آبکاری نیکل -ملاحظات بنیادی فرایند
سه شنبه ۰۶ مهر ۱۳۹۵
0 نظر
1066 بازدید

ملاحظات بنیادی فرایند

قبل از این‌که فرایندهای آبکاری تزیینی، مهندسی و شکل‌دهی الکتریکی تشریح شود بعضی واقعیت‌های بنیادی مرور می‌شود؛ که با توجه به آن‌ها می‌توان فرایند عملیات را کنترل کرده، مقدار نیکل رسوبی را پیش‌بینی نموده و ضخامت پوشش رسوبی را تخمین زد.

فرایند اصلی:

 همانند دیگر فرایندهای آبکاری الکتریکی، در آبکاری الکتریکی نیکل از آندهای فلزی حل شونده استفاده می‌شود. در این فرایند جریان مستقیم از میان دو الکترودغوطه‌ور در محلول هادی و آبدار نمک‌های نیکل عبور می‌کند. عبور جریان موجب می‌گردد، یکی از الکترودها (آند) در محلول حل‌شده و الکترود دیگر (کاتد) توسط نیکل پوشانده شود. در محلول نیکل به‌صورت یون‌های باردار دو مثبت است که در اثر عبور جریان یون‌های مثبت در سطح کاتد با جذب دو الکترون به نیکل فلزی تبدیل می‌شوند. در آند واکنش معکوس رخ می‌دهد. به‌این‌ترتیب با مصرف شدن نیکل در کاتد، نیکل جدید از آند تأمین می‌گردد.

آزاد شدن هیدروژن و راندمان کاتدی:

در کاتد علاوه بر احیا یون‌های نیکل قسمت کمی از جریان صرف احیاء یا تخلیه یون‌های هیدروژن آب می‌شود. این امر راندمان کاتدی را (راندمان رسوب نیکل) از 100%  به حدود 97-92% کاهش می‌دهد. تخلیه اتم‌های هیدروژن در سطح کاتد حباب‌های هیدروژن گازی تولید می‌کند.

راندمان آندی:

در شرایط معمولی راندمان انحلال آند 100% است و هیچ‌گونه یون هیدرواکسیلی تخلیه نمی‌شود. ولی اگر PH محلول بالا باشد ممکن است ترجیحاً یون‌های هیدرواکسیل تخلیه‌شده و اکسیژن آزاد شود. تحت این شرایط آند غیرفعال شدن و انحلال نیکل متوقف می‌گردد. مواد نیکلی فعال‌شده‌ای وجود دارد که غیرفعال نشده و به‌این‌ترتیب در طول عملیات یون‌های جدید نیکل به‌طور مداوم وارد محلول می‌شوند.

تغییرات PH و یون‌های  نیکل:

در شرایط نرمال همزمان با پیشرفت آبکاری غلظت یون‌های نیکل و PH محلول به‌طور آرام افزایش می‌یابند. افزایش غلظت نیکل به اختلاف راندمان کاتدی و آندی بستگی دارد. راندمان کاتدی معمولاً از 97-92% تغییر می‌کند ولی راندمان آند همواره 100% است؛ بنابراین مقدار غلظت یون نیکل به طبیعت محلول آبکاری بستگی دارد و مستقل از نوع مواد آندی است.

قانون فارادی:

مقدار نیکل رسوب‌کرده روی کاتد و همین‌طور مقدار نیکلی که از آند وارد محلول می‌شود مستقیماً با جریان و زمان متناسب است (قانون فارادی). ثابت تناسب برابر M/nF است که M وزن حد مولکولی n تعداد الکترون موجود در واکنش تئوری و F ثابت فارادی است. برای نیکل با فرض این‌که راندمان کاتدی 100% باشد. ثابت فوق g/A  1.095  است، ولی  چون مقدار کمی از جریان صرف تخلیه هیدروژن می‌شود بنابراین ثابت فوق باید با ضرب کردن آن در راندمان کاتدی اصلاح گردد.

برای نیکل قانون فارادی ممکن است به‌صورت  m=1.095*a*I*t  بیان شود که در آن m مقدار نیکل رسوب‌کرده در کاتد (مقدار نیکل حل‌شده از آند) برحسب گرم I جریانی است که از وان آبکاری عبور می‌کند آمپر t مدت‌زمان عبور جریان از محلول (ساعت) و a راندمان کاتدی است که از 97-92% تغییر می‌کند، بنابراین متعاقباً a از 0.92 تا 0.97 تغییر خواهد کرد.

متوسط ضخامت نیکل:

داده‌های مربوط به رسوب الکتریکی نیکل که در جدول 1 آمده است با فرض این‌که راندمان کاتدی 95.5% باشد (که تقریباً برای بیشتر محلول‌های آبکاری نیکل چنین است) محاسبه‌شده‌اند با توجه به جدول مشخص است که در دانستیه جریان  5  A/dm2  حدود 20 دقیقه زمان لازم است تا ضخامت پوشش نیکلی 20mm گردد.

جدول 1 برآوردی از متوسط ضخامت پوشش را ارائه می‌دهد. ضخامت واقعی رسوب روی قطعات مخصوص به توزیع یکنواخت جریان بستگی دارد. در عمل برای یک شارژ (تعدادی از قطعات) ضخامت نیکل رسوب‌کرده روی قطعات از طریق اندازه‌گیری یک یا چند مورد معلوم می‌شود. در صورت لزوم نحوه قرار گرفتن قطعات نسبت به آند و همین‌طور نحوه قرار گرفتن آن‌ها در آویز اصلاح می‌گردد. در بسیاری موارد برای که ضخامت پوشش یکنواخت شود ممکن است به آندهای کمکی یا محافظ نیاز باشد. محافظ‌ها مواد غیر هادی هستند که روی آند، کاتد یا بین الکترودها قرار می‌گیرند و به‌این‌ترتیب سیلان یا نشر جریان را کنترل می‌کنند. آندهای کمکی ممکن است حل شونده یا غیر محلول باشند. این آندها نزدیک کاتد قرار داده می‌شوند تا جریان را به سطوح نسبتاً کوچک یا شیاردار کاتد هدایت کنند.

آبکاری نیکل

 

نویسنده: فاطمه باقری (parsehhh@gmail.com )
نام
ایمیل
متن نظر
عبارت داخل تصویر