آبکاری فولاد یک فرآیند تولید است که در آن یک لایه نازک از فلز لایه‌ای پوششی روی فلز دیگر برای جلوگیری از خوردگی و دیگر تاثیرات محیطی تشکیل می‌دهد. آبکاری فلز مزایای بسیاری را برای محصولات ساخته شده از فلز و مواد دیگر فراهم می‌کند. برای افراد ناآگاه، ممکن است به نظر برسد که تفاوت کمی بین آبکاری و پوشش وجود دارد. به هر حال، هر دو فرآیند یک "لایه" دوم را فراهم می‌کنند اما تفاوت‌هایی با هم دارند.
فولاد یکی از پرکاربردترین فلزات در جهان است، اما نقاط ضعف ذاتی آن می‌تواند انواع مشاغل و صنایع را با مشکل روبرو کند. هزینه‌های بالای نگهداری و آسیب‌پذیری در برابر زنگ‌زدگی دشوار است، اما می‌توان با استفاده از محلول‌های مناسب آبکاری فلز، این معایب را به حداقل رساند.
انواع روش های آبکاری فولاد
آبکاری از دو روش الکتروپلیتینگ و الکترولس انجام می‌شود، الکتروپلیتینگ به جریان الکتریکی نیاز دارد و الکترولس یک فرآیند شیمیایی اتوکاتالیستی است.
مزایای آبکاری فولاد
مزایای آبکاری عبارتند از:
-
-
- بهبود مقاومت در برابر خوردگی
- افزایش قابلیت اتصال
- بهبود سختی
- کاهش اصطکاک
- تغییر رسانندگی الکتریکی
- بهبود چسبندگی رنگ
- بهبود خواص مغناطیسی
- رسوب مواد
- ظاهر تزئینی
-
مراحل انجام آبکاری فولاد
مراحل انجام فرایند آبکاری عبارتند از:
- تمیز کردن و آماده سازی سطح فلز (شامل حذف اکسید، برقکاری، تمیز کردن قلیایی)
- آبکاری فلز (آبکاری الکترولس، آبکاری، آبکاری غوطه‌وری)
- پرداخت نهایی و محافظت (شامل فسفات کردن، تبدیل کرومات، آندایز کردن)
اگر به مطالعه درباره روش های محافظتی آهن در برابر خوردگی علاقمند هستید، می‌توانید مقاله روش‌های جلوگیری از زنگ زدگی آهن را مطالعه کنید.
الکتروپلیتینگ چیست؟
الکتروپلیتینگ یک روش آبکاری است که در طی این فرآیند یون‌های فلزی از طریق محلول از یک الکترود مثبت (آند) به یک منفی (کاتد) مهاجرت می‌کنند.
یک جریان الکتریکی که از محلول عبور می‌کند باعث می‌شود قطعه کار کاتد توسط فلز موجود در محلول پوشانده شود.
از مزایای این روش می‌توان به سرعت انجام فرآیند، هزینه کم، پایداری حمام انجام فرآیند اشاره کرد.
معایب این فرایند نیز عبارتند از: محدودیت در فلز پایه، تنوع پوشش، مقاومت به خوردگی کاهش یافته سطح. شکل زیر به طور شماتیک این فرآیند را نشان می‌دهد.
این فرآیند روش مقرون به صرفه برای بهبود خواص مواد پایه است که با استفاده از دو مکانیزم از مواد زیرین محافظت می‌کند:
-
-
- محافظت فدا شونده: روی و کادمیوم از مواد پایه‌ای که آن‌ها می‌پوشانند محافظت می‌کنند و در نتیجه ترجیحاً نسبت به لایه، از بین می‌روند.
- محافظت مکانیکی: مس، نیکل، کروم، قلع و اکثر فلزات محافظت مکانیکی دارند ، به شرطی که پوشش باقی بماند. اگر نقصی در لایه آبکاری وجود داشته باشد، زیر لایه قبل از مواد آبکاری خورده می‌شود.
-
الکترولس چیست؟
الکترولس دیگر روش آبکاری است. آبکاری الکترولس، همانطورکه از نام آن پیداست، شامل تولید پوشش از محلول های یون‌های فلزی بدون استفاده از منبع خارجی انرژی الکتریکی است.
از مزایای این روش می‌توان به یکنواختی پوشش، ماندگاری بیشتر، عدم نیاز به سطح رسانای الکتریکی اشاره کرد. این فرآیند می‌تواند شامل هر یک از 3 روش زیر باشد:
-
-
- آبکاری غوطه وری شامل رسوب فلز نجیب‌تر در سری الکتروشیمیایی بر روی سطح فلز کمتر نجیب است. بهترین مثال برای این موارد زمانی است که فولاد (آهن) در محلول یون‌های مس غوطه‌ور می‌شود و مس بر روی لایه فولادی رسوب می‌کند. این روش به دلیل پوشش‌های نازک و غیر چسبنده‌ای که به طور معمول تولید می‌شوند، کاربرد کمی دارد.
- واکنش کاهش شیمیایی همگن: در کاهش شیمیایی همگن، یک معرف شیمیایی الکترون‌هایی را برای کاهش یون‌های فلزی برای رسوب در یک لایه فراهم می‌کند. با این روش می‌توان پوشش‌های ضخیم‌تری رسوب داد، اما چسبندگی هنوز وجود دارد. از دیگر معایب این فرآیند این است که محلول یون فلز و کاهنده مواد شیمیایی باید جدا نگه داشته شوند، در غیر این صورت بلافاصله واکنش نشان می‌دهند.
- رسوب اتوکاتالیستی: با استفاده از عوامل کاهنده شیمیایی الکترون‌ها را برای آبکاری فراهم می‌کند، اما محلول‌های تصفیه برای رسوب دادن بر روی سطوح طبیعی کاتالیزوری یا آن‌هایی که می‌توانند کاتالیزوری شوند، به کار گرفته شده‌اند. در این روش پوشش می‌تواند تا ضخامت قابل توجهی ساخته شده و بسیار چسبنده باشد.
-
انواع روش‌های آبکاری فولاد
آبکاری کروم:
لایه های کروم قابلیت جوشکاری و رنگ را ندارد و در مواجه با موادقلیایی و نمک ها مقاوم است. روکش‌های کروم مقاومت خوبی در اتمسفر از خود نشان می‌دهند و کدر نمی‌شوند به همین جهت برای وسایل تزئینی قابل استفاده است.
آبکاری مس:
آبکاری مس برای سیم‌های الکتریکی، ریخته گری آلومینیوم، ریخته گری روی و مواد تزئینی مناسب است. هم‌چنین اغلب به عنوان پایه‌ای برای فرآیندهای اضافی آبکاری روی انواع زیرلایه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع آبکاری از نظر اقتصادی به صرفه می‌باشد و در بهبود خاصیت رسانایی موثر است. وقتی مس پوشش سطح است، اکسیداسیون به راحتی اتفاق می‌افتد. برای جلوگیری از اکسیدشدن سطح می‌توان رنگ شفافی روی سطح اندود مس قرار داد.
آبکاری قلع:
قلع به راحتی لحیم‌پذیر است و همین موجب استفاده از آن در صنعت برق شده است. هم‌چنین قلع در مقابل مواد غذایی و اتمسفر معمولی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. با توجه به اینکه سمی نیست، کاربرد زیادی در پوشش‌کاری قطعات صنعتی مواد غذایی و صنعت کنسروسازی دارد.
آبکاری روی:
روی با تشکیل سد فیزیکی به عنوان یک پوشش فداشونده عمل می‌کند، در واقع پوشش روی به جای زیرلایه فلزی که از آن محافظت می‌کند، دچار خوردگی می‌شود. آبکاری روی بسیار بر خواص خوردگی موثر است و از نظر اقتصادی به صرفه می‌باشد. آبکاری روی کاربردهای صنعتی بسیاری دارد و به عنوان یک پوشش مقاوم در برابر خوردگی روی قطعات فلزی کوچکتر مانند پیچ و مهره و بست‌ها، لوله‌های ترمز و اجزای فرمان عمل می‌کند.
آبکاری طلا:
طلا از فلزاتی است که کمترین میل به واکنش شیمیایی را دارد. آب، محلول‌های اسیدی و نمکی بر آن تاثیر نمی‌گذارند. این نوع آبکاری معمولاً در تزئینات و اهداف صنعتی اعمال می‌شود. لایه روکش طلا مقاوم در برابر سایش، مقاوم در برابر خوردگی، تخلخل کم و بسیار عالی است که می تواند یک پایانه تماس باشد. آبکاری طلا برای وسایل الکترونیکی، وسایل ارتباطی، آداپتورها مناسب است. بدون اکسیداسیون و تغییر رنگ بسیار کمی روی سطح روکش طلا اتفاق می‌افتد، اما هزینه آن زیاد است، هزینه آبکاری بسیار به قیمت بین المللی طلا بستگی دارد.
آبکاری نقره:
آبکاری نقره برای بهبود خاصیت هدایت الکتریکی به خصوص در وسایل الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هم چنین به علت داشتن قیمت کمتر از طلا برای استفاده به منظور ایجاد براقیت به صرفه‌تر بوده است.
آبکاری نیکل:
این آبکاری جهت بهبود مقاومت به خوردگی و سایش و ماندگاری بیشتر انجام می‌شود. در صنعت ماشین سازی، قطعه سازی، هوافضا و پتروشیمی پرکاربرد است. از آنجایی که نیکل از فولاد کم کربن (اساساً آهن) نجیب‌تر است و نمی‌تواند خورده شود، از قطعات فولادی محافظت فداشونده محسوب می شود.
