کنترل کیفیت در آبکاری نیکل

برای این‌که کیفیت رسوب بالا باشد بایستی ترکیب حمام و خلوص محلول آبکاری، اجزاء اصلی حمام، PH، دانسیته جریان درجه حرارت، کیفیت آب و ناخالصی‌ها کنترل شوند.

کنترل ترکیب محلول:

 کنترل ترکیب حمام یکی از فاکتورهای مهم برای کنترل رسوب‌های نیکل است. در آغاز ترکیب حمام باید در حد معینی آماده‌شده، PH آن تنظیم گشته و قبل از استفاده خالص گردد، سپس ترکیب و PH محلول باید در دامنه معینی کنترل‌شده و از آلودگی محلول به مواد فلزی و آلی جلوگیری گردد.

روش‌های تصفیه و شروع به کار حمام تازه:

قبل از این‌که از حمام تازه آماده‌شده استفاده شود باید آلودگی‌هایی نظیر آهن، روی و مواد آلی موجود در حمام، حذف شوند. عملیات مختلفی برای خالص کردن محلول آبکاری وجود دارد.

در عملیات PH – بالا با اضافه کردن کربنات نیکل به محلول گرم، PH را به حدود 5 تا 5.5 می‌رسانند. در این شرایط هیدروکسید فلزاتی مثل آهن، آلومینیم و سیلیسیم که به‌نوبه خود سایر ناخالصی‌ها را نیز جذب می‌کنند حذف می‌شوند. پراکسید هیدروژن اضافه‌شده آهن را به آهن سه‌ظرفیتی تبدیل کرده و آن را در PH بالا رسوب می‌دهد. علاوه بر این ناخالصی‌های آلی را تجزیه می‌کند. ناخالصی‌های آلی در عملیات تصفیه‌ای توسط کربن فعال‌شده حذف می‌گردند. در تصفیه الکترولیتیکی بیشتر ناخالصی‌های فلزی و آلی حذف می‌شوند. تصفیه کامل محلول واتز شامل این مراحل است:

1. برای انحلال سولفات و کلرید نیکل در آب داغ (49-38) درجه سانتی‌گراد از وان جداگانه‌ای استفاده کنید.
2. Mole/L 2-1 پراکسید هیدروژن 30% به آن اضافه کنید کمی آن را هم زده و به مدت 1 ساعت به‌صورت ساکن نگه‌دارید.
3.  g/L 2.4-1.2 کربن فعال‌شده به وان اضافه کنید، بعد آن را کاملاً هم بزنید.
4. وان را تا دمای 66 درجه سانتی‌گراد گرم کرده و بعد 2.4-1.2 گرم بر لیتر کربنات نیکل به آن اضافه کنید. محلول را هم بزنید تا PH آن در حدود 5.2 تا 5.5 تنظیم گردد. سپس محلول را به مدت 8 تا 16 ساعت به‌صورت ساکن نگه‌دارید تا رسوب تشکیل شود.
5. بعد از فیلتر کردن، محلول را به وان آبکاری برگردانید.
6. به محلول اسید بوریک و آب اضافه کنید تا حجم آن به حد مطلوب برسد.
7. محلول را به‌طور الکترولیتیکی تصفیه کنید. به این صورت که به‌عنوان کاتد از ورق‌های فولادی آجدار که نیکل کاری شده‌اند استفاده کنید. متوسط دانسیته جریان کاتدی باید 0.5 A/dm²   باشد؛ و عملیات را ادامه دهید تا اینکه جریان 0.5-1.3 A.h/L از محلول عبور کند. محلول باید هم زده‌شده و دما در حدود 49-60  درجه سانتی‌گراد حفظ شود. بهتر است در بعضی نقاط مشخصات ظاهری، تنش و مقدار گوگرد چک شود. اگر نتایج منفی بود عملیات را ادامه دهید تا خواص مطلوب به دست آید.
8. کاتدهای فرضی را خارج کرده و PH محلول را تا حد مطلوب تنظیم کنید.

کنترل اجزاء اصلی آبکاری :

اجزاء بنیادی حمام‌های آبکاری نیکل شامل مقدار نیکل فلزی، غلظت کلرید، اسید بوریک و عوامل افزودنی آلی باید به‌طور منظم کنترل شوند. در بیشتر کاربردهای صنعتی غلظت نیکل فلزی بین  60-80 g/L حفظ می‌شود. برای اینکه کلرید نیکل راحت‌تر حل شود بهتر است حداقل مقدار آن  23 g/L باشد. (اگر از آندهای فعال‌شده گوگردی استفاده شود مقدار کلرید زیاد مهم نخواهد بود). اسید بوریک اکثراً به‌عنوان عوامل بافری (تثبیت‌کننده PH) به کار می‌رود. اسید بوریک به‌صورت خالص بوده و گران نیست. افزودنی‌های آلی باید در دامنه تعیین‌شده کنترل‌شده و چون غلظت آن‌ها به علت مصرف الکترولیتیکی، در اثر فیلتر کردن و سرریز شدن کاهش می‌یابد مجدداً به حمام اضافه شوند.

روش آنالیز شیمیایی برای کنترل نیکل، کلید، اسید بوریک، عوامل افزودنی آلی وجود دارد. همین‌طور دستگاهی برای بازبینی و کنترل دقیق اجزاء اصلی وجود دارد. کروماتوگرافی مایعی یکی از تکنیک‌های پیشرفته‌ای است که برای کنترل مواد آلی بیشتر موردتوجه قرارگرفته است.

کنترل PH، درجه حرارت، دانسیته جریان و کیفیت آب:

PH محلول آبکاری در طول عملیات نرمال افزایش می‌یابد. این مسئله ایجاب می‌کند که به‌طور مرتب به حمام اسید اضافه شود تا PH حمام در دامنه از قبل تعریف‌شده محفوظ بماند. کاهش PH با کاهش غلظت یون نیکل همراه است. در این حالت حمام عملکرد خوبی نخواهد داشت.

درجه حرارت عملیات تأثیر قابل‌توجهی روی خواص رسوب دارد بنابراین بایستی در دامنه معین‌شده+2,-2 درجه سانتی‌گراد ثابت نگه‌داشته شود. عموماً دمای کاری حمام‌های آبکاری نیکل حدود 38-60 c⁰  است.

دانسیته جریان در فرایند آبکاری الکتریکی نیکل با توجه به سطح قطعات، محاسبه کل جریان لازم تعیین می‌گردد. عملیات در ولتاژ ثابت توصیه نمی‌شود. برای اینکه بتوان متوسط ضخامت رسوب نیکل را پیش‌بینی کرد، برای قطعات شکل پیچیده پوششی باضخامت یکنواخت ایجاد شود و رسوبی با خواص ثابت و قابل پیش‌بینی تولید کرد، لازم است دانسیته جریان کاتدی دقیقاً کنترل گردد.

سرعت و مقدار رسوب نیکل به دانسیته جریان بستگی دارد؛ بنابراین برای این‌که ضخامت رسوب تا حد امکان یکنواخت و همگن گردد بایستی دانسیته جریان ثابت و یکنواخت باشد. محلول آبکاری الکتریکی نیکل دارای مقاومت الکتریکی است و تقریباً در همه قطعات بعضی سطوح نسبت به سطوح گود به آند نزدیک‌تر هستند. در سطوح برآمده دانسیته جریان بزرگ‌تر است، چون فاصله آند تا کاتد کوتاه‌تر بوده و به‌این‌ترتیب مقاومت الکتریکی کمتر است. پخش شدن جریان در سطوح مختلف را اصطلاحاً توزیع جریان می‌گویند. برقراری چنین حالتی بدان معناست که رسوب نیکل در سطح گود و فرورفته نسبت به سطوح برآمده نازک‌تر است. توزیع جریان را می‌توان از طریق طراحی مناسب آویز، چیدن مناسب قطعات در آویز و با استفاده از محافظ‌های غیر هادی و آندهای کمکی کنترل نمود.

در آبکاری الکتریکی باید از آب املاح گیری شده استفاده کرد، مخصوصاً اگر آب شیر حاوی مقدار زیادی کلسیم باشد. اگر آب قبل از استفاده فیلتر شود، ذراتی که موجب زبری رسوب می‌شوند حذف خواهند شد.

کنترل ناخالصی‌ها:

در طول عملیات ممکن است ناخالصی‌های معدنی - آلی و گازی وارد حمام شوند. تلاش برای حذف منابع این ناخالصی‌ها از کارگاه می‌تواند کیفیت رسوب را بهبود دهد. حضور مقدار کمی آلاینده‌های آلی و معدنی موجب عیوب آبکاری می‌شوند. ناخالصی‌های معدنی از منابعی مثل نمک‌های مختلف نیکل، آب سخت، ذرات معلق در هوا، خوردگی مواد وان، خوردگی میله‌های آندی، گردوخاک روی تأسیسات و قطعات خوردگی دوقطبی المنت‌های فلزی غوطه‌ور و ذرات انتقالی از قطعات وارد حمام آبکاری می‌شوند. جدول زیر حداکثر مقدار ناخالصی‌های فلزی را نشان می‌دهد.

درجه آلوده بودن حمام به بعضی مواد معدنی را می‌توان از طریق فیلتر کردن مداوم  الکترولیز محلول در دانسیته 0.2-0.5A/dm² کنترل کرد.

آلاینده‌های آلی ممکن است از منابعی مثل ترکیبات بافری، روغن‌های روان کاری چکیده از تجهیزات هوایی، لاک‌های محافظ روی آویزها، نوارهای محافظ، محصولات تجزیه‌ای عوامل ترکننده، پایدارکننده های آلی، اسپری رنگی، آستر لاستیکی وان و کیسه‌های آندی وارد حمام شوند. آلاینده‌های آلی بسیاری را می‌توان به‌طور مداوم یا غیر مداوم از طریق تصفیه کربنی حذف نمود. درروش غیر مداوم محلول به وان ذخیره انتقال‌تر داده‌شده و تا دمای 60.71⁰C گرم می‌شود. به ازای هر لیتر، 6 گرم کربن فعال‌شده به آن اضافه کرده و رسوبات محلول را از میان فیلتر عبور داده و به وان آبکاری برگشت می‌دهند بعدازاین عملیات ترکیب حمام باید کنترل و تنظیم گردد.

برای محلول‌هایی که آلودگی به آلاینده‌های آلی یک مشکل تکراری و همیشگی است عبور دادن محلول از میان فیلتر کربنی توصیه می‌شود. اگر فیلتر کردن مداوم باشد باید به محلول عوامل تر کننده اضافه کرد. در غیر این صورت رسوب نیکل حفره  حفره خواهد شد.

آلاینده‌های گازی محلول آبکاری نیکل معمولاً هوا یا دی‌اکسید کربن است. مقدار کمی هوای حل‌شده ممکن است منجر به نوع خاصی حفره شود که به‌صورت اثر قطرات چکیده است. هوا می‌تواند از طریق سیستم پمپ وارد حمام شود. در این صورت پمپ و شیرها باید کنترل و اصلاح شوند. گرم کردن حمام به مدت چند ساعت تا دمایی حداقل 6⁰C بالاتر از دمای عملیات، هوای حل‌شده در محلول را آزاد می‌کند. در حمام آبکاری نیکل دی‌اکسید کربن هنگامی به وجود می‌آید که جهت بالا بردن PH محلول به آن کربنات نیکل اضافه می‌کنند. دی‌اکسید کربن بعد از چند ساعت گرم کردن حمام خارج می‌گردد. برای این منظور حمام را تا دمای 6⁰C بالاتر از دمای عملیات گرم کرده و به مدت 1 h آن را هم می‌زنند.

تأثیر ناخالصی‌ها روی شفافیت رسوب نیکل:

در آبکاری تزیینی نیکل آلاینده‌ها مشکل‌ساز هستند، آلاینده‌هایی مثل روی، آلومینیم و مس در اثر انحلال قطعات ریخته‌گری تحت‌فشار آلیاژهای روی که از آویزها داخل حمام می‌افتند، به وجود می‌آیند. آبکشی نامناسب قبل از آبکاری پیوستگی عناصر فلزی را افزایش می‌دهد. سرب و کادمیم ممکن است از آستر وان یا وسایل دیگر، نمک‌های ناخالص، پیوستگی سایر محلول‌های آبکاری به علت آبکشی ضعیف آویزها، وارد حمام شوند... کروم ممکن است از طریق آویزهای استفاده‌شده در آبکاری کروم که در سوراخ‌ها، شیارها و ترک‌های موجود در آویز حبس می‌شود وارد حمام گردد.

آلاینده‌های فلزی ازچندطریق روی رسوب براق نیکل اثرمی گذارند. آلومینیم و سیلیسیم بخار ایجاد کرده (مخصوصاً در سطوح بادانسیته جریان بالا) و موجب زبری ریزی می‌شوند که در اثر مالش انگشتان پودر شده و ممکن است خراش‌های خیلی ریزی در دست ایجاد کنند به همین دلیل این نوع زبری را زبری، «تند یا شور» می‌گویند. آهن نیز موجب زبر شدن رسوب می‌گردد. اگر مقدار کلسیم از حد اشباع آن یعنی 0.5 g/L تجاوز کند رسوب سولفات کلسیم منجر به زبری سوزنی شکل رسوب خواهد شد. کروم به‌صورت کرومت در دانسیته جریان بالا باعث ایجاد رگه‌های تیزه گاز زدایی و حتماً پوسته‌ای شدن پوشش می‌شود. وقتی کرم در کاتد یا توسط مواد آلی موجود در محلول به کروم سه‌ظرفیتی احیا شد ممکن است سبب ایجاد بخار شده یا همانند آهن، سیلیسیم و آلومینیم موجب زبری سطح رسوب گردد. مس، روی، کادمیم و سرب در سطوح با دانسیته جریان – پایین باعث تیره یا سیاه شدن رسوب گشته و بخار ایجاد می‌کنند. آلاینده‌های آلی ممکن است بخار تولید کرده، رسوب را مات کرده و یا خواص مکانیکی رسوب را تضعیف کنند.