بررسی نحوه ایجاد تلاطم در محلول های آبکاری نیکل براق با استفاده از همزن با سیستم های گیربکسی(مکانیکی)، هوایی یا مختلط ( هوایی / گیربکسی) و افزایش کارایی فرآیند آبکاری با استفاده از همزن هوایی در مقایسه با همزن گیربکسی
بررسی نحوه ایجاد تلاطم در محلول های آبکاری نیکل براق با استفاده از همزن با سیستم های گیربکسی(مکانیکی)، هوایی یا مختلط ( هوایی / گیربکسی) و افزایش کارایی فرآیند آبکاری با استفاده از همزن هوایی در مقایسه با همزن گیربکسی
چرا باید تلاطم ایجاد کرد؟ می دانیم که نیکل به صورت یون های Ni+2 در تمامی کل محلول پراکنده است وقتی که قطعات در محلول قرار می گیرند، به وسیله سیم ها و قالب های متصل به قطب کاتد رکتی فایر، درسطح قطعات جریان برق یا جریانی از الکترون ها جاری می شوند. بلافاصله الکترون ها یا بارهای منفی در تمامی سطح قطعات با تراکم جریان های مختلف پراکنده شده و باعث می شوند که در اطراف قطعات یک میدان مغناطیسی جاذب بارهای مثبت ایجاد شود. در این حالت یون های نیکل در کسری از ثانیه جذب قطعه شده و با گرفتن الکترون ازسطح قطعه، روی سطح آن رسوب می کنند. در این حالت بلافاصله و در همان مدت زمان خیلی خیلی کوتاه محل تماس محلول با قطعه از یون های فلزی نیکل تخلیه می شود. به سایر یون های فلزی که خارج از محلول تخلیه شده از یون های فلزی هستند، تحت تاثیر نیروی میدان مغناطیسی ناشی از قطعه باردار، نیرویی وارد می شود تا به سمت قطعه کشیده شده و جذب آن شوند. از آنجایی که این نیرو بسیار ضعیف است، و با فاصله گرفتن از سطح قطعه، ضعیف تر نیز می شود، بهتر آن است که به روش دیگری یون های فلزی جذب نشده را به سمت سطح قطعه رانده و روی آن رسوب دهیم. با توجه به ضعیف بودن میدان مغناطیسی حاصل از اتصال جریان برق به قطعات ، جذب شدن و رسوب دادن یون های فلزی دورتر از محل اتصال محلول به قطعات بسیار کند و زمان بر است، پس بهتر است که به وسیله هم زدن محلول، یون های فلزی مثبت را به سوی سطح قطعه برانیم که این همان ایجاد تلاطم یا استفاده از انواع همزن های رایج در آبکاری (گیربکسیی، هوایی یا مختلط) است. بدین ترتیب پس از رسوب و تخلیه محلول کنار قطعات از یون های نیکل، محلول هم خورده و یون های نیکل دیگری به سمت قطعات باردار رانده می شوند که باعث افزایش یافتن سرعت رسوب گذاری نیکل و افزایش کیفیت فرآیند آبکاری می شوند.
اگر بخواهیم که یون های نیکل تازه را جهت رسوب روی سطح قطعات به سمت آن ها بفرستیم با توجه به نسبی بودن حرکت 3 کار می توانیم انجام دهیم
- قطعه را درون محلول حرکت دهیم ( محلول ثابت ، قطعه متحرک با اسثفاده از همزن گیربکسی یا مکانیکی)
- محلول را درون وان حرکت دهیم ( قطعه ثابت ، محلول متحرک با استفاده از همزن هوایی)
- محلول و قطعه را هم زمان نسبت به هم حرکت دهیم ( محلول متحرک، قطعه متحرک با استفاده از از هم زن مختلط هوایی / گیربکسی)
الف- همزن گیربکسی یا مکانیکی و عوامل قابل اندازه گیری در آن
زمانی که در فرایند آبکاری ازهمزن گیربکسی استفاده می شود، محلول ثابت بوده و قطعات طی یک حرکت تکراری رفت و برگشت افقی یا گاهی عمودی ( بسیارنادر) در محلول حرکت می کنند. حرکت مزبور به وسیله یک موتور الکتریکی گیربکس دار و صفحه دواری به شین کاتودیک (تسمه مسی که قطعات مورد آبکاری، در محلول به آن آویزان می شوند) ایجاد می گردد.
حرکت قطعات در محلول آبکاری با استفاده از همزن گیربکس
درهمزن های گیربکسی آنچه که حایز اهمیت است سرعت حرکت قطعات برحسب واحد متر بر دقیقه است. منابع مختلف مقادیر مختلفی را برای سرعت حرکت قطعات درمحلول که به وسیله همزن های گیربکسی ایجاد می شود را توصیه می کنند. این مقادیر از 5 متر تا حتی 10 الی 12 متر بر دقیقه متفاوت هستند.
ب- همزن هوایی (Air Agitation)، کارایی و عوامل موثر بر آن
سوال اول اصلاً چرا باید سیستم همزن هوایی را بر سیستم همزن گیربکسی ترجیح داد؟ جواب این سوال را به شرح زیر می باشد:
- در سیستم همزن هوایی به علت بالا رفتن سرعت حرکت محلول در سطح قطعه قدرت خش پرکنی نسبت به همزن گیربکسی بالاتر است.
- در سیستم همزن هوایی به علت افزایش پرتاب وحرکت محلول درگودی های قطعه قدرت گودپرکنی نسبت به سیستم گیربکسی بیشتر است.
- در محلول با همزن هوایی به علت بالا بودن قدرت خش پرکنی و گودپرکنی بالا می توان با استفاده از افزودنی های ارزان تر به کیفیت مطلوب رسید و هزینه ها را کاهش داد.
- با استفاده از سیتم همزن هوایی قطعات در زمان کمتری به کیفیت لازم جهت خروج از وان می رسند پس با توجه به کاهش زمان آبکاری قطعات مقدار مصرف نیکل برروی هر قطعه، یا به عبارت دیگر وزن نیکل رسوب کرده برروی هر قطعه، در مقایسه با استفاده از همزن گیربکسی کاهش یافته و باعث کاهش در هزینه های آبکاری می شود.
- کاهش زمان آبکاری هر قطعه باعث می شود که در یک شیفت کاری بتوان قطعات بیشتری را آبکاری کرد و این مطلب باعث افزایش تیراژ قطعات در هر شیفت کاری از یک طرف (افزایش درآمد) و کاهش هزینه های ثابت متوسط هر قطعه (کاهش هزینه آبکاری یا قیمت تمام شده آبکاری) از طرف دیگر می شود.
- در سیستم های هوایی با درجه غلظت های پایین تر (20 الی 22 بومه) نیز می توان به جواب مطلوب رسید و در محلول هایی با سیستم همزن گیربکسی کیفیت و کارایی در غلظت های پایین تر از 22 درجه بومه به شدت افت می کند.
- با توجه به توانایی رسیدن به کیفیت آبکاری مطلوب در غلظت پایین تر (20 الی 22 درجه غلظت بومه) میزان محلول بری قطعات کاهش یافته و منجر به کاهش هزینه نگهداری، کاهش قیمت تمام شده آبکاری و در نهایت باعث سودآورتر شدن فرآیند آبکاری می گردد. با توجه به مطلب بالا می توان گفت که کارایی هر وان نیکل با سیستم همزن هوایی حدود 20 الی 25 درصد نسبت به همان وان نیکل با همزن گیربکسی بالاتر است. یا به عبارت دیگر با تبدیل سیستم همزن از گیربکسی به هوایی می توانید کارایی فرآیند آبکاری نیکل خود را 20 الی 25 درصد افزایش دهید.
باورهای نادرست در مورد سیستم همزن هوایی
الف - استفاده از سیستم همزن هوایی باعث ورود هوای چرب به محلول و در نهایت چرب و خراب شدن محلول می شود:
برای جلوگیری از ورود هوای چربی ( درصورتی که از پمپ هوای سیلندری استفاده می کنید) می توان از فیلترهای چربی گیر قلیایی با ارتفاع حداقل 1متر استفاده کرده و چربی هوا را کاملاً گرفت.
برای تولید هوا در سیستم های همزن هوایی می توان از مولدهای خشک هوا مثل پمپ های دمنده خشک یا پمپ های دمنده حوضچه های پرورش ماهی قزل آلا که دارای قیمت بسیار پایینی نیز هستند استفاده کرد.
ب - استفاده از سیستم همزن هوایی باعث زبر شدن لایه آبکاری نیکل می شود:
لوله های هوا نباید چسبیده به کف وان باشند بلکه باید حداقل 10 الی 15 سانتی متر بالاتر از سطح کف وان قرار گیرند تا بالای لجن ها و ذرات کف وان قرار گرفته و باعث بلند شدن و شناور شدن این لجن ها و ذرات در سراسر محلول نگردند.
جهت جلوگیری از زبرشدن لایه نیکل می بایست سیستم فیلتراسیون را مناسب انتخاب کرده ( ظرفیت حداقل 2 برابرحجم کل محلول در ساعت وو حد اکثر 6 برابر حجم کل محلول در ساعت، علاوه بر این باید از پارچه های فیلتر مناسب استفاده کرد یا اصلاحاتی را در فیلترهای معمولی اعمال کرد)و سیستم فیلتراسیون را اصلاح کرد که هزینه ای نیز در برندارد.
بررسی نحوه ایجاد تلاطم در محلول های آبکاری نیکل براق با استفاده از همزن با سیستم های گیربکسی(مکانیکی)، هوایی یا مختلط ( هوایی / گیربکسی) و افزایش کارایی فرآیند آبکاری با استفاده از همزن هوایی در مقایسه با همزن گیربکسی
چرا باید تلاطم ایجاد کرد؟ می دانیم که نیکل به صورت یون های Ni+2 در تمامی کل محلول پراکنده است وقتی که قطعات در محلول قرار می گیرند، به وسیله سیم ها و قالب های متصل به قطب کاتد رکتی فایر، درسطح قطعات جریان برق یا جریانی از الکترون ها جاری می شوند. بلافاصله الکترون ها یا بارهای منفی در تمامی سطح قطعات با تراکم جریان های مختلف پراکنده شده و باعث می شوند که در اطراف قطعات یک میدان مغناطیسی جاذب بارهای مثبت ایجاد شود. در این حالت یون های نیکل در کسری از ثانیه جذب قطعه شده و با گرفتن الکترون ازسطح قطعه، روی سطح آن رسوب می کنند. در این حالت بلافاصله و در همان مدت زمان خیلی خیلی کوتاه محل تماس محلول با قطعه از یون های فلزی نیکل تخلیه می شود. به سایر یون های فلزی که خارج از محلول تخلیه شده از یون های فلزی هستند، تحت تاثیر نیروی میدان مغناطیسی ناشی از قطعه باردار، نیرویی وارد می شود تا به سمت قطعه کشیده شده و جذب آن شوند. از آنجایی که این نیرو بسیار ضعیف است، و با فاصله گرفتن از سطح قطعه، ضعیف تر نیز می شود، بهتر آن است که به روش دیگری یون های فلزی جذب نشده را به سمت سطح قطعه رانده و روی آن رسوب دهیم. با توجه به ضعیف بودن میدان مغناطیسی حاصل از اتصال جریان برق به قطعات ، جذب شدن و رسوب دادن یون های فلزی دورتر از محل اتصال محلول به قطعات بسیار کند و زمان بر است، پس بهتر است که به وسیله هم زدن محلول، یون های فلزی مثبت را به سوی سطح قطعه برانیم که این همان ایجاد تلاطم یا استفاده از انواع همزن های رایج در آبکاری (گیربکسیی، هوایی یا مختلط) است. بدین ترتیب پس از رسوب و تخلیه محلول کنار قطعات از یون های نیکل، محلول هم خورده و یون های نیکل دیگری به سمت قطعات باردار رانده می شوند که باعث افزایش یافتن سرعت رسوب گذاری نیکل و افزایش کیفیت فرآیند آبکاری می شوند.
اگر بخواهیم که یون های نیکل تازه را جهت رسوب روی سطح قطعات به سمت آن ها بفرستیم با توجه به نسبی بودن حرکت 3 کار می توانیم انجام دهیم
- قطعه را درون محلول حرکت دهیم ( محلول ثابت ، قطعه متحرک با اسثفاده از همزن گیربکسی یا مکانیکی)
- محلول را درون وان حرکت دهیم ( قطعه ثابت ، محلول متحرک با استفاده از همزن هوایی)
- محلول و قطعه را هم زمان نسبت به هم حرکت دهیم ( محلول متحرک، قطعه متحرک با استفاده از از هم زن مختلط هوایی / گیربکسی)
الف- همزن گیربکسی یا مکانیکی و عوامل قابل اندازه گیری در آن
زمانی که در فرایند آبکاری ازهمزن گیربکسی استفاده می شود، محلول ثابت بوده و قطعات طی یک حرکت تکراری رفت و برگشت افقی یا گاهی عمودی ( بسیارنادر) در محلول حرکت می کنند. حرکت مزبور به وسیله یک موتور الکتریکی گیربکس دار و صفحه دواری به شین کاتودیک (تسمه مسی که قطعات مورد آبکاری، در محلول به آن آویزان می شوند) ایجاد می گردد.
حرکت قطعات در محلول آبکاری با استفاده از همزن گیربکس
درهمزن های گیربکسی آنچه که حایز اهمیت است سرعت حرکت قطعات برحسب واحد متر بر دقیقه است. منابع مختلف مقادیر مختلفی را برای سرعت حرکت قطعات درمحلول که به وسیله همزن های گیربکسی ایجاد می شود را توصیه می کنند. این مقادیر از 5 متر تا حتی 10 الی 12 متر بر دقیقه متفاوت هستند.
ب- همزن هوایی (Air Agitation)، کارایی و عوامل موثر بر آن
سوال اول اصلاً چرا باید سیستم همزن هوایی را بر سیستم همزن گیربکسی ترجیح داد؟ جواب این سوال را به شرح زیر می باشد:
- در سیستم همزن هوایی به علت بالا رفتن سرعت حرکت محلول در سطح قطعه قدرت خش پرکنی نسبت به همزن گیربکسی بالاتر است.
- در سیستم همزن هوایی به علت افزایش پرتاب وحرکت محلول درگودی های قطعه قدرت گودپرکنی نسبت به سیستم گیربکسی بیشتر است.
- در محلول با همزن هوایی به علت بالا بودن قدرت خش پرکنی و گودپرکنی بالا می توان با استفاده از افزودنی های ارزان تر به کیفیت مطلوب رسید و هزینه ها را کاهش داد.
- با استفاده از سیتم همزن هوایی قطعات در زمان کمتری به کیفیت لازم جهت خروج از وان می رسند پس با توجه به کاهش زمان آبکاری قطعات مقدار مصرف نیکل برروی هر قطعه، یا به عبارت دیگر وزن نیکل رسوب کرده برروی هر قطعه، در مقایسه با استفاده از همزن گیربکسی کاهش یافته و باعث کاهش در هزینه های آبکاری می شود.
- کاهش زمان آبکاری هر قطعه باعث می شود که در یک شیفت کاری بتوان قطعات بیشتری را آبکاری کرد و این مطلب باعث افزایش تیراژ قطعات در هر شیفت کاری از یک طرف (افزایش درآمد) و کاهش هزینه های ثابت متوسط هر قطعه (کاهش هزینه آبکاری یا قیمت تمام شده آبکاری) از طرف دیگر می شود.
- در سیستم های هوایی با درجه غلظت های پایین تر (20 الی 22 بومه) نیز می توان به جواب مطلوب رسید و در محلول هایی با سیستم همزن گیربکسی کیفیت و کارایی در غلظت های پایین تر از 22 درجه بومه به شدت افت می کند.
- با توجه به توانایی رسیدن به کیفیت آبکاری مطلوب در غلظت پایین تر (20 الی 22 درجه غلظت بومه) میزان محلول بری قطعات کاهش یافته و منجر به کاهش هزینه نگهداری، کاهش قیمت تمام شده آبکاری و در نهایت باعث سودآورتر شدن فرآیند آبکاری می گردد. با توجه به مطلب بالا می توان گفت که کارایی هر وان نیکل با سیستم همزن هوایی حدود 20 الی 25 درصد نسبت به همان وان نیکل با همزن گیربکسی بالاتر است. یا به عبارت دیگر با تبدیل سیستم همزن از گیربکسی به هوایی می توانید کارایی فرآیند آبکاری نیکل خود را 20 الی 25 درصد افزایش دهید.
باورهای نادرست در مورد سیستم همزن هوایی
الف - استفاده از سیستم همزن هوایی باعث ورود هوای چرب به محلول و در نهایت چرب و خراب شدن محلول می شود:
برای جلوگیری از ورود هوای چربی ( درصورتی که از پمپ هوای سیلندری استفاده می کنید) می توان از فیلترهای چربی گیر قلیایی با ارتفاع حداقل 1متر استفاده کرده و چربی هوا را کاملاً گرفت.
برای تولید هوا در سیستم های همزن هوایی می توان از مولدهای خشک هوا مثل پمپ های دمنده خشک یا پمپ های دمنده حوضچه های پرورش ماهی قزل آلا که دارای قیمت بسیار پایینی نیز هستند استفاده کرد.
ب - استفاده از سیستم همزن هوایی باعث زبر شدن لایه آبکاری نیکل می شود:
لوله های هوا نباید چسبیده به کف وان باشند بلکه باید حداقل 10 الی 15 سانتی متر بالاتر از سطح کف وان قرار گیرند تا بالای لجن ها و ذرات کف وان قرار گرفته و باعث بلند شدن و شناور شدن این لجن ها و ذرات در سراسر محلول نگردند.
جهت جلوگیری از زبرشدن لایه نیکل می بایست سیستم فیلتراسیون را مناسب انتخاب کرده ( ظرفیت حداقل 2 برابرحجم کل محلول در ساعت وو حد اکثر 6 برابر حجم کل محلول در ساعت، علاوه بر این باید از پارچه های فیلتر مناسب استفاده کرد یا اصلاحاتی را در فیلترهای معمولی اعمال کرد)و سیستم فیلتراسیون را اصلاح کرد که هزینه ای نیز در برندارد.