نقش pH و دما در وان نیکل

نقش pH

 pH و دما دو متغیر مهم از شرایط حمام نیکل به شمار می روند. محدوده عملیاتی برای  pH 4/5 – 4 می باشد. نگهداری pH خارج از این بازه  ( کمتر از 3/8 و بیش از 5/2) باعث ایجاد یک سری نتایج نامطلوب و افت کارایی فرآیند آبکاری می شود.

در حین عملیات آبکاری همواره گاز اکسیژن در سطح آند و همچنین گاز هیدروژن در سطح قطعه در حال تشکیل شدن است ( از سطح قطعه گاز آزاد می شود ) و همین گاز هیدروژن در صورتی که از سطح قطعه توسط کفی نیکل(Agent Wetting )رانده نشود باعث ایجاد حفرات گودی در لایه نیکل می شود.  و تولید می شود

تحقیقات نشان داده است که کارایی آند و کاتد در عمل با هم متفاوت است. کارایی کاتد در فرآیند آبکاری نیکل براق به طور میانگین حدود 95درصد است (92درصد الی 97درصد که بستگی به عواملی چون ترکیب شیمیایی محلول، افزودنی های مورد استفاده، نسبت سطح آند به کاتد و سایر عوامل فیزیکی مانند ویژگی های تجهیزات دارد) و حدود 5 درصد از انرژی برای تولید مولکول های گازی هیدروژن مصرف می شود. از طرف دیگر کارایی آند بسیار نزدیک به 100درصد است چنین امری نشان می دهد که در سطح آند برای تجزیه (OH^- ) و تشکیل آب و گاز اکسیژن انرژی مصرف نمی شود.عدم مصرف انرژی در سطح آند برای انجام شدن واکنش ذکر شده نشان می دهد که چنین واکنش در سطح آند عملاً اتفاق نمی افتد و اگر هم اتفاق بیفتد بسیار جزیی و قابل اغماض است. پس یون های هیدروکسیل (OH ) تشکیل شده در محلول باقی مانده و باعث افزایشpH  می شود.

چه pH ی برای کار کردن بهتر است؟

انتخاب pH محلول نیکل کامال بستگی به ویژگی های ذاتی فلز پایه قطعات مورد آبکاری دارد.در این خصوص موارد زیرتوصیه می شود:

1. قطعات آهنی و فولادی بین 4/1 تا 4/5.
2. قطعات برنج و مس 4/4 تا 4/8.
3. قطعات سرب خشک و دایکاست 4/8 تا 5/2.

علایم بالا بودن pH محلول نیکل

 اگر pH محلول نیکل به هر دلیلی از 5 یا 5.5 بالاتر رود علایم زیر دیده خواهد شد. نظم هندسی کریستال های فلزی نیکل در مناطق تراکم جریان زیاد قطعه ( لبه های تیز قطعه) به شدت کاهش یافته و نیکل در این مناطق تیره، شکننده و پوسته شده و حتی ممکن است اندکی به شکل شاخه درختی در بیاید که به این علایم در آبکاری اصطلاحا سوختگی گفته می شود. در این حالت در صورتی که لایه نیکل پوسته شود، رنگ زیر پوسته ها خاکستری تیره و یا سیاه است

در محلول وقتی که pH افزایش می یابد، فراوانی یون (OH^- ) در محلول افزایش یافته است. در این حالت یون یون هیدروکسیل ^-(OH) با یون نیکل (Ni⁺²) ترکیب شده و تشکیل هیدروکسید نیکل را می دهد. که دارای رنگ سبز روشن است. در pH های بالای 5/ 5 یا 5/2 رسوب سبز روشن هیدروکسید نیکل را ، در فیلتر می توان دید. حتی ممکن است هیدروکسید نیکل سبز رنگ که به دیواره های وان و کیسه های آند چسبیده و یا در کف وان رسوب کرده نیز قابل مشاهده باشد. اگر که محلول دارای آلودگی فلزی آهن باشد نیز رنگ رسوب فیلتر در اثر وجود اکسید آهن آبدار به همراه هیدرو اکسید نیکل، به سمت حنایی و قهوه ای میل می کند. اگر pH محلول برای مدت زیادی بالاتر از 5/1 باقی بماند سولفات نیکل در محلول کاهش خواهد یافت زیرا سولفات نیکل تبدیل به هیدروکسید نیکل شده و به وسیله فیلتر از محلول خارج می شود

•قدرت پرتاب کاهش می یابد.

•براق کنندگی و قدرت خش پر کنی محلول کاهش می یابد

. •نقاط کوچک و مات ستاره ای شکل در لایه نیکل به وجود می آید که باعث کاهش درخشندگی می شود.

•لایه نیکل مات می شود. همان طور که مشاهده می کنید اگر که pH محلول به درستی کنترل نشود با علائم نامطلوب زیادی روبرو خواهد شد. بنابراین توصیه می شود که در هر شیفت (8 ساعت کار) pHمحلول نیکل دو تا سه بار کنترل و تنظیم شود.

چه عواملی باعث کاهش pH می شود؟

 معمولاً کمتر پیش می آید که با pH بیش از حد پایین در محلول نیکل روبرو شویم ولی اگر چنین چیزی اتفاق بیافتد به طور معمول دو دلیل دارد: 

1- در هنگام تنظیم pH بیش از حد به محلول اسید سولفوریک اضافه کرده ایم. 2- قطعات همراه خود مقداری محلول اسید به وان نیکل آورده اند. این موضوع وابستگی زیادی به سیستم های شستشو و شکل قطعات دارد. شکل ظاهری بعضی از قطعات به گونه ای است که در حین مراحل آب شویی و اسید شویی محلول در آن ها به دام افتاده و به وان اصلی راه می یابد.

علایم پایین بودن pH محلول:

1. لایه نیکل دیر براق می شود یا اصلاً به براقی دلخواه نمی رسد. (افزودنی ها در pH پایین خوب کار نمی کنند)
2. مصرف افزودنی ها افزایش می یابد. علت این است که pH پایین باعث کاهش کارایی افزودنی ها میشود. پس در pH پایین، معمولاً افراد برای رسیدن به براقیت دلخواه افزودنی های بیشتری به وان اضافه می کنند.
3. گاز بیشتری در محلول از سطح قطعه آزاد می شود یا به عبارت دیگر جوشش قطعات زیاد می شود.
4. حفره های گود بیشتری در لبه ها و تیزی های قطعه (مناطق تراکم جریان زیاد) ایجاد می گردد. به خصوص وقتی که کفی در محلول به اندازه کافی نباشد.
5. محلول بسیار شفاف است و فیلتر لجن نمی گیرد. چون اکثر لجن ها یا قسمت عمده لجن های فلزی در pH پایین، در محلول حل می شود.
6.  آلودگی های فلزی در محلول افزایش می یابد. در چنین حالتی pH  پایین، باعث حل شدن سطح قطعه در مناطق با جریان کم می شود. این امر به خصوص زمانی که برنج یا سرب خشک دایکاست را آبکاری می نمایید می تواند فاجعه بار باشد
7. لایه نیکل ممکن است خشک و شکننده شود.( به علت وجود ناخالصی های فلزی و تراکم بالای افزودنی ها در محلول)

چگونه pH پایین یک محلول را به pH مورد نظر بر گردانیم؟

برای بالا بردن pH محلول نیکلی که pH آن پایین و خارج از محدوده می باشد سه روش وجود دارد :

1. ادامه کار با محلول: در صورتی که محلول قادر به انجام آبکاری نرمال یا نزدیک نرمال باشد به کار کردن با آن ادامه می دهیم . در این صورت pH خودبخود در اثر کار کردن افزایش یافته و کم کم در محدوده دلخواه قرار خواهد گرفت
2. استفاده از کربنات نیکل: برای بالا بردن pH محلول نیکل میتوانیم از کربنات نیکل استفاده کنیم. برای استفاده از کربنات نیکل ابتدا آن را جداگانه در یک سطل با آب خوب مخلوط می کنیم تا به حالت دوغاب یکنواخت درآید سپس این دوغاب را آرام و در حال هم زدن در مناطق مختلف سطح وان به محلول اضافه می کنیم . با توجه به اینکه کربنات نیکل یک قلیای ضعیف است ، همواره باید مقدار زیادی کربنات به وان اضافه کرد تا pH محلول مقدار اندکی بالا بیاید که این امر هزینه زا و زمان بر است که اشکال این روش محسوب می شود .
3. استفاده از هیدروکسید سدیم یا سود : استفاده از سود رقیق شده (معمولاً 20 درصد) در وان نیکل هیدروکسید نیکل تولید می کند که یک قلیای قوی است که می تواند به سرعت pH وان را افزایش دهد. حسن این روش این است که سریع بوده و ساخت آن بسیار کم هزینه است. برای ساخت هیدرواکسید نیکل فقط به سولفات نیکل و سود احتیاج داریم که معمولاً در تمام کارگاه ها یافت می شوند. به این ترتیب که ابتدا 500 گرم سود را در 5 لیتر آب خوب حل نمایید ( واکنش گرمازاست ). 1/6 کیلوگرم سولفات نیکل را در 10 لیتر آب حل نمایید. سپس به آرامی محلول سود رو به محلول نیکل اضافه کنید. سپس مخلوط دو محلول ( 15 لیتر ) را آنقدر هم بزنید تا حالت دوغاب یکنواخت به خود بگیرد.

چگونه می توان pH محلول نیکل را کنترل کرده و آن را در بازه مورد نظر نگهداری نمود ؟

برای نگهداری pH در بازه مورد نظر اسید بوریک به عنوان یک بافر در ترکیب محلول وجود دارد تا از تغییرات شدید pH جلوگیری کند ( همچنین از افزایش روزانه محلول اسید سولفوریک 10 الی 20درصد نیز جهت تنظیم روزانه pH استفاده شود( .

تنظیم غلظت اسید بوریک در محدوده 50 – 45 کمک به ثابت نگه داشته شدن pH می شود. وتوصیه می گردد جهت جلوگیری از تغییرات شدید pH غلظت اسید بوریک به طور مرتب توسط آنالیز و تیتراسیون کنترل گردد.

اگر این مقدار کاهش یافته و از مقدار 40 گرم بر لیتر پایین تر رود، در زمانی کوتاهی، در اثر کار کردن، مقدار pH محلول بالا رفته و نیاز است که روزانه چندین بار، محلول تنظیم pH شود.

 pH محلول در قسمت های تیز قطعه (تراکم جریان زیاد) معمولاً بالاتر از سایر نقاط محلول است و این مناطق با توجه به اینکه در pH بالاتری عملیات آبکاری انجام می شود زودتر از بقیه نقاط از خود علابم سوختگی نشان می دهد که این خود حاصل کم بودن اسید بوریک در محلول است.

نقش دما:

چه دمایی برای کار کردن بهتر است؟ در عمل بهترین بازده دما برای نیکل براق 55 تا 65 درجه سانتی گراد است. ازکار کردن در دمای کمتر از 55 درجه به شدت باید پرهیز کرد.

اگر دما شروع به کاهش کند و از 55 درجه به پایین برود تا رسیدن به 50 درجه اثری که خیلی قابل اندازه گیری باشد مشاهده نمی شود به جز اینکه درخشندگی و قدرت خش پرکنی کاهش می یابد ولی اگر دما کمتر از 50 درجه شود مشکل ساز خواهد شد و تقریبا می توان گفت که در دمای 45 درجه سانتی گراد نمی توان با یک زمان آبکاری نرمال به لایه نیکل براق رسید.

بعضی از آبکاران اعتقاد دارند که دمای محلول نیکل نباید به بیش از 60 درجه سانتی گراد افزایش یابد زیرا دمای بالاتر از 60 درجه اجزای فرار افزودنی ها تبخیر شده و از محلول خارج می گردد. هر چه دما پایین تر از این مقدار باشد عملکرد افزودنی ها ( براقی ، کمک براقی و ...) مختل شده و میزان مصرف نیکل و براقی افزایش خواهد یافت و همچنین در نقاط تیز قطعه یا در نقاط دانسیته جریان بالا پوشش به شکل سوختگی ظاهر می گردد.

 در دماهای پایین محلول نیکل سرعت رشد پوشش نیکل کاهش می یابد در واقع زمان آبکاری بالا خواهد رفت. همچنین در دماهای خیلی پایینتر بعضی از اجزاء محلول کریستالیزه شده و در نهایت رسوب می کند .

افزایش دما برای محلول نیکل بیش از 60 درجه سانتی گراد توصیه نمی گردد به این دلیل که در دماهای بالاتر محلول عملکرد افزودنی ها مختل میگردد و منجر به تجزیه شدن آن ها شده و در نهایت لایه نیکل مات می گردد.

:منبع

http://iranplating.com/Archive/56.pdf