up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله آبکاري الکتريکي PDF
QR code - آبکاري الکتريکي

آبکاري الکتريکي

پوشاندن يک جسم با يک لايه نازک از يک فلز با کمک يک سلول الکتروليتي آبکاري ناميده مي شود. جسمي که روکش فلزي روي آن ايجاد مي شود بايد رساناي جريان برق باشد. الکتروليت مورد استفاده براي آبکاري بايد داراي يونهاي آن فلزي باشد که قرار است لايه نازکي از آن روي جسم قرار بگيرند.
فرايند آبکاري معمولا″ با فلزات گرانبها چون طلا و نقره و کروم جهت افزايش ارزش فلزات پايه مانند آهن و مس و غيره و همچنين ايجاد روکشي بسيار مناسب (در حدود ميکرومتر) براي استفاده از خواص فلزات روکش کاربرد دارد. اين خواص مي تواند رسانايي الکتريکي و جلوگيري از خوردگي باشد. فعل و انفعال بين فلزها با واسطه هاي محيطي موجب تجزيه و پوسيدگي آنها مي شود چون فلزها ميل بازگشت به ترکيبات ثابت را دارند. پوسيدگي فلز ممکن است به صورت شيميايي(توسط گازهاي خشک و محلولهاي روغني گازوئيل و نفت و مانند اينها) و يا الکتروشيميايي (توسط اسيدها و بازها و نمک ها) انجام پذيرد. طبيعت و ميزان خوردگي به ويژگي هاي آن فلز٬ محيط و حرارت وابسته است. روشهاي زيادي براي جلوگيري از خوردگي وجود دارد که يکي از آنها ايجاد روکشي مناسب براي فلزها مي باشد و معمول ترين روشهاي روکش فلزها عبارتنداز: رنگين کردن فلزات ٬ لعابکاري ٬ آبکاري با روکش پلاستيک٬ حفاظت کاتديک و آبکاري با فلزات ديگر.
● اصول آبکاري
به طور کلي ترسيب فلز با استفاده از يک الکتروليت را مي توان به صورت واکنش زير نشان داد:
فلز ^-------- (الکترون) z + کاتيون فلزي
ترسيب فلز با روشهاي زير انجام مي شود:
آبکاري الکتريکي
در اين روش ترسيب گالوانيک يک فلز بر پايه واکنشهاي الکتروشيميايي صورت مي گيرد. هنگام الکتروليز در سطح محدود الکترود الکتروليت در نتيجه واکنشهاي الکتروشيميايي الکترون ها يا دريافت مي شوند (احيا) و يا واگذار مي شوند (اکسيداسيون). براي اينکه واکنشها در جهت واحد مورد نظر ادمه يابند لازم است به طور مداوم از منبع جريان خارجي استفاده شود. واکنشهاي مشخص در آند و کاتد همچنين در الکتروليت هميشه به صورت همزمان صورت مي گيرند. محلول الکتروليت بايد شامل يونهاي فلز رسوب کننده باشد و چون يونهاي فلزها داراي بار مثبت مي باشند به علت جذب بارهاي مخالف تمايل به حرکت در جهت الکترود يا قطبي که داراي الکترون اضافي مي باشد (قطب منفي يا کاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت يا آند ناميده مي شود. به طور کلي سيکل معمول پوشش دهي را مي توان به صورت زير در نظر گرفت:
- يک اتم در آند يک يا چند الکترون از دست مي دهد و در محلول پوشش دهي به صورت يون مثبت در مي آيد.
- يون مثبت به طرف کاتد يعني محل تجمع الکترون ها جذب شده و در جهت آن حرکت مي کند.
- اين يون الکترون هاي از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبديل به اتم به صورت جزيي از فلز رسوب مي کند.
▪ قوانين فارادي
قوانين فارادي که اساس آبکاري الکتريکي فلزها را تشکيل مي دهند نسبت بين انرژي الکتريکي و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان مي دهند.
قانون اول) مقدار موادي که بر روي يک الکترود ترسيب مي شود مستقيما″ با مقدار الکتريسيته اي که از الکتروليت عبور مي کند متناسب است.
قانون دوم) مقدار مواد ترسيب شده با استفاده از الکتروليت هاي مختلف توسط مقدار الکتريسيته يکسان به صورت جرم هايي با اکي والان مساوي از آنهاست.
بر اساس اين قوانين مشخص شده است که ۹۶۵۰۰ کولن الکتريسيته (يک کولن برابر است با جريان يک آمپر در يک ثانيه) لازم است تا يک اکي والان گرم از يک عنصر را رسوب دهد يا حل کند.
آبکاري بدون استفاده از منبع جريان خارجي
هنگام ترسيب فلز بدون استفاده از منبع جريان خارجي الکترون هاي لازم براي احياي يون هاي فلزي توسط واکنش هاي الکتروشيميايي تامين مي شوند. بر اين اساس سه امکان وجود دارد:
ترسيب فلز به روش تبادل بار (تغيير مکان ) يا فرايند غوطه وري: اساس کلي اين روش بر اصول جدول پتانسيل فلزها پايه ريزي شده است. فلزي که بايد پوشيده شود بايد پتانسيل آن بسيار ضعيف تر (فلز فعال) از پتانسيل فلز پوشنده (فلز نجيب) باشد. و فلزي که بايد ترسيب شود بايد در محلول به حالت يوني وجود داشته باشد. براي مثال به هنگام غوطه ور نمودن يک ميله آهني در يک محلول سولفات مس فلز آهن فعال است و الکترون واگذار مي کند و به شکل يون آهن وارد محلول مي شود. دو الکترون روي ميله آهن باقي مي ماند. يون مس دو الکترون را دريافت کرده احيا مي شود و بين ترتيب مس روي ميله آهن مي چسبد. و هنگامي که فلز پايه که بايد پوشيده شود (مثلا آهن) کاملا″ توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشيده شود آهن ديگر نمي تواند وارد محلول شود و الکترون تشکيل نمي شود و در نتيجه عمل ترسيب خاتمه مي يابد. موارد استعمال اين روش در صنعت آبکاري عبارت است از: مس اندود نمودن فولاد٬ نقره کاري مس و برنج٬ جيوه کاري٬ حمام زنکات٬ روشهاي مختلف کنترل و يا آزمايش٬ جمع آوري فلز از حمام هاي فلزات قيمتي غير قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روي.
ترسيب فلز به روش اتصال: اين روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پايه با يک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ايفا مي کند. براي مثال هنگامي که يک ميله آهني (فلز پايه) همراه يک ميله آلومينيومي٬ به عنوان جسم اتصال در داخل يک محلول سولفات مس فرو برده مي شود٬ دو فلز آهن و آلومينيوم به جهت فعالتر بودن از مس٬ به صورت يون فلزي وارد محلول مي شوند و روي آنها الکترون باقي مي ماند و چون فشار انحلال آلومينيوم از آهن بيشتر است از اين رو اختلاف پتانسيلي بين دو فلز ايجاد شده و الکترون ها در روي يک سيم رابط٬ از سوي آلومينيوم به طرف آهن جاري مي شوند. بنابراين مشاهده مي شود که مقدار زيادي از يونهاي مس محلول روي آهن ترسيب مي شوند. ضخامت قشر ايجاد شده نسبت به روش ساده تبادل بار بسيار ضخيم تر است. از روش اتصال براي پوشش کاري فلزات پيچيده استفاده مي شود.
روش احيا: ترسيب فلز با استفاده از محلولهاي حاوي مواد احيا کننده٬ روش احيا ناميده مي شود. يعني دراين روش الکترونهاي لازم براي احياي يونهاي فلزات توسط يک احيا کننده فراهم مي شود. پتانسيل احيا کننده ها بايد از فلز پوشنده فعالتر باشند٬ اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسيل به دلايل منحصرا″ کاربردي روکش ها٬ نبايد بسيار زياد باشد. براي مثال هيپوفسفيت سديم يک احيا کننده براي ترسيب نيکل است ولي براي ترسيب مس که نجيب تر است٬ مناسب نيست. مزيت استفاده از اين روش در اين است که مي توان لايه هايي با ضخامت دلخواه ايجاد نمود. زيرا اگر مقدار ماده احيا کننده در الکتروليت ثابت نگه داشته شود مي توان واکنش ترسيب را کنترل نمود. به ويژه غير هادي ها را نيز بعد از فعال نمودن آنها٬ مي توان پوشش کاري کرد.
▪ آماده سازي قطعات براي آبکاري
براي بدست آوردن يک سطح فلزي مناسب نخستين عملي است که با دقت بايد صورت گيرد٬ زيرا چسبندگي خوب زماني به وجود مي آيد که فلز پايه٬ سطحي کاملا تميز و مناسب داشته باشد. بدين علت تمام لايه ها و يا قشرهاي مزاحم ديگر از جمله کثافات٬ لکه هاي روغني٬ لايه هاي اکسيد٬ رسوبات کالامين که روي آهن در درجه هاي بالا ايجاد مي شوند را از بين برد. عمليات آماده سازي عبارتند از:
سمباده کاري و صيقل کاري: طي آن سطوح ناصاف را به سطوح صاف و يکنواخت تبديل مي کنند.
چربي زدايي: طي آن چربي هاي روي سطح فلزات را مي توان توسط عمل انحلال٬ پراکندگي٬ امولسيون٬ صابوني کردن و يا به روش تبادل بار از بين برد.
پرداخت: انحلال شيميايي قشرهاي حاصل از خوردگي روي سطح فلزات را پرداخت کردن مي نامند که اساسا″ به کمک اسيدهاي رقيق و در بعضي موارد توسط بازها انجام مي گيرد.
آبکشي٬ خنثي سازي٬ آبکشي اسيدي٬ خشک کردن: خنثي سازي براي از بين بردن مقدار کم اسيد يا مواد قليايي که در خلل و فرج قطعه باقي مي مانندو همچنين آبکشي اسيدي براي جلوگيري از امکان تشکيل قشر اکسيد نازک غير قابل رؤيت که موجب عدم چسبندگي لايه الکتروليتي مي شود.
● موقعيت هاي استفاده از نانوتکنولوژي صنايع آبکاري
در سالهاي اخير نانوتکنولوژي که همان علم و تکنولوژي کنترل و بکارگيري ماده در مقياس نانومتر است٬ تحقيقات فزاينده و موقعيت هاي تجاري زيادي را در زمينه هاي مختلف ايجاد نموده است. يک جنبه خاص از نانوتکنولوژي به مواد داراي ساختار نانويي يعني موادي با بلورهاي بسيار ريز که اندازه آنها معمولا کمتر از ۱۰۰ ميکرومتر است مي پردازد٬ که اين مواد براي اولين بار حدود دو دهه قبل به عنوان فصل مشترکي معرفي شدند. اين مواد نانوساختاري با سنتز الکتروشيميايي توليد شده اند که داراي خواصي از قبيل٬ استحکام٬ نرمي و سختي٬ مقاومت به سايش٬ ضريب اصطکاک٬ مقاومت الکتريکي٬ قابليت انحلال هيدروژن و نفوذپذيري٬ مقاومت به خوردگي موضعي و ترک ناشي از خوردگي تنشي و پايداري دمايي را دارا هستند. دريچه هاي آبکاري الکتريکي براي سنتز اين ساختارها با استفاده از تجهيزات و مواد شيميايي مرسوم براي طيف گستره اي از فلزات خالص و آلياژها گشوده شده است. يک روش مقرون به صرفه براي توليد محصولاتي با اشکال بسيار متفاوت از پوششهاي نازک و ضخيم٬ فويلها و صفحه ها با اشکال غير ثابت تا اشکال پيچيده شکل يافته با روشهاي الکتريکي است. از اين رو فرصتهاي قابل توجهي براي صنعت آبکاري وجود دارد تا نقش تعيين کننده اي را در گسترش کاربردهاي جديد نانوتکنولوژي ايفا نمايد که اين امر به آساني با تکيه بر اصول قابل پيش بيني متالوژيکي که در ساليان گذشته مشخص شده قابل تحقق است.

فرايند آبکاري معمولا″ با فلزات گرانبها چون طلا و نقره و کروم جهت افزايش ارزش فلزات پايه مانند آهن و مس و غيره و همچنين ايجاد روکشي بسيار مناسب (در حدو ...

پوشاندن يک جسم با يک لايه نازک از يک فلز با کمک يک سلول الکتروليتي آبکاري ناميده مي شود. جسمي که روکش فلزي روي آن ايجاد مي شود بايد رساناي جريان برق ب ...

● مقدمه: پست الکتريکي ايستگاهي فرعي است که در مسير توليد، انتقال يا توزيع انرژي الکتريکي ولتاژ را به وسيله ترانسفورماتور به مقادير بالاتر يا پايين تر ...

يک موتور الکتريکي ، الکتريسيته را به حرکت مکانيکي تبديل مي‌کند. عمل عکس آن که تبديل حرکت مکانيکي به الکتريسيته است، توسط ژنراتور انجام مي‌شود. اين دو ...

موتور هاي چند فاز موتورهاي چند فازه موتورهاي متناوبي هستند که به صورت دو يا سه فاز کار مي کنند . هر دو از لحاظ ساختماني مشابه بوده و فقط اتصال داخلي ک ...

خودروهاي الکتريکي از مرحله ايده خارج و به فناوري کاربردي تبديل مي شوند. در حالي که خودروهاي الکتريکي گام به گام عرصه زمين را دراختيار مي گيرند، اوضاع ...

● واژگان ▪ مقاومت ويژه الکتريکي: ميزان مقاومت مواد در برابر جريان الکتريسيته (حرکت الکترون) در درون آن است. با بدست آوردن مقاومت ويژه مي توان برخي از ...

▪ چاه نگاري هسته اي در چارچوب چاه نگاري هسته اي مي توان از اندازه گيري هاي زير نام برد: الف) نگار اندازه گيري پرتو زايي گاماي طبيعي (چاه نگاري GR (پرت ...

دانلود نسخه PDF - آبکاري الکتريکي