آبکاری پلاستیک

عبارت پلاستيک آبكاری شده معمولاً در مورد قطعات پلاستيكی به طور الكتريكی روكش شده با يک لايه از فلز كرم براق به كار گرفته می شود. قطعات پلاستيكی آبكاری شده به شكل گسترده ای در خودروها، تجهيزات و ابزارآلات مورد استفاده قرار می گيرند. اين مقاله مروری كلی بر روش های آبكاری الكتريكی بر روی پلاستيک ها را ارايه می دهد.

انتخاب و قالب گيری پلاستيک

در حال حاضر حدود 85 درصد از قطعات پلاستیکی كه تحت فرآیند آبکاری قرار می گیرند، از جنس تر پلیمر آكریلونیتریل بوتادی ان استایرن می باشند كه با استفاده از روش قالب گیری تزریقی تولید شده اند. به منظور دستیابی به یک آبکاری موفقیت آمیز توجه به این نکته لازم است كه اقدامات لازم در طراحی و قالب گیری قطعه پلاستیکی جهت جلوگیری از ظهور حفره های مسدود، سطوح صاف بزرگ و گوشه های تیز در نظر گرفته شود. لازم به ذكر است در طول فرایند قالب گیری پلاستیک رعایت یک سری پارامتر اعلام شده از سوی طراحان قطعات الزامی است و در نهایت اینکه نباید از رها كننده های قالب سیلیکونی استفاده شود.

آبكاری
یک فرایند نوعی جهت آبکاری بر روی پلاستیک آكریلونیتریل بوتادی ان استایرن در شکل ( 1) نمایش داده شده است. البته پلاستیک های دیگر مثل پلی فنیل اكسید، نایلون، پلی سولفون، پلیمرهای فلوئوردار خلوط های آكریلونیتریل بوتادی ان استایرن و پلی كربنات نیز به طور تجاری تحت آبکاری قرار گرفته اند. فرایند های آبکاری ویژه برای این پلاستیک ها یا از سوی تهیه كنندگان رزین های این پلاستیک ها و یا از سوی تهیه كنندگان محلول های آبکاری برای این پلاستیک ها ارایه شده است. تفاوت اصلی این فرایند های ویژه در نوع حلال ها، نوع محلول اچ كاری مورد استفاده و یا نوع تمیزكاری سطح قطعات پلاستیکی می باشد. مراحل مختلف نشان داده شده در شکل ( 1) می توانند در قالب یک خط و یا دوخط آبکاری انجام گیرد. این مراحل آبکاری در برگیرنده دو بخش است: بخش اول كه طی آن قطعه پلاستیکی از نظر الکتریکی رسانا می شود و بخش دوم كه لایه فلزی اصلی بر روی قطعه پلاستیکی آبکاری می شود. البته جهت بهبود كیفیت كار و كاهش هزینه، از دستگاه های تمام اتوماتیک برای انجام این مراحل استفاده می شود. توجه به این نکته لازم است كه استفاده از آب كافی جهت آبکشی در پایان هر مرحله ضروری می باشد.

شكل ( 1:): مراحل فرايند آبكاری الكتريكی بر روی پلاستيک آكريلونيتريل بوتادی ان استايرن

تمیزکاری

تمیزكاری قطعات پلاستیکی، به ویژه زمانی كه قالب گیری و آبکاری قطعه پلاستیکی در دو مکان مختلف انجام می گیرد، نیاز به یک عملیات جداگانه دارد. در مرحله ی نخست باید توجه كرد تا در طی جابه جای، بسته بندی و انتقال قطعات پلاستیکی به منظور حذف آلودگی هایی مثل گرد و غبار موجود در هوا، روغن ها و اثر انگشت نهایت دقت به كار گرفته شود چرا كه برخی از این آلودگی ها با جذب شدن در سطح قطعه پلاستیکی فرایندهای بعدی را كه جهت آبکاری بر روی قطعه پلاستیکی انجام می گیرد، تحت تأثیر قرار می دهند. هدف از انجام مرحله تمیزكاری بر روی قطعات پلاستیکی حذف آلودگی های موجود بر روی سطح قطعه پلاستیکی است كه می تواند در مرحله بعدی مانع از حمله شیمیایی به سطح قطعه پلاستیکی گردد. از جمله متداول ترین محلول های تمیزكاری می توان به شوینده های قلیایی اشاره كرد.

اچ کاری

محلول های اچ كاری به طور ویژه جهت ایجاد خاصیت آب گریزی در سطح قطعه پلاستیکی و تولید یک سطح ریز اچ كاری شده طراحی شده اند كه به طور انتخابی تنها برخی از مولکول های موجود در این سطح را مورد حمله شیمیایی قرار می دهد. این سطح ریز اچ كاری شده است كه چسبندگی لازم بین سطح پلاستیک و پوشش فلزی رسانای الکتریکی كننده سطح پلاستیک را فراهم می كند. محلول های اچ كاری معمولاً محلول های شدیدا اكسید كننده می باشند كه اغلب حاوی غلظت های بالایی از اسید كرمیک و اسید سولفوریک هستند. معمولاً در مورد پلاستیک آكریلو نیتریل بوتادی ان استایرن این محلول های اچ كاری برای مدت زمان 15 – 10 دقیقه و در دمای 70 – 60 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می گیرند.

خنثی سازی

از آنجایی كه وجود تركیبات كرم شش ظرفیتی بر روی سطح قطعه پلاستیکی می تواند برای كلیه مراحل بعدی در فرایند آبکاری مضر باشد، اغلب مرحله خنثی سازی به دنبال استفاده از محلول های اچ كاری حاوی كرم و به منظور حذف تا حد امکان تركیبات كرم شش ظرفیتی منتقل شده از محلول اچ كاری به روی سطح قطعه پلاستیکی به كار گرفته می شود. از سوی دیگر حذف نمک های كرم از روی سطح قطعه پلاستیکی، به جذب بهتر فعال کننده یا کاتالیزور در مرحله بعد کمک می کند.

كاتاليز كردن

در این مرحله به منظور شروع فرایند رسوب دهی الکترولس، یک كاتالیزور بر روی سطح قطعه پلاستیکی جذب سطحی می شود. اغلب كاتالیزور یا فعال كننده مورد استفاده در این مرحله یک مخلوط به شدت اسیدی از نمک های قلع و پالادیم می باشد كه به میزان محدود و قابل كنترل بر روی سطح قطعه پلاستیکی جذب سطحی می گردد. تركیب قلع موجود در مخلوط كاتالیزور مورد استفاده، به شدت به سطوح تركیبات آلی (مثل سطح قطعه پلاستیکی) متصل شده و سپس به پالادیم پیوند می شوند تا یک سطح كاتالیزوری در سطح قطعه پلاستیکی ایجاد كنند. اغلب برای ایجاد سطح كاتالیزوری بر روی سطح قطعه پلاستیکی، قطعه پلاستیکی برای مدت زمان 10 – 2 دقیقه در داخل محلول 10 - 1 درصد حجمی از مخلوط كاتالیزور و با دمای 50 – 15 درجه سانتی گراد غوطه ور می گردد.

تسريع كردن (شتاب دادن)

در این مرحله از یک شتاب دهنده یا پس فعال كننده جهت دفع مقادیر مازاد تركیبات قلع موجود بر روی سطح قطعه پلاستیکی، به منظور جلوگیری از پوشیده شدن ذرات پالادیم و نمایان كردن آن ها در سطح قطعه پلاستیکی استفاده می شود. جهت سیر به این هدف قطعه پلاستیکی برای مدت زمان 2 – 1 دقیقه در داخل
محلول های اسیدی و یا قلیایی رقیق از شتاب دهنده با دمای 50 – 20 درجه سانتی گراد غوطه ور می گردند.

آبكاری الكترولس

در ابتدا نیاز است تا به منظور آبکاری الکتریکی بر روی قطعه پلاستیکی، یک لایه پوشش مسی و یا نیکلی بر روی سطح كاتالیزوری قطعه پلاستیکی به صورت الکترولس (بدون استفاده از جریان الکتریکی) ایجاد كرد. در اغلب موارد در این مرحله آبکاری الکترولس مس، به دلیل ملاحظات اجرایی بیرونی ویژه موجود، به كار گرفته می شود. از آبکاری الکترولس نیکل كه دارای محلول های آبکاری پایدارتری می باشد در كاربردهایی كه شرایط به كار گیری قطعه پلاستیکی شدیدتر خواهد بود، استفاده می شود. اغلب محلول های آبکاری الکترولس اختصاصی كه در این مرحله مورد استفاده قرار می گیرد، در دمای اتاق پس از گذشت 10 – 5 دقیقه یک لایه پوشش فلزی كه برای ایجاد رسانایی الکتریکی در قطعه پلاستیکی كافی می باشد را در سطح آن ایجاد می كنند. محلول های آبکاری الکترولس اختصاصی مورد استفاده در این مرحله معمولاً به شدت پایدار هستند به طوری كه محلول های آبکاری الکتروس مس برای ماه ها و محلول های آبکاری الکترولس نیکل برای بیش از یک سال پایدار و قابل استفاده می باشند. از آنجایی كه غلظت پوشش فلزی ایجاد شده در سطح قطعه
پلاستیکی در این مرحله در حدود 0/75 – 0/12 میکرومتر است، بسیار مهم است كه در جابه جایی و انتقال این قطعات نهایت دقت به كار گرفته شود تا از آسیب دیدن پوشش فلزی ایجاد شده جلوگیری می شود.

آبكاری الكتريكی

در كلیه مراحل ذكر شده تا كنون می توان قطعه پلاستیکی را با استفاده از آویز در داخل محلول های مربوطه آویزان كرد و یا آن كه قطعه پلاستیکی را با استفاده از توری و سبد در داخل محلول های مربوطه غوطه ور كرد. اما در این مرحله (یعنی آبکاری الکتریکی) اغلب قطعه پلاستیکی با استفاده از آویزهای آبکاری در داخل محلول آبکاری قرار داده می شوند و تنها قطعات كوچک با استفاده از توری ها در داخل محلول آبکاری غوطه ور می شوند. هنگامی كه از آویزهای آبکاری استفاده می شود، لازم است تا آویزها پیوندهای قوی و از نظر الکتریکی محکمی را با قطعه پلاستیکی داشته یاشند تا از یک سو مانع از شناور شدن قطعه پلاستیکی در داخل محلول آبکاری شوند و از سوی دیگر جریان الکتریکی كافی را به سطح قطعه پلاستیکی برسانند. اگرچه رسانایی الکتریکی پوشش الکترولس ایجاد شده در مرحله قبل بر روی قطعه پلاستیکی در مورد قطعاتی با اندازه كوچک
و متوسط جهت حمل جریان الکتریکی مورد نیاز برای آبکاری الکتریکی بر روی سطح قطعه پلاستیکی كافی می باشد، اما در مورد قطعات بزرگ مانند قطعات خودرو، فاصله آویز آبکاری با برخی از قسمت های این قطعات به اندازه كافی زیاد هست تا جریان الکتریکی لازم برای آبکاری الکتریکی كه به این قسمت ها از قطعه می رسد، كافی نباشد. در این حالت پیش از شروع آبکاری الکتریکی اصلی، ایجاد یک لایه آستری از جنس مس یا نیکل با
استفاده از محلول آبکاری با كارایی بالا در دانسیته جریان پایین، به منظور جلوگیری از سوختگی پوشش الکترولس ایجاد شده بر روی قطعه پلاستیک در حین آبکاری الکتریکی اصلی، می تواند بسیار مفید باشد. ضخامت این لایه آستری معمولاً كمتر از 5/2 میکرومتر می باشد. پوشش براق، هموار و انعطاف پذیر بعدی با استفاده از محلول آبکاری سولفات مس اسیدی به دست می آید. این پوشش مسی ایجاد شده از یک سو به  جهت بهبود ظاهر سطح پوشش بعدی و از سوی دیگر به عنوان یک لایه جذب كننده تنش كه هم شامل تنش لایه نیکل بعدی كه روی آن قرار می گیرد و هم تنشی كه ناشی از اختلاف انبساط حرارتی قطعه پلاستیکی و لایه های فلزی پوشش داده شده بر روی آن می باشد، سودمند است. ضخامت این لایه مسی بسته به نوع طراحی و اندازه قطعه پلاستیکی و نیز هدف از آبکاری قطعه پلاستیکی متفاوت می باشد. به عنوان مثال ضخامت 15 میکرومتر جهت دستگیره ها و نیز قاب های تلویزیون  و رادیو و دیگر قطعات تزیینی كوچک كافی می باشد.در حالی كه برای قطعات بزرگ تر كه قرار است در محیط هایی با تغییرات دما به كار گرفته شوند و نیز برای قطعات داخلی خودرو حداقل ضخامت 20 میکرومتر برای این لایه ضروری می باشد. قطعات بیرونی خودرو كه بزرگ بوده و باید تغییرات دمایی زیادی را تحمل كنند به لایه مسی ضخیم تر 0/25 – 0/20 میکرومتر نیاز دارند. به طور كلی ضخامت بیشتر این لایه مسی می تواند به منظور بهبود كیفیت پوشش نهایی مورد استفاده قرار گیرد. بر روی پوشش مس براق اسیدی هر نوع پوشش فلزی دیگری را می توان به كار گرفت. در هر صورت اغلب جهت دستیابی به مشخصه های ویژه به طور متداول از پوشش های نیکل یا كرم بر روی لایه مسی استفاده می شود. در حالی كه در آبکاری بیشتر ابزارآلات و نیز قطعات داخلی خودرو از یک لایه پوشش نیکل براق و سپس یک لایه پوشش كرم استفاده می شود، در مورد قطعات بیرونی خودرو از یک لایه پوشش فاقد گوگرد و نیمه براق نیکل، یک لایه پوشش كاملا براق نیکل و یک لایه پوشش كرم دارای ریز ترک یا دارای ریز حفره استفاده می شود. جدول ( 1) حداقل ضخامت پوشش ایجاد شده بر روی قطعه پلاستیکی را كه می تواند در شرایط مختلف محیطی سودمند باشد ارایه كرده است. این ضخامت ها بر اساس بررسی های صورت گرفته در مورد چسبندگی ، مقاومت به خوردگی و مقاومت در برابر تغییرات دمایی تعیین شده اند.

ذكر این نکته لازم است كه منظور از پوشش نیکل ویژه پوششی است از نیکل كه حاوی یک سری ذرات غیر فلزی می باشد. 

منبع
Electroplating Engineering Handbook
J.B.Hajdu and Gerald Krulik