اشکال یابی در فرایند آبکاری الکتریکی نیکل براق

پوشش دهی ضعیف در فرورفتگی های موجود بر روی سطح قطعه پایه ( ماتی موضعی )  

در آبکاری الکتریکی نیکل براق عدم ایجاد پوشش مناسب در نواحی از سطح قطعه پایه که دانسیته جریان الکتریکی در این نواحی پایین است ( مانند فرورفتگی های موجود بر روی سطح قطعه پایه) منجر به مات شدن پوشش نیکلی در این قسمت ها می گردد. در این حالت مات شدن پوشش نیکلی در برخی از نقاط سطح قطعه پایه تنها به مناطق خاصی از پوشش نیکلی که دانسیته جریان الکتریکی در آن ها پایین می باشدمانند فرورفتگی ها محدود می گردد در حالی که سایر قسمت های پوشش از براقیت کافی برخوردار هستند. برخی از علل ماتی موضعی پوشش نیکلی در ذیل مورد بررسی قرا گرفته اند:

پایین بودن pH محلول آبکاری

pH  محلول آبکاری یکی از تأثیرگذارترین عوامل بر روی میزان انعطاف پذیری پوشش نیکلی می باشد. به طور کلی پوشش نیکلی وقتی بالاترین میزان انعطاف پذیری را از خود نشان می دهد که pH محلول آبکاری در گستره 4 – 3/8 قرار داشته باشد و مقادیر بالاتر یا پایین تر از این گستره میزان شگنندگی پوشش نیکلی را افزایش  می دهد. البته این گستره بهینهpH  بسته به نوع براق کننده های مورد استفاده در محلول آبکاری ممکن است به میزان کمی تغییر کند. از آنجایی که مقدار بهینه pH یک خاصیت ذاتی برای محلول آبکاری می باشد بنابراین مشورت گرفتن از سازندگان محلول های آبکاری در این زمینه نیز می تواند مفید باشد. وقتیکه pH  محلول آبکاری در گستره بهینه قرار نداشته باشد می توان با افزایش اسید سولفوریک (که منجر به کاهش pHمی شود ) و یا (کربنات نیکل که منجر به افزایش   pH می شود) pH  را به مقدار بهینه رسانید.

 اگرچه کاهش pH محلول آبکاری نیکل براق به دلیل افزایش قدرت پرتاب محلول آبکاری باعث افزایش براقیت پوشش حتی در نواحی که دانسیته جریان پایین است مانند فرورفتگی ها می گردد اما نکته قابل توجه این است که بررسی ها نشان داده در بیشتر محلول های آبکاری نیکل براق مدرن وقتی این کاهش pH  به جایی برسد که pH کمتر از 3 شود قدرت پرتاب محلول آبکاری به شدت کاهش می یابد و این می تواند مشکل ماتی موضعی پوشش نیکلی را تشدید کند. بنابراین وقتی ماتی موضعی در پوشش نیکلی براق بروز می کند نخستین عاملی که باید مورد بررسی و در صورت نیاز تصحیح قرار گیرد pH محلول آبکاری می باشد.

کم بودن غلظت یون کلرید در محلول آبکاری نیکل

 با در نظر گرفتن این موضوع که غلظت یون کلرید در محلول های آبکاری نیکل براق می تواند در گستره وسیعی تغییر کند، بررسی ها نشان داده است که پایین بودن بیش از حد غلظت یون کلرید در محلول آبکاری ( قرار گرفتن غلظت یون کلرید در گستره 3/75 – 3 گرم در لیتر ) تأثیرات منفی به ویژه بر روی پوشش نیکلی نواحی از سطح قطعه پایه با دانسیته جریان پایین خواهد داشت که از جمله این تأثیرات منفی می توان به ایجاد ماتی موضعی در پوشش نیکلی اشاره کرد. با توجه به اینکه افزایش غلظت یون کلرید در محلول آبکاری از طریق افزایش محلول کلرید نیکل به آن بدون نیاز به توقف عملیات آبکاری امکان پذیر می باشد در صورت بروز ماتی موضعی، بررسی و تصحیح غلظت یون کلرید در محلول آبکاری می تواند گام دوم پس از بررسی pH در حل مشکل بروز ماتی موضعی در پوشش نیکلی باشد.

تمیزکاری ضعیف سطح قطعه پایه

 نامناسب بودن تمیزکاری به ویژه در فرورفتگی های سطح قطعه پایه یکی از اصلی ترین دلایل بروز ماتی موضعی می باشد که علت آن بیشتر از محلول تمیزکاری به شکل هندسی قطعه پایه و نحوه نامناسب آویز شدن آن در محلول تمیزکاری بر می گردد. بر این اساس بسیاری از قطعات پایه ای که وجود فرورفتگی و یا دیگر نقص ها سطحی بر روی سطح آن ها فرایند تمیزکاری آن ها را مشکل می کند غالباً علاوه بر فرایند تمیزکاری نیازمند یک مرحله پیش تمیزکاری مثل چربی زدایی به وسیله بخار نیز هستند.

آویز کردن نامناسب قطعه پایه در محلول آبکاری

یکی دیگر از دلایل متداول بروز ماتی موضعی در آبکاری نیکل براق مناسب نبودن نحوه آویزان کردن قطعه پایه در محلول آبکاری می باشد. یک مثال از این حالت را می توان در محلول های آبکاری نیکل براقی مشاهده کرد که در آن ها همزدن محلول آبکاری با استفاده از هوا صورت می گیرد. در این حالت افت قابل توجهی در براقیت پوشش نیکلی قسمت هایی از سطح قطعه پایه قابل مشاهده می باشد که ( به دلیل نحوه آویزان شدن قطعه پایه در محلول آبکاری) در داخل بخشی از محلول آبکاری قرار داشته اند که به خوبی هم زده نشده است. در آبکاری به چنین قسمت هایی از سطح قطعه پایه اصطلاحاً نواحی مرده سطح قطعه پایه می گویند. بنابراین برای رفع این مشکل باید دقت کرد تا قطعه پایه به گونه ای در داخل محلول آبکاری آویزان گردد که بخشی از محلول آبکاری که در تماس با سطح قطعه پایه می باشد به واسطه خوب هم زده شدن کاملاً یکنواخت باشد.

غلظت بیش از اندازه بالای براق کننده

 اگرچه به طور کلی محلول های آبکاری نیکل در مقابل تغییرات غلظت براق کننده ها از تحمل بالایی برخوردار هستند اما در برخی از انواع محلول های آبکاری نیکل که از چندین عامل براق کننده شامل براق کننده اولیه یا اصلی یا براق کننده ثانویه (کمک براقی ها  و ترکننده) به طور مجزا استفاده می شود معمولاً گستره مجاز تغییرات غلظت هر کدام از این عوامل براق کننده ها با توجه به غلظت دیگر عوامل براق کننده بسیار باریک می باشد. در این حالت اگر غلظت یک عامل براق کننده بیشتر از مقدار مجازش باشد تعادل غلظتی موجود بین عوامل براق کننده در محلول آبکاری از بین می رود و این مساله می تواند منجر به بروز مشکل ماتی موضعی گردد. یکی از روش هایی که جهت خارج کردن مازاد براق کننده ها از محلول آبکاری استفاده می شود تصفیه محلول آبکاری با استفاده از کربن فعال می باشد. این روش معمولاً وقتی حجم کار پایین باشد مورد استفاده قرار می گیرد. در برخی موارد نیز می توان مازاد براق کننده موجود در محلول آبکاری را با افزایش مواد شیمیایی که با براق کننده واکنش شیمیایی می دهند از محلول آبکاری خارج کرد.

البته مشورت با تولیدکننده براق کننده در مورد روش مورد استفاده جهت خارج کردن مازاد براق کننده از محلول آبکاری نیز می تواند مفید باشد. در بین آبکارها گرایش به استفاده از یک براق کننده که شامل ترکیبی از انواع براق کننده ها می باشد به جای استفاده از براق کننده های اولیه، ثانویه، کمک براق کننده و ترکننده به طور مجزا وجود دارد. استفاده از این نوع براق کننده ها به ویژه در مورد سیستم های آبکاری که فاقد تجهیزات کنترل پیشرفته می باشند می تواند راه حل مناسبی برای جلوگیری از بروز مشکلات ناشی از حضور مقادیر مازاد براق کننده ها در محلول آبکاری باشد.

پایین بودن غلظت اسید بوریک در محلول آبکاری

تقریباً در بیشتر انواع محلول های آبکاری نیکل براق، تقریبا گستره gr/L 52/5 – 37/5 به عنوان گستره بهینه برای غلظت اسید بوریک توصیه شده است. بررسی ها نشان داده که اگر غلظت اسید بوریک در محلول آبکاری به مقدار gr/L 15 و یا کمتر از آن برسد علاوه بر احتمال ایجاد سوختگی در پوشش نیکلی، انعطاف پذیری آن نیز به شدت کاهش می یابد. در این حالت بهترین روش برای تصحیح شرایط افزایش فوری اسید بوریک به محلول آبکاری است تا غلظت آن به مقدار بهینه برسد.

 پایین بودن غلظت یون نیکل در محلول آبکاری

 در انواع محلول های آبکاری نیکل براق متداول، گستره غلظتی gr/L 83 –60 به عنوان گستره بهینه برای غلظت یون نیکل موجود در محلول آبکاری توصیه شده است. بررسی ها نشان داده که اگرچه در غلظت های پایین تر از حد پایین این گستره بهینه نیز پوشش های نیکلی مناسبی به دست آمده است اما بسته به ترکیب شیمیایی محلول آبکاری مورد استفاده پایین بودن غلظت یون نیکل می تواند منجر به بروز مشکلاتی بشود که یکی از این مشکلات کاهش انعطاف پذیری پوشش نیکلی می باشد. بنابراین به نظر می رسد که برای جلوگیری از بروز این مشکلات روش عاقلانه و حتی اقتصادی تر آن است که غلظت یون نیکل در حد بالای گستره توصیه شده نگه داشته شود تا حتی در صورت اتلاف غیر قابل جلوگیری یون نیکل به واسطه خروج ناخواسته محلول آبکاری از تانک آبکاری نیز غلظت یون نیکل همچنان درگستره بهینه باقی بماند.

بالا بودن دانسیته جریان

 با توجه به عوامل مختلف مثل نوع فرایند آبکاری، روش همزنی محلول آبکاری، سرعت همزنی، ترکیب شیمیایی محلول آبکاری، دمای محلول آبکاری و ... محدوده A/dm² 8 - 6 به عنوان گستره بهینه دانسیته جریان در آبکاری نیکل براق توصیه شده است. بالا بودن دانسیته جریان در طی فرایند آبکاری نیکل براق باعث افزایش تنش داخلی و شکنندگی پوشش نیکلی (کاهش میزان انعطاف پذیری پوشش نیکلی) می گردد.

آلوده شدن محلول آبکاری با ترکیبات آلی

 ترکیبات آلی مخرب موجود در محلول های آبکاری نیکل براق معمولاً بسته به ماهیت شیمیایی خود پیش از آنکه براقیت پوشش نیکلی را تحت تأثیر قرار دهند بر روی انعطاف پذیری آن اثر مخرب دارند. در صورت حضور آلودگی های آلی در محلول آبکاری بهترین روش برای خارج کردن آن ها از محلول آبکاری تصفیه آن با کربن فعال می باشد. در واقع کار به این صورت انجام می شود که نمونه ای از محلول آبکاری که مشکوک به آلودگی با ترکیبات آلی است تحت فرایند تصفیه با کربن فعال قرار می گیرد سپس فیلتر شده و تحت آزمایش با هول سل قرار می گیرد تا مشخص شود که آیا تصفیه با کربن فعال در رفع آلودگی های آلی موجود در محلول آبکاری مؤثر بوده است یا نه؟ در صورتی که پاسخ مثبت باشد کل محلول آبکاری تحت فرایند تصفیه با کربن فعال قرار  می گیرند.

وجود آلودگی های فلزی در محلول آبکاری

آلودگی های فلزی موجود در محلول آبکاری یکی از دلایل اصلی بروز نقص در آبکاری الکتریکی نیکل براق می باشند و یکی از نمودهای متداول آن کاهش توانایی محلول آبکاری در ایجاد پوشش براق است چرا که در این شرایط بسیاری از آلودگی های فلزی موجود در محلول آبکاری در نواحی از سطح قطعه پایه که دانسیته جریان الکتریکی پایین دارند (مثل فرورفتگی ها) رسوب می کنند و با کاهش میزان براقیت پوشش نیکلی در این مناطق سبب بروز ماتی موضعی می گردند. در عمل هر کدام از یون های فلزی موجود در محلول آبکاری نیکل حتی در مقادیر بسیار کم اثر خاص خود را که غالبا مخرب می باشد بر روی فرایند آبکاری نیز پوشش نیکلی دارند.

به ندرت پیش می آید که یک محلول آبکاری نیکل براق تنها دارای یک نوع آلودگی فلزی باشد اگر چه این احتمال وجود دارد که یک نوع آلودگی فلزی، آلودگی غالب در محلول آبکاری باشد، به عنوان مثال معمولاً آلودگی فلزی غالب در محلول آبکاری نیکل براق که جهت آبکاری قطعات فلزی ریخته گری شده تحت فشار به کار می رود یون های روی می باشد.

اما آنچه که منجر به بروز مشکلات قابل توجه در فرایند آبکاری می گردد تجمیع اثرات مخرب مربوط به حضور کلیه یون های فلزی مضر موجود در محلول آبکاری است. وجود آلودگی های فلزی در محلول آبکاری را با استفاده از روش هایی مثل رنگ سنجی، پلاروگرافی و روش های جذب اتمی می توان تشخیص داد. البته برای تعیین کمی آلودگی های فلزی موجود در محلول آبکاری می توان از آزمایش های آبکاری مانند بررسی های هول سل   و ... استفاده کرد.

منابع آلودگی های فلزی موجود در محلول آبکاری نیکل

 از آنجایی که همیشه پیشگیری بهتر از درمان است بنابراین شناخت منابع آلودگی های فلزی در آبکاری الکتریکی نیکل براق می تواند به ما در جلوگیری از ورود آلودگی های فلزی به محلول آبکاری کمک کند. چهار منبع متداول آلودگی های فلزی در آبکاری الکتریکی نیکل براق عبارتند از:

1. ورود ناخواسته یون های فلزی در نتیجه آبکشی نامناسب یا ناکافی قطعه پایه و نیز به واسطه آویزهایی که پوشش های محافظ روی آن ها دچار آسیب شده است
2. ورود یون های فلزی به محلول آبکاری به واسطه انحلال قطعه پایه در نواحی از آن که به خوبی محافظت نشده است و یا به واسطه انحلال شیمیایی یا الکتروشیمیایی قطعات فلزی که به طور ناخواسته در داخل محلول آبکاری افتاده اند
3. ورود یون های فلزی به محلول آبکاری از طریق ورود لجن آندی به محلول آبکاری درنتیجه آسیب دیدن کیف آندی.
4. انتقال یون های فلزی موجود در محیط اطراف محلول آبکاری ناشی از عملیات هایی که پیش از آبکاری بر روی قطعه پایه انجام می گیرند مثل سنگ زنی، سمباده زنی، پرداخت کاری و... از طریق هوا به داخل تانک آبکاری

در ذیل روش های جلوگیری از ورود و نیز رفع (در صورت ورود به محلول آبکاری) برخی از آلودگی های فلزی متداول که می توانند باعث مات شدن پوشش و یا کاهش توانایی محلول آبکاری در ایجاد پوشش نیکلی براق در نواحی از سطح قطعه پایه با دانسیته جریان الکتریکی پایین گردند ارایه شده است.

آلومینیوم

 اهمیت آلومینیوم به عنوان یک آلودگی فلزی در آبکاری نیکل براق از آن جا ناشی می شود که حجم تقاضا برای آبکاری نیکل براق بر روی قطعات آلومینیومی در حال افزایش می باشد. معمولاً پیش از آنکه یک قطعه آلومینیومی تحت فرایند آبکاری قرار گیرد تحت عملیات غوطه وری در محلول زینکات قرار می گیرد تا لایه چسبنده اکسید آلومینیوم موجود بر روی سطح آن از بین برود و در نتیجه چسبندگی پوشش آبکاری شده به قطعه آلومینیومی افزایش یابد. بنابراین عملیات غوطه وری در محلول زینکات می تواند یکی از راه های ورود آلومینیوم به صورت آلومینات به محلول آبکاری باشد. همچنین آلومینیوم می تواند به واسطه انحلال قطعه پایه آلومینیومی که تماسش با آویز آبکاری قطع شده است و نیز در نتیجه انحلال قطعات آلومینیومی که کف تانک آبکاری در طول آبکاری انباشته شده اند و در معرض اثرات دو قطبی و جریان های سرگردان قرار دارند وارد محلول آبکاری شود. از بین بردن این منابع آلودگی ذکر شده اگر چه ممکن به نظر می رسد اما در عمل بسیار مشکل می باشد به ویژه در کارگاه های آبکاری که در آن ها تعداد زیادی قطعات پایه تحت فرایند آبکاری قرار می گیرند. یون های آلومینیوم موجود در محلول آبکاری را می توان به طور مؤثری با استفاده از عملیات تصفیه محلول آبکاری در pH بالا از بین برد. باید توجه کرد که در این مورد تصفیه الکترولیتی کاملاً ناکارآمد می باشد.

مس

وقتی قطعات برنجی داخل محلول آبکاری بیافتد به طور هم زمان باعث ورود یون های فلری مس و روی به داخل محلول آبکاری می شود که این دو نوع آلودگی فلزی اثرات مخرب تقریبا ً یکسانی دارند. از دیگر منابعی که باعث ورود یون های مس به محلول آبکاری می شوند می توان به ورود ناخواسته یون های مس از تانک های حاوی محلول آبکاری مس مورد استفاده جهت پیش آبکاری قطعه پایه با مس پیش از آبکاری با نیکل اشاره کرد. یون های مس موجود در محلول آبکاری را می توان با الکترولیز (تصفیه الکترولیزی) در دانسیته جریان پایین به طور مؤثری از محلول آبکاری خارج کرد. برای این کار معمولاً از کاتدهای چین خورده در دانسیته جریان 0/5 – 0/2 آمپر بر دسی متر مربع استفاده می شود.

روی

روی یکی از متداول ترین آلودگی های فلزی موجود در محلول های آبکاری الکتریکی نیکل براق می باشد. از جمله راه های ورود یون های فلز روی به داخل محلول آبکاری می توان به مواردی مثل انحلال قطعات از جنس روی یا برنج که در طول فرایند آبکاری به داخل تانک آبکاری افتاده اند و نیز حمله محلول آبکاری نیکل براق به قطعات پایه از جنس روی که پیش از ورود به محلول آبکاری به خوبی توسط پوشش مسی محافظت نشده اند اشاره کرد. جلوگیری از راه دوم ورود یون های روی به داخل محلول آبکاری که در بالا ذکر شد کار ساده ای  می باشد، فقط کافی است که برای اطمینان از حفاظت کامل قطعه پایه روی با پوشش مسی ضخامت پوشش مسی را افزایش داد.  برای بستن راه اول ورود یون های روی ( و به طور کلی آلودگی های فلزی) یعنی جلوگیری از افتادن اتفاقی قطعات فلزی مختلف در داخل تانک آبکاری طی فرایند آبکاری از توری های فلزی استفاده  می شود. بدین ترتیب که این توری ها در فضای بالای تانک آبکاری نصب می شود تا مانع از افتادن قطعات مختلف در داخل تانک آبکاری شود. بنابراین لازم است تا در فواصل زمانی مناسب تخلیه این توری های محافظ از قطعات گیرافتاده در آن ها صورت گیرد. تا پیش از مجهز شدن سیستم های آبکاری به تجهیزات همزنی از طریق هوا، خارج کردن قطعات گیر افتاده در توری های محافظ شده در بالای تانک آبکاری کاری ساده ای بود که معمولاً هر شیفت کاری انجام می شد. با ورود شبکه لوله های هوا مربوط به سیستم همزنی محلول آبکاری، از طریق هوا که در فضای بالای تانک آبکاری نصب می شود خارج کردن قطعات گیر افتاده در توری های محافظ مشکل شده است چرا که امکان آسیب دیدن شبکه لوله های هوا در هنگام پایین آوردن توری های محافظ جهت تمیزکاری آن ها وجود دارد. یون های روی موجود در محلول آبکاری را می توان با الکترولیز (تصفیه الکترولیزی) در دانسیته جریان پایین به طور مؤثری از محلول آبکاری خارج کرد. برای این کار معمولاً از کاتدهای چین خورده در دانسیته جریان 0/5 – 0/2 آمپر بر دسی متر مربع استفاده می شود و تانک های مخصوص الکترولیز پیوسته نیز به خط آبکاری اضافه می گردد.

منبع : http://iranplating.com/Archive/63.pdf