آبکاری نیکل

مقدمه

آبکاری نیکل نیکل فلزی است سفید که سختی آن در حدود سختی فولاد است و مقاومت آن در مقابل خوردگی در آب و اتمسفر بالاست . سرعت خوردگی آن در زمان های طولانی براثر تشکیل اکسید نیکل ،که غیر فعال است، سرعت خوردگی کمتر می شود .

اگرچه نیکل قابل انعطاف است ولی انعطاف‌پذیری پوششهای نیکلی به روش تهیۀ آن‌ها و درجۀ خلوص پوشش بستگی دارد ، اکثر پوششهای نیکلی ،خصوصاً  پوشش های براق با مواد آلی ،

تردند و تنش‌های داخلی و زیادی دارند ، همچنین پوششهای نیکلی حاصل از روش های شیمیایی سختی بیشتری دارند و تردی ، مقاومت در برابر خوردگی و خواص دیگر آن‌ها کاملاً با پوششهای الکترولیزی فرق دارد زیرا فسفر یا بران در رسوب دخالت می‌کند و پوششهای حاصل از محلولهای کمپلکس غیر چسبنده است.

اگر نیکل به‌طور آزاد در محلول خورنده قرار گیرد سطحش کدر میشود. ولی پوششهای نیکل روی آهن با وجود کدر کردن سطح آن را محافظت می‌کنند. این پوشش ها در مقابل اسیدها نیز بسیار مقاوم‌اند. وقتی پوشش نیکلی را برای تزیین به کار می‌برند روی آن را با کروم براق می‌کنند تا کدری نیکل دیده نشود ، در چنین حالتی در محل هایی که کروم متخلخل است نیکل زیر آن دچار حملۀ موضعی و خوردگی حفره‌ای می‌شود و نیکل به سرعت خورده می‌شود. در اتمسفر صنعتی پوشش نیکل با ضخامت 25 میکرون در نواحی متخلخل کروم در طی 6 هفته از بین می‌رود، زیرا روی این سطوح کوچک نیکلی ، چگالی جریان آندی زیاد است.

 

درجۀ خوردگی پوششهای نیکل به مواد دیگری که در پوشش داخل می‌شود بستگی دارد و پوششهای الکترولیزی محتوی سولفور،پوششهای براق از مواد آلی ، سریعتر از پوششهای خالص‌تر ، نیمه براق ، تیره، خورده می‌شوند . به همین دلیل پوششهای دوگانه ، با لایۀ نیمه براق زیرین و لایۀ براق رویی را ب کار می برند ، تا وقتی خوردگی رخ می دهد لایۀ بالایی خورده شود و از لایۀ پایینی محافظت شود ، با استفاده از این روش عمر لایۀ نیکل 25 میکرونی خیلی بیشتر از موقعی خواهد بود که روی نیکل را با کروم پوشانده این و سرعت خوردگی به  و یا کمتر کاهش می یابد.

وقتی نیکل به‌عنوان پوشش روی فولاد ، آلیاژهای روی و یا مس به کار می رود، خوردگی موضعی در نواحی خورده شدۀ نیکل روی فلز پایه ایجاد می‌شود و پوشش پوسته می‌دهد و یا ممکن است به همان شکل بماند، بسته به اینکه مواد ناشی از خوردگی همان جا بمانند و یا خارج شوند.

نیکل در دماهای بالا در برابر اکسید شدن مقاومت زیادی دارد و مقاومت آن در برابر خوردگی در آب دریا و یا آب‌های خوراکی نیز خوب است زیرا لایۀ نازک و چسبندۀ اکسید نیکل آن را محافظت می‌کند. این خاصیت نیکل در محلهایی که اکسیژن کم باشد از بین می رود و نیکل در شکافها و یا شرایط مستقر در خاک دچار خوردگی حفره‌ای می‌شود . بیش از  نیکل تولیدشده در جهان در آبکاری الکتریکی مصرف می شود.

خواص آبکاری نیکل و کاربردهای آن

 

پوشش های ضخیم نیکل در درجۀ اول برای مصارف مهندسی و به منظور تعمیر قطعات ، آستر دادن ماشین آلات شیمیایی و برای تولید قطعاتی که در دماهای بالا در برابر اکسید شدن مقاومت کنند به کار می‌رود .در برخی طرحهای شیمیایی اغلب به علت وجود سولفید و بر اثر عمل تیره شدن گوگردی شفافیت نیکل کاهش می‌یابد .

از آنجا که نیکل سختی و استحکام زیادی دارد در عملیات شکل دادن الکتریکی جای مس را گرفته است. در صنایع اتومبیل معمولاً ابتدا قشری از نیکل به ضخامت 5تا 10 میکرون و بر روی آن قشری از کروم به ضخامت 1/0 تا 1 میکرون ایجاد می کنند ،لیکن برای اجزای خاص ، مخصوصاً آلیاژ های zn ریخته گری شدۀ تحت فشار نظیر دستۀ درِ اتومبیل ، پوشش اولیه ممکن است لایۀ مس پرداخت شده به ضخامت 10 میکرون باشد پس از آن نیکل به ضخامت 10 میکرون و سرانجام به پوشش کروم می رسیم.

پوشش نیکل به‌اضافۀ کروم برای صنایع غذایی به کار می رود، نیکل تنها نیز برای مواد غذایی مناسب است. ضخامت نیکل حدود 20 میکرون است و مینیمم ضخامت کروم نیز ضروری است . پوششهای نیکل در قطعات ماشین آلات و در قطعاتی که از دو فلز تشکیل شده‌اند هم به کار می روند . سختی ، راحتی نشست، و شکل پذیری موجب شده‌اند که پوششهای نیکل کاربردهای زیادی داشته باشند و برای محافظت از خوردگی و ایجاد سطوح براق به کار بروند.

از پوشش نیکل برای تعمیر قطعات خراب شده و نیز درشکل دادن الکتریکی استفاده می شود. این روش باعث می شود تا سطحی نرم و با تلرانس ابعادی خوب ایجاد شود و در حمامهایی که لایه‌های نازکی مورد نیاز است می‌توان آن را ایجاد کرد. قالب باید از جنسی باشد که بعداً از نیکل جدا شود و در مواد شیمیایی حل نشود ، و اندازۀ ابعاد آن تغییر نکند . معمولاً از آلومینیم ، فولاد زنگ نزن ، اینوار ، کُوار به عنوان قالب استفاده می شود. بعد از شکل دادن الکتریکی نیکل ، قالب را با ذوب و یا حل کردن از نیکل جدا می‌کنند.

برای شکل دادن الکتریکی حمام‌های مختلفی وجود دارد. حمامهای مختلفی وجود دارد . حمامهای تمام کلرید ، سولفات کلرید وات تمام سولفات ، فلوئوبرات  و سولفامات را می توان با موفقیت بدین منظور به کار برد.

در صنایع اتومبیل‌سازی از نیکل دوبل برای بهبود آلیاژ های روی ریخته گری شده تحت فشار استفاده می‌شود . روشهایی برای نشاندن نیکل روی آلومینیم و روی (Zn) هست در این روشها  اکسید های آلومینیوم و روی را در طی یکی از مراحل فرایند حل می کنند.

از روش وات برای محافظت مولییدنیم در دمای بالا استفاده می‌شود. حمامهای نوع وات براق ، به عنوان لایۀ زیرین پوششهای کروم و کادمیم آستر نیکل باضخامت کافی ایجاد می‌کنند و تردی هیدروژن را در فولادهای با استحکام بالا کاهش می‌دهند.

نیکل نسبتاً گران است لذا سعی شده تا جایگزین برای آن پیدا شود و از این رو پوششهای برنجی مختلفی را به طور موفقیت آمیز به جای نیکل به کار برده اند. لایۀ زیرین مسی نیز باعث می شود تا ضخامت نیکل لازم کاهش یابد و مقاومت در برابر خوردگی بیشتر شود .

در اغلب روشهای حفاظت از خوردگی ، معمولاً از نیکل به صورت یک لایۀ زیرین برای کروم استفاده می کنند ، ولی نیکل نیز خود به تنهایی کاربردهای ویژه ای دارد و در صنایع غذایی و شیمیایی برای نوع خاصی از مواد خورنده به کار می رود. اهمیت نیکل به عنوان لایۀ زیرین پوشش کروم در این است که کروم به علت تشکیل لایۀ Cr2 O3 ذاتاً در مقابل خوردگی مقاوم است و فلز غیر فعالی است ولی پوشش مستقیم آن روی فلزی زمینه به صورت براق و در شرایط بدون تنش مشکل است و وقتی که براق باشد به ترک حساس است . لایۀ زیرین (آستر ) نیکلی را بدون تنش مشکل است و وقتی که براق باشد به ترک حساس است . لایۀ زیرین (آستر) نیکلی را به آسانی می توان بدون خلل و فرج پوشش داد و پس از آن لایه ی از پوشش کروم به ضخامت 01/0تا 1/0 میکرون برای بهبود ظاهر قطعه بر روی آن ایجاد کرد.

انواع روشهای آبکاری نیکل

حمام‌های پوشش نیکل عبارت انداز : 1-حمام وات (معمولی) ، 2- حمام سولفاتی ، 3-حمام کلرید، 4- نیکل سولفات ،5-نیکل فلوئوبرات .

نیکل را عموماً از محلولهای نوع وات (معمولی) نشست می دهند و هنوز این روش برای اکثر آب نیکل کاریها چه به عنوان لایۀ زیرین و چه برای مقاطع هندسی ضخیم به کار می رود.

اجزای تشکیل دهندۀ حمام عبارت انداز:

1- سولفات نیکل

: به صورت غیر کمپلکسی Ni­2+

 2- کلرور نیکل:

برای بهبود حلالیت آند و افزایش چگالی جریانهی حدی با شکستن لایۀ نفوذی،

3- اسید بوریک :

برای ثابت نگه داشتن   PHدر حدود 4 و در نتیجه کم کردن تمایل به هیدرولیز و کاهش ایجاد نمکهای بازی ، مواد افزودنی متعدد برای افزایش تسطیح سطح، کاهش تنش و شفاف کردن پوشش.

حمامهای تماماً سولفاتی را می توان به هنگام استفاده از آندهای غیر محلول سرب به کار برد.

محلولهای فلوئوبرات و سولفامات کاربردهای خاصی دارند. استفاده از حمام ها سولفاماتی در الکتروفورمینگ که سرعت آبکاری اهمیت دارد گسترش زیادی یافته است .

حمامهای نیکل معمولاً در PH کمی کار می کنند و روکشهای ضخیمی ایجاد می کنند . در حمامهایی که PH  کمی دارند، غلظت نیکل را با حل شدن آند ثابت نگه می دارند . در مورد حمامهای با     PHکم (سولفات بالا) کاتد تمایل به حفره دار شدن دارد. ایجاد روکش نیکل بر روی آلیاژ های Zn در PH خیلی کم مشکل است زیرا PH کم باعث تجمع نیکل و در نتیجه افزایش سرعت خوردگی آندی می شود. می توان با جایگزین کردن قسمتی از آند با سرب ، از حفره دار شدن کاتدی جلوگیری کرد. حمامهایی که PH پایینی دارند برعکس نوع PH بالا، به مراقبت چندانی نیاز ندارند.

حمامهای وات( معمولی) نیکل

در این روش هدف افزایش دما ، تلاطم و غلظت فلز در محلول می باشد، این امر خصوصاً برای ایجاد پوششهای صاف و ریزدانه خیلی مهم است . اگر یون فلزی در محلول زیاد باشد ممکن است رشد شاخه ای باشد و اگر کم باشد باعث پلاریزاسیون می شود و باید چگالی جریان کمتری به کار برد لذا سرعت نشست کمتر خواهد شد بنابراین در روش وات از کمپلکس سازهایی استفاده می شود که یون فلز را فقط در نزدیک کاتد آزاد کنند . افزایشش دما و تلاطم نیز با بهبود نفوذ و کاهش لایۀ مضاعف نفوذی و یکنواخت کردن محلول باعث می شود تا سطح صاف تر شود.

حمام وات را برای ایجاد  پوشش مقاومت در برابر خوردگی به کار می برند.

دو نمونه از حمام های وات در زیر دیده می شوند:

حمامpH  زیاد                              حمامpH  کم

سولفات نیکل(gr/lit)                        240                                       330

کلر نیکل(gr/lit)                               45                                        45

اسید بوریک (gr/lit)                          30                                       5/37

PH (الکترومتریک)                         5/4 تا6                                   5/1 تا 5/4

دما (oc)                                      41 تا 47                                 41 تا 45

چگالی جریان(A/dm2)                   2/2 تا 11                                7/2 تا 11

ترکیب حمام های فوق برای مقاصد ویژه تغییر می کند مثلاً حمام زیر برای شکل دادن

الکتریکی توصیه شده است.

سولفات نیکل (gr/lit)             195تا240

کلرور نیکل  (gr/lit)                45تا75

اسید بوریک  (gr/lit)                22تا 30

PH(الکترومتریک)                  8/4 تا 4/5

دما (oc)                                 40 تا 45

چگالی جریان(A/dm2)            8/0 تا4/4

پوشش نیکل همراه با مس و کروم مقاومت به خوردگی آلیاژهای روی ، آلومینیوم و منیزیم ریخته‌گری شدۀ تحت فشار را افزایش می دهد. کل ضخامت پوششها 50 میکرون کافی است.

پوششهای حمامهای وات که بعداً صیقل کار شده اند بهتر از سایر انواع حمامهای نیکل هستند

بجز برای آب دریا که در آنجا حمام براق بدون صیقل کار ارجحیت دارد.

مشکلات حمامهای آبکاری نیکل

  • شست و شوی قطعات نیکل داده شده با پوشش نامطلوب

قطعات خراب شده را می توان در محلول 2/3 سولفوریک اسید شست، محلول ارتوفسفریک،

اسید استیک خالص و سولفوریک نیز به کار می رود.

2 زبری

زبری پوششهای نیکل را با صاف کردن مواد معلق می توان کاهش داد ،همچنین از کیسۀ نیز استفاده می شود.زغال چوب فعال نیز به کار می رود .سطح فلز پایه را نیز به حد زیادی صیقلی و تلاطم محلول را هم زیاد می کنند. همین طور از چگالی جریان کمتری باید استفاده کرد. غلظت نیکل ، کلرید، اسید بوریک نیز باید کم باشد تا سطح نرمی ایجاد شود. اگر دمای کمتر از oc16 و یا PH بیشتر از 5 باشد سطح زبر می شود.

3 خوردگی حفره ای

اگر پوشش نیکل را بر روی مس که بر روی Zn  پوشش شده بنشانیم و Zn  کاملاً با مس پوشیده نشده باشد، خوردگی حفره ای در پوشش نیکل ایجاد میشود. از موادی نظیر استیل آمید سولفونه برای جلوگیری از این نوع خوردگی می توان استفاده کرد تا کشش سطحی کم شود.

کافی نبودن غلظت مادۀ ضد خوردگی حفره ای و یا ایجاد گاز زیاد و یا چگالی جریان بالا باعث خوردگی حفره ای نی شود . سایر علل نیز که باعث زبری می شوند در این نوع خوردگی مؤثرند.باید دقت کرد که بلافلاصله بعد از کاهش  PH ویا افزایش دما، آبکاری انجام نشود زیرا تصاعد گاز در این مواقع زیاد است . علت اصلی خوردگی حفره ای ایجاد هیدروکسید فلزی کلوئیدی و وارد شدن آن در رسوب است و هیدروژن روی این هیدروکسید می چسبد و موجب خوردگی حفره ای می شود.

4 قابلیت انعطاف کم

اگر PH کم باشد انعطاف پوشش کاهش می یابد ، می توان با افزودن کربنات نیکل این عیب را بر طرف کرد. هیچگاه نباید از آمونیاک یا کربنات قلیایی در حمام نیکل براق استفاده کرد. همین طور اگر مقدار هیدروژن پراکسیدی که برای جلوگیری از خوردگی حفره ای به حمام اضافه می شود بیش از حد لازم باشد باعث می شود تا قابلیت انعطاف کم شود، اگر اسیدبوریک نیز کم باشد قابلیت هدایت کم می شود. مواد آلی و مواد براقی بیش از حد لازم نیز قابلیت انعطاف را کم می کند که باید اضافی این مواد را با زغال فعال از بین برد.

5 رسوب با ضخامت غیر یکنواخت   

در حمامهای رقیق رسوب یکنواخت حاصل نمی شود، تصاعد گاز در محلهای اتصال ، تلاطم ضعیف و مواد خارجی در حمام یا روی سطح نیز باعث ایجاد این حالت می شود. هم نزدن به اندازۀ لازم بعد از افزودن مواد افزودنی باعث تغییرات موضعی در حمام و ایجاد رگه می شود.

رسوب لکه دار، خالدار نیز بر اثر هم نزدن محلول ایجاد می شود.

6 توان پرتاپ یا قدرت پوشش کم

اگر مواد شیمیایی حمام کم و یا چگالی جریان پایین باشد توان پرتاب و توان پوشش کم می شود. وجود مس، روی ، کادمیم، سرب و مواد آلی نیز از دلایل دیگرند. نامناسب بودن اتصالات نیز نقش مهمی دارد.

7 لبه های سوخته و پوشش برفکی

چگالی جریان بالا، غلظت کم ، حمام ، ناخالصیهای نمک های آمونیم و مقدار اضافی براقی باعث این حالت می شود. کروم ، نیتراتها ، آلومینیوم ، آهن و مواد آلی نیز سبب ایجاد این اشکال است. آلومینیوم و آهن را باید با افزایش PH و صاف کردن جدا کرد. کروم را با PH بالا و نیتراتها را به طریقه الکترولیتی در 50 تا 60 آمپر بر فوت مربع در PH 2الی 3 می توان از بین برد.

8 کم بودن چسبندگی

اگر جریان قطع شود، در پوشش پوسته ایجاد می شود. ناخالصیهایی نظیر سرب ، کروم و یا مواد آلیو نیز آماده نبودن سطح فلز به اندازه لازم از عوامل مؤثر در چسبندگی اند. وقتی نیکل را روی نیکل (نیکل روش دوبل) پوشش می دهیم باید لایۀ اولیۀ نیکل را فعال کنیم ، این کار را با فرو بردن آن در محلول 20% اسید سولفوریک انجام می دهند ، فعال کردن نیکل اولیه را می توان با افزودن چگالی جریان در ابتدای کار درحمام دوم نیز انجام داد.معمولی ترین روش در عمل ، وارد کردن پوشش نیکل اولیه در حمامی با کلرور زیاد است .

9 خارج ساختن ناخالصیها  از محلول

ناخالصیهای حل شده از قبیل مس ،روی، و سرب ، NO3 ، و غیره آثار نامطلوبی در رسوب نیکل براق دارند و به وسیلۀ صاف کردن نمی توان آنها را از محلول خارج ساخت. برای کنترل و بهبود محلول باید عملیات زیر را انجام داد.

-حداقل ماهی یک بار محلول را با عمل تجزیه کنترل کرد.

-هر روز دوبار PH  حمام را اندازه گیری کرد.

-مواد افزودنی را هفته ای دو بار کنترل کرد.

-موقعی که رسوب ناصاف مشاهده می شود، کاملآً محلول را صاف کرد.

-وقتی که حفره ایجاد می شود باید غلظت ،PH و صافی را بازرسی کرد.

– وقتی که رسوب پوسته پوسته می شود، باید محلول چربی گیری و شرایط سطح فلز اصلی را بررسی کرد.

-موقعی که سطح به طور یکنواختی شفاف نیست باید عملیات مقدماتی و مقدار مواد اضافی را کنترل کرد.

 

 

کلمات کلیدی : آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل آبکاری نیکل