دانلود تحقیق آبکاری فلزات

روش آبکاری فلزات برای اهداف تزئینی ومحافظتی از دیر باز موردتوجه بوده است.

بدون شک این صنعت متحول شده و روشهای نوین جایگزین روشهای متداول گشته است.

آنودایزینگ نیز یکی از روش های آبکاری می باشد که درنتیجه آن یک پوسته اکسیدی بر روی سطح مورد نظر بوجود آمده و مقاومت به خوردگی وسایش را افزایش می دهد.

عملیات آنودایزینگ رنگی همچنین می تواند باعث ایجاد ظاهری زیبا بر روی سطح مورد نظر شود.

خصوصیات ویژه فولاد گالوانیک به واسطه مقاومت به خوردگی خوب آن باعث ایجاد طیف وسیعی از کاربردهای آن همچون لوله های آب، ورقه های کابینت سازی و هرجائی که نیاز به مقاومت به خوردگی واستحکام بالا باشد شده است که داشتن ظاهری زیبا می تواند کاربرد بهتری را به آنها بدهد.

با انجام پروسه آنودایزینگ رنگی برروی فولاد گالوانیک هم بواسطه ایجاد پوسته اکسیدی مقاومت به خوردگی وسایش افزاش یافته وهم اینکه این پوسته اکسیدی می تواند بصورت رنگی ظاهر شده ونیاز به رنگ کاری بعدی برروی فولاد را رفع کند.

بنابراین آنودایزینگ رنگی فولاد گالوانیک می تواند اهمیت خاصی در صنعت امروزی داشته باشد.

در این پروژه به بررسی پارامترهای موثر برآنودایزینگ رنگی فولاد گالوانیک پرداخته شده است به طوری که درابتدا این بررسی ها برای روی خالص صورت گرفته وسپس شرایط به سمت فولاد گالوانیک هدایت شده است.

شرایط ایجاد این پوسته رنگی در مورد روی وفولاد گالوانیک طبق آنچه که در عمل صورت گرفته است بصورت مکتوب آورده شده است.

فصل دوم: مروری بر منابع
آنودایزینگ
آنودایزینگ شاخه ای ازآبکاری الکتریکی فلزات می باشد که در طی آن پوسته ای اکسیدی بر روی سطح فلز تشکیل می گرددکه می توان ظاهری رنگی رانیز در ضمن تشکیل این پوسته اکسیدی ایجاد نمود.

برای تعیین نمودن پارامترهای موثر در فرآیند آنودایزینگ در یک دید کلی تری می توان پارامترهای موثر درفرآیند آبکاری را بررسی نمود که مهمترین این پارامترها به صورت زیر دسته بندی میشود:
1 پلاریزاسیون 9گردش محلول
2 ولتاژ 10 تلاطم
3 چگالی جریان 11- توان پرتاب
4 درجه تفکیک الکترولیت 12- توان پوشاندن
5 سرعت حرکت یون ها 13- آند
6 هدایت الکتریکی ویژه 14- عوامل متالورژیکی
7 غلظت یون فلزی 15 قوانین فاراده
8-PH محلول 16-سطح اولیه ازنظر تمیز بودن
1- پلاریزاسیون
اختلاف پتانسیل یک الکترود را بین حالت مدار باز وحالتی که جریان می گذرد پلاریزاسیون گویند.پلاریزاسیون با عبور جریان مخالفت می کند و نقش کنترل کننده خوردگی را دارد.

پتانسیل لازم برای نشست یک یون فلزی از محلول نمکی آن به شدت تحت تاثیر پلاریزاسیون قرار می گیرد.

عوامل موثربر واکنشهایی که در الکتروها رخ می دهدموجب پلاریزاسیون می شوند.

انواع مختلف پلاریزاسیون ناشی ازطبیعت این عوامل است این پدیده مهم ترین عامل در آبکاری است.بطور کلی سه نوع پلاریزاسیون فعال سازی، غلظتی ومقاومتی وجود دارد.

2- ولتاژ
ولتاژ رابین دوترمینال اندازه می گیرند که عبارتست ازنیروی لازم برای عبور جریان وشامل سه قسمت است:
الف- ولتاژ لازم برای عبور جریان از آند به الکترولیت، از الکترولیت به الکترولیت نزدیک کاتد وعبور ازالکترولیت به کاتد.

ب- خنثی کردن مقاومت خود الکترودها برای عبور جریان.

ج- ولتاژ لازم برای غلبه برمقاومت سل.

ازآنجا که تغییرات مقاومت با ترکیب شیمیایی محلول ودما و چگالی جریان که از سل عبور می کند مربوط است، جریان را نمی توان از روی قانون اهم بدست آورد مگر آنکه شرایط سل را بطور دقیق بدانیم.

افزایش ولتاژ الزاما منجر به افزایش جریان نمی شود اگر چه اکثرا چنین است.

در اکثر روش ها ولتاژ را در سل ثابت نگه می دارند تا نتیجه رضایت بخش حاصل شود جریانی که از سل می گذرد به ابعاد الکترودها وکار انجام شده در سل نیز بستگی دارد.

3- چگالی جریان افزایش چگالی جریان سل که به ازای آن مقدار جریان بر واحد سطح اضافه می شود موجب افزایش ظرفیت تولیدو کاهش سرمایه و نیز کاهش سطح کارخانه نسبت به واحد محصول می شود ولی همواره با افزایش چگالی جریان بازده انرژی الکتریکی کاهش میابد.

در بیشتر آبکاری ها تغییرات چگالی جریان عامل کنترل کننده ای در خواص پوشش است.

مناسبترین حالت را درعمل عواملی نظیر قیمت انرژی، مخارج تولید، ارزش مواد مصرفی وذخیره شده در انبار و نیز انرژی مصرفی نسبت به واحد محصول تعیین می کند.

برای فلزات قیمتی حتی اگر بازده کم باشد چگالی جریان زیاد به کار می رود زیرا در آنجاکیفیت سطح اهمیت بیشتری دارد و در برخی سیستم ها به طور خودکار چگالی جریان را تنظیم می کنند مثلا با تغییر ولتاژ.

4- درجه تفکیک الکترولیت هرچه درجه یونیزاسیون بیشتر باشد در صورت ثابت بودن سایر عوامل قابلیت هدایت الکتریکی بیشتر میشود.

درجه تفکیک الکترولیت های مختلف در محلول های 10/1نرمال آنهادر جدول2-1 آورده شده است.

جدول2-1 درجه تفکیک الکترولیت های مختلف در محلول های 10/1 نرمال آنها 5- سرعت حرکت یون ها سرعت حرکت یون ها تحت تاثیر ملکول ها و یون های مجاور و ملکول های آب قرار می گیردو به اختلاف پتانسیل بین الکترودها بستگی داردو برای دو الکترود با فاصله یک سانتی متر و اختلاف پتانسیل یک ولت بر حسب سانتی متر بر ثانیه بیان می شود.

این سرعت برای هر یون مقدار ثابتی است ولی تحت تاثیر عوامل بسیاری از قبیل فشار، نوع حلال، غلظت و دما قرار می گیرد.

دو یون مختلف العلامه با سرعت های مختلفی حرکت می کنند.

توجه شود که در هر الکترود ممکن است یون های واکنش کننده بیش از تعداد یون های مهاجرت کرده باشند.

در هر صورت تعداد کاتیونها و آنیونهای واکنش کرده مساوی است.

در نتیجه ممکن است اطراف یک الکترود سریعتر از الکترود دیگر تهی شود مگر آنکه با هم زدن محلول تعادل را برقرار کنیم.

این اختلاف غلظت ناشی از مهاجرت یونها را پدیده انتقال گوئیم.

اختلاف در عدد انتقال باعث می شود تا یونهای مساوی در آند و کاتد باردار شوند یا بار خود را از دست بدهند.

عدد انتقال کاتیون را به Tk وعدد انتقال آنیون را به Ta نمایش میدهیم و مجموع این دو برابر یک است.

در محلول 10 نرمال سولفات نیکل 0.634 =Ta و 0.366=Tk است وسولفات سریع تر از نیکل جابجا می شود.

عدد انتقال برای الکترولیت های نمکی حدود نیم است و فقط در مورد اسیدها و بازها اعداد خیلی متفاوتی ایجاد می شود مثلا در مورد اسید سولفوریک 02/0 نرمال 823/0 Tk = و177/0Ta= است.

ولذا یون های هیدروژن به طور قابل ملاحظه ای سریع تر از یون های سولفات مهاجرت می کنند.

6- هدایت الکتریکی ویژه مقاومت یک الکترولیت R به مقاومت ویژه آن ‌ρ و فاصله بین صفحات آندی و کاتدی ι و سطح مقطع آن A بستگی داردکه ,RιوA به ترتیب بر حسب اهم ، سانتی متر و سانتی متر مربع می باشند.

/Aιρ R= ι=AR/ρ ویا بهتر است هدایت الکتریکی ویژه را که عکس مقاومت ویژه است در محاسبات به کار ببریم.

ρ /ιK= هدایت ویژه با افزایش غلظت محلول زیاد میشود زیرا تعداد یون های محلول افزایش میابد ولی از آنجا که درجه تجزیه پس از غلظت معینی کاهش می یابد لذا تعداد یونها در محلول و در نتیجه هدایت ویژه پس از عبور از یک ماکزیمم کاهش می یابد.

این موضوع در شکل 2-1 برای اسید سولفوریک آمده است.الکترولیت های دیگر نیز منحنی های مشابهی دارندوماکزیمم منحنی به ماده ی حل شده بستگی دارد.

شکل2-1 هدایت الکتریکی ویژه اسید سولفوریک بر حسب غلظت آن به منظور مقایسه هدایت الکتریکی الکترولیت های مختلف باید استانداردی را انتخاب کنیم.

در عمل قابلیت هدایت الکتریکی مولار یعنی هدایت مولی را در نظر می گیرند.

هدایت مولی (A) عبارتست از نسبت هدایت ویژه یک الکترولیت (K) به غلظت مولی آن (CM): A=K/CM اگرچه هدایت ویژه باکاهش غلظت کم می شود ولی هدایت مولی کم نمی شود بلکه مرتبا افزایش می یابد و به مقدار ثابتی می رسد.

این مقدار ثابت را هدایت مولی درحالت حدی، هدایت حدی می گوئیم.

معمولا به جای هدایت مولی از هدایت اکی والان (Aeq) هم استفاده می شود و عبارتست از: Aeq=k/Ceq =Ceq غلظت اکی والان مقادیر Amو Aeq برای تعیین درجه یونیزاسیون بسیار مهم اند و اگر Ac هدایت مولی در غلظت C و Ao مقدار پائینی آن باشد (در محلول بسیار رقیق=0 C) آنگاه درجه یونیزاسیون الکترولیت عبارت است از: Ac/A =α مقادیر قابلیت هدایت اکی والان برخی از الکترولیت ها در جدول 2-2 آمده است.

جدول2-2 هدایت اکی والان چند الکترولیت در 18 درجه سانتی گراد توجه شود که 1/0A یعنی یک اکی والان گرم در 1/0 لیترآب وA1 یعنی یک اکی والان گرم دریک لیترآب.

افزایش دما قابلیت هدایت را زیاد می کند زیرا قابلیت تحرک یون ها، اتم ها و ملکول ها را افزایش می دهد.

اسیدهایی که بیشتر تجزیه می شوند دارای بیشترین قابلیت هدایت اند زیرا یون های متحرک هیدروژن بیشتری ایجاد می کنند پس از آنها بازهایی نظیر هیدروکسید سدیم و هیدروکسید پتاسیم هستند.

نمک هایی که هدایت زیادی دارند بعد از مواد فوق قرار دارند.

برخی از نمک ها به اندازه کافی قوی هستندو به خوبی تجزیه می شوند لیکن تحرک یون های آنهاکمتر از تحرک یون هیدروژن و یون هیدروکسیل است.

قابلیت هدایت الکترولیت ها کمتر از فلزات است.

قابلیت هدایت محلول اسید سولفوریک 30% در 18 درجه سانتی گراد به میزان 800000 برابر کمتر از قابلیت هدایت مس است.

طبق جدول 2-2 سرعت مطلق مهاجرت یون ها بسیار کوچک است و لذا اطراف الکترودی که در آن رسوب رخ می دهد تهی می شود.

گرم کردن محلول و یا بهم زدن آن باعث می شود تا این اشکال از بین برود و یا کمتر شود.

در تعداد زیادی از حمام های آبکاری مقاومت حمام را با افزایش نمک و یا اسید و یا باز کم می کنند در نتیجه افت پتانسیل به ازای چگالی جریان معین کاهش می یابد.

معمولا برای تغییر هدایت یک حمام لازم است که بعضی از خواص آن مثلا غلظت یون فلزی را تغییر داد.

افزودن H2SO4 به حمام CuSO4 موجب افزایش هدایت آن می شود ولی از طرفی اثر یون مشترک غلظت Cu2+ را کم می کند.

لازم به تذکر است که افزایش هدایت در نتیجه افزودن اسید سولفوریک چندین مرتبه بیشتر از تاثیر یون مشترک در کم کردن غلظت یون فلزی است.

به هر حال فرض می شود که فرآیند در هدایت بیشتر یا مقاومت کمتر بهتر انجام می شود.

7- غلظت یون فلزی غلظت یون به غلظت نمک، درجه یونیزاسیون، دماووجود یونهای مشترک بستگی دارد.

افزودن یون مشترک موجب کاهش نسبی غلظت یون فلزی می شود.

تشکیل یون های کمپلکس پایدار غلظت یون فلزی را کاهش می دهند.

در غلظت های کم فلزی حتی در چگالی جریان کم محصول پودری شکل است.

از بین یون های کمپلکس یون هایی که عامل سیانور دارند در ترکیب با فلزاتی نظیر مس، نقره، کادمیم، روی وبرنج الکترولیت مناسبی برای پوشش دادن هستند.

در ترکیبات کمپلکس غلظت یون فلزی به علت تجزیه ثانویه کم است در حالی که در ترکیبات ساده یون فلزی مخزنی از یون هاست که به مقدار کم ولی مداوم برای رشد و نمو بلور در دسترس است.

8- PH محلول PH الکترولیت به طور موثری هم روی مشخصات و ظاهر پوشش و هم روی بازده جریان موثر است.

در برخی از فرآیندهای صنعتی نظیر آبکاری نیکل مواد بافر به محلول اضافه میکنند نظیر اسید بوریک تا PH را در حد دلخواهی نگه دارند.

اسید بوریک طبق رابطه زیر تجزیه میشود: H3BO3=H2BO3¯+H+ ویون H+ ایجاد می کند و لذا کاهش یون هیدروژن در محلول که به طور همزمان در کاتد متصاعد می شود جبران می گردد و تغییرات ناخواسته که منجر به افزایش PH می شداز بین می رود.

در هر حال اگر PH افزایش یابد باید به طور جزیی آن را خنثی کرد و به حد مطلوب رساند.

از سدیم استات برای خنثی کردن جزئی اسیدها واز آمونیم کلرید برای خنثی کردن جزئی بازها می توان استفاده نمود.

اگر مقدار اسید یا باز زیاد باشد بایدآن را با عملیات ابتدائی به نزدیک منطقه خنثی رساند وگرنه مصرف سدیم استات ویا آمونیم کلرید زیاد می شود.

PH حمام روی پتانسیل تخلیه هیدروژن، رسوب ناخالصی های بازی، ترکیب شیمیایی کمپلکس یا هیدرات که از آن فلز رسوب می کند و میزان جذب مواد اضافی در کاتد اثر می گذارد.

از آنجا که نمی توان این آثار راپیش بینی کرد بهتر است PH را به طور تجربی تعیین کنیم.

اثر PH روی تنش و سختی نیزمربوط به چگونگی توزیع آخال هاست.

در حمام های مختلف حاوی یون های کمپلکس روی تعادل بین کمپلکس های مختلف اثر میگذارد و باید آنرا در رابطه با غلظت مد نظر داشت.

9- گردش محلول لازم است که ترکیب محلول را ثابت نگه داریم و تغییراتی را که در اطراف الکترودها بوجود می آیدکم کنیم.

لذا باید محلول را به هم زد و این کار با تلمبه و یا وسایل مخصوص انجام می شود.

10- تلاطم تلاطم با گردش محلول فرق می کند و عبارتست از حرکت آرام محلول در اطراف قطعه و یا حرکت دادن قطعه در محلول.

هدف این کاراز بین بردن سریع لایه تشکیل شده در مجاور کاتد می باشدکه از این فلزی تهی شده است.

علت این کار این است که وقتی اطراف کاتد تهی شود سرعت نشست کم می شودو لذا برای بدست آوردن حد اکثر سرعت نشست ایجاد تلاطم لازم است و نیز باید محلول سنگین اطراف آند را از بین بردتا آند بتواند حل شود و تلاطم برای این منظور مفید است.

باید توجه داشت که گردش محلول که در آن حرکت بیشتر است هدف آن برای کل محلول است ولایه نازک با تلاطم فرق می کند.

همچنین گردش محلول برای یکنواخت کردن دما و ترکیب شیمیایی آن است.

با ایجاد تلاطم با استفاده از هوا یا تلمبه میتوان از چگالی جریان بیشتری استفاده کرد زیرا تلاطم به توزیع یونها کمک می کند.

11- توان پرتاب این عبارت قابلیت محلول را برای نشاندن فلز روی نقاط دور افتاده قطعه بیان می کند.

اگر در یک پیل آند را در یک طرف و یک کاتد نزدیک به آن و یکی در فاصله دورتری از آن قرار دهیم و دو کاتد را به هم وصل کنیم انتظار نداریم روی کاتدی که در فاصله دورتر است فلز بیشتر رسوب کند.

اگر کاتد دوم درست در فاصله دوبرابر ازآند نسبت به کاتد اول قرار داشته باشد آنگاه انتظار داریم که روی کاتد دوم فلز رسوب کرده نصف کاتد اول باشد در حالی که اگر این آزمایش را به طور واقعی انجام دهیم و با یک محلول مشخص کار کنیم می بینیم که روی کاتد دوم فلز بیشتری از آنچه که انتظار داریم رسوب کرده است.

در این صورت می گوئیم محلول دارای توان پرتاب مثبت است.

در حالت ایده آل که با وجود فاصله متفاوت بین کاتدها مقادیر رسوب روی هردو کاتد مساوی باشد می گوئیم توان پرتاب محلول صد در صد است.

این حالت در هیچ روش آبکاری الکتریکی رخ نمی دهد.

لیکن در نشست شیمیایی که بدون جریان برق انجام می شود این حالت رخ می دهد و نیز در آنودایزینگ آلومینیم در اسید کرومیک که درآن لایه ای عایق تا پوشاندن کامل سطح تشکیل می شود این حالت وجود دارد.

از طرف دیگر اگر ببینیم که مقدار فلز به طور معکوس با فاصله متناسب است آنگاه توان پرتاب صفر است.

گاهی حتی فلز بیشتری روی الکترود نزدیک و فلز کمتری از آنچه انتظار می رود روی الکترود دورتر می نشیند در این حالت می گوییم توان پرتاب منفی است.

توان پرتاب یک محلول به شرایط کار بستگی دارد.

به هر حال آن را می توان برای هر شرایطی تعیین کرد.

اگر L نسبت فواصل دو کاتد از آندو M نسبت وزن فلز رسوب کرده روی آن دوباشد: T.P=(L-M)*100/L+M-2 or T.P=100(L-M)/M در این حالت وقتی فواصل کاتدها از آند 1 و 2 باشد در آنصورت 2L= خواهد بود و M عبارت است از وزن فلز رسوب کرده روی کاتد دور بر وزن فلز رسوب کرده روی کاتد نزدیک که اگر1 M= "در حالت ایده آل " باشد آنگاه 100 T.P=% خواهد بود.

اگر M=L باشد 0 T.P= است و اگر M=1 باشد 100 T.P=+% و اگر فلزی روی کاتد2 ننشیند آنگاه 100 T.P=-% است.

این توان به شرایط تعیین آن و سل استانداردی که به کار می رود بستگی دارد که توسط موسسه استاندارد انگلیس مشخص شده است.

معمولا توان پرتاب را به طور کمی اندازه گیری نمی کنند لیکن لازم است بدانیم که خوب است یا بد برای مثال محلول های سیانور نقره یا کادمیم توان پرتاب نسبتا خوبی دارند.

برای نیکل توان پرتابی کمتر است و برای کروم این توان خیلی بد است لذا در عمل آبکاری کروم برای قطعاتی که شکل غیر متعارفی دارند مشکل است.

معمولا از سل هارینگ برای اندازه گیری این توان استفاده می شود.

این سل به طور شماتیک در شکل2-2 آمده است.

12- توان پوشاندن مشابه توان پرتاب است با این تفاوت که منظور از توان پوشاندن قابلیت محلول برای نشاندن یک فلز بر روی فلز غیر مشابه است.

توان پوشاندن برای فلزات مختلف فرق می کند در حالی که توان پرتاب ویژگی محلول برای تولید پوشش روی سطحی است که لایه ای از پوشش دارد.

شکل2-2 سل هارینگ برای اندازه گیری توان پرتاب 13- آند برای آبکاری از آندهایی به شکل ورق یا میله استفاده می شود.

فلز آند باید از هرگونه آلودگی پاک باشد تا آلودگی ها به داخل حمام سرایت نکرده و یا در کاتد رسوب نکنند.

این مواد به صورت لجن های غیر محلول روی سطح آند را می پوشانند.

آندها ممکن است به شکل های مختلفی باشند و از قلاب آویزان باشند و یا به صورت قطعات کوچک در کیسه های مخصوص قرار گیرند.

نوع آند وشکل و اندازه و چگونگی آند در هر آبکاری مشخص شده است.

دربرخی از محلول ها مانند نیکل کاری آندها را در کیسه های بافته شده می گذارند تا از نفوذ ذرات فلز و یا لجن های ناشی از تجزیه آندی به داخل محلول آبکاری جلوگیری کنند.

اغلب آند های حل شونده در عملیات آبکاری الکتریکی ارجحیت دارند رفتار آند نقش عمده ای در فرآیند آبکاری از نظر بازده جریان توان پرتاب و ثابت نگه داشتن ترکیب شیمیایی حمام دارد.

آندهای حل شونده ایده آل باید دارای خواص زیر باشند: الف- اگر فقط جریان به آنها اثر کند باید به صورت یکنواخت و صاف حل شوند.

ب- کمترین لجن را تولید کنند.

ج- بازده جریان آند در هنگام حل شدن بالا باشد.

د- حد جریان آنها بالا باشد میتوان با بزرگ انتخاب کردن سطح آند برای مواد بحرانی به این حد دست یافت.

ر- متناسب با قیمتشان دارای ماکزیمم درجه خلوص باشند.

روش ساخت آندها نیز بسیار مهم است آندهای ریخته شده ممکن است باعث انتقال ذرات ناشی از سایش قالب به حمام شوند و ساختارهای درشت دانه نیز باعث حل شدن غیر یکنواخت آند می شوند.

معمولا آندهای نورد شده بهترین آندها هستند.

در این آندها خلل و فرج نیز وجود ندارد.

البته برخی از فلزات را به این طریق نمی توان تهیه کرد.

خصوصا کروم را نمی توان به عنوان آند حل شونده به کار برد زیرا کروم با درجه خلوص تجارتی شکننده است.

وقتی فلز نشست کننده را نتوان به صورت ساخته شده تهیه کرد از آندهای غیر محلول استفاده می شود.

همچنین وقتی بازده جریان کاتدی در آندهای غیر محلول به مقدار قابل ملاحظه ای کمتر از بازده جریان در آند حل شونده باشد این آندها را همراه با آندهای حل شونده به کار می برند.

درحالت اخیر سطح آند طوری انتخاب می شود که حل شدن آند حل شونده کاهش کاتدی فلز نشست را در محلول جبران کند.

غالبا سرب با درجه خلوص 99.9% به کار می رود و معمولا آن رادریک محلول الکترولیز اولیه قرار می دهند تا پراکسید پایدار و قهوه ای رنگ PbO2 تشکیل شود.آماده سازی آند های سربی شامل عملیات آندی در محلول اسید سولفوریک رقیق به مدت چند دقیقه و با چگالی جریان 10 تا50 آمپر بر دسی متر مربع است به طوری که یک لایه پر اکسید کامل روی آند تشکیل شود.

عناصر آلیاژی نظیر قلع، آنتیموان یا نقره به میزان 6 تا 7درصد به آند اضافه می شوند که باعث پایداری لایه پراکسید سرب می شوند و آند را سخت تر می کنند.

دربیشتر فرآیندها تشکیل PbO2 قهوه ای معیاری برای مطمئن بودن کار محسوب می شود.

آندها باید در مقابل اکسیژن نیز مقاوم باشند.

سایر مواد مناسب برای آندهای غیر محلول عبارت اند از آلیاز آهن با 3% سیلیسیم، تیتانیم پلاتینه شده و گرافیت که ماده اخیر بر اثر اکسیداسیون به مواد گازی تبدیل می شود.

فولاد زنگ نزن و طلا نیز کاربردهای محدودی در آبکاری دارند.

فولاد زنگ نزن به طور وسیعی در عملیات پوشش های تبدیلی شیمیایی و یا در آنودایزینگ آلومینیم به کار می رود البته شاید استفاده از لغت غیر محلول برای این آندها صحیح نباشد زیرا تجربه نشان داده است که این فلزات هم به آرامی در الکترولیت حل می شوند.

14- عوامل متالورژیکی در سال های اخیر به خواص متالورژیکی و رفتار پوشش های الکترولیزی توجه زیادی شده است.

اکثر خواص متالورژیکی این پوشش ها مشخص شده است ولی هنوز اطلاعات زیادی درباره رابطه خواص این پوشش ها نظیر مقاومت در برابر خوردگی، براقی وغیره با ساختار آن ها ناشناخته مانده است.

ساختار پوشش ها معمولا همان ساختار شبکه ای آن هاست و شکل و اندازه دانه ها معمولا به رفتار بلوری فلز بستگی ندارد ولی بر روی خواص پوشش اثر دارد.

بر خلاف شبکه F.C.C که قابلیت انعطاف خوبی دارد شبکه H.C.Pکمترین قابلیت انعطاف را دارد قابلیت انعطاف در شبکه B.C.Cمتوسط است.

این خاصیت به آسانی یا سختی لغزش در صفحات اتمی بلورها مربوط است.

معمولا دانه ها خواصی نظیر بلورها دارند ولی میزان ریزی ودرشتی آنها روی این خواص اثر می گذارد.

نسبت مرز دانه ها به حجم آنها عامل مهمی است و چون در آبکاری رسوبات حاصل معمولا ظریف اند لذا انتظار نمی رود که خواص این رسوبات باخواص ناشی از رفتار بلوری فلزات کاملا تطابق داشته باشد.

در ضمن عواملی چون مقدار رسوب همزمان مواد خارجی، تنشهای داخلی و جهت دار شدن اندازه دانه ها روی خواص پوششها اثر می گذارد.

در پوشش ها نیز عیوب مختلف نظیر نابجائی ها، مرزدانه ها و دوقلوها وجود دارد.

تعداد نابجائی ها که چگالی آنها در پوشش ها به میزان آنها در قطعات کار شده می رسد نقش موثری در خواص مکانیکی پوشش دارند.

عیوب مختلف روی خواص الکتریکی و مغناطیسی و مقاومت در برابر خوردگی پوشش ها نیز اثر می گذارند.

علاوه بر موارد فوق ذرات مختلفی که در حمام ها هستند مثلا انواع افزودنی ها بر روی خواص پوشش اثر می گذارند.

پوشش ها معمولا همان خواصی را که در دمای اتاق از رفتار بلوری فلزات انتظار می رود دارند ولی گاهی چند شکلی های عجیبی در آنها دیده می شود.

مثلا منگنز وقتی که در دمای اتاق رسوب کند ساختار گاما را دارد و شبکه آن مکعبی ساده و قابل انعطاف است لیکن متاسفانه بعد از چند ساعت به تدریج به شکل پایدار در دمای اتاق تبدیل می شود که دارای ساختاری پیچیده با قابلیت انعطاف کم و یا بدون انعطاف است.

اغلب مطالعه متالورژیست ها روی نمودار های تعادلی فازهاست و رسوبات الکترولیزی نیز معمولا فازهای پیش بینی شده از نمودارهای تعادلی هستند لیکن استثناهای زیادی وجود دارد مثلا در سیستم تنگستن و کبالت وقتی که آلیاژی با 25% تنگستن و 75% کبالت رسوب داده شود از نظر شرایط تعادلی باید در کمتر از دمای 100 درجه سانتی گراد دو فاز مختلف را داشته باشد.

اما رسوب الکترولیزی محلول جامد است و در حقیقت یک فاز ناپایدار می باشد.

همچنین همانطور که انتظار می رود رسوب حاصل سختی و استحکام زیادی دارد.

تمایل این آلیاژ به نشست به صورت محلول جامد پایدار و یا ناپایدار بسیار زیاد است.

در اکثر سیستم هایی که فازهای میانی و یا بین فلزی در نمودار تعادلی شان وجود دارد ممکن است همین فازها در نشست حاصل شوند.

اطلاعات محدودی که در این زمینه وجود دارد معرف این است که پوشش حاصل یک فاز و در محدوده بسته یک ترکیب شیمیایی خاصی نیست و معمولا پوشش های الکترولیزی از فازهای مختلفی که روی هم قرار گرفته اند تشکیل شده است.

سیستم مس- قلع مثال بسیار خوبی است.

در سیستم نیکل- قلع فاز بین فلزی NiSn در نشست دیده می شود ولی در آلیاژهای گرم تهیه شده این فاز دید نمی شود.

برای مطالعه پوشش ها باید از میکروسکوپ های الکترونی نظیر SEM استفاده کرد.

میکروسکوپ الکترونی درباره ساختار نابجایی ها ، محل مواد خارجی که رسوب کرده اند و اندازه و شکل خارجی دانه ها و مرزهای فرعی اطلاعات خوبی می دهد.

ضخامت نمونه انتخابی برای این میکروسکوپ ها به عدد اتمی فلز بستگی دارد و هرچه عدد اتمی بیشتر باشد نمونه باید نازکتر باشد.

عملیات حرارتی نمونه ها نیز از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست و به استثنای سیالیت مجدد حلب ورق عملیات حرارتی نشست های دیگر به ندرت انجام می شود.

اطلاعات زیادی درباره تبلور مجدد و ارتباط آن با خواص پوشش ها وجود دارد و غالبا خلوص رسوبات الکترولیزی به دمای تبلور مجدد پائین آنها مربوط است.

عملیات حرارتی در دمای پائین معمول است و برای برطرف کردن تردی هیدروژنی به کار می رود و باید در انتخاب زمان و دما به اندازه کافی دقت کرد تا خواص فلز اصلی تحت تاثیر قرار نگیرد.

تنش های داخلی را هم با عملیات حرارتی می توان کاهش داد.

همچنین مواد افزودنی نیز به میزان قابل توجهی روی خواص بعد از عملیات حرارتی اثر می گذارند.

مثلا برخی مواد افزودنی به حمام نیکل سبب رسوب همزمان گوگرد می شوند که اگر این رسوبات را حتی در دماهای پایین گرم کنیم بر اثر تشکیل سولفور نیکل و رسوب آن در مرزدانه ها ترد می شوند.

15- قوانین فاراده قانون اول فاراده: مقدار ماده رسوب کرده و یا حل شده در یک الکترود با مقدار الکتریسیته ای که از محلول عبور می کند متناسب است.

ضریب تناسب را اکی والان الکترو شیمیایی گویند و برابر با مقدار ماده رسوب کرده به ازای 1 کولمب ( (A.Secمی باشد.

در عمل مقدار رسوب به ازای یک آمپر ساعت را به کار می برند.

قانون دوم فاراده: مقدار مواد رسوب کرده از الکترولیت های مختلف به ازای مقدار معینی الکتریسیته با اکی والان گرم آنها متناسب است.

مثال1.

مقدار مسی که روی کاتد در محلول سولفات می نشیند متناسب با مقدار الکتریسیته ای است که از الکترولیت عبور کرده است.

مقدار الکتریسیته را با حاصل ضرب جریان در زمان بیان می کنند (یعنیixt) و چون یک آمپر ساعت 186/1 گرم مس را به لحاظ نظری روی کاتد رسوب می دهد بر طبق اصل اول یک آمپر در دو ساعت مقدار 372/2 گرم مس رسوب خواهد بود.

مثال2.

با در نظر گرفتن اصل دوم فاراده اگر مقدار معینی الکتریسیته از محلول های نمکی فلزات مختلف مثل سولفات مس، سولفات روی و یا نیترات نقره عبور کند مقدار مس یا روی یا نیکل رسوب داده شده در کاتد با مقدار والانس گرم آنها به ترتیب متناسب می باشد.

یعنی به لحاظ نظری با عبور یک آمپر ساعت از الکترولیت های سولفات مس ،سولفات روی و نیترات نقره به ترتیب مقدار 186/1 گرم مس، 219/1 گرم روی و 025/4 گرم نقره در کاتد رسوب می کند که در شکل2-3 زیر آن را می بینیم: شکل 2-3 نمایش قانون دوم فاراده 16- تمیز بودن سطح اولیه مهمترین عامل در پوشش دادن میزان تمیزی سطح است.

طبیعت فیزیکی و شیمیایی سطح فلز در کیفیت پوشش فلزی آلی و یا معدنی اعمال شونده بر فلز اصلی بسیار موثر است.

وجود گریس، روغن، مواد ناشی از خوردگی، گرد و غبار، شن، گرافیت و یا سایر مواد خارجی در میزان چسبندگی و مقاومت پوشش موثراند .

معمولا گفته می شود که پوشش برتر از سطح فلز پایه که به آن اعمال می شود نمی باشد.

اعمال پوششی با کیفیت بالا به نحوه آماده سازی سطح فلز اصلی بستگی دارد.

کیفیت سطحی که آبکاری الکتریکی می شود باید بهتر از سطحی باشد که رنگ شده است.

برای آماده سازی سطح فلزات دو مرحله وجود دارد:مرحله اول زدودن مواد آلی نظیر روغن و یا گریس است و مرحله دوم زدودن پوسته مواد ناشی از خوردگی ومواد معدنی است.

این کارها در مراحل گریس زدایی و پوسته زدایی صورت می گیرند و سطحی مناسب برای اعمال پوشش ایجاد می شود.

همچنین می توان سطح فلزات را بعد از این دو مرحله حک کاری و یا صیقل کاری کرد.

می توان قبل از رنگ زدن سطوح را فسفاته و یا کروماته کرد تا لایه ای مقاوم در برابر خوردگی روی آن ها تشکیل شود و ضمنا چسبندگی پوشش هم افزایش یابد.

روش های مختلفی برای آماده سازی سطح آهن و فولاد وجود داردکه انتخاب آن ها به میزان تولید، نوع روغن، مواد ناشی از خوردگی، خاک و غیره بستگی دارد.

به جنبه اقتصادی نیز باید توجه کرد.

با استفاده از حمام های قلیایی و اسیدی می توان اکسید ها، سولفیدها و سایر مواد ناشی از خوردگی را از سطح فلزات غیر آهنی نظیر تیتانیم، آلومینیم، مس، روی و آلیاژهای آن ها برطرف کرد.

در این صورت سطوح تمیز ایجاد شده ممکن است زبر بوده باشند و یا حک کاری شده باشند ولی اغلب این سطوح نرم اند و به طریق شیمیایی صیقل کاری شده اند.

صیقل کاری الکتریکی نیز برای ایجاد سطوح آینه ای روی اکثر فلزات به کار می رود که سطح مناسبی برای آبکاری الکتریکی براق ایجاد می کند برای ایجاد سطحی نرم و آماده لاک زدن از این روش استفاده می شود.

ویژگی های بیکرومات پتاسیم ماده اصلی در انجام عملیات آنودایزینگ در این پروژه بیکرومات پتاسیم می باشدکه نقش رنگی نمودن سطح را بازی می کندکه به بررسی ویژگی های آن می پردازیم.

این ماده را می توان بطور خالص تهیه کرد که تا دمای نقطه ذوب پایدار می ماند.

در صورتی که محلول های آبی از آن در مقابل تجزیه به قدر کافی محافظت شوند به طور نامشخصی پایدار می مانند.

بیکرومات پتاسیم را فقط در محلول های اسیدی به کار می برند و در دمای معمولی سریعا به نمک کروم سبز کاهیده می شود این محلول ها پایداری خوبی در مقابل نور دارند.

بیکرومات پتاسیم در تعیین آهن موجود در کانه های آهن ارزش خاصی دارد.کانه را معمولا در هیدروکلریک اسید حل می کنند، Fe3+ به Fe2+کاهیده می شودو سپس محلول با محلول بیکرومات استاندارد تیتر می شود: Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3+7H2O کاهش بیکرومات پتاسیم را در محلول اسیدی به صورت زیر می توان نشان داد: Cr2O72-+14H++6e-=2Cr3++7H2O چنین استنباط میشود که هم ارز آن یک ششم ملکول گرم آن است یعنی18/294 بر 6 یا 03/49 گرم.

بنابراین محلول 1/0 نرمال بیکرومات حاوی 903/4 گرم بر لیتر بیکرومات است.

رنگ سبز یون های Cr3+ از کاهش بیکرومات پتاسیم حاصل می شود.

درجه خلوص بیکرومات پتاسیم از نوع تجزیه ای در حدود 9/99 درصد است و برای بیشتر کارها مناسب خواهد بود همچنین نوع خالص نمک تجارتی بصورت A.R.

مشخص می شود.