انواع آلودگیهای وان آبکاری نیکل و روشهای حذف آن
وجود ناخالصی موجود در وان آبکاری، منجر به کاهش کیفیت قطعه آبکاری شده میشود. انواع آلودگیهای وان آبکاری نیکل به 2 دسته آلودگی های حل نشده (ذرات معلق) و آلودگیهای حل شده در وان که عمدتا منشاً فلزی و آلی دارند، تقسیم بندی میشوند.
آلودگی های حل نشده:
ناخالصیهای نامحلول در وان ممکن است منجر به زبری قطعه شود. این ناخالصیها می تواند از گرد و غبار موجود در هوا، آندهای خرد شده در محلول، همچنین ته نشینی ناخالصیهای فلزی و یا ذراتی که همراه با قطعه وارد وان می شوند، ایجاد شود. که در این موارد فیلتر کردن کل محلول میتواند زبری و ذرات حل نشده را حذف کند.
همچنین توصیه می گردد پس از انحلال کامل نمک ها، ابتدا محلول را فیلتر نموده سپس به وان اصلی منتقل نمایید تا مطمئن شوید که هیچ رسوب و ذرات جامدی وارد محلول فیلتر شده باقی نمانده است، این عمل منجر به جلوگیری از زبری کار میگردد
ناخالصي ها :
نقش ناخالصي ها در آبكاري نيكل درخشان ناخالصي هاي معدني و آلي، هر دو در الكترولیت هاي نیكل براق دردسرزا و مشكل آفرینند و لایه نیكل را تحت تاثیر قرار ميدهند. این ناخالصي ها باید شناسایي و از الكترولیت حذف شوند.
الف ـ ناخالصي های معدني محلول نیکل: شامل فلزات (کاتیون ها) و غیر فلزات (آنیون ها) که مهم ترین آن ها به شرح زیر مي باشند:
- فلز روي : افزایش بیش از 0/01 گرم در لیتر روي در الكترولیت نیكل در نواحي جریان هاي ضعیف منجر به تشكیل لایه تیره ـ سیاه ميشود و در غلظتهاي بالاتر به صورت رگه هاي سیاه در پوشش نیكل ظاهر ميگردد که با شكنندگي لایه نیكل و کاهش مقاومت آن در مقابل عوامل خوردگي همراه است.
- مس : مقدار مس در الكترولیت نیكل درخشان وقتي از حد 0/02 گرم در لیتر تجاوز کند در نواحي جریان هاي ضعیف لایه نیكل به صورت خاکستري سیاه ظاهر ميشود که با شكنندگي لایه و زبري در لبه ها همراه است.
- آهن : از محتملترین و معمولترین ناخالصيهاي فلزي در الكترولیت نیكل است. ناخالصي آهن، با توجه به میزان آن به صورت تیرگي در داخل گودي ها، ایجاد زبري و حفره و حالت شكنندگي در لایه نیكل و کاهش مقاومت آن در مقابل عوامل خوردگي ظاهر ميشود. مقدار آهن در الكترولیت نیكل در هر حال نباید از 15/0 گرم در لیتر تجاوز کند.
- کروم : وجود ناخالصي کروم شش ظرفیتي در الكترولیت نیكل از جمله بدترین آلودگي هاي فلزیست که اثر آن مستقیما متوجه کارآیي الكترولیت و کاهش قدرت پرتاب آن است به نحوي که در غلظت 0/1 گرم در لیتر تقریبا لایه نیکل تشکیل نميشود. غلظت کروم 6 ظرفیتي در وان نیكل نباید از 0/01 گرم در لیتر تجاوز کند.
- آلومينيوم : این ناخالصي در الكترولیت در نواحي جریان هاي ضعیف تا متوسط لایه ابري ضعیف، شبیه حالت مه، ایجاد ميکند که در نواحي جریان هاي قوي به توده متراکم تري تبدیل ميشود که گهگاه با وجود حفره هایي در سطح لایه نیكل همراه است. مقدار آلومینیوم در الكترولیت نیكل نباید از 0/06 گرم در لیتر تجاوز کند.
- كلسيم: این ناخالصي به صورت کلسیم سولفات در سطح الیه نیكل حالت زبري ایجاد ميکند.
- سرب: در نواحي جریان هاي ضعیف به صورت لایه خاکستري ـ سیاه ظاهر و در مقادیر بیشتر موجب شكنندگي لایه نیكل ميشود. مقدار سرب در الكترولیت نیكل نباید از 0/002 گرم در لیتر تجاوز کند.
- آرسنيك و كادميوم : وجود این دو فلز به صورت ناخالصي در وان نیكل بسیار کم محتمل است ولي آثار آن ها در لایه نیكل شباهت بسیار زیادي به ناخالصي روي دارد.
- آمونيوم : به صورت نمک هاي آمونیوم در الكترولیت نیكل براق شكنندگي لایه نیكل را افزایش داده موجب ظهور لكه هاي سفید متمایل به شیري در سطح لایه ميشود در غلظت هاي بالاتر بلورهاي آمونیوم نیكل سولفات تشكیل ميشود که سبب زبري لایه نیكل ميشوند.
- سديم و پتاسيم: در الكترولیتهاي نیكل براق باکارآیی بالا توصیه ميشود که مقدار این دو فلز از حد معیني ( معمولاً 5 گرم در لیتر) تجاوز نكند. وجود این دو فلز در الكترولیت اگر چه برخي اوقات در سطح لایه نیكل درخشان لكه هاي سفید خاکستري ایجاد ميکند ولی معمولاً آثار ظاهري آشكاري ندارد. تاثیر نامطلوب این دو فلز کاهش مقاومت لایه در مقابل عوامل خوردگي است.
- نيترات ها : اثر ناخالصي نیتراتها در الكترولیت هاي نیكل براق، مشابه اثر کروم شش ظرفیتي، باکاهش کارآیی و قدرت پرتاب الكترولیت و شكنندگي شدید لایه نیكل همراه است.
- سيليكات ها : در مقادیر کم تخلخل هاي بسیار ریز و لكه ها و رگه هاي شیري رنگي در سطح لایه نیكل به وجود مي آورد.
- فسفات ها : سبب تشكیل لایه نیكل خال خالي یا با لكه هاي سفید و یا برخي اوقات پودري سفید رنگ ميشود. مقدار فسفات ها در الكترولیت نیكل نباید از 1 گرم در لیتر تجاوز نماید.
ب ـ ناخالصيهاي آلي محلول نیکل : از عمده عوامل ایجاد مشكل در این الكترولیت هستند. آثار نامطلوب این ناخالصي هاي گسترده و کاملاً متفاوت است. برخي از این آثار عبارتند از:
- کاهش ویژگي انعطاف پذیري لایه نیكل یا به عبارت دیگر افزایش شكنندگي لایه نیكل (که بنابر غلط مصطلح نرمي خوانده ميشود)
- کاهش قدرت همسطح کنندگي لایه
- ایجاد حفره در لایه نیكل
- زبري سطح لایه نیکل
- ایجاد حالت پوست پرتقالي در سطح نیکل
- کاهش کارآیي و قدرت پرتاب الكترولیت
- کاهش ویژگي کرم پذیري نیکل
- ورقه شدن لایه نیكل
- افزایش میزان مصرف براقي ها و سایر افزودني هاي ضروري در الكترولیت نیكل .
عوامل ايجاد ناخالصي هاي آلي در محلول نیکل براق:
برخي از مهم ترین این عوامل عبارتند از:
- مصرف بيش از حد افزودني هاي آلي: مقدار براقي ها باید در حد مجاز و مطابق با دستورالعمل ها باشد. افزایش بیش از حد لزوم و مجازآن ها ، مشكلات زیادی را به وجود مي آورد.
- مواد تجزيه شده آلي در الكتروليت: مواد حاصل از تجزیه افزودنيها عموماً موجب حفره دار شدن لایه نیكل و برخي اوقات کاهش ویژگي کرم پذیري سطحي لایه مزبور مي شوند ضمن اینكه اصولاً تجمع این مواد سبب کاهش تاثیر عوامل براقی و قدرت همسطح کنندگي آن ها ميگردد.
- کپک ها: برخي از افزودني هاي آلي ضرروي به الكترولیت هاي نیكل محیط مناسبي براي تشكیل و رشد کپکها هستند کپک عموماً موجب زبري سطحل لایه نیكل را فراهم ميکنند.
- روغن و گریس: وجود روغن و گریس در الكترولیت نیكل سبب ایجاد حالت پوست پرتقالي شدید در سطح لایه نیكل ميشود.
تصفيه و خالص سازي
با توجه به تنوع و تعدد ناخالصي، روش هاي خالص سازي و روش های تصفیه نیز متنوع و متفاوت است ولي اصولاً تمام روش ها باید داراي ویژگي هاي زیر باشند :
- بتوانند ناخالصي را از الكترولیت حذف و در نهایت آن را تصفیه کنند.
- ناخالصي هاي دیگري در الكترولیت وارد نكنند.
- اجزای الكترولیت نیكل و افزودني هاي موجود در آن را از لحاظ کیفي و کمي تحت تاثیر قرار ندهند.
- از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر باشد.
روش های تصفيه محلول نیکل براق
- تصفيه با دستگاه هاي صافي مخصوص ( فیلتر)
استفاده دایمي از فیلتر در آبكاري هاي نیكل براق براي حذف ذرات پراکنده بسیار ضرروري است. فیلتر مناسب در آبكاري نیكل براق باید بتواند کل حجم وان را حداقل هر 2 ساعت یک بار تصفیه کند.
- خالص سازي الكتروليت نيكل با استفاده از روش الكتروليز با چگالي جريان ضعيف
اساس این روش مبتني است بر حذف ناخالصي ها به وسیله الكترولیز با جریان ها و چگالي ضعیف. در این روش بسیاري از ناخالصي هاي فلزي و آلي حذف شده مقدار افزودني ها
- روش خالص سازي به وسيله كربن فعال (كربن اكتيو)
در این روش ناخالصي به وسیله سطوح داخلي گسترده کربن فعال، که به 1500 ـ 500 مترمربع براي هرگوم ميرسد، جذب ميشوند. با این روش روغن،گریس، مواد حاصل از تجزیه افزودنيهاي آلي و سایر ناخالصيهاي آلي از الكترولیت نیكل حذف ميشوند
از آنجایی که آلودگی های آلی در سطح کربن جذب خوبی دارند مقدار زیادی از ناخالصیهای آلی را میتوان با استفاده از کربن اکتیو به طور پیوسته یا ناپیوسته حذف کرد. بدین صورت که آندها را از وان خارج کرده و حدوداً 4 الی 8 گرم کربن فعال را به ازای هر لیتر محلول نیکل به وان اضافه کرده و حداقل 30 دقیقه هم بزنید، سپس هم زدن را متوقف کنید و اجازه دهید تا کربن اکتیو ته نشین شود. سپس بعد از گذشت 10 الی 24 ساعت، که کربن در وان ته نشین شد، محلول را چندین مرتبه فیلتر کرده و خروجی فیلتر را در وان تمیز دیگری قرار داده لازم به ذکر است محلول نیکل خروجی بعد از چندین مرتبه فیلتر شدن باید شفاف باشد و اطمینان حاصل شود که ذرات کربن اکتیو در داخل محلول باقی نمانده باشد و از محلول نیکل حذف شده است. سپس لجن کف وان اصلی ( که شامل کربن فعال می باشد) را دور ریخته، وان را تمیز شسته و محلول را مجدداً به وان آبکاری اصلی منتقل می کنیم. بعد از عملیات کربن زنی ترکیبات حمام باید کنترل و تنظیم گردد. کربن فعال منجر به کسر و حذف برخی از افزودنی ها میگردد که مجدداً باید این کسری به وان نیکل افزوده شود.
برای محلولهایی که آلودگی به آلاینده های آلی یک مشکل همیشگی و تکراری است، عبور محلول از میان فیلتر کربنی توصیه میشود
راهکار مناسب برای محلولهایی با حجم آلودگی آلی زیاد، افزودن بر کربن اکتیو استفاده از پراکسید هیدروژن یا پرمنگنات پتاسیم نیز توصیه می گردد. میزان مصرفی آب اکسیژنه 5/0 الی 2 سی سی بر لیتر است که بهتر است قبل از استفاده 10 برابر رقیق گردد و قبل از استفاده آن حتماً دمای وان نیز کاهش یابد.
با گرم کردن محلول نیکل و ایجاد تلاطم پراکسید هیدروژن از محلول نیکل حذف می گردد.
آلودگیهای فلزی:
این نوع آلودگی از منابعی مانند نمکهای وان آبکاری و یونهای حل شده در آب سخت، خوردگی مواد وان، خوردگی قطعه و یا میله های آندی، وارد وان آبکاری میشوند و منجر به سیاه شدن قسمتهایی از قطعه میشوند که دانسیته جریان برق در آن کمتر (مانند، گودی و کنجها) است.
بهترین و قدیمیترین روش حذف آلودگی فلزی استفاده از صفحات تمیز آهنی است که به صورت منظم دارای فرورفتگی و برجستگی با زاویه 90 درجه که به اصطلاح کرکرهای مینامند، می باشد. با قرار دادن صفحات در کاتد و برقراری کمترین ولتاژ در چند نوبت میتوان آلودگی های فلزی را تا حد زیادی از محلول خارج کرد.