آماده سازی و آبکاری زاماک و نکاتی پیرامون چالش های آبکاری بر روی آن

زاماک چیست:

آلیاژ زاماک که در اصطلاح عمومی (غیر تخصصی) آن را به دلیل شباهت ظاهری و ترد بودن به نام سرب خشک می شناسند، به دلیل ویژگی هایی نظیر قیمت پایین، در دسترس بودن و سهولت در ریخته گری و ماشین کاری از جمله آلیاژ های پرکاربرد و محبوب در زمینه تولید قطعات پر تیراژ نظیر ادوات خودور، دسته اهرمی شیرآلات، دستگیره و پلاک می باشد. عنوان زاماک Zamac از کنار هم قرار گرفتن حروف ابتدایی چند عنصر فلزی سرچشمه می گیرد. این عناصر عبارتند از روی Zinc منیزیم Magnesiumآلومنیوم Aluminum و مس Copper که در درصد های مختلف منجر به تشكیل دسته بندی های متنوعی از این آلیاژ می گردند.

همانگونه که مشخص است پایه ی اصلی آلیاژ زاماک فلز روی می باشد و از همین رو عمده ویژگی های متالورژیكی این آلیاژ برگرفته از خواص فلز روی خواهد بود. هر چقدر مقدار این فلز در زاماک بیشتر باشد، میزان استحكام این آلیاژ و نیز مقاومت به خوردگی آن افزایش می یابد. حضور عنصر آلیاژی آلومنیوم سبب افزایش استحكام ضربه، استحكام کششی، مقاومت در برابر خزش و نیز سختی آلیاژ می گردد. در این میان محدوده ی مجاز برای مقدار آلومنیوم در آلیاژ زاماک تعریف می شود تا خواص آلیاژ دستخوش تغییرات منفی نشود. این مهم از آنجاست که استحكام ضربه آلیاژ زاماک در حضور مقادیر اضافی آلومنیوم به شدت تاثیر می پذیرد. افت این شاخص از درصد های بیشتر از 4/5 درصد شروع می شود و تا جایی پیش می رود که در ۵ درصد، شكننده می شود. از سوی دیگر حداقل مقدار آلومنیوم 3/5 درصد اعلام شده است و علت آن تاثیر این عنصر بر رفتار ریختگی آلیاژ است. از همین رو محدوده ی مناسب برای این عنصر 4/3-3/5 پیشنهاد می شود.

شایان ذکر است که در این میان دسته ای از آلیاژهای روی هستند که مقدار آلومینیوم بالاتری دارند و با علامت ZA  نشان داده می شوند. این آلیاژها در مقایسه با زاماک دارای استحكام بیشتر، مقاومت سایش و خزش بالاتر و نیز دانسیته ی کمتر می باشند. گفتنی است که ماندگاری و دوام قطعات زاماک آبكاری شده با کاهش میزان آلومنیوم به شدت کاهش می یابد. عنصر دیگری که در آلیاژ زاماک مورد استفاده قرار می گیرد، مس است.

 هدف از افزودن این عنصر افزایش مقدار استحكام کششی و سختی می باشد. در مواردی که کاربرد قطعه در دمای اتاق می باشد، هیچگونه تاثیر منفی تا مقدار 1/5 درصد مس وجود ندارد. مقادیر بیشتر مس به بروز تاثیرات پیر شدن (aging) که می تواند به صورت کاهش استحكام ضربه و ازدیاد طول خودنمایی کند، خواهد انجامید. این موارد به خصوص در شرایطی که دمای کاری به حدود ۱۰۰ درجه سانتی گراد برسد، بیشتر خواهد بود.  موارد مذکور در ابتدا با حدود 0/40 درصد مس شروع می شوند اما تغییرات در خواص و ابعاد تا هنگامی که مقدار مس به 1/5درصد برسد، آنچنان مشهود نمی باشد. عنصر مس به افزایش مقاومت به خوردگی زاماک نیز کمک خواهد نمود. عنصر سومی که تحت عنوان عنصر آلیاژی به زاماک اضافه می شود ، منیزیم نام دارد. از جمله ویژگی های این عنصر می توان به مواردی چون افزایش استحكام کششی و خزشی، سختی و نیز مقاومت در برابر خوردگی اشاره نمود. همچنین این عنصر به افزایش سیالیت مذاب نیز کمک می نماید. سایر عناصری که در ترکیب آلیاژ زاماک استفاده می شوند عبارتند از سرب، کادمیم، قلع، آهن و نیكل که در مقادیر صدم درصد اضافه می شوند. در این میان بسته به میزان حضور عناصر تشكیل دهنده آلیاژ ، دسته بندی کلی برای زاماک ارایه ارایه شده است که در جدول ۱ به دسته بندی آلیاژ های مذکور و ترکیب هر یک پرداخته شده است. شایان ذکر است این توزیع درصدها متناسب با استاندارد  ASTM B 791می باشد.

 

جدول 1 .دسته بندی برخی از ترکیبات آلیاژهای زاماک بر طبق استاندارد  ASTM B791

در زاماک های نوع دو، سه و پنج همانگونه که در جدول ۱ مشاهده می شود ، عنصر مس درصد های متنوعی را شامل می شود و در این میان زاماک سه پایدارترین می باشد هرچند که همه ی آلیاژها وقتی که در دمای اتاق مورد استفاده قرار گیرند پایدار می شوند. زاماک نوع سه اولین انتخاب به هنگام تولید قطعه از آلیاژ زاماک به شیوه ریخته گری دایكاست می باشد. در قسمت بعدی توضیحاتی پیرامون برخی از آلیاژهای پرکاربرد زاماک داده می شود و در ادامه به اختصار توضیحاتی پیرامون ریخته گری دایكاست و ویژگی های آن و نیز معرفی برخی عیوب رایج ناشی از فرآیند تولید قطعات زاماک به این روش که تاثیر زیادی را در کیفیت آبكاری آن ها دارد، ارایه می شود.

زاماک شماره 2: در میان زاماک ها ، زاماک شماره دو بالاترین میزان استحكام کششی و سختی را دارد. مقدار بالای مس موجود در آن این امكان را فراهم می نماید که نسبت به زاماک شماره سه تا ۲۵ درصد و نسبت به زاماک شماره پنج تا ۱۰ درصد استحكام کششی بالاتری را داشته باشد. از آنجایی که این نوع زاماک مشكل پایداری ابعادی دارد ، هنگامی استفاده از آن در دستور ساخت قرار می گیرد که با زاماک های نوع سه و پنج نتوان سختی و استحكام کششی مورد نظر را به دست آورد. در مواردی که تجهیزات تحت بارگذاری زاماک نوع دو معموال سنگین هستند، کاربردی می باشد.

 زاماک شماره 3: این زاماک همیشه بهترین گزینه در ریخته گری روی به شیوه ی دایكاست می باشد. در این آلیاژ توازن مناسبی میان خواص فیزیكی و مكانیكی وجود دارد. قابلیت برجسته ی این نوع زاماک در ریخته گری و پایداری ابعادی قطعات تولید شده با آن است به طوری که بیش از 7۰ درصد از محصولات ریختگی دایكاست روی را این نوع زاماک تشكیل می دهد.

زاماک شماره 5 : این زاماک در مقایسه با زاماک نوع سه، از استحكام کششی و سختی بالاتری برخوردار است اما خاصیت انعطاف پذیری کمتری را دارد. در صورتی که قطعات از جنس این آلیاژ تحت عملیات های تكمیلی نظیر خم، پیچش و یا نورد قرار بگیرند، احتمال آسیب دیدن وجود خواهد داشت. خواص مكانیكی این نوع زاماک به دلیل افزودن یک درصد مس بهبود یافته است. زاماک نوع پنج ، خواص ریختگی فوق العاده ای را درکنار مقاومت به خزش بهتر در مقایسه با زاماک نوع سه دارد. این نوع زاماک برای مصارف آبكاری، ماشین کاری و نیز سایر پروسه های رایج مهندسی مناسب می باشد.

ریخته گری

روش رایج در تولید قطعات زاماک ، ریخته گری دایكاست (die casting)می باشد. در این نوع از ریخته گری مواد مذاب تحت فشار به داخل قالب تزریق می شود و در همان حالت تحت فشار، مواد مذاب منجمد می شوند. با این روش می توان تیراژ بالایی از تولید را در مدت زمان کوتاه به دست آورد. از جمله مزایای این شیوه از تولید می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1. با استفاده از این روش قطعات با اشكال پیچیده را می توان تولید نمود.  
2. به دلیل استفاده از فشار در حین تزریق مواد مذاب به درون قالب، می توان قطعات با ضخامت های کم را نیز تولید نمود ( امكان تولید قطعات ظریف تر).
3.  بالا بودن سرعت تولید و امكان استفاده از قالب هایی با تعداد Cavity بیشتر ( تزریق بیش از یک قطعه در هر بار)
4. به دلیل استفاده از فشار به هنگام تزریق امكان دستیابی به قطعات با کیفیت سطحی مطلوب ( البته این موضوع به کیفیت قالب ها نیز وابسته است.)
5. به دلیل ماهیت متالورژیكی مذاب، معمولاً قالب های مورد استفاده در این شیوه از تولید عمر طولانی تری دارند.
6. قطعات تولید شده به این روش، در صورت داشتن کیفیت سطحی نامناسب، با کمترین میزان پرداخت کاری آماده فرآیند های پوشش دهی می شوند.

 در کنار مزایای مذکور ، معایبی وجود دارند که می توانند در اثر تغییر در برخی از پارامتر های موثر در فرآیند، به صورت عیب بر روی قطعه خود نمایی کنند. با مراجعه به منابع تدوین شده در زمینه ریخته گری دایكاست میتوان به دسته بندی کلی برای اینگونه عیوب دست یافت. در این میان برخی عیوب که بیشتر تكرار می شوند پیرامون عیوب سطحی و نیز حباب های حبس شده در قطعه می باشند که به دلیل ماهیت آبكاری، می توان حضور اینگونه عیوب را بروی قطعات متوجه شد. در ادامه پیرامون برخی از عیوب پر تكرار و علل بروز آن ها مطالبی ارایه می شود و پس از آن به فرآیند های مربوط به آماده سازی قطعات پیش از آبكاری و نیز فرآیند آبكاری مس برای این قبیل قطعات پرداخته خواهد شد.

برخی عیوب محتمل در فرآیند ریخته گری دایکاست عیوب سطحی

 عیوبی نظیر Cold lap ،Chill fill-Non ، Cold flow و Swirls می باشند که عمده تریت علل بروز آن ها سرد بودن جریان پیشروی سیال مذاب است که به روی یكدیگر هم پوشانی می نمایند. جهت غلبه بر این نوع عیب مواردی چون افزایش دمای قالب (به خصوص در نقاطی که عیب وجود دارد) پیشنهاد می شود. در این میان عواملی که می توانند باعث سردی قالب شوند عبارتند از: زمان تزریق آرام ، نرخ  جریا، اضافی خنک کننده های قالب و اسپری اضافی بر روی قالب ها . همچنین پیشنهاد می شود که مواردی چون کاهش زمان پر کردن قالب، تغییر نقشه جریان مذاب و نیز کنترل دقیق ترکیب آلیاژ زاماک به خصوص مقدار آلومنیوم در قسمت های انتهایی مذاب در شرف انجماد بررسی و اجرا گردد .

حفرات گازی : همانگونه که از نام این عیب مشخص است ، علت به وجود آمدن این پدیده حبس شدن گاز در درون جریان سیال مذاب می باشد. حال جهت حذف آن باید متغیرهایی را که امكان ایجاد آن را فراهم می نمایند از میان برداشت. از همین رو می توان به راهكارهایی چون فرصت دادن به خروج گاز از درون مذاب ( بطور مثال غلبه بر ایجاد جریان آشفته سیال مذاب در درون قالب با تاخیر در شارژ مذاب )، استفاده از راهگاه های ظریف تر، پرهیز از به کارگیری لبه های تیز و انتهای بسته در طراحی قالب و همچنین کنترل خروجی های مذاب اضافی اشاره نمود.

تاول: منشاء بروز این نوع عیب نیز گاز های حبس شده در مذاب می باشد اما تفاوت آن با عیب قبلی در موقعیت مكانی حبس شدن گاز است. در حالت قبلی حباب گاز در فصل مشترک مذاب و قالب حبس می گردد اما در این نوع عیب حباب در زیر سطح مذاب و در حالی که قالب در حال پرشدن است ، حبس می شود. از آنجایی که ماهیت بروز این عیب نیز جریان گازی می باشد، پیشنهادات ارایه شده جهت رفع عیب قبلی ، در برطرف نمودن این مورد نیز کارآمد می باشند. در این میان راهكارهای دیگری نیز پیشنهاد می شود. به طور مثال سرد نمودن سریع قطعات درست بعد از تزریق تا به این ترتیب استحكام رویه ی قطعه را افزایش داده و امكان بروز تاول را کاهش دهیم . همچنین کاهش دمای مذاب نیز توصیه می گردد.

حفرات انقباضی: از آنجایی که مواد ریختگی در حالت جامد (پس از انجماد ) فضای کمتری را نسبت به حالت مایع اشغال می نماید، این اختالف ابعاد منجر به بروز حفرات انقباضی به خصوص در نقاط گرم قالب می گردد. موثرترین روش غلبه بر این عیب افزایش فشار تزریق بر مناطق نیمه جامد، که شدت حفرات انقباضی در آنجا بیشتراست، می باشد. ازهمین رو توصیه میشود مقدار فشار تزریق همواره کنترل شود. برای آلیاژهای روی حداقل فشار bar ۲۰۰۰ پیشنهاد شده است هر چند که در برخی موارد میتوان مقدار bar ۱۵۰۰ را نیز به کار گرفت. کنترل دما و ذوب ریزی در دمای کمتر ، بررسی نمودن ترکیب آلیاژ و نیز استفاده از ذوب اضافی به خصوص برای نواحی دارای عیب نیز توصیه می شود.

ناخالصی ها: حضور ناخالصی ها منجر به شكل گیری نقاط سخت می گردد. این پدیده در آلیاژهای روی ، با تشكیل ترکیبات بین فلزی میان آلومینیوم و آهن ، منجر به بروز مشكلاتی در حین پرداختكاری و پولیش قطعات می گردد . به جهت مرتفع نمودن این عیب توصیه شده است که فرآیند ذوب در درون بوته ها به دقت کنترل شود و از تمیز بودن مذاب اطمینان حاصل شود . کنترل دمای مذاب و نیز رعایت زمان توصیه شده است. باید یادآور شد که عیوب دیگری نیز در فرآیند تولید قطعات زاماک به روش دایكاست وجود دارد که به دلیل استفاده از فرآیند آماده سازی مكانیكی پیش از آبكاری، غالب آن ها از بین می رود اما عیوبی که مورد اشاره قرار گرفت، مشاهده شده است که پس از فرآیند آبكاری خودنمایی نموده و به این وسیله معیوب بودن سیكل تولید (ریخته گری) را متذکر می شوند. به صورت کلی اشتباه در طراحی قالب و نیز روش ریخته گری منجر به بروز عیوب سطحی نظیر شكاف، تاول، حفرات گازی و یا ترک ها می گردد .

تاول زدن که در طول آبكاری و یا در مدت زمان کمی بعد از آن رخ می دهد، نتیجه ی حضور گاز هیدروژنی است که به دلیل واکنش فلز روی و محلول خورنده ای که در درون حفرات و شكاف ها حبس شده تشكیل می شود. از همین رو این محصوالت خوردگی مذکور باید از درون حفرات و شكاف های قطعه خارج گردند. حرارت دادن قطعات زاماک آبكاری شده روند تشكیل تاول را تسریع و امكان ردیابی مكان های حبس شدن محلولهای خورنده و هرگونه روغن و گریس را تسهیل می نماید. این پدیده در مورد قطعاتی که بوسیله ی فرآیند الكترولاک پوشش داده می شوند بیشتر مشهود است چرا که بعد از لاک قطعات نیازمند پخت در درون کوره می باشند.

تمام کاری سطح قطعات زاماک مهم ترین ویژگی آلیاژهای روی تولید شده به شیوه ی دایكاست، فراهم نمودن امكان دستیابی به تیراژ بالای تولید و در عین حال صرفه ی اقتصادی آن می باشد. این موضوع در کنار محدوده ی وسیعی از پوشش های به نسبت ارزان قیمت امكان دستیابی به تولیدات جذاب، کاربردی و مقاوم در برابر خوردگی را فراهم می نماید. همواره از روش های متنوعی جهت بهبود رفتار خوردگی آلیاژهای روی استفاده می شود که در یک دسته بندی کلی می توان آن ها را به سه گروه زیر تقسیم نمود:

• تمام کاری سطح به روش شیمیایی نظیر به کارگیری کروماته ها و فسفاته ها
•  تمام کاری سطح فلزی نظیر آبكاری با و بدون استفاده از برق ، بخار نشانی
•  تمام کاری سطح با استفاده از مواد آلی نظیر استفاده از رنگ، رزین و ...

موضوع این مقاله پیرامون ایجاد لایه های فلزی بر روی قطعات زاماک با استفاده از روش آبكاری می باشد و از همین رو در ادامه به روند آماده سازی و آبكاری این دسته از قطعات اشاره می شود. تلاش شده است که تا حد ممكن نكات کاربردی ارایه گردد.

پولیش قطعات زاماک

پس از آنكه قطعات زاماک با روش ریخته گری دایكاست تولید گردید، در مرحله ی بعدی باید آن ها را برای پذیرش بهتر پوشش و نیز افزایش کیفیت آبكاری، آماده نمود. فرآیند آماده سازی این دسته از قطعات، همانند اکثر قطعات، با پرداخت کاری سطح به صورت مكانیكی آغاز می شود. البته باید یادآور شد که پیش از این مرحله نسبت به جداسازی پلیسه ها و زوائد باقی مانده بر روی قطعه اقدام می شود. معمولاً پلیسه های درشت توسط اپراتورها و پلیسه های ریز در حین استفاده از دستگاه های پرداختكاری و یا ویبراتوری حذف می شوند. دستگاه های ویبراتوری دارای یک مخزن حاوی ذرات ساینده در شكل های متنوع می باشد که به صورت دورانی در حال گردش هستند. قرار گرفتن قطعه در میان ذرات مذکور منجر به ساییده شدن وجوه مختلف آن ها و دستیابی به سطوح صیقلی می شود. این دستگاه جهت خش گیری قطعه و ایجاد سطوح صاف و براق بسیار ایده آل می باشد. در شكل ۱ نمونه ای از دستگاه ویبراتوری و اشكال متنوع ذرات ساینده ی مورد استفاده در آن نشان داده شده است.

شکل 1 تصاویری از دستگاه ویبراتوری و اشکال متنوع ذرات ساینده ی آن

 

شایان ذکر است که از دستگاه ویبراتوری در مورد قطعات کوچک و یا با هندسه ی پیچیده بیشتر استفاده می شود. به صورت کلی می توان گفت که بسته به اندازه و طرح قطعه در پولیش مكانیكی سطح آن ها از فرآیندهای پرداختكاری با چرخ، ویبراتوری و یا ترکیبی از آن ها استفاده می شود. یادآوری این نكته ضروری است که کیفیت پولیش قطعات و نیز زمان و نحوه نگهداری قطعات بعد از مرحله ی پولیش و قبل از آبكاری، به دلیل احتمال ایجاد لایه ی اکسید سطحی، نقش بسیار موثری را در کیفیت نهایی پوشش خواهد داشت. لذا توصیه شده است که قطعاتی که مدت زمان طولانی از پولیش آن ها گذشته است و یا شرایط نگهداری مناسبی را بعد از پولیش نداشته و در معرض اتمسفر خورنده بوده اند، مجدداً پولیش گردند. این موضوع به صورت مستقیم بر روی کم شدن حفرات سطحی )( Porosity تاثیرگذار خواهد بود. از سوی دیگر نوع واکس مصرفی و نیز کیفیت پولیش کاری نیز نقش بسزائی را در کیفیت پولیش خواهد داشت. در کنار این موضوع حضور پولیش کار با تجربه و حرفه ای می تواند بسیار موثر واقع شود. گفتنی است که در برخی مراجع استفاده از محلول های پولیش شیمیایی حاوی ترکیبات کروم شش ظرفیتی نیز موثر یاد شده است. پس از آنكه سطح قطعات پولیش شد، به جهت فعالسازی آن ها پیش از فرآیند آبكاری، باید قطعات مراحل آماده سازی سطح را به شیوه ی شیمیایی طی نمایند. در ادامه به ترتیب و توالی مراحل استاندارد آماده سازی قطعات زاماک می پردازیم.

آماده سازی قطعات زاماک

 آلیاژ روی از نقطه نظر شیمیایی فعال می باشد و از همین رو و به جهت جلوگیری از هرگونه انحلال و اچ شدن قطعه باید تمهیدات لازم را در استفاده از محلول های مربوطه بكار گرفت. به صورت کلی فرآیند آماده سازی استاندارد آماده سازی قطعات زاماک به شرح زیر می باشد:

• چربی گیری گرم (اولتراسونیک – غوطه روی)
• چربی گیری الكتریكی
• اسیدشویی که میان هر یک از مراحل مذکور آبكشی وجود دارد. در ادامه توضیحاتی پیرامون این مراحل ارایه می گردد.

چربی گیری گرم زاماک:

به واسطه ی ماهیت تولید قطعات زاماک، همواره حجمی از مواد آلاینده نظیر واکس پرداخت و روغن بر روی قطعات وجود دارد که باید آن ها را از قطعه جدا نمود چرا که در غیر این صورت علاوه بر آلوده نمودن محلول های موجود در خط سبب تشكیل پوشش های بی کیفیت می گردند. چربی گیری گرم مورد استفاده جهت چربی گیری قطعات زاماک بایستی دارای درجه ی قلیایی ملایم و با کمترین میزان سود (NaOH) باشد زیرا قلیایی بودن بیش از حد منجر به باز شدن حفرات ناشی از فرآیند ریخته گری و در نتیجه حفره دار شدن پوشش تشكیل شده بر روی قطعه می گردد. علت این پدیده از آنجاست که حفرات تشكیل شده بعضا ماهیت غیرفلزی دارند و از همین رو امكان پر شدن آن ها توسط فرآیند آبكاری میسر نمی شود.

در این میان به منظور حصول اطمینان از زدایش کامل آلودگی ها از قطعه (به خصوص آلودگی های متراکم و چسبنده) پیشنهاد می شود که از دستگاه های اولتراسونیک (جهت آلودگی های خارجی) و یا هیدروسونیک (جهت آلودگی های داخل قطعه) استفاده شود. ذکر این نكته ضروری است کیفیت آلیاژ بر دستیابی به کیفیت مناسب بعد از این مرحله ضروری است چرا که در صورت مرغوب نبودن آلیاژ، استفاده از اولتراسونیک سبب ایجاد حفرات بیشتر خواهد شد. در این میان باید به رابطه ی میان توان مصرفی دستگاه (وات) و نوع چربی گیری مورد استفاده توجه نمود.

 چربی گیری الکتریکی زاماک:

استفاده از این نوع چربی گیری در حالت های مختلف کاتدی - آندی و یا صرفا آندی توصیه می شود. گفتنی است در مواردی که از چربی گیری الكتریكی به شیوه ی کاتدی استفاده شود، به کارگیری مرحله ی آندی، به منظور حذف لایه ی سیلیكات که در مرحله ی کاتدی تشكیل می گردد، ضروری می باشد، چرا که فیلم مذکور به سختی در آبكشی های بعدی حذف می گردد و در نهایت منجر به بروز مشكالت چسبندگی می گردد. در چربی گیری الكتریكی به ویژه در مراحل کاتدی مقدار دانسیته جریان اعمالی و نیز مدت زمان فرآیند بایستی با دقت بالا تنظیم و اعمال گردد چرا که در غیر این صورت، به دلیل پدیده ی تصاعد گاز هیدروژن بر روی سطح قطعه، با پدیده ی حفرات سطحی مواجه خواهیم شد. همچنین توصیه می شود که زمان چربی گیری الكتریكی آندی کمترین مقدار ممكن باشد تا از انحلال قطعه و اچ شدن آن جلوگیری به عمل آید.

اسیدشویی:

بعد از مرحله ی چربی گیری گرم که قلیایی می باشد، باید از یک مرحله ی اسیدی با هدف حذف نمودن محصولات ناشی از اکسیداسیون آلیاژ روی و نیز از بین بردن ترکیبات قلیایی که به واسطه ی عدم آبكشی مناسب کماکان بر روی قطعه حضور دارند، استفاده نمود. غلظت اسید مورد استفاده باید متناسب با زمان غوطه وری باشد. در این مرحله استفاده از محلول های اسیدی حاوی ترکیبات فلوئور با درجه اسیدیته ملایم نقش موثری را در کم شدن حفرات سطحی و نیز بهبود چسبندگی پوشش به فلز پایه خواهد داشت. گفتنی است که آبكشی بعد از این مرحله باید هرگونه اسید باقیمانده در خلل و فرج قطعه را خارج نماید چرا که در غیر این صورت منجر به تشكیل تاول پس از اتمام آبكاری خواهد شد.

آبکاری مس سیانوری

تقریباً کلیه ی فرآیندهای آبكاری قطعات زاماک در مرحله ی تقریبا نخست نیازمند زیر لایه ای از جنس فلز مس می باشند که از محلول سیانوری به دست می آید. ضرورت این مرحله در مرتفع نمودن عیوب سطحی محتمل و نیز محافظت فلز پایه ی روی در مقابل محلول های اسیدی است که در مراحل بعدی مورد استفاده قرار می گیرند. در محلول آبكاری مس سیانوری، به واسطه ی شرایط شیمیایی محلول، حداقل انحلال فلز پایه (روی) در محلول اتفاق می افتد. ضمن اینكه این محلول قادر است نقاط فرو رفتگی در قطعات با اشكال هندسی پیچیده را نیز به خوبی پوشش دهد.

دانسیته جریان کاتدی مس سیانوری:

 اعمال دانسیته جریان مناسب و شدت آزاد شدن گاز تاثیر بسزایی را در کیفیت لایه مس تشكیل شده بر روی قطعه خواهد داشت. توصیه می شود که دانسیته ی جریان در دقایق ابتدایی در بالاترین حد باشد و در ادامه به مرور کاهش یابد. استفاده از سیستم قطع – وصل جریان (current interruption)  نقش مهمی را در افزایش راندمان دانسیته جریان اعمالی و نیز دستیابی به ضخامت های بیشتر و یكنواخت تر پوشش خواهد داشت. علت این موضوع از آنجاست که بخش عمده ای از جریان اعمال شده در محلول های قلیایی به احیاء و آزاد شدن گاز هیدروژن بر روی سطح قطعه اختصاص می یابد و از همین رو گاز تشكیل شده در اطراف قطعه کاتد جمع می شود که این پدیده منجر به کاهش راندمان دانسیته جریان کاتدی می گردد. از جمله مهم ترین تبعات این پدیده می توان به کاهش سرعت رشد پوشش، متخلخل شدن پوشش و نیز عدم براقیت آن اشاره نمود.

دانسیته جریان آندی مس سیانوری:

 این پارامتر در فرآیند آبكاری مس سیانوری بیش ازA/dm² 2 می باشد و این به آن معنا می باشد که حداقل سطح آند مورد نیاز در این فرآیند باید دو برابر ماکزیمم سطح کاتد باشد. گفتنی است که کم بودن سطح آند منجر به غیرفعال شدن آند و افت جریان در حین آبكاری خواهد شد.

جنس آند مس سیانوری:

 آند مورد استفاده باید از مس خالص که به روش الكترولیز تهیه شده است، انتخاب گردد (معروف به مس کاتدی) عدم خالص بودن آند منجر به افت جریان و نیز غیر فعال شدن آن خواهد شد. گفتنی است که تغییر رنگ آند در حمام های مس سیانوری می تواند بیانگر تغییرات شیمیایی داخل محلول باشد. به طور مثال رنگ سیاه و یا سبز روشن آند می تواند شاخصی از پایین بودن غلظت سیانور آزاد در محلول باشد. در مراجع مختلف این موضوع مورد اشاره قرار گرفته است. فیلتراسیون محلول: از آنجایی که پروسه ی زاماک مستعد حضور ذرات ناخالصی معلق در محلول ها و نیز هم رسوبی آن ها با یون های فلزی می باشد، فیلتراسیون از جمله مهم ترین شاخص های فرآیند می باشد. استفاده از فیلترهای کربنی با دبی مناسب نقش بسزائی را در حذف ذرات معلق و نیز آلودگی های آلی ایفا می نماید.

شایان ذکر است که ضخامت پایین لایه ی مس احتمال آلوده شدن محلول های بعدی (به طور مثال نیكل) را افزایش می دهد و از همین رو حداقل ضخامت برای این لایه پنج میكرون توصیه شده است. همچنین افزایش ناخالصی فلزی روی در محلول مس سیانوری سبب بالا رفتن درصد فلز روی در پوشش مس گردیده که تبعات آن تغییر رنگ پوشش مس از قرمز به نارنجی می باشد. در ضمن حضور ناخالصی های فلزی منجر به افت کیفیت پوشش در مناطق با دانسیته جریان پایین می گردد. گفتنی است که امروزه استفاده از محلول های مس فاقد سیانید و بر پایه ی پیروفسفات به عنوان جایگزین محلول های سیانوری متداول شده است. کیفیت نشست پوشش در این نوع محلول ها بر خلاف نوع سیانوری می باشد. بدین معنی که در حمام های سیانوری لایه ی مس بر روی حفرات فلز پایه پل می زند و این موضوع سبب حبس محلول داخل حفرات و آزاد شدن گاز سیانید هیدروژن داخل آن ها می شود که در نتیجه ی آن با پدیده ی ترکیدن پوشش مواجه خواهیم شد. این در حالیست که محلول های مس غیرسیانوری به دلیل توان پرتاب بالایی که دارند داخل حفرات سطحی نیز تحت فرآیند آبكاری قرار می گیرند. نشان داده شده است که اعمال پوشش های بعدی نظیر مس اسیدی بر روی لایه ی مس حاصل از محلول های غیرسیانوری، منجر به کاهش چشمگیر حفرات سطحی می گردد. در شكل 2 شماتیكی از پدیده توان پرتاب میكرو نشان داده شده است.

شکل 2 .شماتیکی از تشکیل پوشش در داخل حفره

پس از اعمال پوشش مس، بنا به نیاز و نوع کاربری قطعه از روکش هایی نظیر نیكل، کروم، نقره ، طلا و ... استفاده می شود که به دلیل گستردگی مطالب مربوطه در این مقاله به آن اشاره نگردید و نظر به اهمیت آماده سازی قطعات زاماک بیشتر به مباحث آماده سازی اشاره شد.

نکات کاربردی در آبکاری قطعات زاماک:

1 -از آنجایی که ناخالصی آلیاژ و شرایط ریخته گری تاثیر به سزایی در شرایط نهایی قبل از اجرای مراحل آماده سازی ( به منظور حصول بهترین چسبندگی ممكن پوشش ایجادمی کند)، لذا توصیه می شود از عملیات های حرارتی ویژه پیش از آبكاری استفاده شود.

۲ -در مراحل آماده سازی توصیه شده است چربی گیری با درجه قلیایی ملایم استفاده گردد چرا که درجه ی قلیایی بالای محلول های چربی زدایی سبب حفره دار شدن ( باز شدن حفرات ) لایه ریخته گری خواهد شد.

3- در پروسه چربی زدایی الكتریكی توصیه می شود فرآیند به چربی گیری الكتریكی آندی کوتاه ختم گردد. اعمال چربی زدایی الكتریكی کاتدی به دلیل چسبیدن فیلم لایه سیلیكات به سطح و ایجاد مشکلات چسبندگی توصیه نمی گردد.

 ۴ -کیفیت مناسب لایه مس ، نقش مهمی در کیفیت نهایی پوشش از قبیل چسبندگی و حفره دار نشدن پوشش خواهد داشت. در مورد حمام های مس سیانیدی توصیه می شود از حمام های با راندمان بالا (حمام های پتاسیمی) استفاده گردد، زیرا در این نوع حمام ها مشكل ضخامت گیری پوشش به حداقل می رسد. در حمام های رایج و متداول بر پایه سدیم سرعت آبكاری پس از دقایق ابتدایی به شدت افت می کند.

 ۵ -ضخامت لایه مس تاثیر بسزایی در کنترل آلودگی حمام های بعدی از جمله نیكل خواهد داشت و از طرفی کنترل دقیق اجزای حمام مس از جمله نسبت یون فلزی مس به سیانید آزاد ، نقش تاثیر گذاری در راندمان جریان و عدم پلاریزه شدن آند و سرعت آبكاری دارد.

6- در متدهای جدید توصیه می شود به جای حمام های سیانیدی مس از حمام های قلیایی فاقد سیانور بر پایه پیروفسفات استفاده شود. مزایای اصلی این حمام ها در صورت همراه شدن با پروسه های مس اسیدی بعدی ، در به حداقل رسیدن مشكالت چسبندگی (تاول) و حفره دار نشدن پوشش می باشد زیرا پوشش تشكیل شده از حمام مس سیانیدی بصورت پل روی حفره می نشیند و محلول حاوی سیانید داخل حفرات حبس می گردد و در اثر واکنش با فلز پایه، گاز سیانید هیدروژن آزاد شده که این پدیده سبب ترکیدن حفره و تشكیل تاول می گردد ولی در حمام های مس قلیایی فاقد سیانور این معضالت وجود ندارد.

 

 

 

منابع

1. http://iranplating.com/Archive/87.pdf
2. Nickel and Chromium plating, J. K. Dennis and
3. T. E. Such, Third edition, ۱993.
4. Standard Guide for Preparation of Zinc Alloy
5. Die Castings for Electroplating and Conversion
6. Coating, ASTM B 92-252
7. Specification for Zinc-Aluminum (ZA) Alloy
8. Foundry Die Castings, ASTM B 97- 791
9. Modern electroplating, Third edition.
10. ASM Handbook, volume 5, surface engineering.
11. Schltters technical letters.