از پوشش های حاصل از آبکاری مس جهت کاربردهای تزيينی و مهندسی استفاده می شود. اين پوشش ها به طور گسترده ای در روکش های چند لايه به عنوان پوشش های محافظ، به عنوان حد واسط در عمليات حرارتی و نيز برای انتقال حرارت (به عنوان مثال به عنوان حوضچه يا دريافت کننده های حرارتی) به کار گرفته می شوند. اين پوشش ها همچنين کاربردهايی در الکتروفورمينگ، در محافظت از تداخل امواج الکترومغناطيسی و همچنين در آبکاری مدارهای الکترونيکی پيدا کرده اند. ميزان همواری و براقيت پوشش های مسی حاصل از آبکاری را می توان با استفاده از روش های پرداخت سطحی بهبود بخشيد، چرا که مس فلزی نسبتا نرم است. پوشش های مسی به علت توانايی که در جذب تنش ايجاد شده در اثر قرار گرفتن فلزات با خصوصيات انبساط گرمايی متفاوت در معرض تغييرات دمايی و يا اعمال شوک های حرارتی به فلزات دارند، به عنوان محافظ انبساط گرمايی به ويژه در روکش های چند لايه عمل می کنند. به طور مشابهی، کاهش مقاومت به خوردگی ناشی از ترک خوردگی در يک قطعه به واسطه تغيير شکل فيزيکی آن قطعه را می توان با ايجاد يک پوشش فلزی نرم مثل يک پوشش مسی کاهش داد. پوشش حاصل از آبکاری مس می تواند به عنوان روکش نهايی در برخی از کاربردهای تزيينی و گاهی هم در مواردی که نياز به سطوح با دوام و جذاب است، به کار گرفت. در هر صورت، مس و در نتيجه پوشش های مسی وقتی در معرض اتمسفر قرار می گيرند، کدر و تيره می شوند و بنابراين بايد از آن ها در برابر اتمسفر به وسيله ايجاد يک لايه لاک شفاف و یا دیگر انواع روکش های مقاوم در برابر خوردگی محافظت کرد. مس را می توان هم به صورت الکتریکی و هم به صورت خود کاتالیزوری ( الکترولس) با استفاده از الکترولیتهای اسیدی و بازی رسوب داد. محلول های سيانيدی، فاقد سيانيد، پيروفسفات قليايی، سولفات اسيدی و فلوئوربورات اسيدی انواع الکتروليت هايی هستند که در رسوب دهی الکتروليتی پوشش های مسی (آبکاری الکتريکی) مورد استفاده قرار می گيرند.
محلول های آبکاری رقیق سیانیدی و سیانیدی راشل
این نوع محلول های آبکاری عمدتاً جهت تولید یک پوشش آستری از مس با ضخامت 3 – ۱ میکرومتر پیش از انجام آبکاری بیشتر و اصلی مس و یا دیگر فلزات و به عنوان یک زیر لایه مورد استفاده قرار می گیرند. اغلب پوشش ایجاد شده توسط این زیرلایه در ظاهر و کارایی کلی قطعه نهایی آبکاری شده از اهمیت زیادی برخوردار است. محلول آبکاری سیانیدی راشل با غلظت بالا می تواند به طور مؤثری جهت ایجاد پوششی با ضخامت تا 8 میکرومتر مورد استفاده قرار گیرد. با ایجاد یک اصلاح در محلول آبکاری راشل، این محلول می تواند جهت آبکاری گردان به کار گرفته شود. محلول آبکاری سیانیدی راشل را می توان با به کارگیری مخازن (تانک های) استیل همراه با همزن مکانیکی و یا به طور مؤثرتر با استفاده از همزدن به وسیله هوا استفاده کرد. این نوع محلول های آبکاری همچنین می توانند جهت آبکاری معکوس تناوبی و یا آبکاری با جریان پالسی یا ضربانی نیز به کار روند. محلول های آبکاری ارایه شده در جدول (1) حاوی سیانید آزاد بالا و مس فلزی پایین هستند. این ترکیب شیمیایی محلول آبکاری به تمیزکاری سطح قطعات پایه در طول فرایند آبکاری کمک می کند، چرا که این محلول آبکاری تمایل دارد تا به دلیل بازده کاتدی کمی که دارد در سطح قطعه پایه ایجاد حباب گاز کند. اگرچه محلول های آبکاری نباید عمدا جهت تمیزکاری سطح قطعه پایه به کار گرفته شوند، اما عمل تمیزکاری این نوع محلول های آبکاری سیانیدی می تواند یک مزیت باشد، چرا که با استفاده از این نوع محلول های آب می توان بر روی قطعاتی که تمیزکاری آن ها مشکل است یک لایه آستر مسی را با موفقیت ایجاد کرد. آبکاری بر روی این نوع از قطعات پایه به وسیله دیگر محلول های آبکاری و بدون استفاده از لایه آستر مسی می تواند منجر به پوشش ناکامل و یا چسبندگی ضعیف پوشش به قطعه پایه گردد.
محلول های آبکاری سیانید سدیم و سیانید پتاسیم با بازدهی بالا
این نوع محلول های آبکاری با غلظت بالا و افزودنی های اختصاصی جهت تولید پوشش های مسی با درجات مختلف براقیت و همواری و نیز با ضخامتی در گستره 5۰ – 8 میکرومتر به کار گرفته می شوند. پوشش های مسی ضخیم که هم براق و هم انعطاف پذیر هستند، می توانند با استفاده از این نوع محلول های آبکاری به صورت عادی تولید شوند. تحت شرایط مختلف عملیاتی، قدرت پرتاب بالای این نوع محلول های آبکاری هم پوشش کافی و هم ضخامت مناسبی از مس را بر روی نقاط در سطح قطعه پایه ایجاد می کند. معمولاً محلول های آبکاری از افزودنی های ضد حفره زائی جهت ایجاد پوشش های فاقد حفره استفاده می شود. قطعات پایه پیش از این که تحت آبکاری با استفاده از این نوع محلول های آبکاری با بازده بالا قرار گیرند، باید توسط یک پوشش آستری از مس با ضخامت 1/3 میکرومتر که با استفاده از محلول آبکاری سیانیدی رقیق ایجاد می گردد، پوشش داده شوند. این محلول های آبکاری با بازدهی بالا دارای ویژگی هایی مانند دمای عملیاتی بالا، میزان مس بالا و سرعت بالای آبکاری هستند. سرعت آبکاری در این نوع محلول های آبکاری بین 5 - 3 برابر سرعت آبکاری در محلول آبکاری سیانیدی رقیق و نیز محلول آبکاری روشل می باشد. قطعاتی که قرار است تا تحت آبکاری با استفاده از این نوع محلول آبکاری با بازده بالا قرار گیرند، باید کاملاً تمیزکاری شوند ضمن این که لازم است که حین فرایند آبکاری تصفیه مداوم محلول آبکاری برای خارج کردن آلودگی های آلی از محلول آبکاری انجام گیرد تا پوششی با کیفیت حاصل شود. کمپلکس های پتاسیمی که در نتیجه ترکیب شدن سیانید مس و سیانید پتاسیم تشکیل می شوند در مقایسه با کمپلکس هایی که وقتی از سیانید سدیم به جای سیانید پتاسیم استفاده می شود در محلول آبکاری تولید می شوند، از حلالیت بیشتری برخوردارند. بنابراین در محلول های آبکاری حاوی سیانید پتاسیم، میزان مس و در نتیجه سرعت آبکاری بالاتر از محلول های آبکاری حاوی سیانید سدیم می باشد. از طرف دیگر محلول های حاوی سیانید پتاسیم دارای انعطاف پذیری عملیاتی بیشتری در مقایسه با محلول های حاوی سیانید سدیم هستند که این یک مزیت برای این نوع محلول های آبکاری محسوب می شود، چرا که باعث می شود تا مقاومت در برابر سوختگی پوشش مسی حاصل از این نوع محلول ها افزایش یابد و این مساله امکان استفاده از دانسیته جریان های بیشتر و در نتیجه سرعت های آبکاری بالاتر را فراهم می آورد.
جهت آبکاری با استفاده ازاین نوع محلول های آبکاری با بازده بالا و به منظور تولید پوشش هموارتر، توزیع یکنواخت کمپلکس مس، کاهش زمان آبکاری و نیز کاهش مقدار فلز مس (به شکل کمپلکس مربوطه) مورد نیاز جهت تولید پوششی با حداقل از روش های جریان پالسی یا ضربانی ضخامت تعیین شده، غالبا استفاده می شود. جهت تولید پوشش مسی هموارتر و نیز توزیع بهتر فلز مس می توان از آبکاری معکوس تناوبی نیز استفاده کرد. این تکنیک همچنین توانایی محلول آبکاری را جهت پر کردن فرورفتگی های موجود در سطح پوشش افزایش می دهد. ترکیب و شرایط عملیاتی محلول های آبکاری سیانیدی مس در (جدول 1) ارایه شده است.
عملیات آبکاری با استفاده از محلول های آبکاری با بازده بالا را می توان با استفاده از افزودنی هایی که بازده آندی، کاتدی و میزان خوردگی آند را بهبود می بخشند، اصلاح کرد. این افزودنی ها پوشش هایی مات تا کاملاً براق و با دانه بندی ریز ایجاد می کنند. در این نوع محلول های آبکاری جهت کنترل اثرات آلودگی های آلی و معدنی می توان از افزودنی های اختصاصی استفاده کرد.
آبکاری در محلول های آبکاری سیانیدی رقیق
در محلول آبکاری سیانیدی رقیق با افزایش غلظت سیانید آزاد میزان خوردگی آندها افزایش می یابد. از طرف دیگر غلظت پایین سیانید آزاد در این نوع محلول های آبکاری به واسطه پلاریزاسیون آندها می تواند منجر به زبری پوشش مسی حاصل گردد، در هر صورت وجود سیانید آزاد به مقدار زیاد در محلول آبکاری نیز باعث کاهش بازده کاتدی و در نتیجه کاهش ضخامت پوشش مسی حاصل می گردد. با اصلاح پی اچ، این نوع محلول آبکاری را می توان جهت آبکاری یک پوشش آستری بر روی قطعات پایه مختلف استفاده کرد. در آبکاری بر روی قطعات استیلی با استفاده از این نوع محلول آبکاری، افزایش هیدروکسید سدیم و یا هیدروکسید پتاسیم به محلول آبکاری هدایت الکتریکی محلول آبکاری را بهبود می دهد که این مساله می تواند به محافظت آندها، مخازن و دیگر قطعات استیلی در برابر خوردگی کمک کند.
برای آبکاری بر روی قطعات فلز روی تحت فشار ریخته گری شده، غلظت یون های هیدروکسید در گستره g/L 3/8 – 1/3 نگاه داشته می شود. برای آبکاری بر روی قطعاتی از جنس آلیاژهای آلومینیوم روی اندود شده باید با استفاده از بی کربنات سدیم پی اچ محلول آبکاری به10 – 9/7 رسانده شود و در طول فرایند آبکاری باید افزودن بی کربنات سدیم و یا اسید تارتاریک جهت حفظ پی اچ در گستره مورد نظر ادامه داشته باشد. محلول آبکاری سیانیدی رقیق می تواند در دمای اتاق به کار گرفته شود، اما شیوه کلی این است که این نوع محلول آبکاری در گستره دمایی 49 – 32 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار گیرد تا هم سرعت آبکاری افزایش یابد و هم این که میزان انحلال آندها بهبود یابد. دانسیته جریان الکتریکی مورد استفاده در این نوع محلول های آبکاری معمولاً A/dm2 1/5 - 1 و ولتاژ مخزن آبکاری نیز در گستره 6 – 4 ولت قرار دارد.
همزدن این نوع محلول آبکاری باعث می شود تا پوشش مسی با یکنواختی بیشتر حاصل شود، انحلال آندها به صورت یکنواخت انجام گیرد و دانسیته جریان همچنان که پوشش مسی براق حاصل می شود، افزایش یابد. دانسیته جریان های بیش از A/dm25 با استفاده از همزدن هوایی و نیز استفاده از کاتدهای چرخان در این نوع محلول های آبکاری، با موفقیت به کار گرفته شده اند.
ترجیح داده می شود که محلول آبکاری سیانیدی رقیق به طور پیوسته فیلتر شود. وجود آلودگی های آلی و نیز ذرات معلق در محلول آبکاری ایجاد کننده پوشش آستری بر روی قطعه پایه غالباً مسئول زبر شدن پوشش مسی اصلی است که متعاقبا غالبا روی پوشش آستری ایجاد می گردد. وجود یون های کرم شش ظرفیتی در پوشش آستری منجر به تاول زدن پوشش اصلی می گردد. البته اضافه کردن افزودنی های اختصاصی موجود به این نوع محلول آبکاری می تواند به بهبود شرایط عملیاتی آبکاری و از آن جمله کنترل آلودگی های آلی و غیر آلی کمک کند که این افزودنی ها شامل موارد زیر می شوند:
عوامل کمپلکس کننده آلی مانند نمک های تارتارات، عوامل کاهنده آلی که جهت کنترل ناخالصی هایی مثل یون های کرم شش ظرفیتی مورد استفاده قرار می گیرند، عوامل ترکننده (فعال کننده های سطحی) که جهت کنترل آلودگی های آلی موجود در محلول آبکاری و نیز کاهش کشش سطحی محلول آبکاری استفاده می شوند و به این ترتیب منجر به قدرت پرتاب بهتر محلول آبکاری به ویژه بر روی قطعات پایه دارای سطوح نامنظم می شوند.
محلول های آبکاری سیانیدی راشل
محلول های آبکاری سیانیدی راشل حاوی غلظت های پایین مس برای آبکاری پوشش های آستری و محلول های حاوی غلظت های بالای مس جهت آبکاری پوشش های اصلی مورد استفاده قرار می گیرند. نمک راشل تولید پوشش های ریز دانه کرده، اثر آلودگیهای فلزی را بر محلول آبکاری کاهش داده و به انحلال آند از طریق افزایش دانسیته جریان آندی، قبل از آن که پلاریزاسیون آندی رخ دهد، کمک می کند. از محلول های آبکاری سیانیدی راشل می توان در آبکاری های آندی – کاتدی دوره ای با موفقیت استفاده کرد. برای انجام آبکاری گردان (بشکه ای) با استفاده از محلول های سیانیدی راشل نیاز به تغییر ترکیب شیمیایی محلول آبکاری می باشد. از آنجایی که در آبکاری گردان در طول فرایند آبکاری قطعات در حال آبکاری تمایل دارند که در حین گردش مخزن آبکاری به هم بچسبند، افزایش غلظت سیانید آزاد در محلول آبکاری تا گستره g/L 30 - 25 یا کمی بیشتر جهت پوشش دهی کافی قطعات به هم فشرده شده ضروری می باشد. محلول های آبکاری راشل معمولاً در دانسیته جریان های A/dm2 5 - 2 عمل می کنند. جایگزین کردن نمک های پتاسیم موجود در این نوع محلول های آبکاری با نمک های سدیم در شرایطی که غلظت مس این محلول ها بالا و تا حدود g/L38 باشد، می تواند امکان افزایش دانسیته جریان تا A/dm26 را به قیمت کاهش بازده کاتدی فراهم کند. این نوع محلول های آبکاری برای به دست آوردن بهترین کارایی معمولاً در دمای 54 – ۷۱درجه سانتی گراد به کار گرفته می شوند.
هر چه دمای آبکاری افزایش یابد، سرعت آبکاری نیز افزایش می یابد به طوری که یک محلول آبکاری با بازده بالا که غلظت مس بالایی دارد می تواند تا دمای 77 درجه سانتی گراد عمل کند. در آبکاری مس بر روی قطعات فلز روی تحت فشار ریخته گری، بهترین عملکرد محلول آبکاری راشل در گستره دمایی 71 – 60 درجه سانتی گراد می باشد که طی آن پی اچ محلول آبکاری در گستره 12/3 – 11/6 حفظ می گردد. افزایش در دمای آبکاری محلول های سیانیدی راشل بازده آندی و کاتدی را افزایش می دهد، اما از سوی دیگر در این حالت تجزیه سیانید آزاد موجود در محلول آبکاری با سرعت بیشتری رخ می دهد که این موضوع منجر به افزایش تولید کربنات در محلول می شود. همچنین افزایش سرعت همزدن محلول آبکاری منجر به افزایش بازده آندی می شود و در عین حال افزایش تولید کربنات را نیز سبب می گردد. در محلول های آبکاری سیانیدی مس، کربنات ها به واسطه اکسایش سیانید و نیز جذب دی اکسید کربن هوا که با قلیا ها واکنش می دهد، همیشه حضور دارند.
در محلول آبکاری حاوی سدیم سیانید، کربنات های موجود را می توان به وسیله سرد کردن محلول آبکاری که منجر به رسوب دادن کربنان سدیم کم محلول می گردد، از محلول آبکاری خارج کرد. غلظت بالای کربنات در محلول آبکاری بازده آندی را کاهش می دهد که این موضوع خود باعث افزایش تولید کربنات و نیز زبر و حفره دار شدن پوشش مسی حاصل می گردد.
پی اچ محلول های آبکاری سیانیدی راشل باید در گستره 13 – 12/2حفظ گردد. پی اچ بالا می تواند منجر به بازده آندی پایین و نیز کاهش افت ولتاژ در آند گردد.
برای تنظیم پی اچ محلول های آبکاری راشل هدایت الکتریکی محلول آبکاری با افزایش غلظت سیانید قلیایی آزاد محلول آبکاری و نیز افزایش غلظت کمپلکس های مس بهبود پیدا می کند. وقتی از محلول آبکاری جهت ایجاد پوشش مسی بر روی قطعات پایه از جنس استیل، برنج و یا مس استفاده می شود، هدایت الکتریکی محلول آبکاری را می توان با افزایش g/L 15- 2 هیدروکسید سدیم به محلول آبکاری بهبود بخشید.
وقتی که قرار است آبکاری بر روی قطعات پایه از جنس آلومینیوم، منیزیم و قطعات روی تحت فشار ریخته گری شده صورت گیرد، غلظت هیدروکسید سدیم در محلول آبکاری باید کاهش داده شود. محلول های آبکاری راشل طی انجام آبکاری بر روی قطعات روی تحت فشار ریخته گری شده به وسیله یون های فلز روی آلوده می شوند. این آلودگی توسط روی را می توان به وسیله الکترولیز محلول آبکاری در دمای اتاق و در دانسیته جریانی که تولید پوشش با رنگ نا مناسب می کند که معمولاً این دانسیته جریان A/dm2 0/3 – 0/2 می باشد.، از محلول آبکاری حذف کرد.
آهن را که در صورت حضور داشتن در محلول آبکاری به دلیل کمپلکس هایی که با سیانید تشکیل می دهد می تواند منجر به کاهش بازده جریان گردد، نمی توان به راحتی از محلول آبکاری خارج کرد. وارد شدن یون کلرید از مخازن اسید شوئی به داخل محلول آبکاری به منظور جلوگیری از ایجاد و انباشتگی آهن در محلول آبکاری و در نتیجه انحالل و خوردگی تجهیزات استیلی باید به حداقل ممکن رسانده شود. محلول های آبکاری راشل مستعد آلودگی توسط ترکیبات آلی هستند که این آلودگی ها را می توان با استفاده از عوامل ترکننده کنترل کرد. آلودگی های آلی موجود در محلول آبکاری را می توان با استفاده از تصفیه دوره ای محلول آبکاری با استفاده از کربن فعال و به دنبال آن فیلتر کردن محلول حذف کرد.
میزان آلودگی های آلی در محلول آبکاری راشل به ویژه در آبکاری از نوع گردان (بشکه ای) بالا می باشد. استفاده از یک عامل فعال کننده سطحی، یک عامل ضد کف و یا یک عامل پراکنده ساز به محلول آبکاری گردان مانع از اثرات شدید آلودگی های آلی بر روی کیفیت پوشش حاصله می شود. استفاده از فرایند فیلتر کردن پیوسته محلول های آبکاری سیانیدی به منظور جلوگیری از ایجاد پوشش های زبر توصیه می شود. افزایش دانسیته جریان الکتریکی و یا حضور سرب در محلول آبکاری سیانیدی راشل منجر به افزایش تنش در پوشش حاصل از آبکاری می شود. میزان این تنش را می توان با افزایش غلظت مس در محلول آبکاری کاهش داد. افزایش حدود g/L 15از پتاسیم تیوسیانید به محلول آبکاری منجر به تولید تنش انبساطی به جای تنش انقباضی معمول در پوشش حاصل از آبکاری می گردد.
آبکاری در محلول های آبکاری حاوی سیانید پتاسیم و سدیم با بازده بالا
محلول های آبکاری سیانید سدیم و پتاسیم با کارایی بالا امکان استفاده از دانسیته جریان های بالاتر را دارند. در محلول های آبکاری سیانیدی با افزایش دانسیته جریان که مسئول توزیع جریان بر روی قطعه پایه (قدرت پرتاب) است، معمولاً کاهش در بازده کاتدی و یا سرعت رسوب دهی رخ می دهد. مقدار بازده کاتدی تنها در دانسیته جریان های A/dm210و یا کمتر به ۱۰۰ درصد می رسد. با دانسیته جریان های A/dm23 - 2،به ویژه زمانی که سرعت همزدن محلول آبکاری پایین باشد، بازده کاتدی ممکن است 2۰ درصد افت داشته باشد. وجود یون های پتاسیم و یا سدیم در این نوع محلول آبکاری هدایت الکتریکی محلول را افزایش می دهد. محلول های آبکاری سیانید پتاسیم و سیانید سدیم در دمای عملیاتی 74 – 66 درجه سانتی گراد پوشش های مسی با کیفیتی را تولید می کنند. اگرچه افزایش دمای آبکاری به بالاتر از 74 درجه سانتی گراد امکان استفاده از دانسیته جریان بالاتر را فراهم می کند، اما تجزیه سیانید در این دماهای بالا نیز افزایش می یابد. دانسیته جریان آندی به واسطه پلاریزاسیون که منجر به کاهش بازده آندی و افزایش مقدار ولتاژ مورد نیاز می شود، محدود می شود. دانسیته جریان کاتدی به وسیله سوختگی پوشش مسی که منجر به کاهش بازده کاتدی، کاهش براقیت و زبری پوشش مسی می شود، محدود می گردد. در محلول های آبکاری حاوی پتاسیم سیانید حدود ذکر شده بالاتر از محلول آبکاری سدیم سیانید می باشد.
منبع: http://iranplating.com/Archive/86.pdf