بخشی از مقاله
خوردگی عامل تخریب
1- مقدمه:
خوردگی عامل تخریب است که باعث از بین رفتن فلزات وکاهش عمر آن می شود. بدین منظور جهت محافظت از فلزات باید سطوح فلزات در مقابل عوامل خوردگی مقاوم شوند. یکی از این روشها امکان پوشش دادن سطح است. جهت پوشش دادن از روشهای گوناگون استفاده می شود که یک از این روشها پوشش دادن بدون اعمال جریان است که فلزات مس ونیکل Cu,Ni)) به عنوان پوشش صنعتی کاربرد گسترده ای دارند.
2- پوشش دادن فلزات بدون اعمال جریان:
جهت پوشش دادن فلزات بدون اعمال جریان دو روش عمده وجود دارد که عبارتند:
1- روش غوطه وری 2- روش الکترولس
3- روش غوطه وری:
ساده ترین مثال، رسوب شیمیایی مس بر روی آهن است که با فرو بردن آهن در محلول سولفات مس یا نمک دیگری از مس ایجاد می شود. در این روش به وسیله سمانته کردن مس جای آهن را می گیرد. این روش چندان کاربرد عملی در پوشش دادن فلزات ندارد، زیرا پوشش حاصل نازک است و پس از پوشیده شدن کامل با مس فرآیند متوقف می شود. علاوه بر نازکی، پوشش متخلخل می باشد و چسبندگی آن نیز مطلوب نیست.
پوشش شیمیایی مس از جهت کاربرد صنعتی در دو مورد کاربرد دارد
- پوشش تزیینی قطعات فولادی
- پوشش ورقه ها و سیمهای فولادی به منظور حفاظت موقت و بهبود خاصیت روغنکاری در حین فرایندهای پرسکاری و کشش عمیق.
برای روشهای مختلف رسوب شیمیایی فلزات مثالهای متعددی وجود دارد از جمله، آلیاژهای مس رابا غوطه ور کردن در محلول نمکهای قلع دو ظرفیتی با قلع پوشش می دهند که به منظور کاربرد در عملیات لحیم کاری است. همچنین روی رابر روی آلومینیوم با فروبردن آلومینیوم درمحلولهای گرم و قلیایی زینکات پوشش می دهند تا بتوانند فلزات دیگری از قبیل مس، نیکل و کروم را برروی آن پوشش بدهند. قلع و نقره را می توان با روش شیمیایی بر روی فلزات دیگر پوشش داد و پوششی تزئینی به دست آورد.
4- الکترولس:
الکترولس یک نوع رسوب شیمیایی که به طور خود به خود روسطح فلزات اعمال می شود و ضخامت پوشش به طور خطی، مادام که ترکیب شیمیایی محلول تغییر نکرده است،اضافه می شود. این روش آبکاری الکترولس می باشد. فلزاتی که آنها را می توان به طور خود به خود پوشش داد عبارت اند از: مس، نیکل، آهن ، کبالت، نقره، طلا، پلاتین و پالادیم. از بین این فلزات مس و نیکل کاربرد زیادی دارند و در صنایع الکترونیک و یا برای فلزینه کاری پلاستیکها ، در آماده سازی آنها برای آبکاری الکترویکی، به کار می روند. نقره و طلا نیز به میزان محدودی در صنایع الکترونیک به کار می روند.
5- آبکاری الکترولس مس - نیکل :
آبکاری الکترولس مس و نیکل از محلولهای آبی نمکهای آنها انجام می شود. محلولهای قلیایی برای هر دو فلز به کار می رود و محلول اسیدی نیز ممکن است برای نیکل استفاده شود. عامل اصلی برای این حمامها مواد احیا کننده و بافر هستند، مواد پایدار کننده و تسریع کننده نیز ممکن است به حمامها افزوده شوند. مواد احیا کننده ای که در حمامهای مس به کار می روند فرمالدئید با هیدرازین هستند و از هیپوفسفیت و بوروهیدرید نیز در حمامهای نیکل استفاده می شود. حمامهای آبکاری الکترولس مس در دمای اتاق و یا کمی بیشتر از آن به کار می روند این حمامها تا حدودی ناپایدارند از این رو مواد احیا کننده تا قبل از استفاده از حمامها به آنها افزوده نمی شوند و بعد از کار با حمام ، آن را دور می ریزند.
حمامهای آبکاری الکترولس نیکل را در دمای 60 تا oc100 به کار می برند، این حمامها پایادارترند. می توان تمام مواد لازم برای این حمامها را تهیه کرد و در دمای اتاق ذخیره کرد و هم می توان به مدت طولانی با تنظیم ترکیب حمام آنها را به کار برد. در عمل فلز زمینه به عنوان کاتالیزور عمل می کند و باعث می شود تا ماده احیا کننده یونهای مس یا نیکل را احیا کند به طوری که همراه با رسوب، هیدروژن متصاعد شود. معادله ساده ای برای واکنش به شرح زیر است:
RA، ماده احیا کننده و RAO محصول اکسید شده است. مس به صورت فلز خالص رسوب می کند و احتمالا مقداری اکسید مس یک ظرفیتی دارد و سرعت آن 2 تا 12 میکرون در ساعت است. نیکل همراه با فسفر و یا بران ، بسته به نوع ماده احیا کننده و با سرعت 12 تا 30 میکرون در ساعت رسوب می کند.
آبکاری الکترولس بسیار گران است لیکن ضخامت رسوب به شکل قطعه بستگی ندارد ودر همه جا یکنواخت است.
چسبندگی پوشش به پیوند شیمیایی و چسبندگی مکانیکی بر اثر زبری سطح بستگی دارد و لایه آلیاژی تشکیل نمی شود مگر آن که با عملیات حرارتی عمل نفوذ صورت گیرد. قبل از آبکاری الکترولس باید عملیات دیگری با دقت روی قطعات انجام شود. فولاد را باید به طریق الکتریکی پاک و در اسید حک کاری کرد تا سطح آن در حد میکروسکوپی زبر شود.
در مورد غیر فلزات، نظیر پلاستیکها، لازم است که ابتدا سطح غیر فلز را از حالت دافع اب به حالت جاذب آن تبدیل کنیم و سطح را با استفاده از حلال یا حک کاری در اسید، در حد میکروسکوپی زبر کنیم. باید سطح را با کلرور پالادیم حساس کنیم و بشوییم وبعد در حمام ابکاری شیمیایی نیکل و یا مس فرو ببریم.
ضخامت پوششهای الکترولس چندین میکرون است، لیکن پوششهای غوطه وری بسیار نازک اند و ضخامت آنها معمولا در حدود چند نانومتر است. در صنعت به هر دو نوع (غوطه وری و الکترولس) نیاز است. هدف اولیه در ایجاد پوششهای غوطه وری کاهش انرژی آزاد سطحی و فعالیت سطوح فلزی می باشد. در حالی که در روش الکترولس ضخامت بیشتری ایجاد می شود. یکی از مزایای پوششهای حاصل از حمام الکترولس پوشاندن یکنواخت اشکال مختلف قطعات می باشد که در مقایسه با پوششهای الکترولیزی مهم است و لذا این دو فرایند در مقابل یکدیگر قرار می گیرند و با هم رقابت می کنند. از طرفی سرعت رسوب در روش آبکاری الکترولس خصوصا در مودر مس، کمتر از سرعت آن در روش الکترولیزی است. همچنین رسوبهای حاصل از حمام الکترولس معمولا بیشتر به صورت آلیاژی هستند تا به صورت خالص.
و بالاخره خواص فیزیکی نظیر سختی، خاصیت مغناطیسی و خواص کششی، پوششهای الکترولیزی و پوششهای حاصل از حمام الکترولس با هم فرق دارد. پوشش حاصل از حمام الکترولس بدون استفاده از جریان است و سطح فلز پایه باید با یک کاتالیزور آماده شود تا رسوب بعدی صورت گیرد. مادۀ احیا کنندۀ موجود در حمام ، روی خواص فیزیکی رسوب تأثیر می گذارد.
6- احیای نیکل از حمام های اسیدی:
این عمل در PH حدود 2/4 الی 6 انجام می شود و دما بین 65 تا oc90 می باشد. سرعت رسوب تابع دما و ترکیب حمام است. سرعت نشست در دمای oc90 بین 5/7 تا 38 میکرون بر ساعت است. رسوبات نیکلی حمامهای اسیدی بین 3 تا 15 درصد فسفر دارند و با افزایش PH مقدار فسفر در رسوب کاهش می یابد. همچنین افزایش غلظت هیپوفسفیت در حمام باعث افزایش مقدار فسفر در رسوب می شود. سرعت آلیاژ فسفر – نیکل به PH بستگی دارد. در PH کمتر از 5/3 عمل رسوب آهسته است و از نظر صنعتی مقبول نیست و لذا امروزه در صنعت از PH های بیشتر از 4 استفاده می شود.
سرعت رسوب عوامل زیادی در سرعت آبکاری از حمام اسیدی الکترولس نیکل دخالت دارند. متغیرهایی چون دما، غلظت نیکل و یونهای هیپو فسفیت بسیار مهم اند. واکنش انجام شده تقریبا به صورت زیر است:
البته در واکنش فوق رسوب همزمان فسفر منظور نشده است. از نظر موازنۀ مواد نیز 33% مادۀ احیا کننده صرف احیای نیکل و 67% آن برای احیای هیدروژن مصرف می شود. در حین فرایند رسوب نیکل مقدار زیادی هیدروژن آزاد می شود، سرعت رسوب نیکل تقریبا در دمای بین 60 تا oc 100 ، به ازای افزایش هر oc 15 دو برابر می شود از آنجا که موقع رسوب یا تصاعد هیدروژن محلول اسیدی تر می شود و با کاهش PH (کمتر از 4) سرعت رسوب افت می کند لذا از مواد بافر نیز باید استفاده شود. برخی از حمامهایی که عملا به کار می روند در جدول دیده می شود.
7- خواص فیزیک رسوبات نیکل از حمام های اسیدی:
از نظر سختی ، قابلیت انعطاف، چسبندگی و استحکام خستگی اختلاف زیادی بین خواص فیزیکی پوششهای نیکل و الکترولیزی وجود دارد. از نظر خاصیت مغناطیسی به نظر می رسد که به ترکیب شیمیایی حمام بستگی دارد. سختی نیز بین 350 تا H.V 700 متغیر است و با عملیات حرارتی رسوب در oc 400 می توان سختی را افزایش داد. اثر عملیات حرارتی روی سختی در شکل آمده است. تغییرات سختی بر حسب زمان و اثر عملیات حرارتی روی خواص سایشی در اشکال 2و 3 دیده می شود. استحکام و قابلیت انعطاف این پوششها به مقدار درصد فسفر آنها بستگی دارد که در شکل 4 دیده می شود بر طبق قابلیت انعطاف و استحکام پوشش با افزایش مقدار فسفر زیاد می شود.
