بازدید: 33508

آبکاری مس

 

برای مقالات بیشتر کلیک کنید

شرکت ایده پویان ارائه کننده خدمات آبکاری مس ضخامت بالا بر روی انواع قطعات 

مس فلز نسبتا" قرمز رنگی است که از خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی برخوردار می باشد.( در بین فلزات خالص ، تنها خاصیت هدایت الکتریکی نقره در حرارت اطاق از مس بیشتر است) چون قدمت مصنوعات مسی کشف شده به سال 8700 قبل از میلاد برمی گردد، احتمالا" این فلز قدیمی ترین فلز مورد استفاده انسان می باشد.مس علاوه بر اینکه در سنگهای معدنی گوناگون وجود دارد ، به حالت فلزی نیز یافت می شود.

آبکاری مس به چهار منظور اصلی انجام می شود:

1-     به عنوان زیرکار در فرآیندهای آبکاری نیکل-کروم یا آبکاری فلزات رنگین.

2-     به عنوان پوشش محافظ روی فولاد هایی که بعدا تحت عملیات سخت کاری قرار می گیرند.

3-     به عنوان پوشش محافط در برابر محیط های خورنده.

4-     در فرایند الکتروفورمینگ.

سه نوع وان آبکاری مس وجود دارد.

-         قلیایی (سیانید مس)

-         اسیدی (‌سولفات مس)

-         الکترولس مس

 

الکترولیت‌های آبکاری مس

الکترولیت‌های اسیدی بر پایه سولفات مس به غیر از مس‌اندود نمودن مستقیم سرب٬ مس و نیکل برای دیگر فلزات مناسب نیستند. اینها روی آهن٬ آلومینیم و روی به طور مستقیم تولید روکش نمی‌کنند اگر در یک الکترولیت اسید اشیایی از جنس آهن٬ آلومینیم و روی فرو ببریم یک لایه اسفنجی در نتیجه مبادله یونی ایجاد می‌شود. این یک لایه پایداری بدون چسبندگی برای لایه‌های دیگر خواهد بود. بنابراین قبل از مس‌اندود نمودن این فلزات در محیط اسیدی باید حتما یک عملیات مس‌اندود نمودن در محیط اسیدی انجام گرفته باشد. الکترولیت‌های سیانیدی٬ علی‌رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. پوششهای حاصل از حمام‌های سیانیدی دارای توان پوششی خوبی می‌باشند٬ آنها دارای دانه‌بندی حاصل از چسبندگی فوق‌العاده‌ای‌اند. در نتیجه پدیده‌های شدید پلاریزاسیون٬ قدرت نفوذ الکترولیت‌های سیانیدی بهتر از حمام های مس‌کاری اسید است. الکترولیت‌های پیروفسفات مس برای ایجاد روکش‌های زینتی روی زاماک٬ فولاد٬ آلیاژهای آلومینیم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عملیات سمانتاسیون به کار برده می‌شود. موارد کابردی دیگر می‌توان مس‌کاری سیم‌ها و شکل‌یابی با برق را نام برد.

حمام‌هاي قليايي

محلول‌هاي سيانيد قليايي مس براي آبكاري اوليه (Strike) (زيرلايه) انواع سطوح استفاده مي‌شوند، اين حمام‌ها را مي‌توان براحتي براي تشكيل رسوب نازك و يكنواخت كنترل كرد. اين محلول‌ها بهترين قدرت پوشش‌دهي ماكرو Macro throwing power را دارند به اين معنا كه در همه دانسيته‌هاي جريان توزيعي از پوشش برقرار مي‌گردد. آنها از ديرباز به طور وسيع در حمام‌هاي آبكاري و پيش آبكاري به كار رفته‌اند. ولي ضرورت توجه به خطرات مواد سمي و حجم مواد اتلافي باعث شده كه حمام‌هاي قليايي توسعه يابند. امروزه سيستم‌هاي غيرسيانيدي آزمايش خود را پس داده‌اند و در بسياري موارد جايگزين سيستم‌هاي سيانيدي مي‌شوند. رسوب مس در اين فرايندهاي سيانيدي برابري مي‌كند. فرايندهاي غير سيانيدي به كنترل دقيقتري نياز دارند و در مقايسه با سيستم‌هاي سيانيدي، تميزكاري و آماده‌سازي سطح در آنها بيشتر است ولي اين امتياز را دارند كه سيانيد براحتي حذف مي‌شود. محلول‌هاي پيروفسفات قليايي مس بندرت استفاده مي‌شوند چون كنترل آنها مشكل بوده و دامنه كاربردي آنها محدود است. در ابتدا از آنها براي ايجاد رسوب ضخيم استفاده مي‌شد چون سرعت پوشش دهي خوبي ارائه مي‌دهند. اين حمام‌ها براي پوشش‌دهي سوراخ‌هاي بردهاي مدار چاپي (printed circuit board) به كار مي‌روند.

حمام‌هاي سيانيدي رقيق و سيانيدي راشل

 اين حمام‌ها براي رسوب پيش لايه مس با ضخامت ، قبل از پوشش‌دهي مس يا رسوب الكتروليتي ساير فلزات استفاده مي‌شوند انجام اين مرحله اغلب روي ظاهر وعملكرد پوشش نهايي تاثير زيادي دارد. حمام غليظ سيانيدي راشل را مي‌توان به طور موثر براي پوشش تا حدود  به كار برد. با اصلاح تركيب حمام، الكتروليت راشلي رامي‌توان براي آبكاري بشكه‌اي به كار برد. اين حمام‌ها براي پوشش‌دهي با استفاده از جريان پالسي يا جريان پريديك- معكوس نيز به كار مي‌روند. اگر حمام مي‌روند. اگر حمام سيانيدي راشل به طور مكانيكي و به شكل قويتر توسط هوا به هم زده شود، قطعات مي‌توانند داخل وان بدون حركت باشند.

حمام‌هاي سيانيدي آبكاري مس كه در جدول5 آمده‌اند بر حسب اين كه مقدار مس فلزي آنها كم و سيانيد آزادشان زياد باشد مشخص شده‌اند. اين حمام‌ها در طول عمليات به تميزكردن سطح قطعات كمك مي‌كنند. چون بازده كاتدي اين حمام‌ها پايين‌تر است، به همين دليل در مجاورت قطعات خفگي يا مسموميت گازي به وجود مي‌آيد به اين معنا كه به علت آزاد شدن مي‌تواند يك مزيت باشد. قطعاتي كه تميزكردن آنها مشكل است در اين حمام‌ها با موفقيت كامل، پيش آبكاري مي‌شوند. بدون استفاده از پيش آبكاري در حمام سيانيد قليايي مس آبكاري در حمام‌هاي ديگر مي‌تواند به پيوستگي ضعيف و پوشش ناقص منجر شود.

حمام‌هاي سيانيد سديم و پتانسيم راندمان- بالا

با اضافه كردن افزودني‌هاي مخصوص به حمام‌هاي غلظت بالا، رسوب‌هايي با شفافيت و هم ترازي (leveling) متفاوت و ضخامت‌هاي  تشكيل مي‌شود. رسوبات ضخيم، شفاف و نشكن (Ductil) (شكل‌پذير) در فرايندهاي روزمره توليد مي‌شوند. در فرايندهايي كه قدرت پرتابي الكتروليت زياد است در سطوح گود و فرو رفته پوششي مناسب با ضخامتي كافي ايجاد مي‌شود. افزودني‌هاي ضد حفره‌دار شدن (Antipitting) رسوبي بدون حفره و خلل و فرج توليد مي‌كنند.

قطعات قبل از اين كه در حمام‌هاي راندمان- بالا آبكاري شوند بايستي ابتدا در حمام سيانيد رقيق تحت يك مرحله پيش آبكاري مس با ضخامت  قرار بگيرند.

در حمام‌هاي راندمان- بالا، دماي كاري بالا بوده، مقدار مس آنها زياد است و عمليات پوشش‌دهي سريع انجام مي‌گيرد. سرعت رسوب‌گذاري اين حمام‌ها سه يا پنج برابر بيشتر از حمام‌هاي سيانيدي راشل و سيانيدي رقيق است. قطعات قبل از اين كه در اين حمام‌ها آبكاري شوند بايد كاملاً تميز شده باشند در غير اين صورت پوشش كيفيت خوبي نداشته و تصفيه محلول و خارج كردن متفاوت آلاينده‌هاي آلي واجب خواهد بود.

كمپلكس پتاسيم كه از تركيب سيانيد پتانسيم مس تشكيل مي‌شود نسبت به كمپلكس تشكيل شده از سيانيد سديم و مس حل پذيرتر است بنابراين در حمام‌هاي غلظت بالاي پتاسيمي مقدار فلز و سرعت رسوب مي‌تواند بالا باشد، حمام‌هاي پتانسيمي انعطاف‌پذير بوده و به علت اين كه مقاومت سوختگي رسوب را افزايش مي‌دهند، مطلوب‌ترند. به همين دليل مي‌توان از دانسيته جريان بالا استفاده كرد               (يا به عبارتي سرعت آبكاري را افزايش داد).

در الكتروليت‌هاي راندمان بالا، براي ايجاد پوشش با همترازي بالاتر و توزيع يكنواخت‌تر مس روي اشكال پيچيده و همين‌طور كاهش زمان عمليات و مقدار فلز لازم اغلب تكنيك جريان پالسي اجرا مي‌شود. براي افزايش همترازي پوشش و جريان مناسب فلز به جاي تكنيك جريان قطع و وصل از جريان پريديك- معكوس استفاده مي‌گردد. معكوس شدن متناوب جريان در اين الكتروليت‌ها پر شدن حفره‌ها را تقويت مي‌كند. تركيب و شرايط آبكاري مس در حمام‌هاي سيانيدي در جدول 5 آمده است.

مواد افزودني خاص با افزايش بازده كاتدي و آندي حمان و همين طور خوردگي آند عمليات در الكتروليت‌هاي راندمان- بالا را اصلاح كرده و بهبود مي‌بخشد. اين مواد رسوب‌هايي مات تا روشن و دانه‌ريزي را موجب مي‌گردند. از اين مواد براي كنترل اثرات آلاينده‌هاي آلي و غيرآلي نيز استفاده مي‌شود.

حمام‌هاي آبكاري اسيدي

رسوب الكتريكي مس در حمام‌هاي اسيدي به وفور براي شكل‌دهي الكتريكي، تصفيه الكتريكي و پوشش‌هاي تزييني به كار مي‌رود. مس موجود در اين حمام‌ها دو ظرفيتي است و حد مجاز ناخالصي‌هاي يوني در آنها بيشتر از حمام‌هاي قليايي است. قدرت پرتابي ماكرو (Macro throwing Power) اين حمام‌ها پايين بوده و توزيع ضعيفي از فلز را ارائه مي‌دهند. ولي قدرت پرتابي ميكرو (Micro throuring power) اين حمام‌ها عالي است و به همين دليل توانايي آنها براي پر كردن و هم تراز كردن خراش‌ها، شيارها و ساير حالت‌هاي سطح زياد است. به علاوه اين حمام‌ها در مسدود كردن خلل و فرج خيلي موثر هستند. در بسياري موارد، اين محلول‌ها رسوبي صاف توليد مي‌كنند كه نيازي به صاف كردن مكانيكي نيست. قبل از آبكاري قطعات فولادي يا آلياژهاي ريخته‌گري تحت فشار روي در محلول‌هاي اسيدي مس، انجام يك مرحله پيش آبكاري مس يا نيكل در محلول‌ها سيانيدي و غيرسيانيدي لازم است. در اين محلول‌ها نمي‌توان موادي را كه در محلول‌هاي با درجه اسيدي بالا خورده مي‌شوند يا موادي كه حاوي پيش لايه غوطه‌وري مس هستند، آبكاري نمود چون به علت اسيديته بالا خورده مي‌شوند. پيوستگي پوشش غوطه‌وري مس به مواد پايه معمولاً ضعيف است. محدوده تركيبي و شرايط عمليات حمام‌هاي آبكاري اسيدي مس در جدول 6آمده است.

حمام سولفات مس

 در آبكاري اسيدي مس از اين حمام زياد استفاده مي‌شود كاربرد مقدماتي اين محلول‌ها در شكل‌دهي الكتريكي است در اين مورد مزيت محلول اسيدي ايجاد رسوبي مقاوم و نشكن است. سولفات مس براي پوشش ضخميتر از  روي غلتك‌هاي نيكل داده شده استفاده مي‌شود. طرح مورد نظر ايجاد شده (از طريق شكل‌دهي الكتريكي) به عنوان شبكه چاپي در نساجي به كار مي‌رود. اين محلول براي تشكيل زير لايه مس در آبكاري براق نيكل- كروم (بيشتر در قطعات اتومبيل) مصرف مي‌شود. صفحات و غلتك‌هايي كه در هنر گرافيك «چاپ گود» به كار مي‌روند در محلول سولفات مس تا ضخامت  پوشش داده مي‌شوند. در آبكاري تزييني قطعات پلاستيك خودروها، وسايل كاري و انواع لوازم خانگي از حمام براق سولفات مس براي پيش آبكاري استفاده مي‌شود. از طريق اصلاح تركيب حمام سولفا مس، مي‌توان از آن براي آبكاري سوراخ‌هاي مدارات چاپي در بردها استفاده كرد. در بسياري موارد محلول‌هاي سولفات مس براي آبكاري روي پوشش‌هاي نيكل و مس غيرالكتروليتي استفاده مي‌شوند. با اضافه كردن افزودني‌هاي خاص به حمام، رسوبي شفاف و مسطحي توليد مي‌شود. رسوبات نيمه شفاف نيز براحتي از طريق روش‌هاي مكانيكي صيقل داده مي‌شوند. در مواردي كه مس به عنوان زير لايه به كار مي‌رود ضخامت رسوب تا حدود  خواهد بود.

آبكاري در حمام‌هاي سولفات اسيدي

تركيب شيميايي حمام‌هاي سولفات اسيدي ساده است، سولفات مس پنج آبه و اسيد سولفوريك اجزا اوليه الكتروليت سولفات مس هستند. يون‌هاي فلزي توسط سولفات مس تامين مي‌شود. اسيد سولفوريك هدايت محلول را افزايش داده و كمك مي‌كند تا كريستال‌هاي مس دو ظرفيتي و يا يك ظرفيتي روي آند و وان تشكيل نشود. اين رسوب‌ها انحلال آند را تضعيف كرده و موجب زبري پوشش مي‌شوند. پايين بودن غلظت اسيدسولفوريك سوختگي دانسيته جريان- بالا را شديد مي‌كند.

همترازي ضعيف‌تري را توليد مي‌كند، كدري دانسيته جريان پايين را افزايش مي‌دهد و رسوبي كروي‌تر را موجب مي‌شود. اسيد سولفوريك اضافي روي رسوب اثرات كمتري دارد ولي انحلال آند را افزايش مي‌دهد. كنترل و عمليات حمام سولفات مس در بازده كاتدي %95-100 براحتي انجام مي‌گيرد.

بعضي محلول‌هاي آبكاري سولفات مس به افزودني‌هايي نياز دارند تا رسوبي دانه ريز، شفاف هم سطح و نشكن (داكتيل) توليد شود. اكثر اين افزودني‌ها فرمول‌هاي اختصاصي و انحصاري دارند. اين افزودني‌ها قادرند پوشش مسي با مشخصات مطلوب توليد كنند و در موارد لزوم سختي نيز قابل افزايش است.

در آبكاري شفاف اين سيستم‌ها براي اين كه رسوب خط خطي يا رگه رگه نشود به محلول اوليه 0.02-0.1 g/L (20-100 ppm) كلريد به صورت اسيد هيدروكلريك به عنوان كاتاليست اضافه مي‌كنند، اين ماده از تشكيل پوشش كروي خشن نيز جلوگيري مي‌كند. كلريد كم موجب مي‌شود روي لبه‌ها و سطوحي كه دانسيته جريان بالاست رسوب تيره شود، همترازي يا درجه مسطح بودن رسوب كاهش يابد. شفافيت پوشش كم شود، خوردگي آند ضعيف شود و پوشش حفره‌دار گردد. غلظت زياد كلريد موجب خط خطي شدن پوشش شده، مصرف شفاف كننده را افزايش داده و در حمام‌هاي آبكاري شفاف‌،همترازي و شفافيت پوشش را پايين مي‌آورد. كلريد زياد را مي‌توان از طريق عمليات توسط پودر روي يا رسوب‌گيري توسط نقره كاهش داد.

اگر هم زدن محلول يا حركت قطعات در داخل حمام ضعيف باشد(حداقل) در اين صورت دانسيته جريان نبايد از  تجاوز كند چون ممكن است در آند پلاريزاسيون رخ داده و همين‌طور رسوب اسفنجي توليد شود. در مواردي كه دانسيته جريان بالاتر مطلوب باشد نظير آبكاري سيم يا الكتروتايپ (صفحات مخصوص چاپ) هم زدن محلول در حمام توسط جريان هوا انجام مي‌گيرد تا ديفوزيون يوني سريعتر شده و با افزايش دانسيته جريان (بيشتر از ) رسوبي دانه ريز و با كيفيت بالا توليد شود.

در مقايسه با تاثيرات جريان كاتدي، تاثير تغييرات درجه حرارت روي ساختار دانه‌اي و صافي رسوب ايجاد شده در حمام سولفات مس، اهميت كمتري دارد. افزايش درجه هدايت محلول را افزايش داده، دو قطبي شدن آند وكاتد را كاهش داده، استحكام كششي رسوب را پايين آورده و اندازه دانه‌ها را افزايش مي‌دهد. از بالا رفتن بيش از حد دما در حمام‌ها سولفات مس كه از شفاف كننده‌هاي خاصي استفاده مي‌شود بايد پرهيز كرد چون اين امر دامنه آبكاري را محدود كرده، مصرف افزودني‌ها را افزايش داده و آلودگي محلول به اجزا تجزيه‌اي مواد افزودني را بالا مي‌برد.

در مواردي كه سرعت افت محلول حمام پايين باشد يا نسبت آند به كاتد نامناسب باشد، بايد دقت كرد كه مس فلزي تشكيل نشود، چون تشكيل مس فلزي خيلي مضر است، افزايش غلظت مس از 248g/L تجاوز كند ممكن است در محلول نمك متبلور شود. با خارج كردن بخشي از محلول و اضافه كردن آب و اسيد سولفوريك به حمام تركيب نرمال محلول ترميم مي‌شود.

براي اين كه قدرت پرتابي محلول‌هاي آبكاري شفاف اين حمام‌ها كه براي بردهاي مدار چاپي به كار مي‌رود بيشتر گردد از الكتروليت‌هاي با سولفات مس پايين و اسيد سولفوريك بالا استفاده مي‌شود. چنين الكتروليتي در آبكاري سوراخ‌هاي برد مدار چاپي رسوبي تقريباً برابر توليد مي‌كند.

در الكتروليت‌هاي سولفاتي، ناخالصي‌هايي چون نقره، طلا، آرسنيك و انتيموان مي‌توانند همراه مس رسوب كنند. آرسنيك و انتيموان موجب تردي و خشني مس مي‌شوند و نقره نيز ممكن است منجر به خشني رسوب شود. نيكل و آهن هدايت حمام را كاهش مي‌دهند ولي آنها در الكتروليت رسوب مي‌كنند. سيليكات‌هاي حل شدني ممكن است روي قطعه كار رسوب كنند. آلاينده‌هاي آلي ناشي از تجزيه عوامل افزودني، آستروان و كيسه‌هاي آندي مي‌توانند موجب تردي يا بيرنگ شدن رسوب شوند اين مواد را مي‌توان از طريق عمليات كربن فعال شده از الكتروليت جدا كرد.

مشخصات پوشش مس

تغييرات فرايندي در طول آماده سازي سطح يا آبكاري، اثرات قابل توجهي روي كيفيت پوشش الكتريكي مس دارد. بعضي تغييرات روي چسبندگي مس به فلز پايه و بعضي تغييرات ديگر روي شفافيت خلل و فرج، تاول زدن، خشني، سختي و قابليت لحيم كاري و مسطح يا همتراز بودن پوشش اثر مي‌گذارند.

۱. براقی (Brightness)

پوشش براق معمولاً از طریق افزودن براق‌کننده به الکترولیت به دست می‌آید. جلادهی مکانیکی نیز درخشندگی بالایی در رسوب الکتریکی ایجاد می‌کند.

روش دیگر برای براق کردن پوشش، روش آبکاری با جریان پریودیک معکوس (PRC) یا جریان قطع و وصل است. برای مثال در حمام‌های سیانیدی غلیظ، این روش شفافیت پوشش را افزایش می‌دهد.

۲. چسبندگی (Adhesion)

برای اینکه پوشش مسی به فلز پایه به خوبی بچسبد، آماده‌سازی سطح و کیفیت سطحی فلز پایه اهمیت زیادی دارد.

۳. خلل و فرج (Porosity)

اندازه خلل و فرج پوشش مسی به عوامل زیر بستگی دارد:

میزان خلل و فرج سطحی مواد پایه مشخص می‌کند که برای حداقل کردن خلل و فرج پوشش از چه روشی استفاده شود. سطوح متخلخل، سطح ویژه بالایی دارند و برای آبکاری مؤثر به چگالی جریان بالاتری نیاز دارند.

۴. تاول زدن (Blistering)

تاول زدن عمدتاً در قطعات ریخته‌گری تحت فشار آلیاژهای روی، هنگامی که پوشش در معرض حرارت قرار می‌گیرد، رخ می‌دهد.

آلیاژهای روی:

آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم:

۵. زبری (Roughness)

پوشش مسی اغلب به دلایل زیر زبر و خشن می‌شود:

این نوع زبری بیشتر در الکترولیت‌های سیانیدی غلیظ سدیم‌دار رخ می‌دهد که با قرار دادن آند در داخل کیسه‌های مخصوص می‌توان از آن جلوگیری کرد.

۶. قابلیت لحیم‌کاری (Solderability)

اگر پوشش مسی:

در این صورت لحیم‌پذیری آن نیز خوب خواهد بود.

۷. سختی (Hardness)

۸. هم‌سطحی (Leveling)

هم‌سطح یا هم‌تراز بودن پوشش مسی بر ظاهر آن تأثیر قابل توجهی دارد، حتی اگر بعداً روی پوشش مسی، فلزات دیگر پوشش داده شود.

 

برای اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.