي خواص فوق را نشان مي‌دهد. چنان‌كه مشهود است وقتي كه مقدار كلريد نيكل 25% باشد رسوب ايجاد شده حداكثر خواهد بود. 
 
شکل 2تغییرات تنش داخلی،استحکام کششی ، داکتیلیته و سختی رسوب بر حسب pH 

 
 شکل 3 تغییرات تنش داخلی و سختی دانسیته جریان 

  
 شکل 4تغییرات درصد افزایش طول ، استحکام کششی و سختی رسوب بر حسب درجه حرارت 

 
شکل 5 تغییرات تنش داخلی ، درصد افزایش طول ، استحکام کششی و سختی بر حسب درصد کلرید نیکل 

 فرآيندهاي آبكاري تزیيني 
تكنولوژي آبكاري تزئيني نيكل در طول سالها به طور پيوسته بهبود يافته است به عنوان مثال براي رسوب براق نيكل محلو‌هاي آلي توسعه يافت، فرآيندهاي آبكاري نيمه براق نيكل معرفي شد و پوشش‌هاي چند لايه نيكلي همراه با لايه كرومي ريز- گسسته توسعه پيدا كرد. حاصل اين پيشرفتها بالا رفتن مقاومت خوردگي پوشش‌هاي تزييني نيكل با كروم بود بدون اين كه لازن باشد ضخامت رسوب افزايش داده شود. 

 محلول‌هاي آبكاري براق نيكل
اين محلول‌ها در اصل فرمول‌بندي اصلاح شده محلول‌هاي واتز هستند كه در جدول 3 آمده است. با اين تفاوت كه اين محلول‌ها حاوي افزودني‌هاي آلي و مواد ديگري هستند كه بدون نياز به پرداخت مكانيكي، سطح كاملاً براقي براي آبكاري لحظه‌اي كروم ايجاد مي‌كنند. بخشي از مولكولهاي عوامل افزودني ممكن است همراه نيكل رسوب كرده و موجب سخت و دانه ريز شدن پوشش شوند. آميختگي گوگرد با پوشش باعث مي‌شود كه اين رسوب از نظر الكتروشيمي نسبت به رسوبهاي بدون گوگرد مات، پرداخت شده يا نيمه براق نيكل فعالتر گردد. محصولات تجزيه‌اي افزودني‌ها كه بتدريج در محلول انباشته مي‌شوند توسط كربن فعال تصفيه مي‌گردند. در محلول‌هاي مدرن اين كار به طور مداوم انجام مي‌گيرد. براي ايجاد درخشندگي، همترازي و همين‌طور كنترل تنشهاي داخلي به محلول مواد مختلف آلي و غيرآلي اضافه مي‌كنند. موادي كه به عنوان افزودني به محلول آبكاري براق اضافه مي‌شوند تحت عناوين حاملها، براق‌كننده‌هاي كمكي يا كمك- براق كننده‌ها به شرح زير مورد توجه قرار مي‌گيرند: 
حاملها: (براق كننده‌هاي اصلي، براق‌كننده‌هاي ثانويه عوامل كنترلي و داكتيل كننده‌ها) تركيبات آلي معطر هستند. اين مواد منبع اصلي گوگردي هستند كه همزمان با نيكل رسوب مي‌كنند. عملكرد اصلي آنها اين است كه ساختار دانه‌اي را اصلاح كرده و در مقايسه با رسوبهايي كه از حمام بدون افزودني به دست مي‌آيد درخشندگي بالاتري را موحب مي‌شوند بعضي از اين افزودني‌ها را مي‌توان به محلول‌هاي واتز يا محلول‌هاي واتز حاوي كلريد زياد (g/L 115 كلريد نيكل) اضافه كرد. اين نوع براق كننده‌هاي كمكي وقتي همراه براق‌كننده‌هاي كمكي يا براق‌كننده‌هايي كه در زير بحث مي‌شوند به كار مي‌روند، دامنه درخشندگي را توسعه مي‌دهند. موادي مثل ساكارين (ارتو سولفوبنزوئيك اميد) پاراتولوئين سولفواميد، بنزن- سولفواميد، بنزن منوسولفونات ( نمك سديم)، ارتوسولفوبنزآلدئيد (نمك سديم) و 1و3و6 تري سولفومات و نفتالين موادي هستند كه براي اين منظور به كار مي‌روند. غلظت اين مواد در حالت تكي يا تركيبي حدود g/L25-1 است. كاهش غلظت اين مواد معمولاً به علت سرريز شدن محلول و افت آنها در عمليات كربني است. با استفاده از آميدو (amido) يا آميد و ازت خاصيت تنش- كاهندگي اين مواد افزايش مي‌يابد. براي مثال ساكارين تنش- كاهنده مؤثري است و عموماً ايجاد بخار را كاهش داده يا آن را حذف مي‌كند. اين ماده معمولاً به صورت سديم ساكارين و به مقدار g/L .4-5/0 به محلول اضافه مي‌شود. 
براق كننده‌هاي كمكي: ممكن است مواد آلي يا غيرآلي باشند. عملكرد آنها به اين صورت است كه قابليت و توان براق كننده‌ها و حاملها، درجه براقي و همترازي را افزايش مي‌دهند. موادي مثل سديم آميل سولفونات، روي، كبالت، كاديم (براي آبكاري بشكه‌اي يا آويزي)، 1 و 4- بوتين 2 دي ال براي اين منظور به كار مي‌روند. غلظت اين مواد در محلول حدود g/L 4-1/0 است و مصرف آنها به نوع تركيبشان بستگي دارد. اين تركيبات ممكن است معطر يا زنجيري باشند و معمولاً حلقوي ناهمگن يا غيراشباع هستند. يونهاي فلزي معدني (شامل روي، كبالت، كادميم) به عنوان كمك براق‌كننده كاربرد زيادي ندارد. 
براق كننده‌ها: (براق كننده‌هاي درجه 2، براق كننده‌هاي اوليه، عوامل همتراز كننده) وقتي همراه با حاملها و كمك براق‌كننده‌ها به كار مي‌روند رسوبي براق تا درخشان توليد مي‌كنند كه در دامنه وسيعي از دانسيته جريان مشخصات همترازي و داكتيليته خوبي دارند. تركيباتي كه به عنوان براق كننده مصرف مي‌شوند عبارتند از فوشين (fuchin) احيا شده، فنوسفرانين (phenosafranin) تيواره ، 1/4- بوتين دي‌ال، n- اليل كوئينولينيم (n-allyitquinolinium) برميد، 5- آلومينوبنزاميدازول اتيور 2. (5-aminobenzimidazolethiol 2) – غلظت اين مواد معمولاً g/L 2/0-005/0 است. مقدار اضافي اين مواد در حد وسيعي تغيير مي‌كند. 
در محلول‌هاي آبكاري براق مدرن از تركيبي از افزودني‌هاي مشابه آنچه ذكر شده استفاده مي‌شود. رسوبهاي اين محلول‌ها مشخصات همترازي و خراش پركني خيلي خوبي دارند، داكتيليته آنها مطلوب بوده و تنش‌هاي داخلي نيز كم است. در اين محلول‌ها مي‌تواند از دانسيته جريان و همين‌طور دماي بالاتر استفاده كرد. اين محلول نسبت به آلاينده‌هاي فلزي كمتر حساس هستند و مي‌توان محلول را به طور مداوم از طريق فيلترهاي كربن فعال تصفيه نمود. محصولات تجزيه‌اي توليد شده از طريق فيلتر كردن خارج مي‌شوند. اين محلول‌ها نسبت به اثرات آندي حساس نيستند. 

برای اطلاعات بیشتر و دریافت مقاله کامل کلیک کنید.

برای دریافت خدمات آبکاری نیکل کلیک کنید.