آبکاری گالوانیزه اسیدی ( روی)

فلز روی نسبت به چدن و فولاد حالت آندی دارد بنابراین هنگامی که به صورت پوشش هایی به ضخامت 153-7 میکرومتر بر روی قطعات اعمال شود، حفاظت بیشتری را در مقایسه با نیکل و سایر پوشش های کاتدی با ضخامت مشابه اش ایجاد میکند. در محیط های دریایی، پوشش کادمیوم بهتر از پوشش روی عمل میکند. هنگامی که هدف اصلی حفاظت در مقابل خوردگی اتمسفری و یا فضای سرپوشیده باشد، ترجیحاً از فلز روی برای پوشش دادن قطعات فولادی و چدنی استفاده میشود، زیرا این فلز نسبتا ارزان بوده و پوشش دادن آن از طریق روش های آبکاری ثابت و بارل یا گردان به راحتی امکان پذیر است. در صورتی که عملیات تکمیلی روی پوشش روی آبکاری شده انجام نشود، این پوشش در مجاورت هوا به تدریج خاکستری تیره میشود. گاهی اوقات پوشش روی براق که پس از آبکاری بر روی آن لاه ایی از لاک شفاف ایجاد شده، یا کروماته شده است و یا هر دو این عملیات ها بر روی آن انجام گرفته است، به عنوان پوشش تزیینی مورد استفاده قرار میگیرد. اگرچه چنین پوششی در مقایسه با پوشش های ضخیم نیکل- کروم از دوام کمتری برخوردار است، اما در بسیاری موارد نسبت به پوشش های نازک نیکل- کرم مقاومت بهتری در مقابل خوردگی از خود نشان می دهد و در عین حال بسیار ارزان تر است.

محلول های آبكاری روی

 آبكاری معمولی روی در محلول های آبکاری کاملاً متفاوتی انجام میگیرد که عمده ترین آن ها عبارتند از، محلول های آبكاری سیانید، محلول های آبكاری قلیایی غیرسیانیدی و محلول های آبكاری اسیدی کلریدی. در دهه 70 اکثر آبكاری های معمولی روی در محلول های آبكاری سیانیدی انجام میشد، اما اعمال مقررات سخت به منظور کنترل آلودگی ها در سراسر جهان منجر به پیشرفت و استفاده از سایر فرآیندها گردید. امروزه آبكاری روی براق، در محلول های اسیدی کلریدی نسبت به روش های دیگر از پیشرفت چشمگیرتری برخوردار است. نیمی از محلول های آبكاری موجود در کشورهای پیشرفته تقریبا و اکثر محلول های آبكاری جدید التأسیس از این تكنولوژی بهره میگیرند. اگرچه بعضی از عملیات ها از قبیل چربی گیری قبل از آبكاری و کروماته کردن پوشش پس از آبكاری در کلیه فرآیند ها مشترک میباشند. اما خود محلول های آبكاری تفاوتهای زیادی با هم دارند. دراین مقاله هریک از این محلول ها به تفضیل مورد بررسی قرار گرفته اند و ترکیب، مزایا و معایب آن ها ذکر شده است.

محلول های آبکاری اسیدی

امروزه محلول های آبكاری اسیدی روی 40 تا 50 درصد کلیه محلول های آبكاری روی در اغلب کشورهای پیشرفته را شامل می شوند و از محلول های آبكاری هستند که سریعترین رشد را در دنیا داشته اند. محلول های آبكاری اسیدی روی دارای مزایایی نسبت به سایر محلول ها هستند. در این محلول های آبكاری عملیات تصفیه و دفع فاضلاب به حداقل رسیده است که تنها شامل خنثی نگاه داشتن محلول در پی اچ 8/5 تا 9 و در صورت نیاز رسوب دادن فلز روی می باشد. محلول های آبكاری روی با راندمان جریان 95 تا 98 درصد عمل می کنند که به خصوص در دانسیته های جریان بالاتر، خیلی بیشتر از محلول های سیانید یا قلیایی می باشند. در میان محلول های آبكاری روی تنها محلول های آبكاری اسیدی روی شفاف ترین پوشش را تولید می کنند. قطعات چدن، آهن چكشخوار و کربونیتریدی که آبكاری آنها در محلول های آبكاری قلیایی یا سیانید مشكل یا غیر ممكن است، به راحتی می توانند در محلول های آبكاری اسیدی روی پوشش داده شوند

محلول های آبكاری اسیدی روی در مقایسه با محلول های سیانید و قلیایی، دارای هدایت خیلی بالاتری هستند که باعث صرفه جویی قابل ملاحظه ای در انرژی می شود. در مقایسه با دیگر محلول های آبكاری روی، محلول های کلرید اسیدی آن به علت راندمان بالای کاتد، شكنندگی ناشی از تصاعد هیدروژن را به حداقل می رسانند

جنبه های منفی محلول آبکاری کلراید روی اسیدی

 الكترولیت کلرید اسیدی خاصیت خورندگی دارد. تمام تجهیزات مرتبط با آبكاری مانند مخازن و سایر قطعات باید با مواد مقاوم در برابر خوردگی پوشش داده شوند. محلول های روی کلرید اسیدی معمولاً به دو صورت عمده مورد استفاده قرار می گیرند، آنهایی که بر پایه آمونیم کلرید قرار دارند. ابتدا محلول های آبكاری با پایه آمونیم به وجود آمدند، این محلول ها نسبت به محلول های پتاسیم می توانند در دانسیته جریان بالاتری کار کنند. هر دو این محلول ها برای انحلال براق کننده های اصلی به غلظت بالایی حدود 4 تا 6 درصد حجمی معرف های مرطوب کننده نیاز دارند که در محلول آمونیوم به راحتی قابل اجرا است و کنترل محلول آبكاری را راحت تر می کند. یون های آمونیم برای فلزاتی نظیر نیكل و مس به عنوان کمپلكس کننده می باشند، بنابراین حذف آنها از فاضلاب ضروری می باشد و این کار نیاز به عملیات پرهزینه کلرینه کردن دارد. این امر باعث پیدایش و توسعه محلول آبكاری پتاسیم کلرید شده است تمام فرآیندهای محلول کلرید اسیدی دارای براق کننده های اختصاصی هستند و ممكن است تا اندازه ای ناسازگاری بین آنها ملاحظه شود، تغییر در یک فرآیند باید بعد از ارزیابی آن در هول سل انجام شود.

محلول های روی کلرید اسیدی که اخیراً در صنعت آبکاری مورد استفاده قرار می گیرند به جای پتاسیم کلرید گران قیمت، بر پایه نمک (سدیم کلرید) می باشند. در بسیاری از این محلول ها نمک سدیم کلرید جایگزین بخشی از آمونیم سوختگی پوشش در اثر شدت جریان های بالاتر بسیار سریعتر انجام می شود. در حال حاضر منحصراً برای آبكاری بارل یا گردان به کار می روند. با پیشرفت روز افزون تكنولوژی افزودنی ها، در آیندة نزدیک ممكن است این محلول های آبكاری با محلول آبكاری پتاسیم بدون آمونیم که به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند رقابت کنند. تعدادی از حمام های روی با پایه روی سولفات و روی فلویوبرات ایجاد شده اند که کاربرد محدودی داند و اساساً برای آبكاری سریع و پیوسته سیم و نوار معمولی استفاده نمی شوند.

پارامترهای بهره برداری از محلول های آبکاری اسیدی روی کلرید

آندها برای محلول آبكاری اسیدی روی کلرید باید دارای درجه خلوص 99/99 درصد روی باشند. در بیشتر محلول ها آندهای روی کروی یا سر صاف در سبدهای تیتانیمی به کار می روند اگر ولتاژ به کار رفته در یک محلول آبكاری بیشتر از 8 ولت باشد، نباید از سبد استفاده شود چرا که ممكن است مورد حمله الكترولیت قرار بگیرد. سبدها باید تا سطح محلول از آندهای کروی روی پر شوند. می توان از آندهای روی شمش برای قالب های تیتانیم سوراخ و قلاویز شده، استفاده کرد. نواحی از قالب ها که در معرض محلول قرار دارند، به منظور محافظت باید پوشش داده شوند. استفاده از کیسه های آند اختیاری است و برای بیشتر آبكاری ها، به خصوص در آبكاری ثابت زبری را به حداقل می رساند. کیسه ها می تواند از جنس پلی پروپلین، دی نل DYNEL و یا نایلون باشد و قبل از آنكه مورد استفاده قرار گیرند باید به مدت 24 ساعت در محلول 5 درصد اسید هیدروکلریک که حاوی 0/1 درصد از براق کننده مورد استفاده در محلول آبكاری می باشد، قرار داده شوند.

غلظت خیلی زیاد روی در دانسیته جریان کم موجب تشكیل پوششی ضعیف می شود، در حالی که غلظت های خیلی کم باعث سوختگی پوشش در دانسیته جریان زیاد خواهند شد. غلظت زیاد یون کلرید ممكن است باعث جدا شدن براق کننده شود و غلظت کم آن هدایت محلول را کاهش می دهد. پی اچ بالا باعث پلاریزاسیون آند و تشكیل رسوب هایی می شود. در حالی که پی اچ خیلی پایین باعث تضعیف آبكاری می شود. کافی نبودن بوریک اسید محدودة آبكاری را کاهش می دهد. غلظت براق کننده ها با افزودن متناوب ثابت نگاه داشته می شوند. از آنجایی که این براق کننده ها اختصاصی هستند، تعیین غلظت ها و کنترل نحوه عمل به عهده تهیه کنندگان می باشد.

هم زدن

 برای دستیابی به دانسیته های جریان کاربردی، هم زدن محلول های آبكاری اسیدی کلریدی اجباری است. حتی در آبكاری گردان نیز به جریان انداختن محلول پیشنهاد می شود. در محلول های آبكاری ثابت جریان محلول با کار گذاشتن یک مدخل آبگیری از یک سو و تخلیه آن از فیلتری در انتهای دیگر مخزن آبكاری تأمین می گردد. هم زدن دستی کاتدی برای بسیاری از خطوط آبكاری ثابت مناسب است. برای بیشتر تاسیسات، روش هم زدن با هوا ترجیح داده می شود. جهت تامین هوا برای هم زدن از یک دمندة با فشار کم باید استفاده شود.

کنترل دما کنترل درجه حرارت در محلول های آبكاری اسیدی روی بسیار مهم تر از محلو ل های آبكاری سیانید روی می باشد جهت ثابت نگه داشتن دمای محلول آبكاری در حداکثر دمای پیشنهاد شده ( معمولاً 35 درجه سانتی گراد) باید آن را به خنک کننده های کمکی مجهز نمود.

کویل های خنک کننده مارپیچی شكل مورد استفاده باید از جنس لوله های تفلون یا با روکش تفلون باشند. در صورتی می توان از کویل های تیتانیم استفاده کرد که از منبع جریان مستقیم جدا نگاه داشته شوند. بهره برداری از محلول آبكاری اسیدی کلریدی، بالاتر از حداکثر دمای توصیه شده، منجر به کم شدن براقیت پوشش حاصل می شود که معمولاً از دانسیته های جریان کم شروع و به سرعت روی تمام قطعه پیشرفت می کند. همچنین دمای زیاد باعث می شود محلول به نقطه کدر شدن برسد. وقتی که محلول آبكاری اسیدی گرم می شود به نقطه ای می رسد که افزودنیها شروع به خارج شدن از محلول می کنند و به محلول ظاهری شیری و کدر می دهند، این موضوع باعث می شود که کل محلول آبكاری از حالت تعادل خارج شود. برعكس دماهای پایین (معمولاً زیر 21  درجه سانتی گراد) باعث می شوند بسیاری از مواد محلول آبكاری به صورت کریستال و افزودنی های آلی از محلول خارج شوند. این مسیله باعث زبری پوشش و در موارد خیلی حادتر منجر به ایجاد یک پوشش ازذرات چسبنده هم بر روی قطعه پایه و هم در محلول آبكاری می شود که فیلترها را مسدود کرده و عملیات آبكاری را به طور کامل متوقف می سازد.

راندمان جریان کاتد

راندمان های بالای جریان کاتدی یكی از مهمترین خواص محلول های آبكاری اسیدی کلرید روی می-باشند. متوسط راندمان جریان کاتدی برای این نوع از محلول های آبكاری حدودا 95 تا 98درصد دانسیته های جریانی است که می توان در آن ها آبكاری را انجام داد. سیستم های دیگر آبكاری روی نمی توانند به چنین بازدهی خوبی در دانسیته های جریان بالا دست پیدا کنند. این بازدهی بالا می تواند در عمل، تولید را از 15 تا 50 درصد بیشتر از محلول های آبكاری سیانید افزایش دهد. در آبكاری گردان یا بارل در مقایسه با محلول های آبكاری سیانید، بارهای بارل می تواند دو برابر شوند و در نیمی از زمان، پوششی با همان ضخامت به دست آورد.

کنترل پی اچ (pH)

معمولاً کنترل پی اچ محلول های آبكاری اسیدی روی، روزانه انجام می گیرد. تعیین پی اچ با استفاده از پی اچ متر نسبت به استفاده از کاغذ پی اچ ارجحیت دارد. پی اچ یک محلول آبكاری در صورت نیاز با افزودن اسید هیدروکلریک کاهش و با افزودن هیدروکسید پتاسیم یا آمونیم افزایش می یابد

آلودگی آهن در تمام محلول های آبكاری اسیدی روی کلرید ، آلودگی آهن یک مشكل متداول است، آهن به سه طریق زیر می تواند وارد محلول آبكاری شود:

• افتادن قطعات به داخل مخزن در حین عملیات آبكاری.
• از اتصال محلول با قطعات در دانسیته های جریان کمتر از محدودة طبیعی مانند قطعات فولادی مربوط به هم زن محلول آبكاری.
• از آب شستشوی آلوده که قبل از آبكاری استفاده شده است.

آلودگی آهن موجود در محلول آبكاری معمولاً به صورت پوشش های تیره ه در دانسیته های جریان بالا ظاهر شده و در آبكاری بشكه ای به صورت لكه های تیره باعث ایجاد سوراخ هایی روی بشكه می شود. غلظت زیاد آهن، محلول آبكاری را قهوه ای و تیره می کند. آهن را می توان به وسیلۀ اکسیداسیون آهن (آهن II ) موجود در محلول آبكاری به هیدروکسید فریک نا محلول ( آهن III) به راحتی از محلول های آبكاری اسیدی کلرید زدود. این کار با افزودن روزانه پراکسید هیدروژن غلیظ به محلول آبكاری انجام می-شود. حدوداً 10میلی لیتر از حدودا هیدروژن پراکسید 30 درصد به ازای هر 100 میلی لیتر از محلول آبكاری باید استفاده شود. پراکسید هیدروژن باید با 4 تا 5 قسمت آب، رقیق شده و در سطح محلول پخش شود. سپس هیدروکسید آهن رسوب کرده را باید به وسیله یک فیلتر با قطر حفرات 15 میكرومتر و یا کوچكتر که با خاک دیاتومه و یا کمک فیلتر مشابه پوشید شده است، زدود.

کنترل ضخامت پوشش

تعیین ضخامت پوشش روی برای استفاده در مكان های سر پوشیده یا فضای باز در بخش مرتبط به کاربردهای این مقاله مورد بحث قرار گرفته است. جهت دستیابی به ضخامت مورد نظر، متغییرهای زیادی باید در نظر گرفته شود که هر یک از این متغیرها ممكن است به طور قابل توجهی تغییر کرده و در نتیجه ضخامت را تغییر دهند. نگهداری متغییرها در یک حالت ثابت، تحت شرایط تولید واقعاً غیرممکن است. بنابراین وقتی که یک متغیر خود به خود تغییر می کند، به منظور حفظ یكنواختی ضخامت پوشش، سایر متغییرها باید همگام با آن تعدیل شوند. در آبكاری اتوماتیک این کار غیر عملی است. بنابراین فرآیند به نحوی تنظیم می شود که تحت شرایط گوناگون پوششی با حداقل ضخامت به دست آید و این دلیل توجیهی برای اختلاف ضخامت پوشش هایی است که در آبكاری اتوماتیک قطعات مشابه مشاهده می شود.

زمان لازم برای انجام عمليات های مختلف در انواع آبکاری روی

محدودیت ها

فولاد با پوشش آبكاری شده روی برای تجهیزاتی که به طور مرتب در تماس با محلول های آبی هستند، به کار نمی رود. همچنین به علت اثرات خطرناک روی بر سلامتی، روی نباید در تماس با غذاها و نوشابه ها قرار گیرد. اگر چه در عدم حضور رطوبت، روی می تواند در دماهای عادی در تماس با گازهایی از قبیل دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد مورد استفاده قرار گیرد، اما نسبت به اغلب محلول های شیمیایی و مواد شیمیایی مربوط به صنایع نفتی و دارویی مقاومت کمتری دارد.

شکل ظاهری

 شكل ظاهری پوشش روی آبكاری شده بر اساس ترکیب محلول آبكاری، دانسیته جریان الكتریكی، استفاده یا عدم استفاده از براق کننده ها و نیز عملیات های که بعد از آبكاری استفاده شده در گستره وسیعی تغییر می کند. پوشش روی آبكاری شده براق و نقره ای است. پوشش روی حاصل از محلول های آبكاری هیدروکلریک اسید در ابتدا به صورتی غیر قابل تشخیص مشابه پوشش نیكل کروم براق است.

معمولاً پس از ایجاد پوشش روی آبكاری شده بر روی یک قطعه، معمولاً باید آن را کروماته کرد تا هم شكل ظاهری پوشش حفظ شود و هم این که عمر قطعه آبكاری شده افزایش یابد. هزینه کروماته کردن به قدری پایین است که استفاده از آن همگانی شده است. در حال حاضر پوشش های براق روی برای کالاهای ارزان قیمت مانند اسباب بازی های کودکان، قفس پرندگان، دوچرخه ها و ابزارآلات به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. معمولاً قفسه های درون یخچال دارای یک پوشش روی براق، که ابتدا کروماته شده و سپس رنگ زده شده اند، می باشند. در مورد این قفسه ها بدون وجود لایه لاک، حتی با وجود کروماته کردن پوشش روی براق نیز، در هنگام استفاده پوشش روی به سرعت کدر می شود. پوشش روی براق لاک خورده جانشین خوبی برای پوشش نیكل – کروم، زمانی که پوششی براق با طول عمر زیاد مدنظر باشد، نخواهد بود.

غالباً از پوشش روی آبكاری شده به منظور ایجاد مقاومت در برابر خوردگی استفاده می شود که در این صورت براق کننده های موجود در محلول آبكاری عاملی اصلی محسوب نمی شوند.

ضخامت پوشش
عمر (دوام) پوشش روی در هوا به طور تقریبی متناسب با ضخامت پوشش آن است. سرعت خوردگی در نواحی صنعتی بیشترین، در محیط های دریایی متوسط و در نواحی روستایی حداقل مقدار است. خوردگی پوشش روی در اثر شبنم و مه های مكرر افزایش می یابد، به ویژه اگر این مجاورت به نحوی باشد که تبخیر به کندی صورت گیرد. ضخامت پوشش اکثر قطعات آبكاری شده با روی حدود 12/5 – 7/5 میكرومتر است.

پوشش های مکمل

از آنجایی که در محیط های صنعتی و دریایی خوردگی بسیار سریع است، قطعاتی که بر روی آن ها پوشش روی آبكاری شده است باید به مدت چندین سال دوام بیاورند. به این دلیل معمولا این قطعات به وسیلۀ یک پوشش مكمل محافظت می شوند. فولاد با روکش روی به ضخامت 5 میكرومتر اغلب رنگ می شود تا یک سیستم پوششی مناسب برای استفاده در فضای باز ایجاد شود. برای اطمینان از چسبندگی مناسب رنگ به پوشش روی آبكاری شده، پس از آبكاری قطعه پایه، عملیاتی مانند فسفاته کردن و یا کروماته کردن بر روی پوشش روی آبكاری شده انجام می گیرد. از آنجایی که در فضاهای سر پوشیده غیر آلوده، خوردگی روی خیلی کم است، جهت محافظت بدنه فولادی کابینت هایی که در فضای سر پوشیده قرار داند (برای مدت بیش از 20 سال) یک روکش به ضخامت 5 میكرومتر توصیه می شود. اگر تبرد روی قطعات سردتر داخلی ساختمان صورت بگیرد، آلودگی های جوی، خوردگی روی را تسریع می کنند و ممكن است پوشش روی با ضخامت 12/5 میكرومتر در طول 10 سال یا کمتر از بین برود. معمولاً در چنین شرایطی بر روی فولاد با پوشش آبكاری شده روی از یک پوشش رنگ جهت محافظت استفاده می-شود. چرخ دنده ها و دندانه ها و دیگر قطعات ماشین آلات می توانند با روی با ضخامت 3/8 تا 6/3 میكرومتر پوشش داده شوند. جهت به تعویق انداخت خوردگی ناشی از تبرید دوره ای (متناوب) مانند آنچه در انبارهایی که در معرض حرارت نیستند رخ می دهد، پوشش های کروماته رنگی یا شفاف بیش ترین کاربرد جهانی را برای قطعات آبكاری شده با روی و در فضای سر پوشیده و باز دارند. (روکش های) کروماته، لكه های ناشی از اثر انگشت را به حداقل می رسانند و در مقایسه با پوشش روی بدون روکش به سطح قطعه پایه ظاهری بسیار پایدارتر و بادوام تر می بخشند

معمولاً پس از ایجاد پوشش روی آبكاری شده بر روی یک قطعه، باید آن را کروماته کرد تا هم شكل ظاهری پوشش حفظ شود و هم این که عمر قطعه آبكاری شده افزایش یابد. هزینه کروماته کردن به قدری پایین است که استفاده از آن همگانی شده است. در حال حاضر پوشش های براق روی برای کالاهای ارزان قیمت مانند اسباب بازی های کودکان، قفس پرندگان، دوچرخه ها و ابزارآلات به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. معمولاً قفسه های درون یخچال دارای یک پوشش روی براق، که ابتدا کروماته شده و سپس رنگ زده شده اند، می باشند. در مورد این قفسه ها بدون وجود لایه لاک، حتی با وجود کروماته کردن پوشش روی براق نیز، در هنگام استفاده پوشش روی به سرعت کدر می شود. پوشش روی براق لاک خورده جانشین خوبی برای پوشش نیكل-کروم، زمانی که پوششی براق با طول عمر زیاد مدنظر باشد، نخواهد بود. غالباً از پوشش روی آبكاری شده به منظور ایجاد مقاومت در برابر خوردگی استفاده می شود که در این صورت براق کننده های موجود در محلول آبكاری عاملی اصلی محسوب نمی شوند.

منبع: نشریه صنعت آبکاری شماره های 8، 9، 10،85