آبکاری

  • آبکاری قلع –   Tin electroplating

    قلع چیست؟

    این فلز نقره‌ای رنگ خاصیت چکش خواری خوبی دارد و به سادگی اکسید نمی‌شود و در برابر خوردگی مقاوم است.

     قلع در بسیاری از آلیاژها مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقاومت خوب این فلز نسبت به زنگ ‌زدگی و فرسایش باعث شده تا از آن به عنوان روکشی برای فلزات دیگر به منظور جلوگیری از زنگ‌زدگی استفاده شود.

    آبکاری قلع یک روش الکترولیتی می باشد که طی این فرایند پوششی از جنس قلع بر روی قطعه کار ایجاد می شود.

    این پوشش باعث ایجاد رسانایی بهتر و همچنین بهبود خاصیت لحیم پذیری قطعه می شود.

    آبکاری قلع

     

    اهمیت آبکاری قلع چیست؟

    چرا قلع یک انتخاب محبوب برای آبکاری است؟

    شاید بزرگترین دلیل این باشد که آبکاری قلع یا "قلع کاری" یک فرایند بسیار مقرون به صرفه است.

    از آنجا که قلع بسیار آسان در دسترس است، بسیار ارزان تر از فلزات گران قیمت مانند طلا ، پلاتین یا پالادیوم است.

    قلع همچنین قابلیت لحیم کاری عالی و همچنین محافظت عالی در برابر خوردگی را ارائه می دهد.

    آبکاری قلع می تواند رنگ سفید یا خاکستری ایجاد کند. همچنین می توان قلع را بصورت براق نیز آبکاری بر روی قطعات آبکاری کرد.

    قلع از سطح هدایت مناسبی برخوردار است و باعث می شود آبکاری قلع در ساخت قطعات مختلف الکترونیکی مفید باشد.

    قلع همچنین برای استفاده در صنعت خدمات غذایی تأیید شده است.

     

    صنایعی که از آبکاری قلع استفاده می کنند

    مزایای ذکر شده در بالا باعث می شود فلز موردعلاقه برای کاربردهای آبکاری در طیف گسترده ای از صنایع از جمله:

    • هوافضا
    • صنایع غذایی
    • الکترونیک
    • ارتباطات از راه دور
    • ساخت جواهرات

     روش های آبکاری قلع

    سه نوع اساسی آبکاری قلع وجود دارد که هر یک به رسوب محلول قلع الکترولیتی بر روی سطح یک جسم فلزی متکی هستند:

    آبکاری بشکه:

    آبکاری بشکه به طور معمول برای آبکاری قطعات کوچکتر مورد استفاده قرار می گیرد و مستلزم قرار دادن قطعات در یک ظرف مخصوص ساخته شده است که معمولاً به آن بشکه گفته می شود. بشکه در حالی که در محلول آبکاری الکترولیتی غوطه ور است به آرامی می چرخد. آبکاری قلع قلع بسیار مقرون به صرفه است ، اگرچه برای تکمیل مراحل آبکاری زمان نسبتاً طولانی طول می کشد.

    Rack plating آبکاری رک:

     گزینه ای برای آبکاری قلع روی قطعات بزرگتر یا ظریف تر است که ممکن است برای فرآیند آبکاری بشکه مناسب نباشد. با آبکاری رک، اشیاء روی قفسه آویزان شده و در محلول آبکاری غوطه ور می شوند. اگرچه آبکاری رک کار بیشتری دارد و از این رو گرانتر از آبکاری بشکه می باشد ، اما کنترل بیشتری بر ضخامت آبکاری ارائه می دهد و می تواند در رسیدن به حفره های عمیق درون جسم مؤثر باشد.

    آبکاری آلیاژی قلع

    یکی از راه های تقویت فرآیند آبکاری قلع استفاده از آلیاژ قلع با فلز دیگر یا چندین فلز است. آلیاژهای قلع معمولاً شامل:

    قلع مس : استحکام کلی پوشش را بهبود می بخشد ، اما ممکن است باعث شکنندگی آن شود.

    قلع و قلع مس : این ترکیب اغلب برای کاهش اصطکاک در یاطاقان موتور کشویی استفاده می شود.

    قلع نقره: استحکام مکانیکی کلی را بهبود می بخشد و دمای حداکثر سرویس را افزایش می دهد.

    قلع زینک : نقطه ذوب بالایی و استحکام خستگی برتر را نشان می دهد ، اما محافظت محدود در برابر خوردگی ایجاد می شود.

    قلع - بیسموت : ایده آل برای آبکاری در دمای پایین است، این آلیاژ همچنین قابلیت ترشوندگی خوبی را ارائه می دهد و می تواند تشکیل whisker را محدود کند. با این وجود ، ممکن است با قطعات حاوی سرب سازگار نباشد ، و نقطه ذوب پایین باعث می شود که در اکثر فرآیندهای آبکاری دمای بالا مناسب نباشد.

    برای مطالعه مقاله های بیشتر اینجا کلید کنید

    متال فینیشینگ مجله پوشش دهی آنلاین 

  • خواص پوشش الکترولس - نیکل فسفر - نیکل سخت

     خواص پوشش الکترو لس نیکل با پوششی که از طریق جریان الکتریکی تولید شده بسیار متفاوت است که دلیل آن مکانیزم ایجاد پوشش و وجود فسفر و یا بور در پوشش می باشد .

    مقاومت به خوردگی خوب ، سختی زیاد ، ضریب اصطکاک کم ، مقاومت به سایش مناسب  ، غیر مغناطیس بودن ، قابلیت لحیم کاری و یکنواخت بودن پوشش های الکترولس نیکل باعث شده است که کاربرد وسیعی در رشته های مهندسی داشته باشد.

     ظاهر و درخشندگی :

    بر خلاف پوشش های نیکل حاصل از از روش جریان الکتریکی  که  دارای  رنگ زرد ملایمی هستند ، پوشش الکترولس نیکل شبیه به  فولاد براق اند و رنگی تقریبا نقره ای دارند . به دلیل مقاومت مطلوبی که در مقابل تیره شدن دارند ، نسبت به پوشش های الکتریکی به مدت طولانی تری براق باقی می مانند . انواع پوشش های الکترولس نیکل  تقریبا همرنگ هستند .

     چسبندگی :

    چسبندگی پوشش های الکترولس نیکل بر روی بیشتر فلزات  فوق العاده خوب است . واکنش هایی که در طول پوشش دادن بین محلول الکترولس نیکل و فلز پایه رخ می دهد باعث می شود که باند های فلزی یا مکانیکی با فلز پایه به وجود آید . با انجام عملیات حرارتی  چسبندگی پوشش افزایش می یابد که به دلیل ایجاد باند های شیمیایی بین فلز پایه و پوشش می باشد . گرمایش و سرمایش را باید به آهستگی انجام داد تا از به وجود آمدن ترک های ریز جلوگیری شود . چسبندگی پوشش به کیفیت تمیز کردن سطح و عملیات قبل از پوشش دادن بستگی دارد .

     چگالی پوشش :

    چگالی فلز نیکل در دمای اتاق 8.9 گرم بر ساتی متر مکعب است و چگالی پوشش نیکل که از روش الکتریکی ایجاد شده  با استفاده از حمام وات بین 8.89 تا 8.391 است . در حالی که چگالی پوشش الکترولس نیکل به میزان فسفر پوشش بستگی دارد و با افزایش میزان فسفر پوشش چگالی پوشش کاهش می یابد ، شکل زیر یکی از روش های اندازه گیری چگالی پوشش  با استفاده از فرمول زیر است :

     

    فرمول 1-1 روش اندازه گیری چگالی پوشش

    𝝆= چگالی پوشش

    Wt=وزن فلز پایه +پوشش ( در هوا )

    Ws=وزن فلز پایه  ( در هوا )

    Wtl= وزن فلز پایه +پوشش ( در مایع)

    Wsl=وزن فلز پایه ( در مایع )

    Liq𝝆= چگالی  مایع

     نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی چگالی پوشش نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی چگالی پوشش

     

     تخلخل :

    در پوشش هایی که نسبت به فلز پایه نجیب ترند تخلخل بسیار مهم است و تاثیر زیادی روی مقاومت به خوردگی پوشش و فلز پایه دارد . خواص دیگری همچون چگالی ، قابلیت لحیم کاری و چکش خواری وابستگی زیادی به میزان تخلخل  پوشش دارند . ذرات روی ، کادمیم و آلمینیوم فعال تر از آهن و قلع ، مس و نقره ، نیکل و کبالت نجیب تر از آهن اند.. در پوشش های الکترولس نیکل ضخامت های کمتر از 25 میکرو متر معمولا متخلخلند و مقاومتشان در برابر خوردگی کم است . با افزایش ضخامت میزان تخلخل ها هم کم می شودو مقاومت به خوردگی افزایش می یابد .

    نقطه ی ذوب :

    نقطه ی ذوب پوشش الکترولس نیکل – فسفر  به درصد فسفر بستگی دارد . با افزایش میزان فسفر پوشش ، دمای ذوب کاهش می یابد . در حالی که دمای ذوب نیکل خا لص 1450 درجهی سانتیگراد است . پوشش الکترولس نیکل- فسفر  با مقدار 7 تا 9 درصد فسفر دارای دمای ذوب 800 درجه سانتیگراد می باشد .

    خواص حرارتی و الکتریکی :

    خواص حرارتی و الکتریکی پوشش الکترولس نیکل با تغییر ترکیب حمام عوض می شود و در ترکیبات  مختلف خواص  متفاوتی به دست می آید . برای پوشش های تجارتی مقاومت الکتریکی و هدایت حرارتی به ترتیب برابر با 50 تا 90 میکرو اهم بر سانتیمتر و 0.01 تا 0.013 کالری بر سانتیمتر ثا نیه می باشد . این پوشش ها معمولا هدایت الکتریکی کمتری نسبت به مس و نقره دارند .با انجام عملیات حرارتی بر روی پوشش ، هدایت الکتریکی 3 تا 4 برابر خواهد شد . مقدار فسفر همچنین اثر زیادی روی انبساط حرارتی الکترولس دارد . پوشش با نیکل بیش از 10% فسفر کاملا غیر مغناطیس و پوشش با فسفر کمتر از 10% کمی مغناطیسی است . عملیات حرارتی در دمای بیش از 200 درجه ی سانتیگراد باعث  افزایش خاصیت مغناطیسی پوشش الکترولس نیکل می شود . شکل زیر نشان میدهد که ضریب انبساط حرارتی پوشش  با فسفر زیاد تقربا با فولاد برابر است :

    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی انبساط حرارتی
    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی انبساط حرارتی

     نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی انبساط حرارتی

     تنش های داخلی  :

    تنش داخلی در پوشش های الکترولس نیکل به ترکیب پوشش وابسته است . در پوشش های الکترولس نیکل نیکل با فسفر بیشتر از 10.5 % تنش به صورت فشاری و در کمتر از آن تنش کششی است . شکل زیر اثر میزان فسفر را روی تنش داخلی نشان می دهد . شرایط پوشش و عمر حمام تاثیر مهمی روی تنش پوشش خواهد داشت و با افزایش عمر حمام میزان تنش هم زیاد خواهد شد . شکل زیر تاثیر فسفر بر روی تنش های داخلی را نشان میدهد :

    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی تنش داخلی
    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی تنش داخلی

    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی تنش داخلی

     انعطاف پذیری :

    انعطاف پذیری یکی از خواص مهم مکانیکی پوشش الکترولس نیکل است . انعطاف پذیری به میزان فسفر پوشش بستگی دارد . با افزایش فسفر به حدود 5% انعطاف پذیری کاهش می یابد و تا 9% نیز ثابت می ماند و سپس با افزایش میزان فسفر ، انعطاف پذیری بیشتر می شود . شکل زیر اثر میزان فسفر را روی انعطاف پذیری نشان می دهد:

     

    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی انعطاف پذیری
    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی انعطاف پذیری

    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی انعطاف پذیری

     

     قابلیت لحیم کاری  :

    پوشش های الکترولس نیکل خاصیت لحیم کاری مطلوبی دارند و اگر از روانساز مناسب استفاده شود ، کار آسانتر خواهد شد . پیشگرم کردن هم باعث افزایش سهولت و سرعت کار می شود .

     

     استحکام کششی :

    استحکام کششی پوشش الکترولس نیکل به مقدار فسفر پوشش بستگی زیادی داد . برای پوششی با مقدار فسفر کم استحکام کششی بین 45 تا 50 کیلیوگرم بر میلی متر مربع می باشد . بعد از عملیات حرارتی در دمای 300 تا 600 درجه سانتی گراد استحکام کششی کاهش خواهد یافت . شکل زیر اثر میزان فسفر را روی استحکام کششی نشان می دهد :

    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی استحکام کششی پوشش
    نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی استحکام کششی پوشش

    شکل 1-13 نمودار تاثیر میزان فسفر بر روی استحکام کششی پوشش

     سختی و مقاومت سایشی :

    سختی و مقاومت سایشی مهمترین ویژگی های پوشش الکترولس نیکل اند که باعث کاربرد وسیع این پوشش شده اند. میکرو سختی پوشش تقریبا برابر 500 الی 600 است که تقریبا برابر با 48 تا 52 راکول سی است و با سختی فولاد الیاژی برابر است . عملیات حرارتی باعث افزایش سختی تا حدود 1100 می شود که با پوشش کروم سخت برابر است .

    تاثیر عملیات حرارتی بر روی سختی پوشش در شکل زیر آمده است :

    شکل 1-14 نمودار تاثیر عملیات حرارتی بر روی سختی پوشش

    بهترین سختی در دمای 400 در جه سانتیگراد و در مدت 1 ساعت به دست آمده است . بعضی اوقات که به علت احتمال  تاب خوردن قطعه نمی توان از دما های زیاد استفاده کرد ، از دما های کم و زمان های طولانی برای  عملیات حرارتی استفاده می شود . عملیات حرارتی به علت ایجاد ذرات سرامیکی بسیار سخت Ni-P در ساختار ، سختی پوشش را افزایش می دهد . با افزایش میزان  فسفر سختی پوشش هم کاهش می یابد .

     با توجه به سختی زیاد پوشش الکترولس نیکل میزان سایش هم کم است . این ویژگی موجب کاربرد وسیع پوشش های الکترولس نیکل در مواردی شده است که مقاومت سایشی زیاد مورد نیاز است .

    با انجام عملیات حرارتی میزان مقاومت به سایش هم افزایش می یابد و لی بیشترین مقاومت سایشی در دمای 600 درجه سانتیگراد حاصل می شود . یعنی بیشترین مقاومت سایشی در بیشترین سختی به دست نیامده است . مقاومت سایشی فلزات بستگی به سختی ، چقرمگی شکست و میکرو ساختار دارد . بنابر این چون میزان سایش علاوه بر سختی به انعطاف پذیری هم بستگی دارد و بهینه ی سختی و انعطاف پذیری در دمای 600 درجه ی سانتیگراد ظاهر می شود ، بنابر این کمترین سایش در دمای 600 درجه ی سانتیگراد دیده می شود . طبق شکل زیر :

     

    نمودار تاثیر عملیات حرارتی بر روی سختی پوشش
    نمودار تاثیر عملیات حرارتی بر روی سختی پوشش
     نمودار تاثیر دمای عملیات حرارتی بر روی میزان سایش
    نمودار تاثیر دمای عملیات حرارتی بر روی میزان سایش

    استحکام خستگی :

    از آنجا که پوشش الکترولس نیکل تحت بار های سیکلی دچار ترک می شود ، موجب ککاهش استحکام خستگی فلز پایه می شود . میزان کاهش استحکام خستگی به ترکیب محلول ، نوع عملیات حرارتی و ضخامت پوشش بستگی دارد. پوشش الکترولس نیکل معمولا باعث کاهش 10 تا 50 درصدی از استحکام خستگی و حد تحمل فاز پایه می شود. در پوشش هایی که بیشتر از 10% فسفر دارند مشکلی دیده نمی شود و در برابر ایجاد ترک مقاوم اند .

    مقاومت به خوردگی :

    پوشش الکترولس نیکل پوشش محافظی است که با جدا کردن فلز پایه از محیط ، آن را محافظت می کند . بنابر این رسوب باید عاری از هر گونه تخلخل باشد . به دلیل ساختار بی شکل مقاومت به خوردگی بسیار عالی است و در بسیاری از محیط ها از نیکل خالص بهتر است. معمولا ساختار بی شکل ، نسبت به مواد پلی کریستال مقاومت بهتری دارند که دلیل آن وجود مرزدانه ها در مواد پلی کریستال است. مقاومت به خوردگی در محیط خنثی و اسیدی با افزایش مقدار فسفر پوشش  افزایش می یابد و عکس این مطلب در محیط های قلیایی صادق است . مقاومت به خوردگی فلز پایه و پوشش تابع موارد زیر است :

    _ نوع پوشش الکترو لس نیکل

    _ نوع ساختار فلز پایه

    _ ضخامت پوشش

    _ شرایط پوشش

    _ عملیات آماده سازی

    _ روش انجام آزمایش

    عملیات حرارتی تاثیر مهمی روی مقاومت خوردگی پوشش دارد . هنگامی که پوشش حرارت می بیند از دمای 220 درجه ی سانتیگراد به بعد فسفر تبدیل به فسفید نیکل می شود که در نتیجه مقدار فسفر پوشش کاهش می یابد و این باعث کاهش مقاومت به خوردگی پوشش می شود . این ذرات همچنین پیل های کوچک ، اکتیو – پسیو  ایجاد می کنند که موجب خرابی بیشتر پوشش می شود .