آبکاری مس سیانوری
مقدمه:
مس و آلیاژ های آن در مقابل اتمسفر مقاومت به خوردگی خوبی دارند، زیرا روی سطح آنها لایۀ تیره رنگ مقاومی ایجاد می شود که از اکسید مس و نمک های بازی حاصل از عناصر آلیاژ تشکیل شده است.
آبکاری مس هم برای تزیین و هم برای اهداف کاری انجام می گیرد . پوشش مسی به طور وسیع به عنوان زیر لایه در سیستم های چند لایه ، پوشش محافظ ، پوشش مانع نفوذ کربن در عملیات کربن دهی و پوشش انتقال حرارت به کار می رود رسوب مسی در مشکل دهی الکتریکی ، ( elevtroforming) ، محافظت الکتریکی الکترومغناطیسی (electromagenetic Shielding) و مدارات الکتریکی نیز کاربرد پیدا کرده است . چون مس فلز نسبتاً نرمی است . بنابراین با استفاده ازتکنیک های جلا دهی مکانیکی با نمدی (buffing) می توان صافی (smoothness) و شفافیت (brightness) آن را بهبود بخشید پوشش های مسی به عنوان مانع با سدی برای انبساط حرارتی عمل می کنند.به ویژه در سیستمهای چند لایه ، چون لایه مس قادر است تنش های حرارتی ناشی از انبساط حرارتی و یا شوک حرارتی را جذب کند. به این ترتیب آسیب های خوردگی که در اثر ترک های ناشی از تغییر شکل فیزیکی رخ می دهند با استفاده از لایه فلزی نرم نظیر مس در لایه های مرکب کاهش می یابد . درموارد تزیینیآبکاری مس به عنوان مرحله نهایی انجام می گیرد. در مواردی که دوام (durable)و جذابیت سطحی مهم باشد، پوشش مس به صورت تک لایه به کار می رود . وقتی مس در هوای آزاد قرار می گیرد زود کدر شده و زنگ می زند . از این جهت باید با استفاده از پوشش های لاکی و پوشش های مقاوم به خوردگی ، محافظت شود.
خواص فلز مس
فلز مس قرمز چکش خوار و شکل پذیر است و به آسانی می توان کار مکانیکی روی آن انجام داد. فلز مس هدایت کنندۀ خوبی برای جریان برق و گرما بوده و در مقابل آب ، اسید و نمک هایی که خاصیت اکسید کنندگی نداشته باشد ، مقاوم می باشد.فلز مس در مجاورت هوا اکسید شده و این اکسید در اغلب اسید ها حل می شود. ترکیبات نمک آن در ظرفیتی اند ، که با سیانید نمک های کمپلکس مس یک ظرفیتی تولید می کنند . پوشش مس به دست آمده از الکترولیت ، علاوه بر مصارف مختلفی که در صنعت دارد ، در ماشین سازی ، آبکاری غیرهادی ها ، وسایل تزیینی ، صفحات جایی و در بسیاری از موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد و هر روز مصارف تازه ای پیدا می کند.
حمام های سیا نوری مس
این حمام ها مخلوطی از سیانور سدیم و مس اند و برای ایجاد پوشش مسی ابتدا در حمام سیانیدی با مس کم لایه ای از مس روی قطعات آهن ایجاد می کنند و سپس در حمام های سیانیدی با مس بالا و یا حمام های سولفاتی ایجاد پوشش را ادامه می دهند. در حمام سیانیدی غلظت یون فلزی کم است تا رسوب گالوانیکی به حداقل برسد و چسبندگی بهتر شود . حمام های سیانیدی با نمک های تارتارات (سدیم –پتاسیم تارتارات KNaC4H4O6 یا نمک راشل مصرفی تجارتی دارند و حمام هایی با بازده جریان زیاد و سرعت زیاد که وجود نمک راشل در آنها الزامی نیست کاربرد زیادی دارند.
حمام های سیانیدی برای ایجاد پوشش مس به عنوان پوشش زیرین برای سایر فلزات به کار می روند. حمام های سیانور و یا فلوئوبرات برای قطعاتی که شکل نامتجانس دارند به کار می روند و باعث می شوند پوشش به طور یکنواخت توزیع شود خصوصاً وقتی که پوشش های بعدی نیکل است با این کار ضخامت لازم برای نیکل کاهش می یابد.در حمام های سیانیدی ، سیانورسطح قطعه را نیز تمیز میکند.
عوامل مهمی که باید در حمام های سیانیدی کنترل کرد عبارت اند از :
1- مقدار سیانید حمام 2- مقدار کربنات ، 3- PH ، 4- ناخالصیها نظیر رسوب ، آهن و روی.
برای کنترل موارد فوق ، مواد افزودنی با نامهای تجاری اضافه می شوند مانند نمک راشل ، این نمک خواص زیادی دارد از جمله :
-تشکیل کربنات را به تعویق می اندازد.
-ساختار دانه های رسوب را اصلاح می کند و به خوردگی آند کمک می کند و لذا باعث می شود تا با سیانید آزاد کمتری بتوانیم کار کنیم .
-در چگالی جریان های مختلف بازده یکنواخت می شود.
-پوشش ضخیم بهتری ایجاد میشود.
-بازده جریان آندی و پلاریزاسیون بهتر می شود.
-بازده جریان کاتدی بیشتر می شود.
ولی عمل تسطیح سطح با این نمک بهتر نمی شود . در سالهای اخیر نمک های تارتارات تجارتی ساخته شده اند که از نمک راشل بهترند و در نتیجه فرایند آبکاری مس توسعۀ زیادی یافته است.
مقدار کربنات :
سدیم کربنات از طریق حل شدن گاز کربنیک هوا در حمام و نیز بر اثر اکسید شدن سیانور حاصل می شود و باعث غیر
قطبی شدن آند می شود. لذا مقدار زیاد این نمک مضر است و باید به کمتر از 50 گرم در لیتر محدود شود. اگر مقدار
نمک به 60 گرم در لیتر یا بیشتر برسد، محلول باید تصفیه و مقدار اضافی نمک خارج شود.
pH محلول :
برای کنترل pH و ثابت نگه داشتن قابلیت هدایت الکتریکی محلول ، مواد قلیایی نظیر KOH و یا NaOH به حمام هایسیانیدی می افزایند. حمام های محتوی پتاس به حمام های محتوی سود ارجحیت دارند و رسوب های حاصل از آن شفاف ترند لیکن شدت جریان لازم بیشتر است.
فیلتر کردن :
در الکترولیتهای سیانید مس راندمان – بالا فیلتر کردن محلول یا صاف کردن آن ضرورت دارد . مخصوصاً برای رسوب
هایی با ضخامت کمتر از m13μ ، تجهیزات صاف کردن باید قادر باشند در هر ساعت 2/1 محلول تمیز شده را به حمام برگرداند. زبری و ناهمواری رسوب مس اغلب به علت ناقص تمیز کردن محلول یا در اثر تشکیل مس فلزی یا ذرات اکسید
مس یک ظرفیتی که (Cu2o) ، در آند است ( قطع شدن جریان ) گرد و خاک یا ذرات جامد معلق در الکترولیت سیانیدی مس نیز موجب زبری و ناهمواری سطح می شود کیسه های آندی مناسب ( از نظر نوع مواد و وزن ) که بعضی از آلاینده
های آندی را نگه می دارند ، مفید هستند . در واقع این کیسه ها به عنوان فیلتر و صافی عمل می کنند . ذرات خارجی که
وارد الکترولیت می شوند توسط سیستم فیلتر خارج می گردند.
تشکیل کربنات :
تشکیل کربنات در حمام های مس سیانیدی راندمان – بالا ،می تواند روی عملکرد حمام اثر معکوس بگذارد علاوه بر این کربنات اضافی روی درجه صافی رسوب نیز اثر می گذارند 120-150 g/L کربنات یا بیشتر موجب افت بازده و سرعت آبکاری می شود همین طور کربنات اضافی می تواند دامنه آبکاری قابل قبول را کاهش دهد. این اثرات در حمام سیانیدی سدیم دار بیشتر از حمام سیانیدی پتاسیم دار است.
منبع اولیه تشکیل کربنات شکست یا تجزیه سیانید به علت ضعیف بودن بازده آندی است . دمای کاری بالاتر از حد پیشنهاد شده تشکیل کربنات را تقویت می کند.در دمای بالاتر از حدود 74 oc یون سیانید تجزیه می گردد. در سیستم هم زنی توسط هوا نباید از هوایی که مقدار زیادی دی اکسید کربن است استفاده شود چون دی اکسید کربن توسط قلیاهای محلول حل گشته و کربنات تولید می کند. بنابراین محل تأمین هوا برای هم زدن محلول باید مکانی مناسب وتمیز باشد .
کربنات اضافی را می توان از طریق سرد کردن یا رسوب گیری توسط آهک ، یا افزودنی های ویژه از حمام خارج نمود. برای حمام سیانیدی سدیم دار روش رسوب گیری یاسرد کردن برای حمام سیانیدی پتاسیم دار مؤثر نیست چون حلالیت نمک های کربناتی در آن بالاست .
سیکل‌های قطع – وصل جریان:
سیکل‌های جریان قطع و وصل غالباً دامنه کاربردی محلول‌های سیانیدی حاوی سدیم یا پتاسیم را در آبکاری مس توسعه می دهد. جریان قطع و وصل سیکلی معمولاً این امکان را به وجود می آورد که ضمن ثابت ماندن بازده حمام از دانسیته بالاتری استفاده شود. این روش شفافیت رسوب مس را بهبود بخشیده و در حمام های آبکاری شفاف که زیاد آلوده می شوند . رسوبی با شفافیت عالی تولید گردد. در صورتی که از جریان خطی یا پیوسته استفاده شود نمی توان رسوب قابل قبولی تولید کرد سیکل قطع و وصل جریان معمولاً به این صورت است که بعد از8 تا 15 ثانیه آبکاری جریان به مدت1 تا 3 ثانیه قطع می شود. اگر زمان آبکاری کمتر از 8 ثانیه و قطع شدن جریان کوتاه‌تر از 1 ثانیه مزیت ناشی از این متد را کاهش می دهد.
استفاده از جریان پریدیک – معکوس در محلول های سیانیدی آبکاری مس مزایای زیادی دارد . در این روش ابتدا قطعات طبق زمان انتخابی آبکاری شده و سپس از طریق معکوس کردن جریان برای زمان کوتاهی رویه زدایی یا رسوب گیری می شوند . سیکل های جریان معکوس کوتاه نظیر 2تا 40 ثانیه آبکاری و 1تا 10 ثانیه رویه زدایی شفافیت رویه زدایی شفافیت پوشش را همانند روش جریان قطع و وصل بهبود می بخشد . مزیت بزرگ این روش این است که درجه بالایی از هم‌ترازی و هم‌سطح بودن به دست می آید . مخصوصاً وقتی که سیکل معکوس شدن طولانی باشد. در سیکل های طولانی ، 45 ثانیه آبکاری و بیش از 10 ثانیه رویه زدایی ، مشخصات هم ترازی بیش از 50 % افزایش می یابد . این تکنیک اجازه می دهد از دانسیته جریان آبکاری و رویه زدایی بالاتری استفاده شود.
