توالی فرایند و فرمولاسیون نیکل مشکی که در صنعت آبکاری استفاده میشود

بسته به نوع فلز پایه ممکن است فقط مس اسیدی یا مس اسیدی یا هر دو استفاده شود 

فرمولاسیون نیکل برقی  / فرمولاسیون کروم / فرمولاسیون مس سیانیدی 

توالی فرایند  نیکل مشکی به شرح زیر میباشد 

1. شروع عملیات
2. زنگ زدایی با فروکلین یا اسید
3. شستشو 1
4. شستشو 2
5. چربیگیری گرم مطابق دستور العمل شرکت تولید کنننده
6. شستشو 3
7. چربگیری الکتریکی برای  فرایند های حساس مثل نیکل کروم
8. شستشو 4
9. اسید سولفوریک 10%
10. شستشو 5
11. مس سیانیدی با ولتاِز 3 الی 6 ولت و دمای 40 الی 50 درجه سانتیگراد
12. شستشو 6
13. مس اسیدی در صورت نیاز شامل سولفات مس 200 + اسید سولفوریک 40 الی 50 گرم در لیتر  ولتاژ 2 الی 3 ولت 
14. شستشو 7
15. اسید سولفوریک 10%
16. شستشو 8
17. شستشو 9
18. وان نیکل برقی شامل سولفات نیکل 300 + کلراید نیکل 50  + اسید بوریک 40 گرم در لیتر پی اچ 4.5 ولتاژ 4 الی 5
19. شستشو 10
20. شستشو 11
21. پایان نیکل 
22. نیکل مشکی شامل کلرور نیکل 75 +کلرور روی 30 + کلرور امونیم 30  + سدیم تیوسیانید 15 گرم در لیتر دمای 40درجه سانتیگراد
23. شستشو 12
24. شستشو 13
25. خشک کن 
26. لاک کاری
27. کوره 
28. پایان نیکل مشکی

کتاب راهنمای کاربردی آبکاری نیکل

انجمن جهانی نیکل(ایان رز -کلایو ویتینگتون)

مترجم: محمدرضا فرشچی

ناشر: مشر ثمین

شابک: 3-0-93980-600-978

فهرست

11.....فصل 1 - مقدمه

13.....فصل 2 - تعریف فرآیند آبکاری

13...............مبانی فرآیند آبکاری الکتریکی

14...............سرعت پوشش دهی

15...............بازدهی جریان

16...............متوسط ضخامت پوشش

17...............توزیع ضخامت پوشش

17...............توزیع جریان

18...............قدرت پرتاب

19...............تنش های داخلی

19...............هم سطح کنندگی و قدرت پرتاب میکرو

21.....فصل 3 - شیمی الکترولیت های آبکاری نیکل

21...............محلول آبکاری نیکل واتس

22...............عملکرد ترکیبات

22...............نقش مواد افزودنی

23...............آبکاری نیکل براق

24...............محلول های آبکاری نیکل نیمه براق

24...............محلول های آبکاری نیکل سولفامات

25...............سایر فرآیندهای آبکاری نیکل

27.....فصل 4 - آندهای آبکاری نیکل

27...............الزامات آند نیکل

28...............انواع مواد تشکیل دهنده آند نیکل

29...............سبدهای تیتانیمی آند

31...............توان مصرفی

31...............پر بودن سبد تیتانیم

31...............گل آند

31...............کیسه های آند

33...............نکات عملی برای نگهداری سبدهای آند نیکل

33...............تعمیر ونگهداری آند - روال مطلوب

34...............آند های غیر حل شونده

35.....فصل 5 - آبکاری نیکل تزئینی

35...............آبکاری نیکل براق

36...............آبکاری نیکل صدفی

36...............پوشش های نیکل - کرم برای فضای باز

37...............نیکل چندلایه

38...............کرم ریز گسسته

40...............سایر پوشش های تکمیلی

40...............مشخصات آبکاری نیکل - کرم تزئینی

42...............شماره شرایط عملیاتی

43...............شماره طبقه بندی پوشش

45...............انواع پوشش مس زیر لایه

45...............آبکاری پلاستیک

47.....فصل 6 - پوشش های نیکل مهندسی و کاربردی

47...............الزامات پوشش در کاربردهای مهندسی

47...............انواع محلول های آبکاری نیکل در کاربردهای مهندسی

49...............الکتروفورمینگ

51...............قالب ها

51...............روش های الکتروفورمینگ

53.....فصل 7 - آبکاری نیکل گردان

53...............طراحی آبکاری گردان

54...............انواع قطعات مناسب برای آبکاری گردان

54...............یارگیری بارل

55...............محلول های آبکاری نیکل گردان

55...............ولتاژ مورد نیاز

55...............نرخ آبکاری و توزیع فلزی

57.....فصل 8 - روش های بازرسی آبکاری نیکل

57...............کیفیت ظاهر و سطح پوشش

57...............ضخامت پوشش

58...............روش های مخرب

59...............روش های غیر مخرب

60...............چسبندگی

61...............مقاومت در برابر خوردگی

63...............آزمون سیکل حرارتی

64...............آزمایش خوردگی تسریع شده قطعات پلاستیکی آبکاری شده

67.....فصل 9 - کنترل فرآیند آبکاری

67...............نظارت بر شرایط عملیاتی

69...............حفظ بهینه ترکیبات محلول

73...............انواع ناخالصی ها

75...............روش های تصفیه

79.....فصل 10 - عیب یابی

79...............انواع متداول عیوب در آبکاری نیکل و علل آن ها

81...............تکنیک های عیب یابی

85.....فصل 11 - نکات عملی

85...............چیدمان موثر شابلون در آبکاری

86...............مراقبت و نگهداری شابلون های آبکاری

87...............کاهش دور ریز محلول ها

88...............جلوگیری از مشکلات چسبندگی بین پوشش های نیمه براق و براق نیکل

88...............چگونه از بروز مشکلات در آبکاری نیکل - کروم جلوگیری شود

89...............نگهداری پیشگیرانه

91.....فصل 12 - مراقبت های محیط زیستی

91...............کاهش پسماند

92...............روش های بازیافت

95...............فصل 13 - ایمنی و بهداشت

96...............مدیریت ریسک برای اپراتورها و تکنسین ها

96...............اقدامات مدیریتی

خلاصه کتاب:

باتوجه به کمبود منابع فنی و کاربردی به زیان فارسی در صنعت آبکاری - که به زحمت به  تعداد انگشتان دست می رسد- انتشارات ثمین در نظر دارد نسبت به انتخاب و انتشار کتب تخصصی در این زمینه،مشارکت و اقدام نماید.

در نخستین گام ، کتابی مرجع و ارزشمند در زمینه آبکاری نیکل که توسط جناب آقای فرشچی، انتخاب و ترجمه شده است را خدمتتان تقدیم مینماییم. ایشان تحصیل کرده رشته مهندسی شیمی بوده و در حال حاضر مدیر عامل شرکت نیکاب شیمی و از اساتید برجسته آبکاری در دپارتمان مهندسی پوشش مرکز آموزش مهارتهای پیشرفته جهاد دانشگاهی شریف هستند. وی همچنین سالها در هیئت مدیره انجمن صنایع آبکاری ایران مشغول به فعالیت صنفی بوده اند. مهندس فرشچی علاوه بر تولید انواع مواد شیمیایی آبکاری در نیکاب شیمی ، به عنوان صاحب امتیاز و سردبیر نشریه پوششهای سطحی و پیام آبکار ، به فعالیت مطبوعاتی نیز مشغول هستند.

تئوری و واکنش های آبکاری نيكل الکترولس( شيميايي ):

*نيكل شيميايي:آبكاري شيميايي نيكل بايد موارد زير را در برداشته باشد:

*منبع ين نيكل ، بيشتر سولفات نيكل

*يك ماده احياء كننده براي تدارك الكترون مورد نياز نيكل

*انرژي (حرارت)

*مواد كمپاكس سازي كه مقدار نيكل آزاد واكنش را كنترل نمايد

* مواد تامپون ، براي ثابت نگه داشتن pHمحاول كه بخاطر توليد هيدروژن در اثناي واكنش تغيير ميكند.

*شتاب دهنده هايي كه بر سرعت واكنش مي افزايند.

* پيشگيرنده هايي كه مقدار احياء را كنترل مي نمايند.

* واكنش مواد توليد شده جنبي.

مشخصات يك محلول آبكاري شيميايي بستگي به تركيب آن از اين موارد دارد.

منبع یون نیکل:

منبع یون نیکل بیشتر سولفات نیکل می باشد.نمک های دیگر نیکل ، از جمله کلرید نیکل و استات نیکل ، برای کاربردهای بسیار محدود استفاده شده است.آنیون کلریدوقتیآبکاری ENحمام به صفحه مورد استفاده آلومینیوم ، و یا وقتی EN به عنوان پوشش محافظ آهنی استفاده می شود می تواند عمل کند در کاربردهای خوردگی آلیاژها از استات نیکل. استفاده می کنند اما هیچ بهبود قابل توجهی در عملکرد حمام و در مقایسه با کیفیت سولفات نیکل ندارد . هر گونه مزایای جزئی حاصل از استات نیکل توسط هزینه بالاتر در مقابل هزینه سولفات نیکل جبران می شود. نیکل نمک اسیدhypophosphorus ، نیکل((H2P02. منبع ایده آل از یونهای نیکل است.

مواد احيا كننده:

پاره اي از مواد احيا كننده در تهيه اين محلول به كار مي رود: سديم هيپوفسفيت و امينوبران: سديم بروهيدرات و ئيدرازين.

قبل از بحث در مورد کاهش عوامل و پیشنهاد مکانیسم برای واکنش هایشان با نیکل ، باید به چند نکته توجه داشته باشیم.

1-کاهش نیکل که همواره با تحول هیدروژن همراه است

2-رسوب نیکل خالص نیست و شامل فسفر ، بور و یا واکنشگر کاهشی می باشد

3-رسوب نیکل خالص تنها بر روی سطح فلزات خاص انجام میگیرد

4-یونهای هیدروژن به عنوان یک محصول جانبی واکنش کاهش تولید می شود.

5- استفاده از عامل کاهنده برای نشست فلز با توجه به نسبت مولی نیکل رسوبی به عامل کاهشی تعیین میگردد.

6-گاز نیتروژن نیز با توجه به کاهش متوسط استفاده می شود.بنابراین فلز رسوب کننده.

کمتر از 100 درصد است......................

خوردگی[1] چیست؟

خوردگي فرايندي است كه در طي آن، فلز از طريق واكنش الكتروشيميايي با محيط اطرافش در مجاورت رطوبت(آب) به عنوان الكتروليت، در نقش قطب خورده شونده و يا آند الكترون خود را از دست داده و سطحش به مرور زمان خورده شده و از بين مي­رود. بنابراين ميتوان گفت كه انتقال الكترون بين فلز و محيط اطرافش عامل اصلي خوردگي مي­باشد.

آبكاري[2] چيست؟

در فرآیند آبکاری، يك لايه فلزي كه نقش محافظت كننده از فلز پايه را دارد بر روي سطح ماده اصلي ترسيب مي­گردد كه اين لايه ترسيبي، فلز پايه را ازمحيط اطرافش جدا ساخته و مانع از انتقال الكترون بين فلز و محيط اطرافش مي­گردد.

روشهای محافظت از فلز پایه

محافظت از فلز پايه به دو روش صورت ميگيرد:

پوشش سد مانند[3]

پوشش فدا شونده[4]

در محافظت به روش پوشش سد مانند،لايه ترسيب شده بر روي فلز پايه از نظر پتانسيل الكتروشيميايي مثبت­تراز فلز اصلي بوده و يا به عبارتي پتانسيل خوردگي فلز اصلي نسبت به پوشش ترسيبي،بيشتر بوده و در نتيجه به محض ايجاد حفره در پوشش، خوردگي در فلز اصلي آغاز ميگردد.فلز نیکل نشانده شده بر روی آهن مثالی از این روش می­باشد که درآن به محض ایجاد حفره در پوشش نیکل، خوردگی در آهن به عنوان قطب خورده­شونده(فعالتر) آغاز می­گردد.

در محافظت به روش پوشش فدا شونده، لايه ترسيبي نسبت به ماده پايه داراي پتانسيل خوردگي بيشتري بوده و بنابراين به جاي فلز اصلي، اين پوشش است كه دچار خوردگي مي­گردد.آبکاری فلز روي برسطوح آهنی، مثالي از اين نوع روش محافظت مي­باشد كه در آن فلز روي نسبت به آهن فعالتر بوده در نتيجه دچار خوردگي شده و تا زماني كه پوشش فلز روي براثر خوردگي بطور كامل از بين نرفته است

آهن بصورت دست نخورده باقي ميماند.

بررسي ضخامت لايه ترسيبي و اثر آن در خوردگي

يكي از مهمترين عوامل در عملكرد خوردگي يك پوشش، ضخامت آن پوشش است، همچنين بررسيهاي انجام شده نشان مي­دهد كه هر چقدر سطح اوليه صافتر و يكنواخت تر باشد لايه ترسيب شده بر روي چنين سطحي عملكرد بهتري را از نظر خوردگي از خود نشان مي­دهد.

شرايط درخواست مشتري براي آبكاري تزيئني[5]

خواصی که پوششی تزیینی نیکل همراه لایه کرومی نیاز دارند تا بتوانند در پنج نوع شرایط کاری مختلف[6] کارایی خوبی ارائه دهند در استاندارد ASTM- B456آمده است:

SC 1 شرایط کاری ملایم(وسایل داخلی خودرها)

SC 2 شرایط کاری متوسط (شیر آلات حمام)

SC 3 شرایط کاری سخت (وسایل بیمارستان)

SC 4 شرای کاری خیلی سخت (قطعات بیرونی خودروها)

SC 5 شراط کاری خیلی دراز مدت

انواع آبکاری نيكل

پوشش­هاي نيكل بسته به نوع كاربردشان مي­توانند به صورت تك لايه ، دو لايه ، سه لايه و چهارلايه بر روي فلز اصلي ترسيب گردند. مطالعات نشان مي­دهد كه پوششهاي چند لايه[7] مقاومت خوردگي قابل توجهي را از خود نشان داده كه در نتيجه باعث محافظت از سطح ماده اصلي و حفظ شكل ظاهري آن مي گردد. از نظرهزينه نيز، به دليل آنكه ضخامت كلي نيكل چند لايه و تك لايه تقريبا يكسان است بنابراين تفاوت چنداني در افزايش هزينه ها مشاهده نمي شود.

برای خواندن ادامه مطلب به سایت نویسنده مقاله مراجعه کنید.

آبکاری پلاستیک

امروزه استفاده از پلاستيک‎های آبکاري شده در صنايع مختلف ازجمله صنايع اتوموبيل سازي، صنايع الکترونيک، صنايع توليد لوازم خانگي و ... ، گسترش چشمگيري يافته است.

از جمله عواملی که استفاده از پلاستيک در تولید قطعات را امری مقرون به صرفه می‎سازد، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. آزادي بيشتر در طراحي و انتخاب قطعه

2. وزن کمتر در مقايسه با قطعات از جنس ديگر

3. حذف عمليات دوباره کاري مانند(پرداختکاري سطح)

4. قابليت انعطاف بيشتر در قياس با قطعات مشابه فلزي

5. استحكام فيزيكي قابل قبول و مناسب و مقاوم بودن آن ها در برابر فرسودگي

6. هزينه کمتر

بايد توجه داشت که بسياري از پلاستيک ها قابليت آبکاري دارند اما در عين حال آبکاری پلاستیکها برای آن دسته از پلاستيک ها استفاده می‎شود که بعد از آبکاري چسبندگي مناسبي بين پوشش و قطعه پلاستيکي بوجود آيد.

پلاستيکهايي که امروزه به طور وسیع آبکاري می‎شوند عبارتند از :
• آلياژ ABS
• پلي سولفون
• نايلون
• پلي استر
• پلي اتراترکتون ( Polyetheretherkeetone )
• پلي پروپيلن
• پلي آريل اتر
• پلي فنيل اکسيد
• تفلون
• پلي اتريميد

در بین این پلاستیکها ABS با خواصی چون قالب پذیری و انعطاف پذیری خوب، هزينه پائين تولید،چسبندگي بالا، کيفيت ظاهري خوب، پايداري ابعادي و توليد آسان بهترين نوع پلاستيک براي آبکاري مي باشد. این پلاستیک از پلیمریزاسیون سه ماده اکریلو نیتریل، بوتادین و استایرن بدست می آید و دارای وزن مخصوص 1.04 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و رنگ آن کدر است، در دمای 100 درجه سانتیگراد نرم میشود.بوتادین جزء لاستیکی این پلاستیک است که به صورت ذره هایی با قطر کمتر از یک میکرون در شبکه اکریلو نیتریل- استایرن پخش شده است.ذرات لاستیکی مذکور، این ماده را ارتجاعی میکند. این ذرات در تماس با محلولهای شیمیایی خورده میشوند و حفره هایی در پلاستیک ایجاد میکنند که این حفره ها، چسبندگی لایه فلزی آبکاری شده را روی پلاستیک بهبود می‎بخشند.

روشهای پوشش دهی پلاستیکها:

1-آينه كاري :

ابتدا قطعه را زبر كرده (در سطوح آن خلل و فرج ريز ايجاد كرده ) متعاقبا با كلريد قلع دو ظرفيتي آن را حساس كرده و سپس با استفاده از پاشيدن دو محلول شيميايي به طور هم زمان بر روي قطعه و در اثر مخلوط شدن دو محلول ، فلز نقره احيا شده و در سطوح قطعه به صورت يك فيلم درخشنده خواهد نشست.

2-استفاده از لاكهاي هدايت کننده:

استفاده از لاك هاي هدايت كننده كه از مخلوط رزين هاي آلكيد و اپوكسي با ذرات ميكروني گرافيت یا نقره يا پودر فلزي تهيه میشوند، عليرغم گران بودن اين لاكها کاربرد این روش بیشتر بر روی قطعاتی است که به لحاظ شیمیایی قابلیت آبکاری را ندارند.

3-پوشش گذاري تحت خلا :

پوشش گذاري تحت خلا نيز كه با فرايندهاي مختلفي صورت مي گيرد، از روشهاي متداول و رايج جهت پوشش دهي غير هاديها به ويژه پلاستيك ها میباشد. با استفاده از اين روش، پوشش هايي با ضخامت يك نانومتر تا يك ميكرون قابل حصول مي باشد. به لحاظ نازكي پوشش داده شده با اين روش در مقايسه با آبكاري قطعه به روش الكتروپليتينگ استفاده از لاكهاي شيميايي قبل و بعد از پوشش دهي به منظور دستيابي به يك سطح با كيفيت بالا و محافظت شده ضروري مي باشد.

4- الکتروپلیتینگ:

این روش متداولترین روش آبکاری پلاستیکهاست و دارای مراحل مختلف پوشش دهی الکترولس و الکترولیتی است. این روش به تفصیل در زیر آورده شده است.

از بين روشهاي فوق، روش پوشش گذاري تحت خلاء و الکتروپلیتینگ بیشترین کاربردها را دارند. در زير به مقايسه این دو روش پرداخته مي شود.

1- در مقايسه با روش پوشش گذاري تحت خلاء روش الكتروپليتينگ به سرمايه گذاري اوليه كمتري نياز دارد.

2- چسبندگي فلز به سطح قطعه در آبكاري به روش الكتروپليتينگ بسيار بهتر از روشهاي تحت خلا بوده و در نتيجه پايداري و دوام پوشش داده شده بهتر است.امكان افزايش ضخامت پوشش تا ده ميكرون و بالاتر و به دست آوردن خصوصيات فيزيكي لازم بر روي سطحقطعه وجود دارد در حاليكه پوشش هاي ايجاد شده با روشهاي تحت خلا معمولا زير يك ميكرون است و به همين دليل استفاده از لاكهاي محافظ بعد ازپوشش دهي ضروري مي باشد.

3- براي جلوگيري از خروج نرم كننده ها، مواد فرار و ساير افزودنيها از سطح يك قطعه پلاستيكي در شرايط خلا در بسياري از موارد لازم است يك پوشش پليمري اوليه نيز بر روي قطعه پلاستيكي داده شود كه موجب افزايش هزينه خواهد شد.

4- آبكاري سطوح قطعات پيچيده با روش الكتروپليتينگ راحت تر صورت مي گيرد.

5- در روشهاي تحت خلا به نيروهاي با تخصص بالاتري در مقايسه با روش الكتروپليتينگ نياز مي باشد.

در مقابل در رابطه با برخي موارد، كاربرد روش استفاده از پوشش دهي تحت خلا به آبكاري با روش الكتروپليتينگ برتري دارد كه اهم آن عبارتند از:

برای مشاهده ادامه مطلب در سایت نویسنده لطفا کلیک کنید.

خوردگی[1] چیست؟

خوردگي فرايندي است كه در طي آن، فلز از طريق واكنش الكتروشيميايي با محيط اطرافش در مجاورت رطوبت(آب) به عنوان الكتروليت، در نقش قطب خورده شونده و يا آند الكترون خود را از دست داده و سطحش به مرور زمان خورده شده و از بين مي­رود. بنابراين ميتوان گفت كه انتقال الكترون بين فلز و محيط اطرافش عامل اصلي خوردگي مي­باشد.

آبكاري[2] چيست؟

در فرآیند آبکاری، يك لايه فلزي كه نقش محافظت كننده از فلز پايه را دارد بر روي سطح ماده اصلي ترسيب مي­گردد كه اين لايه ترسيبي، فلز پايه را ازمحيط اطرافش جدا ساخته و مانع از انتقال الكترون بين فلز و محيط اطرافش مي­گردد.

روشهای محافظت از فلز پایه

محافظت از فلز پايه به دو روش صورت ميگيرد:

پوشش سد مانند[3]

پوشش فدا شونده[4]

در محافظت به روش پوشش سد مانند،لايه ترسيب شده بر روي فلز پايه از نظر پتانسيل الكتروشيميايي مثبت­تراز فلز اصلي بوده و يا به عبارتي پتانسيل خوردگي فلز اصلي نسبت به پوشش ترسيبي،بيشتر بوده و در نتيجه به محض ايجاد حفره در پوشش، خوردگي در فلز اصلي آغاز ميگردد.فلز نیکل نشانده شده بر روی آهن مثالی از این روش می­باشد که درآن به محض ایجاد حفره در پوشش نیکل، خوردگی در آهن به عنوان قطب خورده­شونده(فعالتر) آغاز می­گردد.

در محافظت به روش پوشش فدا شونده، لايه ترسيبي نسبت به ماده پايه داراي پتانسيل خوردگي بيشتري بوده و بنابراين به جاي فلز اصلي، اين پوشش است كه دچار خوردگي مي­گردد.آبکاری فلز روي برسطوح آهنی، مثالي از اين نوع روش محافظت مي­باشد كه در آن فلز روي نسبت به آهن فعالتر بوده در نتيجه دچار خوردگي شده و تا زماني كه پوشش فلز روي براثر خوردگي بطور كامل از بين نرفته است

آهن بصورت دست نخورده باقي ميماند.

بررسي ضخامت لايه ترسيبي و اثر آن در خوردگي

يكي از مهمترين عوامل در عملكرد خوردگي يك پوشش، ضخامت آن پوشش است، همچنين بررسيهاي انجام شده نشان مي­دهد كه هر چقدر سطح اوليه صافتر و يكنواخت تر باشد لايه ترسيب شده بر روي چنين سطحي عملكرد بهتري را از نظر خوردگي از خود نشان مي­دهد.

شرايط درخواست مشتري براي آبكاري تزيئني[5]

خواصی که پوششی تزیینی نیکل همراه لایه کرومی نیاز دارند تا بتوانند در پنج نوع شرایط کاری مختلف[6] کارایی خوبی ارائه دهند در استاندارد ASTM-B456آمده است:

SC 1 شرایط کاری ملایم(وسایل داخلی خودرها)

SC 2 شرایط کاری متوسط (شیر آلات حمام)

SC 3 شرایط کاری سخت (وسایل بیمارستان)

SC 4 شرای کاری خیلی سخت (قطعات بیرونی خودروها)

SC 5 شراط کاری خیلی دراز مدت

انواع آبکاری نيكل

پوشش­هاي نيكلي بسته به نوع كاربردشان مي­توانند به صورت تك لايه ، دو لايه ، سه لايه و چهارلايه بر روي فلز اصلي ترسيب گردند. مطالعات نشان مي­دهد كه پوششهاي چند لايه[7] مقاومت خوردگي قابل توجهي را از خود نشان داده كه در نتيجه باعث محافظت از سطح ماده اصلي و حفظ شكل ظاهري آن مي گردد. از نظرهزينه نيز، به دليل آنكه ضخامت كلي نيكل چند لايه و تك لايه تقريبا يكسان است بنابراين تفاوت چنداني در افزايش هزينه ها مشاهده نمي شود.

كارايي پوشش از نظر خوردگي

بالا بودن پوشش از نظر مقاومت خوردگي به اين حقيقت مربوط ميشود كه تركيب لايه هاي نيكلي ضريب فعاليت الكتروشيميايي مختلفي دارند اگر پتانسيل خوردگي رسوبات مختلف در يك الكتروليت اندازه گيري شود، همانطور كه طبق نمودار زير ملاحظه مي شود پتانسيل انحلال رسوب براق نيكل بيشتر از رسوب نيمه براق آن است. وقتي كه رسوب براق و نيمه براق نيكل (به صورت فويل جدا شده از فلز پايه) در يك الكتروليت با هم تماس الكتريكي پيدا مي كنند الكترونهاي نيكل براق به نيكل نيمه براق انتقال مي يابند. اندازه اختلاف پتانسيل خوردگي بين دو لايه براق و نيمه براق نيكل طبق نمودار،100-200 mV ميباشد. مطابق نمودار،لايه آستري حاوي گوگرد زياد، داراي اختلاف پتانسيل الكتروشيميايي آندي 15-40 mV نسبت به لايه براق نيكل ميباشد. همانطور كه در نمودارمشاهده ميشود لايه نيكلي ريز متخلخل، داراي پتانسيل خوردگي مثبت­تري نسبت به لايه براق نيكل بوده و اختلاف پتانسيل كاتدي معادل 10-40 mV بين اين دو لايه وجود دارد.

پوشش تك لايه نيكل[8]

پوشش تك لايه براق نيكل كه در محلولهاي حاوي افزودني هاي آلي توليد ميشود داراي خصوصييات زير ميباشد:

به دليل حضور مقداراندک گوگرددرمواد افزودني آلي كه بصورت همزمان با پوشش فلزي رسوب مي نمايد باعث ميگردد كه اين رسوب از نظر الكتروشيميايي نسبت به پوششهاي نيمه براق نيكل فعالتر باشدكه در نتيجه آن، مقاومت خوردگي پوشش تك لايه نيكل، نسبت به پوششهاي چند لايه آن كمتر ميباشد.

پوشش تك لايه براق نيكل به ضخامت 40 ميكرون، مقاومت خوردگی معادل 22 ساعت طبق آزمایش [9]CASSاز خود نشان میدهد. بخشي از مولكولهاي مواد افزودني ممكن است همراه نيكل رسوب كرده و موجب سخت و دانه ريز شدن پوشش گردند.

شکل

همانطور كه در شكل ملاحظه مي شود به محض اينكه لايه كروم براق خراش بردارد (چون كروم در مجاورت هوا رويين شده و مثل يك فلز نحيب رفتار مي­كند، با نيكل يك جفت موثر آندي و كاتدي به وجود مي آورد كه در آن نيكل، الكترود حل شونده واقع ميشود) خوردگي نيكل زير، به شدت شروع خواهد شد و خوردگي شياري به سرعت در نيكل نفوذ خواهد نمود، در اين لحظه در فلز پايه ظاهر شده، بنابراين ميتوان گفت كه رسوب براق نيكل ، يك پوشش سد مانند را بر روي فلز پايه ايجاد ميكند وبه محض گسترش خوردگي در پوشش براق نيكل، فلز پايه هم شديدتردچارخوردگي مي­گردد

پوشش نیکل دو لايه[10]

پوششهاي نیکل دو لايه از دو لايه براق و نيمه براق نيكل تشكيل شده اند كه مطابق توضيحات داده شده در قسمت قبلي، رسوب براق نيكل پتانسيل خوردگي بيشتري نسبت به رسوب نيمه براق آن دارد. در سيستم سه لايه نيكل مات، نيكل براق و كروم، لايه وسط يعني نيكل براق از همه فعالتر بوده و در نتيجه ميل خوردگي بيشتري نسبت به ساير لايه ها دارد. مطابق شكل زير به هنگام ايجاد خراش در لايه كرومي، لايه نيكل براق آند واقع شده و بنابراين لايه زيرين كه نيكل نيمه مات
مي­­باشد در مقابل خوردگي حفاظت مي­گردد. همانطور كه در شكل ملاحظه مي­شود خوردگي شياري[11] نمي­تواند تا فلز پايه ادامه پيدا كند و فقط در لايه میانی، نیکل براق، گسترش خواهد یافت

مطابق شكل در سيستمهاي پوشش دو گانه، ضخامت لايه نيمه براق نيكل در حدود 3/2 ضخامت كل پوشش نيكل و 3/1 ضخامت كلي پوشش مربوط به رسوب براق نیکل میباشد.

داده هاي عملي از تست CASS نشان ميدهد كه مقاومت خوردگي سيستمهاي پوشش دو گانه با ضخامت 40 ميكرون،5.1تا 2 برابر پوششهاي تك لايه نيكل با همان ضخامت بوده كه اين بدان معناست كه در پوششهاي دو لايه شروع خوردگي بعد از 33 تا 44 ساعت آزمايش CASSصورت مي گيرد.

در سيستمهاي پوشش دو گانه نيكل، به دليل خوردگي لايه براق نيكل كه لايه زیرين مي­باشد در ادامه پس از مدتي با كم شدن سطح لايه براق نيكل، پوشش حاصله ظاهري دندانه دار پيدا مي­كند.

شکل

پوشش سه لايه نيكل[12]

سيستم پوشش سه گانه نيكل، بترتيب از لايه زيرين شامل لايه­هاي نيكل نيمه براق، نيكل براق ونيكل ريز حفره ميباشد.همانطور كه در قبل توضيح داده شد پتانسيل انحلال رسوب نيكل براق بيشتر از رسوب نيمه براق و نيكل ريز حفره مي­باشد، با اين وجود نيكل ريز حفره به عنوان لايه نهايي، قبل از آبکاری کروم، بر روي سطح رسوب داده مي­شود.دليل این امر آن است كه در لايه نيكلي ريزناپيوسته،چون تعداد زيادي ترك يا ريز حفره در رسوب وجود دارد و ميزان نفوذ حفره­هاي خوردگي به داخل لايه­هاي نيكلي با تعداد ريز ناپيوستگيهاي موجود بر روي سطح آن نسبت معكوس دارد (در هر سانتي متر مربع سطح، 10000ريز حفره وجود دارد.) بنابراين جريان خوردگي در تعداد زيادي ريز سلهاي خوردگي توزيع گشته و به دليل كوچك بودن سايتهاي خوردگي، مقدار خوردگي در لايه براق نيكل شديدا كاهش يافته وپوششي بدون نقص ظاهري بدست می­آيد. اين بدان معناست كه جريان خوردگي تا لايه نيكل ريز ناپيوسته ادامه مييابد و در نتيجه خوردگي شياري كه باعث انحلال رسوب براق نيكل (و پوششي با ظاهر دندانه دار ميگردد) از بين مي­رود. شايان ذكر است اگر ضريب فعاليت الكتروشيميايي لايه نيكل ريز ناپيوسته بيشتر از پوشش براق نيكل بود، پوشش نيكل ريز حفره به عنوان قطب خورده شونده (آند) دچار خوردگي شده و اين جريان تا پوشش خورنده (نيكل براق) ادامه مي­يافت و در نتيجه رسوبي با نقص ظاهري بدست مي­آمد.

پوشش چهار لايه نيكل[13]

اين نوع پوشش از 4 لايه تشكيل شده كه بترتيب از لايه زيرين عبارتند از: لايه نيمه براق نيكل، لايه­هاي مياني كه بترتيب شامل رسوب نيكلي حاوي گوگرد زياد و رسوب براق نيكل ميباشد و لايه رويي كه شامل پوشش نيكل ريز حفره ميباشد. در سيستمهاي پوشش 4 گانه، تغييرات شگرفي در بهبود عملكرد خوردگي پوشش بوجودآمده، بطوريكه شروع خوردگي در اين نوع سيستم بعد از 88 تا 120 ساعت آزمايش CASS آغاز مي­شود. مطابق شكل زير به محض ايجاد حفره در لايه براق نيكل، جريان خوردگي در لايه زيرين آن يعني رسوب نيكل حاوي گوگرد زياد (به دليل فعالتر بودن اين لايه از نظر خوردگي) بصورت جانبي گسترش مي­يابد.

نتایج آزمایش مقاومت خوردگی ( (CASSپوششهای تک لایه و چند لایه نیکل با ضخامت 40 میکرون

فاکتورهای موثر در بهبودمقاومت مکانیکی و خوردگی پوششهای چند لایه­ای­ نیکل

برخی از پوششهای نیکلی دارای خاصییت براقي[14] و پر کنندگی[15] بهتری نسبت به سایر پوششهای نیکلی می باشند و در صنعت به پوششهاي نيكلي داغ معروف هستند. براق كننده­ها در اين گونه حمامهاي آبكاري، موادي مثل پيريدين و يا تركيبات مشتق يافته از آنها مي­باشند. ولي اينگونه پوششهاي نيكلي داغ براي كاربردهاي OEM مناسب نيستند. دليل اين امر آنست كه در اينگونه رسوبات به دليل افزايش تنش داخلي و كاهش خاصيت چكش خواري، رسوب ترك خورده و در نتيجه باعث ايجاد عملكرد منفي در مقاومت خوردگي پوششهاي با ماندگاري طولاني ميگردد.

نتايج اوليه آزمايش خوردگي تسريع شده CASS كيفيت پوشش چندان ضعيفي را از نظر مقاومت خوردگي گزارش نمي­دهد ولي تركهاي ناشي از تنشهاي كششي در طولاني مدت، باعث ايجاد نقصهاي ميداني[16] در رسوب ميگردد.

مرجع » مجموعه مقالات شرکت مک درمید. تهیه کننده : اقای زاهدانی

[1].Corrosion

[2]. Plating

[3]. Barrier coating

[4]. Sacrificial coating

[5]. Decorative plating

[6]. Service Condition

[7]. Multilayer deposits

[8]. Single layer

[9]. Copper Accelerated Acetic Acid Salt Spray

[10]. Duplex Nickel

[11]. Laterally Corrision

[12]. Triple Nickel

[13]. Quad Nickel

[14]. Brithness

[15]. levening

[16]. Field failures

در دنیای امروز حمل و نقل خوب و کارآمد/مقرون به صرفه چه برای انتقال کالا و مواد اولیه چه برای انتقال مردم بسیار ضروری است. همان طور که جمعیت در حال افزایش است تقاضا برای حمل و نقل از حدود 50 میلیارد در سال 2015 تا حدود 120 میلیارد تا سال 2050.

تصور روشی برای حمل و نقل بدون به کار بردن نیکل یا آلیاژهای نیکل دشوار است. اتومبیل ها و کامیون ها، حمل و نقل ریلی، کشتی ها یا هواپیماها و حتی دوچرخه ها همگی از بسیاری ازمزیت های نیکل و آلیاژهای آبکاری شده  با  نیکل بهره می برند. برای مثال  فولاد  ضد زنگ نوع 304 و  نیکل آهن (36% Ni) برای حمل و نقل دریایی گاز طبیعی مایع شده استفاده می شوندزیرا انعطاف پذیری خود را در دمای بسیار پایین گاز(-163°C) حفظ می کنند. فولاد ضد زنگ نوع 304 برای واگن های خط آهن مقاومت در برابر خوردگی، خواص فوق العاده جذب انرژی و استحکام در برابر وزن تحت فشار را به ارمغان می آورد. به علاوه در جو زمین سوپر آلیاژ نیکل اصطحکام و دوام ضروری را برای اجزای موتور فراهم میکند در حالی که در خودرو کاربرد روبه افزایش نیکل در باطری های وسایل نقلیه الکتریکی است.

خودروی سدان مدل 3 تسلا (Tesla) که برای آن بازار گسترده ای پیش بینی می شد و در ژوین 2017 عرضه شد تازه وارد بازار وسایل نقلیه الکتریکی است. مدل 3 جایگزینی ساده تر و کوچکتر برای خودروهای لوکس و گران مدل S و مدل X است. مدل 3 با محدوده 345 کیلومتر با طراحی ماژول جدید متناسب شده است. در حالی که شیمی دقیق عملکرد بالای آبکاری نیکل "سلول 2017" هنوز به رسمیت آشکار نشده بود ، ما می دانیم که آن را در Gigafactory 1 تسلا در ایالت نوادای آمریکا تولید می شده است. به منظور حمایت از میزان تولیدات برنامه ریزی شده تسلا برای 500000 خودرو در سال تا سال 2018،پیش بینی می شود  Gigafactory سالانه باطری های لیتیومی آبکاری شده با نیکل بیشتری نسبت به تولید جهانی در سال 2013 تولید کند.

وسایل حمل ونقل الکترونیکی فقط یک مثالی است از اینکه چطور نیکل برای نوآوری در بخش حمل و نقل کمک میکند. در این شماره از مجله ما نگاهمان را از استفاده نیکل در خودروها فراتر برده و به بررسی کاربردهای نیکل در حرکت از دوچرخه ها تا موشک های فضایی می پردازیم.

مرجع پویاب فلز
www. pouyabfelez .com

آبکاری نیکل دراصل نشاندن لایه ای از نیکل روی یک جسم  می باشد.این فرایند شامل حل شدن یک الکترود ( آند )وته نشین شدن نیکل فلزی بر روی الکترود دیگر ( کاتد ) می باشد.در این روش جریان مستقیم بین ( آند ) مثبت و(  کاتد ) منفی  اعمال می شود. هدایت الکتریکی بین الکترودها توسط یک محلول ابی از نمک نیکل ایجاد می گردد.
زمانی که نمک نیکل در آب حل شود نیکل در محلول بصورت یون دوظرفیتی موجود می باشد )یون با بار مثبت + Ni2) .زمانی که جریان برقرار می شود یونهای نیکل 2ظرفیتی با دو الکترون واکنش می دهند و به نیکل فلزی 0 Ni در کاتد تبدیل می شوند.عکس این فرایند درآند رخ میدهد و نیکل فلزی بصورت یون دو ظرفیتی حل می شود.

واکنش الکتروشیمیایی در ساده ترین فرم بصورت زیر می باشد:

- Ni0

چون یون های نیکلی که در کاتد تخلیه بار میشوند توسط یون های نیکل در آند جایگزین می شوند فرآیند آبکاری نیکل می تواند برای دوره زمان طولانی بدون توقف ادامه پیدا کند.

محاسبه ضخامت نیکل

میزان نیکلی که در کاتد نشانده شده است توسط حاصل ضرب جریان بر حسب آمپر و زمان بر حسب ساعت تعیین می گردد.تحت شرایط ایده آل ،شار جریان 2.62 A برای یک ساعت می تواند 2.62 گرم نیکل را ته نشین کند) 560.1 g/A-hr (. اگر مساحت منطقه آبکاری شده مشخص شده باشد میانگین ضخامت نیکل ترسیب شده قابل محاسبه میباشد.برای مثال اگر 2.62 گرم نیکل بر روی 5 ft2 رسوب داده شود ضخامت لایه رسوب داده شده 060052 اینچ میباشد.)ضخامت برابر است با وزن نیکل تقسیم برحاصل ضرب مساحت در دانسیته نیکل.استفاده از ثابت واحدها مهم است.دانسیته نیکل 06322 lb/in3 است.( چون در صد کوچکی از جریان درکاتد صرف تخلیه بار یونهای هیدروژن میشود راندمان ته نشین شدن رسوب نیکل کمتر از صد در صد میباشد.این حقیقت در مورد محاسبه وزن و ضخامت نیکل ترسیب شده باید بر جسم مورد نظرباید موردتوجه قرار گیرد. جدول 5 شامل اطلاعاتی درمورد رسوب نیکل بر پایه کاتدی با راندمان 61 ..درصد میباشد.جدول شامل ضخامت رسوب ،وزن بر واحد مساحت،دانسیته جریان ، ومدت زمان آبکاری میباشد. برخی از فاکتور های مورد نیاز در انجام محاسبات آبکاری نیکل در جدول 2 داده شده است.

راندمان اند معمولا صد در صد است. زیرا راندمان آند از راندمان کاتد به چند دلیل بیشتر است،یون های نیکل انباشته شده ودر نتیجه PH ظرف مورد استفاده افزایش می یابد.خارج کردن محلول نیکل آبکاری شده ممکن است سبب رفع نیکل های فلزی ساخته شده در محلول شود،اما گاهی اوقات لازم است درصدی از محلول از ظرف آبکاری برداشته شده و توسط محلول اصلی جایگزین شود. pH محلول معمولا توسط افزایش اسید کنترل میشود.

توزیع فلزی

مطلوب است که لایه ای با ضخامت یکسان از نیکل بر روی سطوح برای رسیدن به سطحی یکسان دست پیدا کنیم که این نیازمند کمترین مقدار ضخامت در پوشانندگی سطح در نقطه ای خاص از سطح می باشد.مقدار فلز رسوب کرده بر روی سطح مورد نظر آبکاری متناسب با جریانی است که به سطح می رسد.مناطق فرو رفته سطح مقدار کمتری از جریان را دریافت میکنند.دانسیته جریان وبالطبع سرعت نشست فلز در مناطق فرو رفته نسبت به سطح جسم کمتر میباشد.پوشش سطح با ترسیب الکتریکی در مناطق فرورفته نازک و در مناطق برجسته ضخیم میباشد.

ضخامت رسوب در کاتد وتوزیع پوشش را می توان توسط طبقه بندی وقرار دادن اجزا در محلول وبا استفادهاز حفاظ واندهای کمکی بدست اورد.اجزای کار را میتوان برای بدست آوردن کمترین مشکلات طراحی کرد.ممکن است در یک قطعه خاص به ضخامت بیشتری از میزان معمول نیکل رسوب داده شده نیاز پیدا شود .

برای مشاهده کامل متن در سایت نویسنده کلیک کنید.

ابکاری نیکل دراصل نشاندن لایه ای از نیکل روی یک جسم میباشد.این فرایند شامل حل شدن یک الکترود -اند- وته نشین شدن نیکل فلزی بر روی الکترود دیگر (کاتد) میباشد.در این روش جریان مستقیم بین اند(مثبت) و کاتد (منفی) اعمال میشود. هدایت الکتریکی بین الکترودها توسط یک محلول ابی از نمک نیکل ایجاد می گردد.
زمانی که نمک نیکل در اب حل شود نیکل در محلول بصورت یون دوظرفیتی موجود می باشد- یون با بار مثبت + Ni2 ( .زمانی که جریان برقرار میشود یونهای نیکل 2ظرفیتی با دو الکترون واکنش می دهند و به نیکل فلزی 0 Ni در کاتد تبدیل میشوند.عکس این فرایند در اند رخ میدهد و نیکل فلزی بصورت یون دو ظرفیتی حل میشود.

واکنش الکتروشیمیایی در ساده ترین فرم بصورت زیر میباشد:

- Ni0

چون یون های نیکلی که در کاتد تخلیه بار میشوند توسط یون های نیکل در اند جایگزین میشوند فرایند ابکاری نیکل میتواند برای دوره زمان طولانی بدون توقف ادامه پیدا کند.

محاسبه ضخامت نیکل

میزان نیکلی که در کاتد نشانده شده است توسط حاصل ضرب جریان بر حسب آمپر و زمان بر حسب ساعت تعیین می گردد.تحت شرایط ایده آل ،شار جریان 2.62 A برای یک ساعت می تواند 2.62 گرم نیکل را ته نشین کند) 560.1 g/A-hr (. اگر مساحت منطقه آبکاری شده مشخص شده باشد میانگین ضخامت نیکل ترسیب شده قابل محاسبه میباشد.برای مثال اگر 2.62 گرم نیکل بر روی 5 ft2 رسوب داده شود ضخامت لایه رسوب داده شده 060052 اینچ میباشد.)ضخامت برابر است با وزن نیکل تقسیم برحاصل ضرب مساحت در دانسیته نیکل.استفاده از ثابت واحدها مهم است.دانسیته نیکل 06322 lb/in3 است.( چون در صد کوچکی از جریان درکاتد صرف تخلیه بار یونهای هیدروژن میشود راندمان ته نشین شدن رسوب نیکل کمتر از صد در صد میباشد.این حقیقت در مورد محاسبه وزن و ضخامت نیکل ترسیب شده باید بر جسم مورد نظرباید موردتوجه قرار گیرد. جدول 5 شامل اطلاعاتی درمورد رسوب نیکل بر پایه کاتدی با راندمان 61 ..درصد میباشد.جدول شامل ضخامت رسوب ،وزن بر واحد مساحت،دانسیته جریان ، ومدت زمان آبکاری میباشد. برخی از فاکتور های مورد نیاز در انجام محاسبات آبکاری نیکل در جدول 2 داده شده است.

راندمان آند معمولا صد در صد است. زیرا راندمان آند از راندمان کاتد به چند دلیل بیشتر است،یون های نیکل انباشته شده ودر نتیجه PH ظرف مورد استفاده افزایش می یابد.خارج کردن محلول نیکل آبکاری شده ممکن است سبب رفع نیکل های فلزی ساخته شده در محلول شود،اما گاهی اوقات لازم است درصدی از محلول از ظرف آبکاری برداشته شده و توسط محلول اصلی جایگزین شود. pH .محلول معمولا توسط افزایش اسید کنترل میشود.

توزیع فلزی