آبکاری یک روش قدرتمند و تطبیق پذیر جهت پوشش دهی سطح است که می‌تواند خواصی شامل مقاومت سایشی، سختی، شکل‌پذیری، تخلخل، تنش‌های داخلی، چسبندگی پوشش و مقاومت به خوردگی ایجاد نمایید. جهت کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با فرایند ابکاری توجه شما را به مطالعه این مقاله جلب می‌نماییم.

تاریخچه آبکاری | لزوم آبکاری

با توجه به اینکه قطعات صنعتی و مهندسی در معرض شرایط سایشی، خوردگی، فرسایشی و سیکل‌های حرارتی و خستگی قرار دارند، الزام همکاری بین دو صنعت “مهندسی سطح” و “عملیات حرارتی” برای افزایش طول عمر مفید قطعات در معرض شرایط مخرب نامبرده، احساس شد. همکاری مشترک و ارزشمند در این دو زمینه، سبب تولید قطعات صنعتی با خواص بهینه شد. خواصی که به تنهایی نمی‌توان از فلز پایه و یا پوشش انتظار داشت.

 بنابراین جامعه محقق و صنعتگر متالورژ با بهره‌گیری از تکنولوژی‌های سنتی و مدرن با هدف افزایش عمر قطعات و قالب‌های خود، با افزایش مقاومت آن‌ها به سایش و خوردگی و هر عامل مخرب دیگر، زیر سایه عملیات سطحی، قطعات خود را در برابر تخریب نا به هنگام واکسینه کردند.

عملیات سطحی را می‌توان به گروه‌های مختلف زیر تقسیم نمود:

  1. عملیات سطحی نفوذی که با تغییر ترکیب سطح همراه است و به متغیرهای نفوذ اتمی به درون فلز پایه وابستگی دارد شامل کربن‌دهی، نیتروژندهی، کربن و نیتروژن دهی همزمان، بوردهی و …
  2. روش‌های سخت کردن سطحی مانند سخت کردن توسط پرتو الکترونی، سخت کردن شعله‌ای و سخت کردن القایی و …
  3. ایجاد پوشش‌های فلزی مانند رسوبدهی الکتریکی، فلز پاشی، رسوب فیزیکی بخار و رسوب شیمیایی بخار و

در این مقاله به بررسی آبکاری یا رسوب دهی الکتریکی پرداخته می‌شود.

آبکاری فلزات چیست؟

آبکاری (electroplating) فرایند روکش‌دهی فلزی (Plating) است که برای بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی مانند مقاومت در برابر سایش و خوردگی (protective)  یا برای اهداف تزئینی  (decorative)به‌کار می‌رود. فرایندی که آبکاری به وسیله آن انجام می‌شود، رسوب‌دهی الکتریکی (electrodeposition)  نام دارد که سه عضو اصلی آن عبارتند از کاتد، آند و الکترولیت.

در فرایند آبکاری آند و کاتد درون الکترولیت قرار گرفته و پس از برقراری الزامات الکتریکی فرایند آبکاری، فلز پوشش از سوی آند (یا یون موجود درون الکترولیت) به طرف کاتد حرکت کرده ( با مکانیزم شتابدهی به یون‌ها در بین دو قطب مثبت و منفی) و پوشش بر روی کاتد نشانده می‌شود.

نحوه کار آبکاری، وارونه سلول گالوانیک است. در اینجا کاتد قطعه‌ای ‌ست که قرار است لایه یا پوشان بر روی آن بنشیند. درواقع، اتم‌ها با احیا در فصل مشترک کاتد و الکترولیت، بر روی کاتد رسوب می‌کنند. آند فلزی مانند سرب است که حل نمی‌شود و اتم‌هایی که باید برای روکش احیا شوند از پیش در الکترولیت موجودند (برای صرفه جویی در انرژی بهتر است آند غیرمصرف شونده استفاده کرد).

همه خواص و مشخصات ایجاد شده در طی آبکاری می‌توانند به وسیله انتخاب مناسب تعدادی از متغیرها از قبیل دما، غلظت اجزاء،  PH الکترولیت، چگالی جریان، شرایط جریان الکترولیت و استفاده از افزودنی‌های الکترولیت تغییر کنند.

مراحل آبکاری

ایجاد یک پوشش سطحی به روش رسوب گذاری الکترولیتی یا آبکاری ممکن است شامل تعدادی از فرآیندهای مهم باشد، شامل آماده‌سازی زیر لایه، تشکیل پوشش و پرداخت نهایی.

قبل از plate یک فلز بر روی فلز دیگر باید اطمینان حاصل کرد که سطح فلز میزبان یا زیرلایه از کلیه آلودگی‌ها تمیز است، چرا که آلودگی سبب عدم اتصال فلز پوشان بر سطح می‌گردد و مشکل در چسبندگی پوشش بر سطح فلز پایه را ایجاد می‌کند.

مراحل آماده سازی زیر لایه در آبکاری

برداشتن آلودگی سطحی عموما در سه مرحله انجام می‌شود که مرحله اول، تحت عنوان cleaning شامل تمیز کردن سطح در یک محلول‌ پاک کننده شامل پاک کننده‌های قلیایی (alkaline cleaners)، پاک کننده‌های اسیدی(acid cleaners) و یا آب که به منظور پاک کردن روغن سطحی از سطح صورت می‌پذیرد، انجام می‌شود.

مرحله‌ی Treatment شامل اصلاح یا modify کردن سطح از جمله سخت کردن آن و افزودن لایه‌های فلز بر سطح است.

مرحله سوم یا Rinsing به معنای اجرای فرایند  Electroplating است. دو مرحله در تمیز کاری سطح شامل تمیزکاری فیزیکی و تمیزکاری شیمیایی هستند.

تمیز کردن شیمیایی شامل استفاده از حلال‌ها یا مواد شیمیایی فعال سطحی هستند که با سطح فلز واکنش می‌دهند. در تمیزکاری فیزیکی انرژی مکانیکی به منظور حذف آلاینده‌ها اعمال می‌شود. تمیز کردن فیزیکی می‌تواند شامل “سایش برس” و “هم زدن اولتراسونیک یا تشکیل موج شوک اختلاط یا “ultrasonic agitation بشود.

همانطور که گفته شد، در مدار آبکاری، آند، فلزی است که قطب مثبت مدار را می‌سازد و کاتد قطب منفی مدار را تشکیل می‌دهد. از کاتد تحت عنوان زیرسازه یا substrate نیز یاد می‌شود که همان قطبی است که پوشش بر روی آن انجام می‌شود و به اصلاح plate می‌شود.

انواع آبکاری

 پوشش‌های حاصل از فرایند آبکاری اکثرا نازک و اغلب متخلخل و حاوی ترک‌های بسیار ریزی هستند. مثال‌هایی از این نوع پوشش‌ها عبارتند از کروم، نیکل، روی، نقره، قلع، کادمیم و مس و همچنین طلا. ضخامت این نوع پوشش‌ها معمولا از زیر یک میکرون شروع شود و تا 250 میکرون نیز ادامه می‌یابد که ضخامت و دیگر مشخصه‌های پوشش، مانند میزان چسبندگی و زبری و سختی وابسته به متغیرهای فرایند آبکاری است که همگی قابل کنترل هستند.