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.

گردآورنده: مسعود خیرالهی ( کارشناسی ارشد شیمی آلی- شرکت شیمیایی جهانتاب )

مقدمه

آبکاری فلزات یکی از جالبترین فرایندهای الکتروشیمیایی است که منجر میشود به:

1. اجتناب از خوردگی ،به ویژه در فولاد و آهن

2. بهبود ظاهر بیرونی مناسب توسط مواد گوناگون

3. ساختارهای مخصوصی که باید در آنها از شرایط خاص استفاده شود.

4. ظاهری زیبا ساختن برای قطعات

5. بهداشتی نمودن قطعات

فرایند آبکاری اساسا شامل عبور جریان الکتریکی بیندو الکترود غوطه ور در یک الکترولیت میباشد. الکترود با بار مثبت به عنوان آند شناخته شده در حالی که الکترود با بار منفی کاتد است.

الکترولیت (محلول)شامل ذرات باردار الکتریکی ویا یون ها میباشد و هنگامی که یک پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ بین دو الکترود اعمال شود این یون ها به سمت الکترود با بار مخالف مهاجرت میکنند.انرژی الکتریکی توسط یک منبع قدرت DC مانند رکتی فایر تامین میگردد.

مرجع: سایت جهانتاب شیمی

پوشش های نیکل

بیشترین کاربردهایی که پوشش های نیکل دارند جهت مقاومت خوردگی بالا ومقاومت ظاهری آنان می باشد.بنابراین مثال های کمی از موارد کاربرد آنها وجود دارند که بطور نمونه شیرهای معمولی وبهداشتی وسائل مربوط به خودرو وروشنایی های ثابت،از جمله مواردی  می باشند که بااستفاده از این پوشش،سطح آنان پوشش داده می شود.متالیزه نمودن پلاستیک ها با استفاده از پوشش نیکل،به این قطعات جلاء وظاهری فلزی،میزان انعکاس بالاتر و وزن کمتر به همراه ترکیب همزمان چند خواص با ارزش را می دهد.همچنین بطور وسیع از پوشش های نیکل در الکتروفورمینگ،به دلیل سختی بالاتر،مقاومت به خوردگی وسایش بیشتر استفاده می شود

پوشش های گران بهای فلزی

حتی نازگترین پوششهای فلزی گرانبها نیز از کارایی بالایی برخوردار می باشند بنابراین رسوب دهی الکتریکی این نوع فلزات،از اهمیت ویژه ای در مهندسی برق،الکترونیک وصنعت هوا فضا وهمچنین ساخت تجهیزات شیمیایی برخوردار است.باکمک ابزارهای خاص آبکاری انتخابی،برای مثال:کنتاکتهای الکتریکی یا تسمه های چاپی وکلیشه ای،می توان از چنین روشی به منظور کاهش به کارگیری ازاین فلزات با ارزش استفاده نمود.درموارد دیگر موادی که آبکاری نقره شده اند با کمک این نوع پوششها برای انتقال امواج یا فرکانس های بالا استفاده میشود ونسبت به قطعاتی که از طریق بشکه ای آبکاری میشوند،از کارایی بیشتری برخوردار هستند وبسیار ارزانتر می باشند.

پوشش های چند لایه

پوششهای چند لایه بر پایه مس،نیکل،کروم از این جهت که بروی قطعات فلزی وپلاستیکی اعمال میشوند،یک ظاهر دیدنی جذاب به همراه مقاومت به خوردگی وسایشی عالی را فراهم می کنند.همینطور آنها در طراحی خودرو نقش اصلی را بازی می نمایند.به علاوه،چنین پوششهایی قطعات پلاستیکی را از خواص فلزی بیشماری بهرمند میسازند ومزایای در کاهش وزن مصرفی فلزات در بدنه خودروها دارند.مزایای پوششهای فلزی،بالا بردن مقاومت به خراش،سختی،استحکام،مقاومت حرارتی وهدایت الکتریکی سطح وایجاد ظاهری جذاب می باشند.عاملی که در استفاده از این نوع پوششها از اهمیت بیشتری برخوردار میباشند،استفاده از آنان در غربالهای الکترومگنتیکی می باشد.در بعضی موارد به منظور غربال مورد نیاز فقط متالیزه جزئی انجام می شود.

پوشش های تبدیلی

اگربخواهیم دقیق شویم،پوشش های تبدیلی آنهای هستند که از طریق واکنش سطح فلز پایه باکمک محلول مانند اسید کرومیک تشکیل میشوند.این پوشش ها شدیدا مقاومت خوردگی قطعات را افزایش میدهند و در این میان تاثیر بسزایی بر مقاومت خوردگی پوشش های روی دارند.این پوشش های خیلی نازک کروماته میتوانند رنگ های شفاف،آبی،زرد،زیتونی یا مشکی داشته باشند.همینطور آنها میتوانند یک پوشش تمام تزئینی را ایجاد نمایند.به علاوه این پوشش ها باعث افزایش چسبندگی فلز روی به پوشش رنگ های آلی میشوند.پوشش های کروماته،میتوانند رنگ های متنوعی ایجاد نمایند که از این طریق به راحتی قابل شناسایی هستند.در مورد آلومینیوم و آلیاژهای آن،محلول کروماته شامل مخلوط اسیدهای کرومیک و فسفوریک میباشند.استفاده از ترکیبات کروم شش ظرفیتی،به دلیل پتانسیل ایجاد سرطان در بدن انسان،به ندرت توصیه میشود.به هرحال قوانین مشابه ای را درهنگام استفاده از ترکیبات کروم سه ظرفیتی همانند کروم شش ظرفیتی درنظر گرفته شده است.

پوشش های کرم

پوششهای آبکاری کرم برای مقاومت بالای آنان نسبت به کدر شدن سختی بالاومقاومت در برابرسایش به همراه ضریب پائین مقاومت اصطکاکی آن ها در برابر جوش سردمی باشند.به طور وسیع از این نوع پوشش با ضخامت ۰/۶-۰/۲ میکرون و نقره براق،برای برطرف نمودن ظاهر مات سطح فلز،به عنوان پوششهای نهایی تزئینی استفاده می شود.هنگامی که رسوبهای کروم از الکترولیتهای حاوی کروم شش ظرفیتی باشند،رنگ آن نقره ای وبه طور جزئی مایل به آبی می شود و آنهایی که از حمامهای سه ظرفیتی تشکیل می شوند،ظاهری دودی شکل به خود میگیرند.قابلیت رسوبهای سیاه کروم نیز وجود دارد واغلب ضخامت۲-۰/۵میکرون از این نوع پوشش،برای ابزارهای اپتیکی ودوربین ها استفاده میشود.در مقایسه با کرم های تزئینی،رسوبهای کرم سخت معمولا مقداری ضخیمتر از۱۰-۵۰۰ میکرون می باشند.از این رسوبات سخت نوعا در سوراخ سیلندر،دریچه ها،سوپاپهاومیله های پیستون موترهای لوکوموتیوهای دیزلی استفاده میشود.بدین دلیل سرویسهای لازم برای اورهال این قطعات از ۱۰۰۰۰km به بالای یک میلیون کیلومتر افزایش میابد.قطعاتی که آبکاری کرم سخت شده اند به طور گسترده در صنایع معادن ،هواپیمایی و ابزار آلات هیدرولیک وشکل دهی فلزات به کار گرفته می شوند وهمچنین از آنها در پرداخت کاری ابزار آلات پزشکی و جراحی استفاده می شود.

مرجع: کانال تلگرامی اموزش آبکاری بهار97

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