آبکاری برنج

آبكاري برنج يكي از رايج ترين فرآيندهاي آبکاری است به طوري كه از مس و روي خالص گرفته تا آلياژهاي مربوطه را ميتوان پوشش آب برنج داد. آلياژهاي متشكل از 80 درصد روي و 20 درصد مس با نام تجاري برنج سفيد، تمام آلياژهاي رنگي مس و روي را كه حاوي 60 درصد يا بيشتر مي باشد، شامل مي شود. به همين دليل آلياژهاي برنج رنگ هاي متنوعي دارند تركيب 70 درصد مس و 30 درصد روي، زرد رنگ و80 درصد مس و20درصد روی به رنگ زرد تند مي باشد، رنگ آلياژ محتوي 85 درصد مس و 15درصد روي برنزي روشن و 90 درصد مس با 10 درصد روي برنزي تيره است در حالي كه رنگ واقعي مس در آلياژي با تركيب 95 درصد مس و 5 درصد روي ديده ميشود. به هر حال تمام اين نوع آلياژها را ميتوان آبكاري نمود. اين آلياژها از نوع برنج فاز آلفا بوده و پوشش انعطاف پذير ايجاد مي‌كنند كه برحسب تركيب درصد و خواص، رنگ هاي متفاوتي به وجود مي آورد.

از آبكاري برنج در بسیاري از موارد، به طور وسیعي استفاده ميکنند. در کارهاي تزییني به خصوص مفتول سیمي، لایه اي بسیار نازک براي نیكل براق یا سایر آبكاري هاي براق را ميتوان بكار برد. با آبكاري نیكل ميتوان سطحي بسیار ظریف و پایه اي صاف و براق ایجاد نمود و سپس برروي آن آبكاري برنج را با ظاهري براق در مدت 20 ثانیه تا یک دقیقه انجام داد. آبكاري برنج با رنگ زرد، 85 درصد مس و 15 درصد روي تا 90 درصد مس و 10 درصد روي، بیشترین کاربرد را در مواردي نظیر قاب عكس، لوازم لوکس تزییني و ادوات سخت افزاري دارد. انواع آبكاري برنج را ميتوان با روش بارل (گردان) هم انجام داد. موارد کاربرد آبكاري برنج در مهندسي بسیار زیاد است مثلاً در عملیات کشش ورق هاي فولادي، به عنوان روان کننده سطح و همچنین بهترین حالت چسبندگي را بین لاستیک و فولاد، ارایه مي دهد. با اعمال پوشش برنج به سیم هاي فولادي بالاترین چسبندگي بین لاستیک و سیم پوشش یافته به وجود ميآید که کنترل نوع آلیاژ در میزان چسبندگي سیمها از اهمیت به سزایي برخوردار است. اغلب مقدار مس مصرفي بین 65 تا 70 درصد است. این فرآیند براي تولید لوله های لاستیکی مسلح شده به سیمهاي بافته نیز به کار ميرود. آبكاري برنج را با هر ضخامتي بنا بر نیاز مورد مصرف، ميتوان اعمال نمود.

انواع وان های برنج

محلول هاي تجارتي مصرفي در وان های آبكاري برنج، بر پایه سیانید، بیشترین کاربرد را دارند. محلول هاي بدون سیانید به دلیل عدم پایداري لازم، مشكلات زیادی داشته و استفاده محدودي دارد. اجزای اصلي سازنده وان آبكاري برنج سیانوري عبارتند از سیانید سدیم یا پتاسیم ـ سیانید مس و سیانید روي و همچنین در این الكترولیت از آمونیاک ( که عمدا افزوده مي شود و یا از تجزیه سیانور حاصل ميشود) و کربنات نیز استفاده ميشود.

همچنین از کربنات سدیم، به عنوان تنظیم کننده pH استفاده شده در غیر این صورت رنگ یكنواخت نخواهد بود. مخلوطي از کربنات سدیم و بي کربنات به عنوان تامپون در محدوده pH حدود 10 به کار ميرود.

در جدول شماره 1 ترکیب وان و شرایط عملیات در الكترولیت های مختلف آبكاری ارایه شده است.

غلظت مس در محلول الكترولیت اغلب بین 15 و 30 گرم در لیتر است. مس در الكترولیت به صورت کمپلكس سیانوري Na₂ Cu (CN)₃ حضور دارد. مقدار روي موجود در وان اغلب بین 4 تا 10 گرم در لیتر است. فلز روي به صورت تعادلي در ترکیب کمپلكس سیانور Na₂ Zn (CN)₄ و کمپلكس قلیایي زینكات Na₂ ZnO₄  در محلول حضور دارند. مقدار سیانور بایستي تحت کنترل باشد اصطلاح سیانور آزاد در آبكاري برنج عبارت است از مقادیر اضافي سیانور موجود در کمپلكس مس که آن را با روش هاي ساده تجزیه، ميتوان تعیین نمود. عامل مهم دیگر در کنترل رنگ و ترکیب آلیاژ، نسبت سیانور به فلز روي است در نسبت هاي کمتر تنها کمپلكس سیانور تشكیل ميشود که در پوشش زرد آلیاژهاي برنج بكار ميرود. اندکي سیانور اضافي به منظور جلوگیري از تشكیل نمک هاي نامحلول مس و روي برآند و براي انحلال محلول آندي موثر ميباشد. چنانچه مقدار سیانور زیاد باشد باعث تشكیل بیشتر آلیاژهاي مس و کاهش راندمان ميگردد. تا آنجا که عملیات آبكاري به طور کامل متوقف ميشود. آلیاژهاي 85 درصد مس و 15 درصد روي و یا 90 درصد و مس و 10 درصد روي، نیاز به دقت کافي در ایجاد توازن در نسبت سیانور به روي دارد. چرا که کوچكترین تغییر در آلیاژ موجب تفاوت در رنگ خواهد شد.

بازده

در آبكاري برنج مقدار مس موجود در وان باید کنترل شود. در مقادیر بالایي از مس، بازده افزایش ميیابد. تنظیم نسبت سیانور به روي نیز در کنترل بازده، اهمیت دارد به طوري که در نسبتهاي بالاتر، بازده افت ميکند. متغیر مهم دیگر درجه حرارت ميباشد. براي مثال در محلول هاي رقیق آبكاري بازده در 35 و دو برابر دماي 24 درجه سانتی گراد است.

آمونياك

 یكي از اجزای اساسي در محلول هاي آبكاري برنج است. آمونیاک ترکیب درصد روي را در لایه آلیاژي حاصل از آبكاری افزایش ميدهد. مقادیر زیاد آن رگه هاي سفید رنگ فلز روي را بر سطح قطعه ایجاد ميکند. محلول تازه تهیه شده نیاز به افزودن 0/5 تا 0/25 درصد محلول آمونیاک داشته و هنگامي که الكترولیت در دماي بالا کار ميکند آمونیاک بیشتري لازم است. انجام عملیات در دماي پایینتر از 35 درجه سانتی گراد ، افزودن آمونیاک را به تناوب در دوره هاي زماني کوتاه تر ایجاب ميکند.

كربنات

مقدار آن در محدوده 5 تا 30 گرم در لیتر است و بیش از این مقدار، تولید ناخالصي ميکند. حین کار مقدار آن همراه قطعات از محلول خارج و خود به خود از نظر مقدار کربنات به تعادل ميرسد. در شرایطي که حد حلالیت به بیش از 150 گرم در لیتر برسد با مشكل جدید روبه رو خواهیم شد. بهترین راه حذف مزاحمت، سرد کردن محلول و برداشتن بلورهاي تشكیل شده ميباشد.

كنترل pH   

کنترل pH اهمیت بسزایي دارد و متداول آن بین 9/8 تا 10/3 ميباشد pH بالاتر نقاطي از قطعه را به رنگ سرخ در ميآورند. باید سعي کرد که میزان pH در محدوده ایده آل حفظ شود. براي بالا بردن pH از هیدروکسید سدیم و براي پایین آوردن آن از بي کربنات سدیم استفاده ميشود.

مواد افزودني

 در محلول هاي آبكاري برنج، در صورت کنترل دقیق ترکیب این مواد ميتوان لایه های مناسب و به طور کامل براق با ضخامت 2/5 میكرون را بر فلزات پایه روکش داد.

 دانسيته هاي جريان

 بالاتر از 2 آمپر بر دسيمترمربع براحتي امكان پذیر است با دانسیته کم در حدود 0/1 آمپربر دسی متر مربع رنگ پوشش یكسان خواهد بود. در صورتي که، هنگام کار با دانسیته جریان بالا، آبكاري به خوبي انجام گیرد، پایداري محلول وان را باید کنترل نمود.

 ناخالصي ها

 سرب و قلع حتي در غلظت هاي بسیار اندک باعث ایجاد سرخي مي شود. بروز ناخالصي در وان، معمولاً از طریق آندها مي باشد در دانسیته هاي پایین جریان کروم شش ظرفیتي باعث تیره و تار شدن لایه ترسیب یافته مي شود. مقادیر فراوان آن، باعث توقف کامل فرآیند آبكاري ميگردد. اغلب عامل اصلي ورود کرم ، آویزها و یا خود قطعات هستند. آلودگي هاي آلي مثل صابون ها، ضایعات پرداخت کاري، مواد تر کننده و دیگر ناخالصي ها ممكن است باعث ظهور لكه قهوهاي رنگ برروي لایه آبكاري شود. این ناخالصي ها را ميتوان با استفاده از کربن فعال شده در عملیات پیوسته یا صاف کردن با کربن فعال، برطرف نمود.

 آندها

همان آلیاژ مورد نظر براي روکش سطح قطعات آندها بایستي تقریبا باشند. براي برنج زرد 70 درصد مس و 30 درصد روي پیشنهاد ميشود. آندها ممكن است گلوله اي مدور یا حلزوني شكل و یا دیگر اشكال در سبدهایي از جنس فولاد یا تیتانیم باشند. آندها میله اي نیز استفاده ميشود. درصد خلوص، اساساً بایستي کمتر از0/01 درصد سرب یا کمتر از 0/02 درصد براي کل فلزات باشد.

تجهيزات

براي ساخت وان، کویل و فیلتر بایستی فولاد مناسب و استاندارد انتخاب نمود. براي مخازن پلاستیكي یا لاستیکی حتي کویل ها روکش از جنس فولاد تیتانیم ترجیح داده ميشود. زیرا آهن سبب تشكیل فروسیانید ميشود که به صورت فروسیانور روي رسوب مينماید که خود موجب ایجاد لجن خاکستر رنگي ميشود. ساختمان فیلترها را نیز ميتوان از پلاستیک انتخاب کرد.

 آبكاري با سرعت زياد

 در حدود سال 1938 محلول هاي آبكاري برنج با درجه قلیایي زیاد توسعه پیدا کرد و به بازار عرضه شد. از این محلول در دماي بالاتر و یا غلظت هاي زیاد نسبت به محلول هاي سیانوري مرسوم در آن زمان استفاده ميشد که باعث بالا رفتن بازده و افزایش سرعت فرآیند آبكاري ميشدند. در اصل محلول هاي سیانید پتاسیم و بعدها نمک هاي سدیم را استفاده ميکردند. در دانسیته پایین جریان، بكارگیري افزودني ، رنگ لایه را به سرخي متمایل کرده و رنگ آلیاژها را به مانند محلول هاي متداول آبكاري برنج غیر قابل کنترل ميگرداند. بیشتر اطلاعات مربوط به آبكاري معمول برنج براي حمامهاي آبكاري با سرعت بالا نیز قابل استفاه هستند و آمونیاک نقش مهمی در عملیات این نوع محلول ندارد زیرا به غیر از درجات قلیایي بالا و دماي زیاد، آمونیاک با همان سرعت تشكیل از بین ميرود. به هر حال در نظرگرفتن مقادیري از آمونیاک افزوده که به دفعات مصرف ميشود یا استفاده از افزودني هایي که پایدار هستند براي رسیدن به نتایج خوب و رنگ یكنواخت، الزامي ميباشد.

 منابع Engineering handbook-1 2-

منبع:/11  http://iranplating.com/Archive/85. .pdf