آبکاری فلزات چیست | چگونه فلزات را ابکاری کنیم ؟

آبکاری فلزات چیست ؟ چگونه فلزات را آبکاری کنیم ؟ چگونه باید الکترولیت مناسب را انتخاب کرد ؟ چه طور باید سطح فلز را برای انجام فرایند آماده کرد ؟ انواع آبکاری فلزات (metal plating) کدامند ؟ اینها سوالاتی است که قصد داریم در متن پیش رو به آنها پاسخ دهیم و به روش های مختلف برای پوشش دهی آهن، کروم و… بپردازیم . در آخر متن به آموزش آبکاری فلزات در منزل با وسایل ساده بیشتر می پردازیم پس با ما همراه باشید.

دلایل آبکاری قطعات

مواد ساخته شد از فلزات ، آلیاژها و سایر ترکیبات همواره در معرض خوردگی ، اکسیداسیون ، ضربه ، فشار ، سایش و سایر شرایط دشوار فیزیکی قرار دارند ، بسیاری از این مواد از مقاوت مناسب در برابر این شرایط برخوردار نیستند و توانایی برآورده کردن خواسته های ما را دارا نیستند. یکی از راه های متداولی که برای بهبود این خواص صورت می گیرد آبکاری است . به این منظور عموما لایه ای از فلز و یا آلیاژی که دارای خواص و مقاومت بهتری در برابر این شرایط است بر روی محصول مورد نطر نشانده می شود. آبکاری فلزات از مهمترین و قدیمی ترین روش های پوشش دهی است که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

مواد مناسب برای آبکاری فلزات :

موادی که برای آبکاری مورد استفاده قرار می گیرند بسته به ویژگی هایی که از محصول نهایی انتظار می رود ، تعیین می شوند . همچنین شرایط انجام عملیات و حمام مورد استفاده نیز در این امر دخیل هستند . در اینجا به مواد متداول مورد استفاده اشاره می شود:

نیکل ، نیکل سیاه/ کروم ، کروم ، پالادیوم یا آلیاژ پالادیوم/نیکل ،طلا، نقره ،مس ،قلع ، پلاتین ،روتنیوم ،کادمیوم ، برنج و روی

چه فلزاتی در آبکاری استفاده می شوند؟

فلزاتی که در آبکاری استفاده می شوند عبارتند از روی – مس – قلع و فلزات گرانبها مثل طلا نقره و پالادیوم .

هزینه آبکاری فلزات:

آبکاری می‌تواند با یک فلز به تنهایی یا با ترکیب چند فلز اتفاق بیفتد. فلزاتی که می توانند ارزش افزوده آبکاری را بالا ببرند. قیمت ، ترکیب قطعه مورد نظر و نتیجه دلخواه ، سه فاکتور کلیدی هستند که در بیشتر عملیات ها مدنظر قرار می‌گیرندعبارتند از:

• قیمت آلیاژ بر اساس نرخ بازار جهانی
• ترکیب و سطح قطعه مورد نظر
• نتیجه و کیفیت مورد نظر

آبکاری چگونه اتفاق می افتد؟

آند و کاتد (کاتد: قسمتی که قرار است پوشش دهی الکتریکی شود) هر دو درون یک حمام الکترولیتی غوطه ور میشوند که این حمام یک محلول است شامل نمک آن فلزی که قرار است لایه نشانی شود. یک جریان dc از میان این محلول عبور میکند. پدیده انتقال یون های فلزی به سمت سطح کاتد اتفاق می افتد که در نهایت روی قطعه متصل به کاتد می‌نشیند.

پدیده آبکاری الکتروشیمیایی تقریباً شبیه پدیده الکتروفرمینگ است. هر دو طبق جایگزینی الکتریکی عمل می‌کنند.

اما تفاوتشان : در آبکاری الکتریکی فلزی که نشانده می شود همان جنس فلزی است که قرار است آبکاری شود. در الکتروفرمینگ یک پوسته از روی قطعه مورد نظر برداشته میشود. پس از اینکه پوسته برداشته شد شیء مورد نظر توسط آبکاری کاملاً پوشش دهی می شود.پس از الکتروفرمینگ این امکان وجود دارد که آبکاری روی آن انجام شود وتوسط پوشش دهی که انجام می‌شود باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی یا جذابیت بهتر برای محصولات زینتی شود.

علاوه بر اینکه دو روش گفته شده می‌توانند به صورت جداگانه استفاده شوند،همچنین می‌توانند به عنوان دو روش مکمل مورد استفاده قرار گیرند.

نحوه کار آبکاری:

انتخاب الکترولیت ها

فلزات مختلفی بسیاری می توانند در آبکاری استفاده شوند، با این وجود تعیین الکترولیت مناسب برای کیفیت آبکاری مهم است. برخی از الکترولیتها اسیدی، بازی، نمکهای فلزی یا نمکهای مذاب هستند. هنگام انتخاب نوع الکترولیت، باید مواردی از قبیل خوردگی، مقاومت، روشنایی یا بازتاب پذیری، سختی، مقاومت مکانیکی، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر سایش را در نظر داشته باشید.

آماده سازی سطح برای آبکاری

هدف از آماده سازی سطح قبل از شروع به ابکاری با یک فلز دیگر، این است که اطمینان حاصل شود که سطح پاک و عاری از آلاینده ها است زیرا امکان تداخل در پیوند وجود دارد. آلودگی اغلب مانع از رسوب و چسبندگی می شود.

به طور معمول این کار در سه مرحله انجام می شود: تمیز کردن، پرداخت و شستشو. تمیز کردن معمولا شامل استفاده از حلال های خاصی نظیر تمیز کننده های قلیایی، آب یا پاک کننده های اسیدی برای حذف لایه های روغن از روی سطح است. پرداخت نیز شامل اصلاح سطح است که باعث سخت شدن قطعات و استفاده از لایه های فلزی است.

شستشو به محصول نهایی منجر می شود و این نهایی شدن مربوط به آبکاری است. تمیز کردن فیزیکی و شیمیایی دو روش معین برای آماده سازی سطح هستند. تمیز کردن شیمیایی شامل استفاده از حلالهایی است که دارای مواد شیمیایی فعال سطحی و یا دارای مواد شیمیایی دارای قابلیت واکنش با فلز / سطح می باشد. در تمیز کردن فیزیکی از انرژی مکانیکی برای حذف آلاینده ها استفاده می شود. تمیز کردن فیزیکی شامل سایش با فرچه و تحریک اولتراسونیک است.

آبکاری الکتریکی

در سال های اخیر صنعت آبکاری الکتریکی فلزات در پاسخ به نیاز بازار شاهد رشد چشمگیری بوده است. رشد صنایع الکترونیکی و هوا و فضا و نیاز به مواد قابل اعتماد ، با کیفیت و دارای خواص کنترل شده نقش چشم گیری در این رشد و پیشرفت داشته اند .

دلایل آبکاری

در ادامه به نقش آبکاری الکتریکی در کاربری های مختلف خواهیم پرداخت :

کروم

آشناترین پوشش آبکاری الکتریکی کروم است که در پوشش دوچرخه ، وسائل خانگی ، تجهیزات بیمارستانی ، اتصالات ، سیم ها و بسیاری از موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. رنگ این پوشش عموما روشن است اما رنگ های دیگری همانند مشکی نیز قابل دست یابی هستند.

بر خلاف اسم ، آبکاری کروم عموما پوششی نیکلی است ( به این معنی که ابتدا پوششی از نیکل بر روی سطح قرار گرفته و سپس لایه کرومی بر روی این لایه نیکلی می نشیند ، ضخامت لایه نیکلی بیشتر از لایه کرومی است ) که در برخی موارد بر روی مس نیز انجام می گیرد که فقط یک لایه نازک از کروم بر روی لایه بالایی پوشش قرار می گیرد. روشنایی ، براقی و یا مات بودن سطح بستگی به ساختار نیکل دارد اما برای سطح مشکی باید مراحل اضافه دیگری نیز انجام داد . کروم اگرچه که یک فلز پایه است اما به سرعت یک فیلم اکسید قوی غیر قابل نفوذ می دهد که باعث می شود در شرایط عادی حالت خنثی پیدا کند. بنابراین پوشش کرومی در برابر کدر شدن و خوردگی بسیار مقاوم بوده و برای مصارف تزئینی بسیار گزینه ایده آلی خواهد بود .

مس و آلیاژهای آن

رسوبات نازک الکتریکی مس ، برنز و خصوصا برنج از جمله موارد محبوب در آبکاری تزئینی سطوح هستند . در این نوع آبکاری فلزات نیز ابتدا لایه ای از نیکل بر وری سطح نشسته و سپس مس یا آلیاژهای آن بر روی نیکل قرار می گیرند ، در انتها نیز لایه ای از لاک روشن سطح محصول را می پوشاند.

فلزات گرانبها

نقره و طلا از قدیمی ترین فلزات گرانبها هستند که به منظور تزئین مورد استفاده قرار گرفته اند . جواهرات ، ساعت ، ظروف و … مواردی هستند که می توان آبکاری نقره و طلا را بر روی آنها مشاهده کرد .

محافظت در برابر خوردگی

برای محافظت از سطوح مختلف در برابر خوردگی آبکاری با فلزاتی همچون روی ، کادمیوم ، قلع و آلیاژهای آن و نقره بر روی سطح مورد نظر انجام می گیرد .

کاربردهای مهندسی

مهندسان و طراحان از آبکاری فلزات و خواص آن در موارد عدیده ای استفاده می کننده که عبارتند از :

ایجاد سطوح سخت (نیکل ، کروم و …)

پوشش یاتاقان

پوشش های الکتریکی برروی سطح پاتاقان انواع موتور ها جهت جلوگیری از خوردگی و سایش با ذرات مورد استفاده قرار می گیرند . پوشش های مورد استفاده عموما عبارتند از سرب-قلع ، سرب –قلع – مس و یا سرب –ایندیوم .. همواره پیش لایه ای از نیکل وجود دارد .

کاربردهای الکتریکی

در کاربردهای الکتریکی برای بهبود خواصی مانند مقاومت تماسی ، مقاومت ارتباطی ، تخلخل ، مقاومت در برابر خوردگی ، کشش پذیری ، قدرت و انعطاف  مورد استفاده قرار می گیرد. طلا و پالادیوم از فلزات مورد استفاده در این حوزه هستند.

انواع روش های آبکاری فلزات

تعداد زیادی از تجهیزات را می توان برای آبکاری الکتریکی به کار برد . انتخاب تجهیزات به اندازه قطعات ، هندسه ، توان مورد نیاز ، الکترولیت و فلزی که قرار است نشانده شود بستگی دارد .

روش های اصلی که برای آبکاری الکتریکی فلزات مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از :

بشکه ای یا چرخشی (Barrel plating)

این روش در بشکه های چرخان اتفاق می افتد . موقعیت بشکه ها یا به صورت افقی است و یا در یک زاویه 35 درجه به سر می برند . این روش برای پلیتینگ تعداد زیادی از قطعات کوچک به صورت توده ای مورد استفاده قرار می گیرد .

در این مورد اتصال الکتریکی از طریق غلت خوردن خود قطعات و یک رسانای خارجی که به بشکه متصل شده است ، انجام می گیرد. یکی از محدودیت های آبکاری بشکه ای همان غلت خوردن قطعات است که می تواند باعث ایجاد خسارت و شکستگی در قطعات ظریف و یا از بین رفتن گوشه ها و … شود .

چنگکی (Rack Plating)

در مواردی که انجام آبکاری بشکه ای فلزات دشوار باشد و یا قطعات بزرگ ، سنگین و پیچیده باشند ، استفاده از روش چنگکی توصیه می شود . جنس چنگک ها از سیم سنگین مسی است که به شکل مناسبی برای نگه داشتن قطعات در آمده اند و جریان الکتریکی نیز را همین چنگک ها تامین می کنند و به قطعه انتقال می دهند . قطعه کار بر روی قلاب و یا توسط کلیپس نگه داشته می شود که برای جلوگیری از این کار خود این اجزا توسط یک پوشش عایق می شوند ( فقط نقاط تماس عایق کاری نمی شوند ) .

نواری

در روش آبکاری نواری ، یک نوار ممتد که توسط یک قرقره کشیده می شود از داخل محلول آبکاری عبور می کند . سیم های بلند و نوارهای فلزی را می توان با این روش پوشش داد . همچنین این روش را می توان برای نقاط خاصی از قطعه مورد استفاده قرار داد .

انواع آبکاری فلزات

آبکاری الکتریکی را می توان برای بسیاری از فلزات مورد استفاده قرار داد که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت ، دسته بندی این روش ها بر اساس نوع فلزی است که قرار است بر روی قطعه مورد نظر لایه ایجاد کند.

انواع روش های آبکاری فلزات به روش الکترولیتی

تعداد زیادی از تجهیزات را می توان برای آبکاری الکترولیتی به کار برد . انتخاب تجهیزات به اندازه قطعات، هندسه ، توان مورد نیاز ، الکترولیت و فلزی که قرار است نشانده شود بستگی دارد .

آبکاری مس

فلز مس یک فلز رسانا ی الکتریک خوب و نرم است و به دلیل جذب تنش های گرمایی  در صنعت بسیار کاربرد دارد و معمولا به عنوان لایه زیرین استفاده می شود. رنگ منحصر به فرد مس آن را مناسب جهت کاربردهای تزئینی نیز نموده است. آبکاری مس بر روی آهن و آلومنیوم بسیار رایج می باشد.

آبکاری استیل

عناصر تشکیل دهنده استیل یا فولاد ضد زنگ، آلیاژ آهن، کروم و نیکل می باشد. این آلیاژ از مقاومت بیشتری در برابر خوردگی برخوردار است این قابلیت به دلیل  وجود کروم می باشد. این فلز خاصیت خودترمیمی دارد و در صورت خراش این لایه مجددا تشکیل می شود.

استیل به دلیل خاصیت ضد زنگ بودن، و رنگ و درخشندگی فلز محبوبی در تولید زیور آلات می باشد. از این فلز می توان هم به نوان فلز پایه و هم فلز پوششی استفاده کرد.

روی

قطعات فولادی آبکاری شده با روی عبارتند از سیم های اتصال دهنده ، باکس های تعویض و قطع و وصل جریان الکتریکی و ورقه های فلزی . پوشش روی مقاومت بالایی را در برابر خوردگی ایجاد می کند .

نیکل

عموما آبکاری نیکل برای اهداف جلوگیری از خوردگی و تزئینی مورد استفاده قرار می گیرد . در این موارد معمولا برنج ، فولاد و روی به عنوان زیر لایه عمل می کنند . برخی از قطعات خودرو دارای پوشش نیکلی هستند.

آبکاری طلا

در این روش لایه ای نازک از طلا بر روی فلزات دیگر نشانده می شود . زیر لایه عموما از جنس نقره و یا مس است . لایه طلا در برابر خوردگی مقاوم بوده و رسانایی الکتریکی بسیار زیادی دارد که در اتصال دهنده های الکتریکی و مدارهای الکتریکی چاپی مورد استفاده قرار می گیرد .

مشکل اصلی آبکاری طلا بر روی مس این است که اتم های مس تمایل به نفوذ در لایه طلا را دارند که باعث ایجاد لک در سطح طلا شده و یک لایه اکسید گوگرد را بر روی سطح تشکیل می دهند . برای جلوگیری از این امر ابتدا لایه ای مانند نیکل به عنوان مانع بر روی مس نشانده می شود و سپس طلا بر روی آن نشانده می شود (نیکل تمایلی به نفوذ در طلا ندارد) . در برخی موارد نیز آبکاری طلا به منظور بهبود ظاهر و کاربری زینتی استفاده می شود .

آبکاری کروم

در این ابکاری لایه ای از فلز کروم بر روی سطح مورد نظر نشانده می شود . در موارد تزئینی لایه ای براق از کروم به ضخامت 10 میکرو متر بر روی نیکل نشانده شده بر روی فولاد ، قرار می گیرد (ابتدا نیکل بر روی سطح قرار گرفته و سپس کروم بر روی نیکل قرار می گیرد) .

این آبکاری برای مبلمان فلزی ، قطعات خودرو و … استفاده می شود . آبکاری کروم ، سطحی بسیار مقاوم را برای شی ء مورد نظر فراهم می کند.

قلع

این نوع از آبکاری فلزات می تواند برای سطوح فلزی و غیر آهنی استفاده شود . قلع غیرسمی ، انعطاف پذیر و ضد خوردگی است ، از همین رو به صورت گسترده در بسته بندی مواد غذایی کاربرد دارد .

آبکاری الکتریکی قلع در صنایع الکترونیکی به خاطر توانایی آن در محافظت از سطح فلز در برابر خوردگی کاربرد دارد . برای محافظت از لحیم کاری نیز مورد استفاده قرار می گیرد .

آبکاری آلیاژی

در برخی موارد آبکاری الکتریکی به وسیله دو فلز به صورت همزمان صورت می گیرد که به آن آبکاری آلیاژی می گویند ، نیکل – کبالت یک آلیاژ معمول آبکاری است .

آبکاری آهن

حمام های زیادی برای این فرایند موجود می باشند که از جمله متداول ترین آن ها می توان به کلرید آهن ، فلوربورات آهن ، سولفامات آهن و سولفات آهن اشاره کرد. با این حال از بین حمام های ذکر شده کلرید آهن یکی از رایج ترین این حمام ها می باشد. در جدول زیر می توانید خصوصیات این حمام را مشاهده کنید

نام ماده	غلظت و محدوده ی اجرا
کلرید آهن دی هیدرات	40 – 60 oz/gal
کلسیم کلرید	20 – 35 oz/gal
دمای کار	185 – 200°F
pH	0.5 – 1.5
چگالی جریان  (no agitation)	20 – 80 ASF
چگالی جریان (agitation)	بالاتر از 200 ASF
آند	آهن با کیفیت
دما	190 – 210°F

توجه نمایید سبب برقراری آشفتگی هوا نشوید. هوا یون های آهن را اکسید می کند و باعث ایجاد رسوب می شود.

کلسیم کلرید دمای موجود را با حل شدن در آب کم می کند . بنابراین برای شروع با آب 24 درجه ی سانتی گراد (دمای اتاق) کار را شروع نمایید.

توجه نمایید که تمامی نکات ایمنی به دلیل pH پایین حتما باید رعایت شود.

آبکاری فلزات در خانه

در این قسمت به شرح یک روش ساده برای انجام ابکاری فلز روی در منزل بر روی یک سکه خواهیم پرداخت .

هشدار : از دستکش لاتکس برای محافظت استفاده کنید .

این فرایند از آنجایی که در صنایع گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد تجارتی عمده به حساب می آید. یکی از شناخته شده ترین نوع این فرایند ، آبکاری کروم است. با این حال باید توجه نمود که این نوع ابکاری زباله های خطرناک زیادی تولید می کند که باید به درستی دفع شوند. این فرایند در بسیاری از فلزات مانند طلا ، نقره ، پلاتین و روی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین انجام هر نوع آبکاری در خانه توصیه نمی شود و شما باید پیش از شروع به کار زباله های تولیدی فرایند های انجام شده را به درستی بشناسید تا بتوانید آن ها را به درستی دفع نمایید.

این فرایند برای آغاز نیاز به یک باتری ، محلول الکترولیت حاوی یون هایی که می خواهید پوشش دهید و جسمی برای پوشش دهی دارد. آبکاری روی یکی از ساده ترین انواع این فرایند است که در ادامه با چگونگی پوشش دهی یک سکه با فلز روی بیشتر می پردازیم. پس با ما همراه باشید:

برای شروع حتما توجه کنید که از دستکش های محافظتی استفاده کنید تا پوست دستتان محافظت شود.

• سکه
• یک ظرف پلاستیکی
• یک قطعه فلز روی
• دو قطعه سیم
• باتری 1.5 ولت
• سرکه

مرحله ی اول:

در ابتدا مقدار کافی سرکه در ظرف پلاستیکی بریزید (مقدار سرکه ی موجود در ظرف باید به گونه ای باشد که کل سکه را بتواند پوشش دهد)

یک سر سیم را به قطعه روی وصل نمایید. سپس روی را درون ظرف سرکه بگذارید. سرکه یک اسید ضعیف است و روی را در خود حل می کند و یون های روی در محلول تولید می شوند. 15 دقیقه صبر کنید تا روی به خوبی در سرکه حل شود و یون های روی به خوبی در محلول تولید شوند و آماده ی ابکاری گردند.

5 قاشق غذاخوری شکر و 3 الی ½ نمک اپسوم را درون ظرف سرکه اضافه بریزید تا به خوبی حل شود.

نمک اپسوم سبب می شود تا محلول رسانا شود و شکر سبب افزایش براقیت می گردد. علاوه بر این شکر می تواند از رشد بیش از اندازه ی کریستال های شکر بر روی کاتد جلوگیری به عمل آورد و امکان پوشش دهی مناسب را در حین فرایند ابکاری برای کاتد فراهم کند.

اما چرا نمک اپسوم؟ برخی ترجیح می دهند تا از نمک خوراکی NaCl در این فرایند استفاده کنند. با این حال توجه کنید که این نمک در حین فرایند می تواند سبب تولید گاز کلر شود. در نتیجه با استفاده از نمک اپسوم ( با نام دیگر سولفات منیزیم) می توان از تولید این گاز جلوگیری به عمل آورد.

مرحله ی دوم:

در مرحله ی دوم باید به خوبی سطح سکه را تمیز کنید. برای این منظور می توانید از خمیر دندان و مسواک کمک بگیرید. بعد داز تمیز سازی، باید سطح سکه براقیت مناسب را داشته باشد.

سپس سکه را به سیم وصل کنید و درون ظرف سکه فرو ببرید.

مرحله سوم:

مرحله ی آخر آماده سازی باتری می باشد. سیمی که به قطعه روی متصل نموده اید را به سر منفی باتری متصل کنید و سیم نگهدارنده سکه را به سمت مثبت باتری وصل نمایید

در همین حین جریان بین سکه و روی برقرار می شود. توجه نمایید که ولتاژ باتری به قدری کم هست که ابکاری  در مدت زمان بیشتری نسبت به باتری های با ولتاژ بالا اتفاق می افتد.

برای این منظور سعی کنید آبکاری به مدت 30 دقیقه ادامه پیدا کند تا لایه ی مناسبی از روی روی سکه بنشیند.

در نهایت اتصالات را قطع نمایید و سکه را با آب شست و شو دهید
برخی محصولات و مواد موجود در صنعت آبکاری:

سولفات مس

سولفات کبالت