-۱ آبکاری

پوشاندن یک جسم با یک لایه نازک از یک فلز با کمک یک سلول الکترولیتی آبکاری نامیده می‌شود. جسمی که روکش فلزی روی آن ایجاد می‌شود باید رسانای جریان برق باشد. الکترولیت مورد استفاده برای آبکاری باید دارای یونهای آن فلزی باشد که قرار است لایه نازکی از آن روی جسم قرار بگیرند.

نگاه کلی

فرایند آبکاری معمولا″ با فلزات گرانبها چون طلا و نقره ‌و کروم جهت افزایش ارزش فلزات پایه مانند آهن ‌و مس ‌و غیره و همچنین ایجاد روکشی بسیار مناسب (در حدود میکرومتر) برای استفاده از خواص فلزات روکش کاربرد دارد. این خواص می‌تواند رسانایی الکتریکی و جلوگیری از خوردگی باشد. فعل و انفعال بین فلزها با واسطه‌های محیطی موجب تجزیه و پوسیدگی آنها می‌شود چون فلزها میل بازگشت به ترکیبات ثابت را دارند. پوسیدگی فلز ممکن است به صورت شیمیایی(توسط گازهای خشک و محلولهای روغنی گازوئیل و نفت و مانند اینها) و یا الکتروشیمیایی (توسط اسیدها و بازها و نمک‌ها) انجام پذیرد. طبیعت و میزان خوردگی به ویژگی‌های آن فلز٬ محیط و حرارت وابسته است. روشهای زیادی برای جلوگیری از خوردگی وجود دارد که یکی از آنها ایجاد روکشی مناسب برای فلزها می‌باشد و معمول‌ترین روشهای روکش فلزها عبارتنداز: رنگین کردن فلزات ٬ لعابکاری ٬ آبکاری با روکش پلاستیک٬ حفاظت کاتدیک‌ و آبکاری با فلزات دیگر.

اصول آبکاری

به طور کلی ترسیب فلز با استفاده از یک الکترولیت را می‌توان به صورت واکنش زیر نشان داد:

فلز →(الکترون z + کاتیون فلزی)

۱-۲ روشهای ترسیب فلز

۱-۲-۱ آبکاری الکتریکی

در این روش ترسیب گالوانیک یک فلز بر پایه واکنشهای الکتروشیمیایی صورت می‌گیرد. هنگام الکترولیز در سطح محدود الکترود/الکترولیت در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیایی الکترون‌ها یا دریافت می‌شوند (احیا) و یا واگذار می‌شوند (اکسیداسیون). برای اینکه واکنشها در جهت واحد مورد‌ نظر ادمه یابند لازم است به طور مداوم از منبع جریان خارجی استفاده شود. واکنشهای مشخص در آند و کاتد همچنین در الکترولیت همیشه به صورت همزمان صورت می‌گیرند. محلول الکترولیت باید شامل یونهای فلز رسوب‌کننده باشد و چون یونهای فلزها دارای بار مثبت می باشند به علت جذب بارهای مخالف تمایل به حرکت در جهت الکترود یا قطبی که دارای الکترون اضافی می‌باشد (قطب منفی یا کاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت یا آند نامیده می‌شود. به طور کلی سیکل معمول پوشش‌دهی را می‌توان به صورت زیر در نظر گرفت:

یک اتم در آند یک یا چند الکترون از دست می‌دهد و در محلول پوشش‌دهی به صورت یون مثبت در می‌آید.

یون مثبت به طرف کاتد یعنی محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت می‌کند.

این یون الکترون‌های از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبدیل به اتم به صورت جزیی از فلز رسوب می‌کند.

قوانین فارادی

قوانین فارادی که اساس آبکاری الکتریکی فلزها را تشکیل می‌دهند نسبت بین انرژی الکتریکی و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان می‌دهند.

قانون اول: مقدار موادی که بر روی یک الکترود ترسیب می‌شود مستقیما″ با مقدار الکتریسیته‌ای که از الکترولیت عبور می‌کند متناسب است.

قانون دوم :مقدار مواد ترسیب شده با استفاده از الکترولیت‌های مختلف توسط مقدار الکتریسیته یکسان به صورت جرم‌هایی با اکی‌والان مساوی از آنهاست.

بر اساس این قوانین مشخص شده است که ۹۶۵۰۰ کولن الکتریسیته (یک کولن برابر است با جریان یک آمپر در یک ثانیه) لازم است تا یک اکی‌والان گرم از یک عنصر را رسوب دهد یا حل کند.

۱-۲-۲ آبکاری بدون استفاده از منبع جریان خارجی

هنگام ترسیب فلز بدون استفاده از منبع جریان خارجی الکترون‌های لازم برای احیای یون‌های فلزی توسط واکنش‌‌های الکتروشیمیایی تامین می‌شوند. بر این اساس سه امکان وجود دارد:

۱-۲-۳ ترسیب فلز به روش تبادل بار (تغییر مکان‌) یا فرایند غوطه‌وری:

 اساس کلی این روش بر اصول جدول پتانسیل فلزها پایه‌ریزی شده است. فلزی که باید پوشیده شود باید پتانسیل آن بسیار ضعیف‌تر (فلز فعال) از پتانسیل فلز پوشنده (فلز نجیب) باشد. و فلزی که باید ترسیب شود باید در محلول به حالت یونی وجود داشته باشد. برای مثال به هنگام غوطه‌ور نمودن یک میله آهنی در یک محلول سولفات مس فلز آهن فعال است و الکترون واگذار می‌کند و به شکل یون آهن وارد محلول می‌شود. دو الکترون روی میله آهن باقی می‌ماند. یون مس دو الکترون را دریافت کرده احیا می‌شود و بین ترتیب مس روی میله آهن می‌چسبد. و هنگامی که فلز پایه که باید پوشیده شود (مثلا آهن) کاملا″ توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشیده شود آهن دیگر نمی‌تواند وارد محلول شود و الکترون تشکیل نمی‌شود و در نتیجه عمل ترسیب خاتمه می‌یابد. موارد استعمال این روش در صنعت آبکاری عبارت است از: مس‌اندود نمودن فولاد٬ نقره‌کاری مس و برنج٬ جیوه‌کاری٬ حمام زنکات٬ روشهای مختلف کنترل و یا آزمایش٬ جمع‌آوری فلز از حمام‌های فلزات قیمتی غیر قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روی.

۱-۲-۴ ترسیب فلز به روش اتصال:

 این روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پایه با یک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ایفا می‌کند. برای مثال هنگامی که یک میله آهنی (فلز پایه) همراه یک میله آلومینیومی٬ به عنوان جسم اتصال در داخل یک محلول سولفات مس فرو برده می‌شود٬ دو فلز آهن و آلومینیوم به جهت فعالتر بودن از مس٬ به صورت یون فلزی وارد محلول می‌شوند و روی آنها الکترون باقی می‌ماند و چون فشار انحلال آلومینیوم از آهن بیشتر است از این رو اختلاف پتانسیلی بین دو فلز ایجاد شده و الکترون‌ها در روی یک سیم رابط٬ از سوی آلومینیوم به طرف آهن جاری می‌شوند. بنابراین مشاهده می‌شود که مقدار زیادی از یونهای مس محلول روی آهن ترسیب می‌شوند. ضخامت قشر ایجاد شده نسبت به روش ساده تبادل بار بسیار ضخیم‌تر است. از روش اتصال برای پوشش‌کاری فلزات پیچیده استفاده می‌شود.

۱-۲-۵ روش احیا:

 ترسیب فلز با استفاده از محلولهای حاوی مواد احیا کننده٬ روش احیا نامیده می‌شود. یعنی دراین روش الکترونهای لازم برای احیای یونهای فلزات توسط یک احیا کننده فراهم می‌شود. پتانسیل احیا کننده‌ها باید از فلز پوشنده فعالتر باشند٬ اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسیل به دلایل منحصرا″ کاربردی روکش‌ها٬ نباید بسیار زیاد باشد. برای مثال هیپوفسفیت سدیم یک احیا کننده برای ترسیب نیکل است ولی برای ترسیب مس که نجیب‌تر است٬ مناسب نیست. مزیت استفاده از این روش در این است که می‌توان لایه‌هایی با ضخامت دلخواه ایجاد نمود. زیرا اگر مقدار ماده احیا کننده در الکترولیت ثابت نگه داشته شود می‌توان واکنش ترسیب را کنترل نمود. به ویژه غیر هادی‌ها را نیز بعد از فعال نمودن آنها٬ می‌توان پوشش‌کاری کرد

 نویسنده مقاله: محمد رضا ابراهیمی

۱ – اند فداشونده : ازیک فلزفعال تر به منظورحفاظت فلز موردنظراستفاده می شود . این فلزات معمولاAl ،Mg  Zn والیاژهای ان هستند .

روش کار به این صورت است که اند راتوسط سیم به قطعه مورد نظرمتصل می کنیم.اندمورداستفاده فقط قدرت داردمحدوده مشخصی راپوشش دهد پس باید از اند های مکرر استفاده کرد .این روش در محلهایی که دسترسی به جریان الکتریکی موجود نباشد استفاده می شود.

۲- استفاده ازمنبع جریان DC:

دراین روش اند از بین نمی رودبلکه فقط جهت تکمیل کردن مدارالکتریکی استفاده می شود.

روش به این گونه است که قطب منفی منبع جریان را به تجهیزات متصل می کنند.

درپیل هایی که الکترود های Fe و  Znداشتند ابتد ا Znاز بین می رود یعنی جهت حرکت الکترون از سمت    Feبه  Znاست  .در صنعت برق جهت جریان راعکس ان درنظر می گیرند.درداخل الکترولیت هم یونها جابجایی بار رابرعهده دارندپس در داخل محلول ازسمت Zn بهFe  است  درعمل  Feتازمانی که      Znوجودداشت محافظت می شود یعنی ان فلزی که ازطریق الکترولیت جریان به ان واردمی شودمحافظت  می شودپس مهم جهت جریان است.

برای اندفداشونده هم مشابه این روش را داریم.

بعضی اوقات حفاظت بیشترازمقدارلازم می باشدکه خودموجب مشکلاتی می شودکه برای تنظیم  کردن ان دو راه  وجود دارد:

۱-اندازه گیری پتانسیل درطول قطعه درچندین محل.

۲-درمحل های خاصی یک تکه ازفولادبرروی قطعه اصلی در سطح زمین میگذارنداگرلوله بخواهد ازبین برود تکه کوچک هم ازبین می رود.

اگرحفاظت بیشتر ازمورد نیازانجام دهیم سرعت واکنش کاتدی افزایش می  یابد که موجب خسارات هیدروژنی می شود .

حفاظت اندی:

در فلزات اکتیو – پسیو با توجه به دیاگرام های پتانسیل برحسب سرعت خوردگی می دانیم در فلزات     اکتیو- پسیو محیط قادر خواهد بود لایه محافظی بر روی سطح فلز تشکیل دهد که موجب می شود خوردگی به سرعت کاهش یا بد .از این خاصیت برای حفاظت انها استفاده می کنیم .

به طوری که در نمودار با افزایش پتانسیل با(وصل به قطب مثبت ) خوردگی کاهش می یابد .

پس اگر بخواهیم در فلزات اکتیو سرعت خوردگی را کاهش دهیم مجبوریم پتانسیل را کاهش دهیم پس قطب منفی منبع جریان را به ان متصل می کنیم .

در فلزات اکتیو – پسیو دو راه برای کاهش سرعت خوردگی داریم :

۱- هم می توان پتانسیل را کاهش داد .

۲- پتانسیل را ان قدر افزایش داد تا سرعت خوردگی به منطقه پسیو برسد .

مقایسه حفاظت اندی وکا تدی :

حفاظت اندی مخصوص فلزاتی است که نمودار اکتیو – پسیو دارند . به خاطر تجهیزات راه اندازی بیشتر ، هزینه بیشتری دارد ودر محیط های غلیظ مورد استفاده قرار می گیرد. حفاظت اندی دارای محافظت  برد زیادی می باشد  .

درحفاظت کاتدی اند فداشونده احتیاج به تعویض دارد از نظر هزینه راه اندازی  ارزانتر است . این حفاظت برای فلزا تی که دیاگرام خطی دارند مناسب است.

 نویسنده مقاله: محمد رضا ابراهیمی