آبكاري الكترولس (شيميايي) مس اسيدي

 

7-1 آبكاري شيميايي

پلاستيكهاي فعال شده بايد با روكش فلزي پوشانده شده تا هادي گردند.

ضخامت اين روكش مي بايستي به آن اندازه باشد، كه بتواند جريان لازم براي شروع يك آبكاري الكتريكي را از خود عبور دهد. دادن اين روكش بر عهدة محلولهاي آبكاري شيميايي است. اين عمل با يك جابجايي شيميايي صورت مي گيرد، اين محلولها روكشي بسيار نازك به وجود مي آورند و هنگامي كه سطح قطعه كاملاً پوشانده شد واكنش پايان مي پذيرد.

محلولهاي آبكاري شيميايي بايد هم در بردارندة نمك فاز باشند و هم احيا كننده براي واكنش شيميايي و فازات نجيب همانند طلا و نقره و پالاديم ، مي توانند آن واكنش احيا كننده رابراه اندازند كه فاز را وادار به نشست نمايد.

هنگامي كه يك پلاستيك فعال شده در چنين محلولي فرو برده مي شود، و هر ذرة پالاديم مركزي براي تجمع فاز (مس يا نيكل) بدور خود مي شود. به محض آنكه فاز نجيب پوشيده شد، واكنش از فعاليت باز نمي ايستد،  زيرا محلولهاي شيميايي خود كاتاليزور بوده و فاز نشسته ، به نشست به روي خود ادامه مي دهد. «جزيره» هاي تشكيل شده از از فاز به زودي به يكديگر پيوسته و تمام صفحه (داخل خال و فرج) را كاملاً مي پوشاند.

در اين مورد ممكن است از مس يا نيكل استفاده كنند بسياري معتقدند، مس در برابر خورندگي مقاومت بيشتري داردو برخي نيز آلياژي از نيكل، مقدار كمي مس و فسفر را بكار مي برند.

نيكل شيميايي به آساني كنترل، و تقويت شده ، و با كار خوب عمر مفيد آن تا دو سه سال براحتي ميرسد در حالي كه محلولهاي مس شيميايي عمر بسيار كوتاهتري دارند، علاوه بر آن كه مراقبت از آنها دقت و تجربة بيشتري مي طلبد و اين خود عاملي است كه در ايران ، اين روش را روشي موفق به شمار نمي آورند در هر صورت هر دو روش را شرح مي دهيم انتخاب بستگي به مورد مشخص دارد.

محلولهاي آبكاري الكترولس نيمه پايدار هستند اين محلولها حاوي يك نمك فلزي، يك عامل احيا كننده، يك عامل كمپلكس كننده فلز، يك پايدار كننده و سيستم بافر PH هستند و به گونه اي فرموله شده اند كه در آنها احيا خود به خودي نمك فلز رخ نمي دهد هنگامي كه يك سطح حاوي پالاديم در محلول فرو برده مي شود پالاديم به عنوان كاتاليست عمل مي كند و فلز در سطح قطعه احيا مي گردد و يك رسوب بسيار نازك و يكنواخت در سطح قطعه تشكيل مي شود.

محلولهاي نيكل الكترولس براي آبكاري پلاستيك كه به صورت تجاري در بازار موجود هستند، بر اساس عامل احيا كننده سديم هيپوفسفيت مي باشند اين محلولها در دماي اتاق و يا نزديك به آن عمل مي كنند و پوششي با حدود 5/2% فسفر به وجود مي آورند پايداري آنها در مقايسه با محلولهاي نيكل الكترولس داغ بسيار بالاتر و سعرت پوشش دهي آنها بسيار پايين تر است پوششهاي حاصل از محلولهاي نيكل الكترولس داغ، 8 تا 14 درصد فسفر دارند واكنشهايي كه در حين آبكاري نيكل الكترولس رخ مي دهد، بر اساس پذيرفته شده ترين مكانيزم رسوب دهي مي باشد بر اساس اين مكانيزيم، يون «هيپوفسفيت» به صورت كاتاليتيك روي سطح كار، اكسيد شده و يونهاي هيدريد آزاد مي شوند و سپس اين يونها سبب احياي يونهاي نيكل در سطح قطعه مي گردند.

 

 

·        نيكل الكترولس

 

 

(همراه با نيكل رسوب مي كند)

 

·        مس الكترولس

 

 

واکنش های الکترولس

 

محصولات واكنش عبارتند از: يونهاي فسفيت، يونهاي هيدروژن، فلز نيكل و گاز هيدروژن.همچنين فسفر به وسيله واكنشي كه كاملاً شناخته شده نيست به مقدار 3 تا 15 درصد وزني، همراه نيكل رسوب مي كند منشأ تشكيل فسفر در پوشش، از تركيبات واسطه اي است كه عمر كوتاهي دارند مانند اسيد متافسفر و «2 Po» كه همراه يون هيدريد در جريان اكسيداسيون يون «هيپوفسفيت» به وجود مي آيند.

 

 

بنابراين نوع عامل احيا كننده ، نوع آلياژ پوشش را تعيين مي كند و در نتيجه بر خصوصيات پوشش اثر
مي گذارد فرمالدئيد به عنوان احيا كننده در مس الكترولس بكار مي رود و براي رسوب هر مول مس، دو مول فرمالدئيد و چهار مول يون هيدروكسيد مصرف مي شود و يك مول هيدروژن آزاد مي شود. در عمل، همواره مصرف فرمالدئيد و هيدروكسيد بيشتر از مقدار تئوري است.

در زير مشخصه هايي از محلول كه تحت تاثير شرايط كار تغيير مي كنند، نشان داده شده است به عنوان  مثال نسبت غلظت فلز به عامل احيا كننده، نه تنها بر سرعت آبكاري بلكه بر راندمان عامل احيا كننده و تركيب پوشش نيز اثر مي گذارد وقتي نسبت درست غلظتها در محلول حفظ شود، مقدار كمتري از عامل احيا كننده در واكنشهاي جانبي زيان آور به هدر مي رود. اين واكنشها سبب توليد بسيار زياد گاز در محلول و ايجاد پوششهاي الكترولس با ناخالصي بالا مي شوند كه هدايت الكتريكي كمتري دارند.[7]

 

مشخصات متغير

Rounded Rectangle: •	سرعت رسوب •	راندمان •	تركيب رسوب •	پايداري •	بيرون ريختن محلول(هزينه)
•	تحمل پذيري نسبت به آلودگي
 

 

 

 

 

 


تركيب و غلظت اجزاي محلولهاي الكترولس به گونه اي انتخاب مي شود كه اين محلولها داراي پايداري و در عين حال سرعت پوشش دهي مناسبي باشند در مواردي كه محلول بيش از حد فعال باشد، براي كاهش جزيي فعاليت محلول و جلوگيري از تجزيه خود به خودي آن مي توان مقداري پايدار كننده به محلول اضافه كرد در صورتي كه نسبت فلز به عامل احيا كننده در محلول درست باشد، سرعت پوشش دهي محلول در محدوده وسيعي از غلظت بدون تغيير باقي مي ماند. بنابراين روشن است كه محلول را تا حد امكان بايد رقيق درست كرد تا درهنگام خارج شدن قطعات از آن، مقدار دور ريختن محلول به كمترين حد برسد. حدود 8 تا 20 درصد مصرف شدن مواد به دليل دور ريختن محلول است.

 

شكل شماره(8) مقايسه اي ميان ظاهر پوششهاي مس الكترولس و نيكل الكترولس است ضخامت اين پوششها معمولاً بين 5/0 25/0 ميكرون براي زمان 5 تا 10 دقيقه غوطه وري مي باشد به طور كلي محلولهاي نيكل الكترولس پايدارتر هستند و نگهداري آنها آسانتر است پوششهاي مس الكترولس در محيطهاي خورنده مرطوب بهتري از خود نشان مي دهند و نيازي به مرحله پوشش دهي ضربه اي قبل از آبكاري ندارند.

 

به دليل نازكي پوششهاي الكترولس، بايد دقت كرد كه در اولين مرحلة آبكاري، تشكيل پوشش به آرامي و در دانسيته جريان پايين صورت گيرد. در غير اين صورت، تماس الكتريكي بين نوك آويز و قطعه از بين    مي رود و قطعه به شكل مناسب آبكاري نخواهد شد.[7]

10

شکل (8)

 

7-2- نيكل شيميايي

*نيكل شيميايي- آبكاري شيميايي نيكل بايد موارد زير را در برداشته باشد:

*منبع ين نيكل ، بيشتر سولفات نيكل

*يك ماده احياء كننده براي تدارك الكترون مورد نياز نيكل

*انرژي (حرارت)

*مواد كمپاكس سازي كه مقدار نيكل آزاد واكنش را كنترل نمايد

* مواد تامپون ، براي ثابت نگه داشتن پ هاش محاول كه بخاطر توليد هيدروژن در اثناي واكنش تغيير ميكند.

*شتاب دهنده هايي كه بر سرعت واكنش مي افزايند.

* پيشگيرنده هايي كه مقدار احياء را كنترل مي نمايند.

* واكنش مواد توليد شده جنبي.

مشخصات يك محلول آبكاري شيميايي بستگي به تركيب آن از اين موارد دارد.

 

 

مواد احيا كننده:

پاره اي از مواد احيا كننده در تهيه اين محلول به كار مي رود: سديم هيپوفسفيت و امينوبران: سديم بروهيدرات و ئيدرازين.

بيشتر آبكاري هاي نيكل شيميايي به ويژه آبكاري نيكل روي پلاستيك از محلول استفاده مي كنند كه احياء كنندة آن هيپوفسفيت است امتياز آن بر احيا كننده هاي ديگر ارزاني و كنترل ساده تر و مقاومت پوشش آن در برابر خوردگي است به اين دليل ما فقط به تشريح اين يكي مي پردازيم:

كاتاليزور

 
چندين  مكانيسم براي توجيه واكنشهاي آن آمده است موردي كه بيشتر از همه مورد قبول همگان واقع شده است، مكانيسم زيرين است:

 

حرارت

 
(1)                                   مطلق          

مطلق

 
 

(2)                                                                                               

 

حرارت

 
(3)                                                            

 

(4)                                                                               

 

در حضور يك سطح كاتاليتيكي  و انرژي به اندازة لازم و يونهاي هيپوفسفيت به ارتوفسفيت اكسيده ميشوند مقدار ئيدروژن مجذوب سطح كاتاليتيكي مي گردد. سپس نيكل در اين سطح با جذب ئيدروژن فعال احيا مي شود. در همين حال پاره اي از ئيدروژنهاي جذب شده و مقداري از هيپوفسفيت را در سطح كاتاليتيكي احياء نموده و به آب و ين ئيدروكسيل و فسفر تبديل مي كند. بيشتر هيپوفسفيت حاضر در سطح كاتاليتيكي اكسيد شده و به ارتوفسفيت و گاز ئيدروژن بدل گرديده و صرف نظر از نشست نيكل و فسفر از راندمان محلول مي كاهد معمولاً براي نشاندن يك كيلوگرم نيكل با راندمان 37% و پنج كيلوگرم سديم هيپوفسفيت لازم است.[7]

 

انرژي:

مقدار انرژي يا حرارتي كه به محلول آبكاري شيميايي نيكل داده مي شود يكي از مهمترين عواملي است كه در واكنش احيايي موثر است دما انرژي اي است كه چنين محلولي در بر دارد.

بنابراين از سويي دماي بيشتر باعث افزايش سرعت نشستن روكش مي شود و از سوي ديگر قطعات پلاستيك نمي توانند دماهاي زياد را تحمل نمايند زيرا دماهاي زياد باعث پيچيدن آنها شده علاوه بر آنكه اختلاف ضريب حرارتي ميان پلاستيك ها و نيكل ممكن است ايجاد اشكالاتي در چسبندگي آنها و به هنگام خنك شدن قطعه نمايد و بنابراين در اين مورد نبايستي دما از 50 درجه سانتيگراد افزايش يابد.

 

 

مواد كمپلكس ساز:

براي پيشگيري از تجزية همزمان محلول و كنترل واكنش بدان گونه كه تنها در سطح كاتاليتيكي و عمل تجزيه صورت گيرد مواد كمپلكس ساز افزوده مي شوند اين مواد كمپلكس ساز و اسيدهاي آلي يا نمكهاي آنهاست كه براي كنترل نيكل آزاد آماده براي واكنش افزوده مي گردد كوشش آنها در جهت تثبيت محلول و كندي نشاندن فسفيت نيكل است.

اين مواد از سوي ديگر پ هاش محلول را ثابت نگاه داشته و از كاهش تند آن هنگامي كه يونهاي هيدروژن در واكنش احياي نيكل تشكيل مي گردند، پيشگيري مي كنند آمونياك و ئيدروكسيدها و يا كربناتها نيز بدين منظور به كار برده مي شوند.

كمپاكس سازهايي كه مورد استفاده قرار مي گيرند و نمكهاي اسيد گليكوليك و اسيد سيتريك يا اسيد استيك مي باشند اسيدهايي مانند اسيد سوكسينيك و اسيد گلوتاريك اسيد لاكتيك و اسيد پروبيونيك و اسيد امينواستيك نيز به كار مي روند.

كار كمپاكس سازي اسيدهاي مختلف تفاوت دارد ولي مقدار ارتوفسفيتي كه به صورت محلول مي تواند وجود داشته باشد و اندازة آنها را تعيين مي كند.

 

شتاب دهنده ها:

مواد كمپلكس ساز از سرعت واكنش احياي نيكل كاسته و ممكن است كه سرعت آنرا به گونه اي غير اقتصادي كند كنند براي مقابله با اين اشكال افزودنيهاي آلي كه شتاب دهنده ناميده مي شوند، اغلب به مقدار كم به محلول افزوده مي شوند كار اين مواد سست كردن بند ميان اتم ئيدروژن و اتم فسفر در مولكول هيپوفسفيت است و تا امكان حذف ودر نتيجه جذب آن به سطح كاتاليتيكي بيشتر فراهم گردد شتاب دهنده ين هيپوفسفيت را فعال نموده و به سرعت واكنش (1) شتاب مي دهد در بيشتر موارد اسيد سوكسينيك اينكار را انجام مي دهد و اگر چه ديگر اسيدهاي كربنيك و فلوئوريدهاي محلول و پاره اي حلالها نيز بكار
مي روند.

پيش گيرنده ها:

واكنش احياي نيكل در آبكاري شيميايي آن بايد به گونه اي كنترل شود كه عمل نشست با سرعت پيش بيني شده، و تنها به روي قطعة مورد نظر صورت گيرد براي دستيابي به اين هدف و پيشگيرنده ها افزوده مي شوند محلولهاي آبكاري شيميايي نيكل مي توانند ساعتها و روزها بدون پيشگيرنده ها كار كنند و اين يكبار ممكن است كه بدون پيش بيني قبلي شروع به تجزيه نمايند.

عمل تجزيه معمولاً با پيدايش ذرات كلوئيدي و جامد در محلول آغاز مي گردد اين ذرات ممكن است ذرات خارجي (همانند گرد و خاك) باشند كه وارد محلول گرديده اند و يا خود محلول در نتيجه تراكم ارتوفسفيت بيش از مرز حلاليت آن و آنها را توليد نمايد سطح اين ذ رات صرفنظر از آنكه از چه منبعي در محلول پيدا شده اند كاتاليزوري براي شروع واكنش احيا خواهد بود كه منجر به يك واكنش زنجيره اي خود شتاب و در نتيجه واكنش احيا محلول مي گردد. اينكار معمولاً با آزادسازي ئيدروژن بيشتر و پيدايش لخته هاي سياهرنگي درون محلول همراه است.

حلاليت فسفيت در محلول و هنگامي كه مواد كمپلكس ساز همانند اسيد سيتريك يا اسيد گليكوليك افزوده مي شود در هر صورت استفاده از كمپلكس سازهاي قوي بيشتر از حد لازم آن و باعث كاهش سرعت نشست و افزايش تخلخل و براقي روكش ميگردند.

 

يون ئيدروژن (H+):

كه در اثر واكنش احيا توليد مي گردد، پ هاش را پايين مي آورد پ هاش محلول تاثير زيادي هم در كاركرد و هم در تركيب روكش دارد براي كاهش تغييرات پ هاش و كمك به ثابت نگاه داشتن شرايط كاري و خواص روكش و تامپونها در محلول آبكاري شيميايي نيكل بكار گرفته مي شوند پاره اي از تامپونها كه بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از استات و پروپيونات و سوكسينات. افزايش مواد قليايي همانند محلولهاي ئيدروكسيد و كربنات يا آمونياك نيز براي خنثي نمودن اسيد تشكيل يافته در حين آبكاري بكار مي رود.[7]

با توجه به مطالب پيشين محلولهايي كه در اين مورد پيشنهاد مي شوند و محلولهايي هستند كه در 25-50 درجه سانتيگراد كار مي كنند و قليايي هستند (كه آمونياكي آن ترجيح داده مي شود زيرا توانايي آن را دارد كه با پالاديم زيادي كمپلكس تشكيل داده و از واكنش تجزيه خودبخودي پيشگيري نمايد) با آنكه بيشتر تركيبهاي اين مواد در انحصار شركتهاي دست اندركار است و دو فرمول نمونه وار پيشنهادي به شرح زير است:

7-2-1- تركيب محلول نيكل شيميايي

 

1-كلرور نيكل

120 گرم در ليتر

سديم هيپوفسفيت

105 گرم در ليتر

آمونيوم سيترات

65 گرم در ليتر

سود

تا پ هاش مطلوب

 

شرايط كاركرد:

 

پ هاش

10

دما

30-50 درجه سانتيگراد

سرعت روكش

3-11 ميكرون در ساعت

مدت

5-10 دقيقه

سطح قطعات

1/0 تا 1 دسيمتر مربع در ليتر . مقدار بيشتر از اين از ثبات محلول مي كاهد.

همزدن

با هواي ملايم يا گيربكس

 

2- فرمول دوم كه سولفاته است:

سولفات نيكل

 50 گرم در ليتر

سديم هيپوفسفيت

50 گرم در ليتر

سديم پيروفسفات

100 گرم در ليتر

آمونياك

35 گرم در ليتر

 

شرايط كاركرد:

 

پ هاش

10

دما

25 درجه سانتيگراد

سرعت روكش

3 ميكرون در ساعت

مدت

5-10 دقيقه

سطح قطعات

1/0 تا 1 دسيمتر مربع در ليتر . مقدار بيشتر از اين از ثبات محلول مي كاهد.

همزدن

با هواي ملايم يا گيربكس

 

بسيار خوبست كه دائم محلول را فيلتر نمود. ولي اگر اين امكان پذير نيست بهتر است مرتباً روزي يك مرتبه از صافي با سوراخهاي 5-10 ميكرون آنرا فيلتر نمود تا ذرات نيكلي كه ممكن است از قطعه به درون محلول بيفتد و حذف نمايد پس از هر فيلتراسيون بايستي پمپ را با اسيد نيتريك رقيق و سپس آب شست.

هفته اي يك بار يا هر گا ه كه بدون وجود قطعه در محلول گاز از آن خارج مي شد آنرا به درون تانك ذخيره پاكيزه يا يك تانك ديگر فيلتر نمود پس از آن ابتدا قطعات ته تانك جمع آوري و سپس ذرات نيكلي را كه به ديوارة تانك چسبيده با فشار آب شلنگ جد انموده و به اين ترتيب تانك را كاملاً پاكيزه كرد نيكلهاي ته نشين شده و چسبيده به ته تانك را با اسيد نيتريك 50% حجمي مي توان جدا نمود پس از اين كه همه ذرات و ته نشينها از تانك زدوده شد بايد آنرا با آب كاملاً شسته و محلول آبكاري را از نو بدرون آن فيلتر كرد.

 

بايد توجه نمود كه ديواره هاي تانك را هيچگاه نبايستي با سيم و وسائل ظرفشويي همانند آن پاك كرد چرا كه اين باعث خراشيدن ديواره هاي تانك مي گردد كه همين خراشها مكان مناسبي براي نشست نيكل بيشتري خواهند شد.

 

عمر اين محلولها دست كم بايستي به اندازه سه بار نمك نيكل افزودن باشد و اگر پيشنهادات خوبي اجرا شود و از هر تغيير آشكار غلظت بايد خودداري گردد و پس از هر استفاده سنگين از محلول پيشنهاد ميشود كه آنرا فيلتر و تانك شسته شود.

 

از تجمع سنگين نيكل روي ديواره هاي تانك و گرمكنها با شستشوي مرتب همراه با فيلتراسيون مي توان پرهيز كرد پس از آنكه نيكل محلول سه بار تقويت شد و مقدار فسفيت محلول شروع به كاستن از سرعت نشست روكش مي نمايد براي مقابله با اين و مدت ماندن قطعه در محلول يا دماي آنرا بايد افزايش داد از وسوسة افزودن هيپوفسفيت بايستي دوري جست البته كار كردن با پ هاش كمتر در چنين شرايط نيز مفيد است.

 

 

 

 

 

7-2-2- روش كنترل محلول نيكل شيميايي

1-اندازه گيري غلظت نيكل و هيپوفسفيت و افزايش مقدار لازم

هفته اي و اگر روزانه مقدار معمول افزوده شود

2- اندازه گيري پ هاش

هر صبح و بعدازظهر

3- افزايش آمونياك يا سود

هر صبح و بعدازظهر براي تنظيم پ هاش اگر محلول براي چند روز بلااستفاده مي ماند لازم است پيش از رها كردن آن پ هاش را تا 5/10 بالا برد.

4- شستشوي تانك

هفته اي يكبار

5- فيلتراسيون

دائم يا روزي يكبار

7-3 مس شيميايي

بحث مس شيميايي به اختصار بيان مي شود و زيرا اولاً به دلائل گفته شده و كمتر مورد توجه بوده و ثانياً از نظر كاركرد كمابيش مشابه نيكل بوده ، و از تكرار مطالب بيان شده براي پرهيز از طولاني دشن كلام خودداري مي شود.

در آبكاري مس شيميايي از سولفات مس به منزلة منبع يون مس، فرمالدئيد به عنوان  احياء كننده واكنش و ورسنات سديم به مثابة كمپلكس ساز و سود و كربنات سديم به منزلة تامپون و تامين كننده يون ئيدروكسيل مصرفي در حين واكنش هاي جنبي و نمك راشل به عنوان شتاب دهنده بكار مي روند مكانيسم واكنش به قرار زيرين بوده :

 

7-3-1 تركيب محلول مس شيميايي

 

سولفات مس

30 گرم در ليتر

نمك راشل

140 گرم در ليتر

سود

15 گرم در ليتر

كربنات سديم

25 گرم در ليتر

ورسنات سديم

20 سي سي در ليتر

فرمالدئيد 37% وزني

150 گرم در ليتر

 

براي ساختن محلول در ابتدا تانك را تا يك سوم از آب پر نموده و كليه مواد بجز مواد فرمالدئيد را در آن خوب حل كرده و حجم آنرا تا  اندازه اي كه جا براي فرمالدئيد باقي بماند (يك شيشه حجم كل) درست پيش از شروع به كار و فرمالدئيد را به آن ا فزوده و كار با شرايط زير آغاز مي گردد:

 

دما

20-30 دقيقه

مدت

5-15 دقيقه

سرعت واكنش

25 ميكرون در ساعت

 

براي كنترل محلول ازجدول پيشنهادي نيكل مي توان استفاده نمود.
محمد رضا ابراهیمی
+ نوشته شده در  دوشنبه چهاردهم دی 1388ساعت 17:57  توسط محمد رضا ابراهیمی  |