پوشاندن يک جسم با يک لايه نازک از يک فلز با کمک يک سلول الکتروليتي آبکاري ناميده مي‌شود. جسمي که روکش فلزي روي آن ايجاد مي‌شود بايد رساناي جريان برق باشد. الکتروليت مورد استفاده براي آبکاري بايد داراي يونهاي آن فلزي باشد که قرار است لايه نازکي از آن روي جسم قرار بگيرند.
نگاه کلي
فرايند آبکاري معمولا? با فلزات گرانبها چون طلا و نقره و کروم جهت افزايش ارزش فلزات پايه مانند آهن و مس و غيره و همچنين ايجاد روکشي بسيار مناسب (در حدود ميکرومتر) براي استفاده از خواص فلزات روکش کاربرد دارد. اين خواص مي‌تواند رسانايي الکتريکي و جلوگيري از خوردگي باشد. فعل و انفعال بين فلزها با واسطه‌هاي محيطي موجب تجزيه و پوسيدگي آنها مي‌شود چون فلزها ميل بازگشت به ترکيبات ثابت را دارند. پوسيدگي فلز ممکن است به صورت شيميايي(توسط گازهاي خشک و محلولهاي روغني گازوئيل و نفت و مانند اينها) و يا الکتروشيميايي (توسط اسيدها و بازها و نمک‌ها) انجام پذيرد. طبيعت و ميزان خوردگي به ويژگي‌هاي آن فلز? محيط و حرارت وابسته است. روشهاي زيادي براي جلوگيري از خوردگي وجود دارد که يکي از آنها ايجاد روکشي مناسب براي فلزها مي‌باشد و معمول‌ترين روشهاي روکش فلزها عبارتنداز: رنگين کردن فلزات ? لعابکاري ? آبکاري با روکش پلاستيک? حفاظت کاتديک و آبکاري با فلزات ديگر.
اصول آبکاري
به طور کلي ترسيب فلز با استفاده از يک الکتروليت را مي‌توان به صورت واکنش زير نشان داد:
فلز <-------- (الکترون) z + کاتيون فلزي
ترسيب فلز با روشهاي زير انجام مي‌شود:
آبکاري الکتريکي
در اين روش ترسيب گالوانيک يک فلز بر پايه واکنشهاي الکتروشيميايي صورت مي‌گيرد. هنگام الکتروليز در سطح محدود الکترود/الکتروليت در نتيجه واکنشهاي الکتروشيميايي الکترون‌ها يا دريافت مي‌شوند (احيا) و يا واگذار مي‌شوند (اکسيداسيون). براي اينکه واکنشها در جهت واحد مورد نظر ادمه يابند لازم است به طور مداوم از منبع جريان خارجي استفاده شود. واکنشهاي مشخص در آند و کاتد همچنين در الکتروليت هميشه به صورت همزمان صورت مي‌گيرند. محلول الکتروليت بايد شامل يونهاي فلز رسوب‌کننده باشد و چون يونهاي فلزها داراي بار مثبت مي باشند به علت جذب بارهاي مخالف تمايل به حرکت در جهت الکترود يا قطبي که داراي الکترون اضافي مي‌باشد (قطب منفي يا کاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت يا آند ناميده مي‌شود. به طور کلي سيکل معمول پوشش‌دهي را مي‌توان به صورت زير در نظر گرفت:
- يک اتم در آند يک يا چند الکترون از دست مي‌دهد و در محلول پوشش‌دهي به صورت يون مثبت در مي‌آيد.
- يون مثبت به طرف کاتد يعني محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت مي‌کند.
- اين يون الکترونهاي از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبديل به اتم به صورت جزيي از فلز رسوب مي‌کند.
قوانين فارادي
قوانين فارادي که اساس آبکاري الکتريکي فلزها را تشکيل مي‌دهند نسبت بين انرژي الکتريکي و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان مي‌دهند.
* قانون اول: مقدار موادي که بر روي يک الکترود ترسيب مي‌شود مستقيما? با مقدار الکتريسيته‌اي که از الکتروليت عبور مي‌کند متناسب است.
* قانون دوم :مقدار مواد ترسيب شده با استفاده از الکتروليت‌هاي مختلف توسط مقدار الکتريسيته يکسان به صورت جرم‌هايي با اکي‌والان مساوي از آنهاست.
بر اساس اين قوانين مشخص شده است که 96500 کولن الکتريسيته (يک کولن برابر است با جريان يک آمپر در يک ثانيه) لازم است تا يک اکي‌والان گرم از يک عنصر را رسوب دهد يا حل کند.
آبکاري بدون استفاده از منبع جريان خارجي
هنگام ترسيب فلز بدون استفاده از منبع جريان خارجي الکترونهاي لازم براي احياي يونهاي فلزي توسط واکنشهاي الکتروشيميايي تامين مي‌شوند. بر اين اساس سه امکان وجود دارد:
* ترسيب فلز به روش تبادل بار (تغيير مکان) يا فرايند غوطه‌وري: اساس کلي اين روش بر اصول جدول پتانسيل فلزها پايه‌ريزي شده است. فلزي که بايد پوشيده شود بايد پتانسيل آن بسيار ضعيف‌تر (فلز فعال) از پتانسيل فلز پوشنده (فلز نجيب) باشد. و فلزي که بايد ترسيب شود بايد در محلول به حالت يوني وجود داشته باشد. براي مثال به هنگام غوطه‌ور نمودن يک ميله آهني در يک محلول سولفات مس فلز آهن فعال است و الکترون واگذار مي‌کند و به شکل يون آهن وارد محلول مي‌شود. دو الکترون روي ميله آهن باقي مي‌ماند. يون مس دو الکترون را دريافت کرده احيا مي‌شود و بين ترتيب مس روي ميله آهن مي‌چسبد. و هنگامي که فلز پايه که بايد پوشيده شود (مثلا آهن) کاملا? توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشيده شود آهن ديگر نمي‌تواند وارد محلول شود و الکترون تشکيل نمي‌شود و در نتيجه عمل ترسيب خاتمه مي‌يابد. موارد استعمال اين روش در صنعت آبکاري عبارت است از: مس‌اندود نمودن فولاد? نقره‌کاري مس و برنج? جيوه‌کاري? حمام زنکات? روشهاي مختلف کنترل و يا آزمايش? جمع‌آوري فلز از حمام‌هاي فلزات قيمتي غير قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روي.
* ترسيب فلز به روش اتصال: اين روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پايه با يک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ايفا مي‌کند. براي مثال هنگامي که يک ميله آهني (فلز پايه) همراه يک ميله آلومينيومي? به عنوان جسم اتصال در داخل يک محلول سولفات مس فرو برده مي‌شود? دو فلز آهن و آلومينيوم به جهت فعالتر بودن از مس? به صورت يون فلزي وارد محلول مي‌شوند و روي آنها الکترون باقي مي‌ماند و چون فشار انحلال آلومينيوم از آهن بيشتر است از اين رو اختلاف پتانسيلي بين دو فلز ايجاد شده و الکترون‌ها در روي يک سيم رابط? از سوي آلومينيوم به طرف آهن جاري مي‌شوند. بنابراين مشاهده مي‌شود که مقدار زيادي از يونهاي مس محلول روي آهن ترسيب مي‌شوند. ضخامت قشر ايجاد شده نسبت به روش ساده تبادل بار بسيار ضخيم‌تر است. از روش اتصال براي پوشش‌کاري فلزات پيچيده استفاده مي‌شود.
* روش احيا: ترسيب فلز با استفاده از محلولهاي حاوي مواد احيا کننده? روش احيا ناميده مي‌شود. يعني دراين روش الکترونهاي لازم براي احياي يونهاي فلزات توسط يک احيا کننده فراهم مي‌شود. پتانسيل احيا کننده‌ها بايد از فلز پوشنده فعالتر باشند? اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسيل به دلايل منحصرا? کاربردي روکش‌ها? نبايد بسيار زياد باشد. براي مثال هيپوفسفيت سديم يک احيا کننده براي ترسيب نيکل است ولي براي ترسيب مس که نجيب‌تر است? مناسب نيست. مزيت استفاده از اين روش در اين است که مي‌توان لايه‌هايي با ضخامت دلخواه ايجاد نمود. زيرا اگر مقدار ماده احيا کننده در الکتروليت ثابت نگه داشته شود مي‌توان واکنش ترسيب را کنترل نمود. به ويژه غير هادي‌ها را نيز بعد از فعال نمودن آنها? مي‌توان پوشش‌کاري کرد.
آماده سازي قطعات براي آبکاري
براي بدست آوردن يک سطح فلزي مناسب نخستين عملي است که با دقت بايد صورت گيرد? زيرا چسبندگي خوب زماني به وجود مي‌آيد که فلز پايه? سطحي کاملا تميز و مناسب داشته باشد. بدين علت تمام لايه‌ها و يا قشرهاي مزاحم ديگر از جمله کثافات? لکه‌هاي روغني? لايه‌هاي اکسيد? رسوبات کالامين که روي آهن در درجه‌هاي بالا ايجاد مي‌شوند را از بين برد. عمليات آماده سازي عبارتند از:
* سمباده‌کاري و صيقل‌کاري: طي آن سطوح ناصاف را به سطوح صاف و يکنواخت تبديل مي‌کنند.
* چربي‌زدايي: طي آن چربي‌هاي روي سطح فلزات را مي‌توان توسط عمل انحلال? پراکندگي? امولسيون? صابوني کردن و يا به روش تبادل بار از بين برد.
* پرداخت: انحلال شيميايي قشرهاي حاصل از خوردگي روي سطح فلزات را پرداخت کردن مي‌نامند که اساسا? به کمک اسيدهاي رقيق و در بعضي موارد توسط بازها انجام مي‌گيرد.
* آبکشي? خنثي‌سازي? آبکشي اسيدي? خشک کردن: خنثي‌سازي براي از بين بردن مقدار کم اسيد يا مواد قليايي که در خلل و فرج قطعه باقي مي‌مانندو همچنين آبکشي اسيدي براي جلوگيري از امکان تشکيل قشر اکسيد نازک غير قابل رؤيت که موجب عدم چسبندگي لايه الکتروليتي مي‌شود.
موقعيت هاي استفاده از نانوتکنولوژي صنايع آبکاري
در سالهاي اخير نانوتکنولوژي که همان علم و تکنولوژي کنترل و بکارگيري ماده در مقياس نانومتر است? تحقيقات فزاينده و موقعيت‌هاي تجاري زيادي را در زمينه‌هاي مختلف ايجاد نموده است. يک جنبه خاص از نانوتکنولوژي به مواد داراي ساختار نانويي يعني موادي با بلورهاي بسيار ريز که اندازه آنها معمولا کمتر از 100 ميکرومتر است مي‌پردازد? که اين مواد براي اولين بار حدود دو دهه قبل به عنوان فصل مشترکي معرفي شدند. اين مواد نانوساختاري با سنتز الکتروشيميايي توليد شده‌اند که داراي خواصي از قبيل? استحکام? نرمي و سختي? مقاومت به سايش? ضريب اصطکاک? مقاومت الکتريکي? قابليت انحلال هيدروژن و نفوذپذيري? مقاومت به خوردگي موضعي و ترک ناشي از خوردگي تنشي و پايداري دمايي را دارا هستند. دريچه‌هاي آبکاري الکتريکي براي سنتز اين ساختارها با استفاده از تجهيزات و مواد شيميايي مرسوم براي طيف گستره‌اي از فلزات خالص و آلياژها گشوده شده است. يک روش مقرون به صرفه براي توليد محصولاتي با اشکال بسيار متفاوت از پوششهاي نازک و ضخيم? فويلها و صفحه‌ها با اشکال غير ثابت تا اشکال پيچيده شکل‌يافته با روشهاي الکتريکي است. از اين رو فرصتهاي قابل توجهي براي صنعت آبکاري وجود دارد تا نقش تعيين‌کننده‌اي را در گسترش کاربردهاي جديد نانوتکنولوژي ايفا نمايد که اين امر به آساني با تکيه بر اصول قابل پيش‌بيني متالوژيکي که در ساليان گذشته مشخص شده قابل تحقق است.
منبع:http://www.academist.ir/خ