ويژگی های آندهای مس در صنعت آبكاری

كيفيت سطح در آبكاری مس اسيدی و قليايی غير سيانيدی بستگی زيادی به كارآيی وكيفيت آندهای مسی دارد. برای آنكه يک آند مس مرغوب داشت می بايستی پارامتر هايی نظير تركيب شيميايی ، اندازه و شكل و چگونگی فرآيند متالورژيكی توليد را در نظر گرفت. به همين منظور در اين قسمت به طور مختصر در مورد هر يک توضيحاتی ارايه می شود.

ترکیب شیمیایی

آندهای مسی با دو تركیب شیمیايی خالص (عاری از اكسیژن) و فسفر دار تولید می شوند. آندهای مس خالص معمولا جهت آبكاری در وان های قلیايی و سیانوری مورد استفاده قرار می گیرند.

آندهای مس فسفردار كه جهت آبكاری در وان های اسیدی مورد استفاده قرار می گیرند دارای تركیب شیمیايی مطابق جدول زیر هستند.

آناليز شيميايی آند مس فسفر دار

برای تولید هر يک از آندهای ذكر شده می بايستی از مس كاتدی يا مس خلوص بالا استفاده نمود چرا كه استفاده از مس نا مرغوب موجب می شود كه ناخالصی های موجود در آند افزايش يافته و اين ناخالصی ها هنگام آبكاری در وان قرار گیرند و موجب آلودگی آن شوند كه اين موضوع باعث ايجاد عیب در پوشش نهايی و همچنین افزايش مصرف مواد به ويژه مواد براقی خواهد شد.

اندازه و شكل آند
آندهای مسی به شكل های تخت، نیم مفتولی (ناگت) و ساچمه ايی با اندازه های متفاوت تولید می شوند. بايد توجه داشت كه شكل و اندازه آند بر روی جريان كل داخل وان اثر می گذارد. آندهای با اندازه بزرگ در مقايسه با آندهای كروی كوچک يا ناگت دارای نسبت سطح به وزن كمتری هستند. همچنین بايد به ابعاد سبد جهت قرارگیری آند و دانسیته جريان كاری در برابر جريان كل نیز توجه نمود.

پل زدن يكی از پديده هايی است كه در اثر عدم رعايت اندازه آند و سبد قرارگیری در آن بوجود می آيد به همین دلیل است كه آندهای ناگت بزرگ تمايل زيادی برای تشكیل پل دارند. پل زدن به معنای تشكیل حفره در سبد آند به واسطه خوردگی غیر يكنواخت آندها می باشد. يک پل زمانی كه قسمتی از يک آند خورده می شود تشكیل می گردد و اين قسمت باقیمانده از آند تأثیر بسیار بدی بر روی عملكرد محلول و ساير تجهیزات آبكاری می گذارد. اين حفره ها (پل ها) موجب غیر يكنواختی ضخامت پوشش و توزيع ضعیف فلز پوشش می شود. تماس پل با فلز سبد (تیتانیم) موجب گسترش نقاط گرم شده كه می تواند باعث سوختگی سبد گردد. بايد توجه داشت كه در نتیجه كم بودن سطح آند، دانسیته جريان آند افزايش می يابد كه موجب كاهش حل شدن آندها و سرانجام مصرف زياد نمک می شود برای به حداقل رساندن پديده پل زدن بهتر است كه از آند و سبدهای مناسب استفاده نمود.

تشكيل لجن
يكی از خصوصیات همه محلول های آبكاری مس تشكیل لجن است. لجن زمانی بوجود می آيد كه سطح سیاه شده آند يا فیلم چسبیده به آن سست و غیر چسبنده باشد. در اين صورت اين لايه از روی آند جدا شده و داخل كیسه يا محلول آبكاری قرار می گیرد. تشكیل لجن با افزايش دانسیته جريان آبكاری افزايش می يابد. تشكیل رسوبات ناهموار به ويژه در ناحیه بالايی آند محصولاتی را تولید می كند كه غیر قابل برگشت بوده و موجب افزايش مصرف آند و تشكیل لجن زياد می شود كه اين موارد از نشانه های نامرغوب بودن آند است. بايد توجه داشت كه لجن موجب بسته شدن منافذ كیسه های آند می شود كه به دنبال آن جريان در محلول كاهش يافته و آندها را پلاريزه كرده و ولتاژ حمام را افزايش می دهد. آندهايی كه تنها از طريق ريخته گری تولید شده اند به دلیل ساختمان دانه بندی درشت و تركیب شیمیايی غیر يكنواختی كه دارند بهترين تولید كننده های لجن می باشند.

ساختمان دانه ايی
چگونگی ساختمان دانه بندی در آند نقش بسیار مهمی در آبكاری دارد .آندهايی كه تنها از طريق روش ريخته گری و بدون كنترل های لازم در حین انجماد تولید می شوند دارای ساختمان دانه ايی ناهمگون می باشند به طوری كه تجمعی از دانه های ريز و درشت همراه با ناخالصی های احتمالی درون ساختار آن ها مشاهده می شود.
آند هايی كه عملیات ريخته گری و انجماد آن ها كنترل شده باشد و سپس تحت عملیات كارمكانیكی نظیر نورد يا فورجینگ قرار گرفته و آنیل شده باشند دارای ساختمان يكنواخت و ريزی خواهند بود.

بايد توجه داشت كه مرزهای دانه مناطقی هستند كه تفاوت فازی و ناهمگونی در آنجا بسیار است و اكثر بی نظمی های اتمی و نا بجايی ها و حفره های خالی در آن مناطق متمركز شده اند. به همین دلیل بین دانه و مرز دانه اختلاف پتانسیل بوجود می آيد كه موجب بروز پديده خوردگی غیر يكنواخت در آند می شود. بايد توجه داشت اگر آندی دارای دانه های ريز و توزيع يكسانی باشد اين اختلاف پتانسیل به حداقل خود رسیده و مشكلاتی نظیر توزيع غیريكنواخت پوشش، تشكیل لجن ناخواسته و حل شدن نامناسب آند به حداقل می رسند. تولید چنین آندی فقط از طريق انجام عملیات كار مكانیكی نظیر نورد، اكستروژن و يا فورجینگ بر روی شمش های ريخته گری شده امكان پذير است.

ميزان فسفر

 میزان فسفر موجود در آندهای مسی نقش بسیار مهمی در حمام های آبكاری اسیدی ايفا می كند. در واقع فسفر در آند به عنوان يک ممانعت كننده از خوردگی عمل كرده و اين بدان مفهوم است كه فسفر سرعت حل شدن آند را كاهش می دهد و به پايداری غلظت فلز مس در محلول آبكاری كمک می نمايد. اگر مقدار فسفر در آند از يک حدی بالاتر و يا كمتر باشد اين مساله بر روی حل شدن مس اثر می گذارد و در نتیجه موجب تشكیل لجن و ناهمواری سطح آبكاری شده می گردد. بايد توجه داشت كه افزايش لجن ، بازدهی جريان را كاهش می دهد و موجب افزايش پريودهای تمیز كاری كیسه های آند می گردد.
میزان بالای عناصر ناخالصی فلزی نیز می تواند بر روی خصوصیات رسوب اثر بگذارد به طوری كه با افزايش میزان لجن ناهمواری سطح نیز افزايش يافته و اغلب اوقات باعث تعويض كیسه آندها می گردد.

اين ناخالصی ها علاوه بر كاهش انعطاف پذيری آند كه موجب شكست آن می شوند روی مصرف مواد براقی نیز تأثیر می گذارند.
همان طور که قبلاً نیز اشاره شد ناخالصی ها تمايل دارند كه در مرز دانه ها قرار بگیرند بنابراين اگر فسفر در مذاب مس بخوبی حل نشود و به طور يكنواخت توزيع نگردد در مرز دانه ها تجمع يافته و اثر پذيری آن كم می شود. در اينجا بايد اثر بسیار مهم اندازه دانه ها را نیز در نظر گرفت. آندهای با اندازه دانه ايی درشت نظیر آندهای ريختگی دارای توزيع غیر يكنواخت فسفر می باشند و علیرغم تشكیل پوشش سیاهرنگ بر روی آند در وان آبكاری لجن زيادی ايجاد می كنند. اين آندها موجب تغییر در ضخامت پوشش آبكاری شده و حتی ممكن است كه از وسط جدا شوند. در مقابل آندهای ريز دانه يا آندهای تولید شده توسط يكی از روش های نوردكاری، فورجینگ و يا اكستروژن علاوه بر توزيع يكنواخت فسفر در سرتاسر آند دارای يک لايه چسبنده سیاه رنگ بوده كه موجب عدم حل شدن سريع مس در وان آبكاری می گردد.

نتيجه گيری:
عوامل زير بر روی كیفیت آندهای مسی مؤثر می باشند :
1- خلوص مس
2- ريز دانه بودن
3- میزان فسفر محتوی
4- توزيع يكنواخت فسفر

منابع
The Importance of High Quality Copper Anodes-1
in Plating. Chuck Walker. CEO of Univertical Corp.
ANGOLA.INDIANA.USA. Metal finishing. May
42 .P41.2۰12
Optimization of Copper Anode Performance . -2
.Govind Panjabi