Fa_flag   En_flag
company1
company2
company3
company0
آزمایشگاهیصنایع شیمیاییعلوم پایهعمومی

آبکاری فلزات چیست؟ انواع و دلایل اهمیت آن

شاید شما هم اصطلاح آبکاری فلزات را زیاد شنیده باشید. زمانی که این اصطلاح را می شنوید، اولین پرسشی که در ذهنتان نقش می بندد این است که اصلا آبکاری فلزات به چه کاری گفته می شود؟ اگر هم با معنای اصلی این عبارت آشنا باشید، شاید برایتان جالب باشد بدانید که این فرایند چطور رخ می دهد و چه مراحلی دارد. امروز در جهان شیمی فیزیک قصد داریم تا برای این پرسش های ذهنی شما، پاسخی مناسب ارائه کنیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.

در ضمن اگر به حوزه آبکاری علاقه دارید خواندن مطالب آبکاری پلاستیک، آبکاری معکوس، آبکاری تیتانیوم، آبکاری نقره پزشکی، آبکاری طلا در همین سایت را به شما پیشنهاد می کنیم.

پیش از هر چیز بهتر است ابتدا با مفهوم آبکاری آشنا شویم.

آبکاری فلزات چیست؟

آبکاری یعنی نشاندن یک روکش فلزی بر روی فلزی دیگر برای جلوگیری از آسیب پذیری آن . اما چرا فلزات به آبکاری احتیاج دارند؟ در پاسخ به این پرسش باید بگوییم که همه ترکیب های موجود در دنیای اطراف ما، تحت تاثیر عوامل محیطی مختلف دچار خوردگی، اکسید شدن، تحمل ضربه و فشار، سایش و از این دست تغییرات شیمیایی و فیزیکی قرار می گیرند. فلزات و آلیاژها بیش از هر ترکیب دیگری دچار این مشکلات شده و گاهی این موارد برایشان به معضلی جدی بدل می شود تا جایی که ممکن است از ارزش و زیبایی این فلزات را کم کند.

یکی از راه های متداول برای از بین بردن این معضل، آبکاری فلزات است. به همین منظور لایه ای از فلز یا آلیاژی که دارای خواص و مقاومت بهتری در برابر عوامل فرسایشی محیطی باشند، بر روی فلز مورد نظر نشانده می شود. این روش از قدیمی ترین و مهم ترین روش های حفظ و پوشش دهی فلزات به شمار می رود.

آبکاری فلزات برای جلوگیری از خوردگی
ویژگی های ماده ای که به عنوان ماده آبکاری تعیین می شود بسیار مهم است.

مواد مناسب برای آبکاری

بد نیست بدانید که ویژگی های ماده ای که به عنوان ماده آبکاری تعیین می شود بسیار مهم است. این ویژگی ها با توجه به ویژگی های محصول نهایی مورد نظر انتخاب می شوند. شرایط عملیات و حمامی که برای آبکاری مورد استفاده قرار می گیرد نیز بسیار مهم هستند. برخی مواد که به صورت متداول برای آبکاری فلزات به کار می روند به شرح زیر هستند:

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

فلزات آبکاری

آبکاری فلزات بیشتر برای فلزاتی که کاربرد از آن ها بیشتر از سایر فلزات است یا فلزات گرانبهایی هستند مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله این فلزات می توان به روی، مس، قلع و فلزات گرانبهایی نظیر طلا، نقره و پالادیوم اشاره کرد.

هزینه آبکاری فلزات

همانطور که کمی بالاتر اشاره کردیم، آبکاری فلزات می تواند توسط یک فلز یا آلیاژی از چند فلز انجام شود. این مساله باعث شده تا قیمت های متفاوتی برای آبکاری فلزات وجود داشته باشد. به طور کلی قیمت آبکاری فلزات به سه عامل مهم و کلیدی وابسته است:

قیمت آلیاژ بر اساس نرخ بازار جهانی

ترکیب و سطح قطعه مورد نظر

نتیجه و کیفیت مورد نظر

فرایند آبکاری فلزات

به طور کلی برای آبکاری سه روش متداول وجود دارد. آبکاری الکتریکی، آبکاری الکتروفرمینگ و ترکیبی از دو روش گفته شده.

در ابتدا به شرح آبکاری الکتریکی می پردازیم:

در آبکاری فلزات به روش الکتریکی یک حمام الکترولیتی با دو الکترود کاتد و آند مورد نیاز است. قطعه فلز به کاتد متصل می شود چرا که با اتصال جریان، الکترود کاتد قسمتی خواهد بود که یون های تولید شده به سمت آن حرکت کرده و پوشش دهی الکتریکی در آن قسمت انجام خواهد شد.

در ابتدای کار دو الکترود آند و کاتد هر دو در حمام الکترولیتی غوطه ور می شوند. این حمام الکترولیتی حاوی محلولی از نمک فلزی است که قرار است بر روی قطعه فلز مورد نظر لایه نشانی شود. با اتصال جریان برق، پدیده انتقال یون های فلزی از سمت آند به کاتد آغاز می شود. یون های حرکت کرده به سمت کاتد در نهایت بر روی قطعه فلز متصل به این الکترود لایه نشانی خواهند شد.

به طور کلی برای آبکاری سه روش متداول وجود دارد.

روش دوم، روش الکتروفرمینگ است. این روش بسیار به روش اول شبیه است و هر دو بر اساس جایگزینی الکتریکی عمل می کنند. اما این دو روش در عمل با هم تفاوتی کوچک دارند. در آبکاری الکتریکی، فلزی که نشانده می شود از همان جنس فلزی است که قرار است آبکاری شود. به اصطلاح فلز در محلول نمکی خودش قرار داده می شود.

اما در روش الکتروفرمینگ، ابتدا یک پوسته از روی قطعه مورد نظر برداشته می شود. پس از برداشته شدن پوسته، شیء مورد نظر توسط آبکاری کاملاً پوشش دهی خواهد شد.

این ویژگی سبب می شود تا مقاومت فلز در برابر خوردگی بیشتر شده و حتی در محصولات زینتی سبب جذابیت کار خواهد شد.

نحوه کار آبکاری فلزات

فرایند آبکاری فلزات از چند مرحله به شرح زیر تشکیل شده است:

انتخاب الکترولیت ها

یکی از مهم ترین مراحل در فرایند آبکاری فلزات، انتخاب نوع الکترولیت هاست. الکترولیت ها در چند دسته اسیدی، بازی، نمک های فلزی یا نمک های مذاب موجود هستند. انتخاب نوع الکترولیت به مواردی مانند خوردگی، مقاومت، روشنایی یا بازتاب پذیری، سختی، مقاومت مکانیکی، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر سایش وابسته است.

آماده سازی سطح برای آبکاری

پیش از آن که فرایند آبکاری فلزات آغاز شود ابتدا باید سطح فلز مورد نظر از هر گونه آلاینده ای پاک باشد؛ چرا که هر گونه آلاینده ای می تواند سبب ایجاد تداخلاتی نظیر رسوب یا عدم چسبندگی در روند آبکاری شود.

آماده کردن سطح فلز خود سه مرحله دارد: تمیز کردن، پرداخت و شستشو.

تمیز کردن یعنی استفاده از حلال هایی خاص نظیر تمیز کننده های قلیایی، آب یا پاک کننده های اسیدی جهت از بین بردن لایه های روغن از روی سطح

پرداخت یعنی اصلاح سطح فلز که سبب سخت شدن قطعات می شود

شستشو یعنی کار ما با فلز مورد نظر تمام شده و نتیجه نهایی بعد از آن حاصل خواهد شد.

نقش آبکاری فلزات در صنایع مختلف

آبکاری فلزات به چند دسته تقسیم می شود که هر کدام به نوبه خود برای صنعتی خاص مورد استفاده قرار می گیرد.

کروم

رایج ترین پوشش آبکاری فلزات، آبکاری با کروم است. از این نوع آبکاری برای پوشش دوچرخه، وسائل خانگی، تجهیزات بیمارستانی، اتصالات، سیم ها و … استفاده می شود.

رنگ این پوشش در اکثر مواقع روشن است اما رنگ های دیگر آن نظیر مشکی نیز وجود دارند.

شاید فکر کنید که از فلز کروم برای این نوع آبکاری استفاده می شود؛ اما در کمال تعجب باید بگوییم که آبکاری کروم در اکثر مواقع پوششی از نیکل است. این یعنی ابتدا پوششی از نیکل بر روی سطح قرار می گیرد و سپس لایه کرومی بر روی این لایه نیکلی می نشیند. لازم به ذکر است که ضخامت لایه نیکلی بیشتر از ضخامت لایه کرومی خواهد بود.

گاهی اوقات نیز از فلز مس به جای فلز نیکل استفاده می شود.

مس و آلیاژهای آن

نوع دیگری از آبکاری فلزات با رسوبات نازک الکتریکی مس، برنز و برنج در آبکاری تزئینی سطوح بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.

فلزات گرانبها

نقره و طلا از قدیمی ترین فلزات گرانبها هستند که در آبکاری دیگر فلزات به کار می روند. از این دو فلز برای آبکاری جواهرات، ساعت، ظروف و … استفاده می شود.

آبکاری برای احیای ظروف قدیمی نیز استفاده می شود.
رایج ترین پوشش آبکاری فلزات، آبکاری با کروم است.

کاربرد آبکاری فلزات

محافظت در برابر خوردگی

کاربردهای مهندسی نظیر ایجاد سطوح سخت

پوشش یاتاقان انواع موتور برای جلوگیری از سایش و خوردگی

انواع روش های آبکاری فلزات

آبکاری فلزات به چند روش انجام می شود که روش های اصلی آن به شرح زیر هستند:

بشکه ای یا چرخشی (Barrel plating)

آبکاری با این روش در بشکه های چرخان انجام می شود. بشکه ها یا به صورت افقی قرار گرفته اند و یا در زاویه ۳۵ درجه نصب شده اند. این روش برای قطعات کوچک توده ای مناسب است.

چنگکی (Rack Plating)

این نوع آبکاری برای قطعات بزرگ، سنگین و پیچیده مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش چنگک هایی از جنس سیم سنگین مسی برای نگه داشتن قطعات وجود دارند و جریان الکتریکی را همین چنگک ها تامین می کنند.

نواری

در این روش، یک نوار ممتد که توسط یک قرقره کشیده می شود از داخل محلول آبکاری عبور می کند . این روش برای سیم های بلند و نوارهای فلزی مورد استفاده قرار می گیرد.

آبکاری مس

از آنجایی که فلز مس رسانایی الکتریکی بالایی داشته و نرم است، در صنعت بسیار کاربرد داشته و بیشتر به عنوان لایه زیرین بر روی فلزات آهن و آلومینیوم استفاده می شود.

آبکاری فلزات چیست
آبکاری فلزات به چند روش انجام می شود.

آبکاری استیل

استیل یا فولاد ضد زنگ آلیاژی از آهن، کروم و نیکل است. این آلیاژ در برابر خوردگی بسیار مقاوم بوده و این قابلیت را مدیون حضور کروم است. جالب است بدانید که فلز استیل خاصیت خودترمیمی دارد و در صورت خراش، یک لایه مجددا روی آن تشکیل می شود.

روی

از این فلز برای آبکاری سیم های اتصال دهنده، باکس های تعویض و قطع و وصل جریان الکتریکی و ورقه های فلزی استفاده می شود.

نیکل

آبکاری نیکل بیشتر به صورت تزئینی مورد استفاده قرار می گیرد . البته برخی از قطعات خودرو نیز دارای پوشش های نیکلی هستند.

آبکاری طلا

آبکاری طلا معمولا روی نقره و یا مس انجام می شود. البته آبکاری مس با طلا کمی مشکل ایجاد می کند و آن هم به این دلیل است که اتم های مس تمایل به نفوذ در لایه طلا دارند. همین امر سبب ایجاد لک در سطح طلا شده و یک لایه اکسید گوگرد بر روی سطح تشکیل می شود.

برای حل این مشکل، یک لایه نیکل روی مس می نشانند و سپس طلا روی آن سوار می شود.

قلع

آبکاری فلزات با قلع برای سطوح فلزی و غیر آهنی مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی که فلز قلع غیر سمی، انعطاف پذیر و ضد خوردگی است، از آن در تهیه بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود.

آبکاری فلزات در خانه

شاید برایتان جالب باشد که بدانید شما می توانید در منزل و با استفاده از لوازم ساده به آبکاری فلزات بپردازید. البته این کار بیشتر شبیه به یک آزمایش علمی بوده و شاید کاربرد آنچنانی برای شما نداشته باشد. با این حال امتحان کردن آن خالی از لطف نیست. البته باید در نظر داشته باشید که برای جلوگیری از آسیب های پوستی در حین آزمایش از دستکش لاتکس استفاده کنید.

آبکاری فلزات در منزل
شما نیز در خانه میتوانید به آبکاری فلزات بپردازید.

پیش از هر چیز مواد زیر را تهیه کرده و مطمئن شوید که این آزمایش را در محلی از خانه انجام می دهید که فرش یا هرگونه وسیله گرانقیمت و تزیینی وجود ندارد تا ریسک تخریب لوازمتان در اثر خطاهای احتمالی کاهش یابد.

سکه

یک ظرف پلاستیکی

یک قطعه فلز روی

دو قطعه سیم

باتری ۱.۵ ولت

سرکه

مرحله ی اول

ابتدا مقداری سرکه در ظرف پلاستیکی بریزید. مقدار سرکه به حدی باشد که وقتی سکه را داخل ظرف انداختید، سرکه روی آن را بگیرد.

سر یکی از سیم‌ ها را به قطعه روی وصل کنید.

فلز روی را درون ظرف سرکه قرار دهید؛ به طوری که سیم متصل به آن بیرون باشد.

لازم به ذکر است که سرکه یک نوع اسید ضعیف است. این اسید می تواند روی را در خود حل کند. به این ترتیب یون های روی در محلول آزاد می شوند.

بعد از گذشت ۱۵ دقیقه، زمانی که دیگر روی به خوبی در سرکه حل شده بود،۵ قاشق غذاخوری شکر و ۳.۵ قاشق نمک اپسوم را درون ظرف سرکه بریزید تا حل شود.

نمک اپسوم جهت رسانا شدن محلول و شکر جهت افزایش براقیت فلز و پوشش دهی بیشتر کاتد اضافه می گردد.

شاید برایتان سوال باشد که اگر از نمک خوراکی یا همان NaCl استفاده کنیم چه خواهد شد؟ در پاسخ به این سوال به شما می گوییم که این نمک در حین فرایند می تواند گاز کلر تولید کند. در نتیجه استفاده از نمک اپسوم سولفات منیزیم این خطر را ندارد. نمک اپسوم را می توانید از بازار فروش مواد شیمیایی، رنگ فروشی ها و ابزار فروشی ها تهیه کنید.

مرحله دوم

حالا که محلول الکترولیت خود را ساختید، باید به تمیز کردن سطح سکه خود بپردازید. با استفاده از خمیردندان و مسواک سطح سکه را به خوبی تمیز و براق کنید.

بعد از اینکه سطح سکه به خوبی براق شد، آن را به سیم دوم وصل کنید و درون ظرف سرکه فرو ببرید.

مرحله سوم

حالا نوبت به آماده سازی باتری می رسد. سیمی که به قطعه فلز روی متصل کرده اید را به سر منفی باتری متصل کنید و سیم نگهدارنده سکه را به سمت مثبت باتری وصل کنید.

در چنین شرایطی، جریان بین سکه و روی برقرار می شود. از آنجایی که ولتاژ باتری کم است فرایند آبکاری با سرعت کمتری رخ می دهد.

اگر می خواهید لایه مناسبی از روی، روی سکه بنشیند بهتر است سی دقیقه به آن زمان دهید. پس از سی دقیقه، تمامی اتصالات را جدا کرده و سکه را با آب شستشو دهید .

 

نوشته های مشابه

یک دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

دکمه بازگشت به بالا