آبکاری؛ تعریف و تاریخچه + شرح مراحل آن
آبکاری به عنوان یک فرآیند صنعتی، نقش مهمی در بهبود کیفیت محصولات دارد. این فرآیند با ایجاد لایه‌های نازک از فلزات بر روی سطوح مختلف، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مواد را بهبود می‌بخشد و به افزایش عمر مفید آنها کمک می‌کند. در این مقاله آیتک، موضوع آبکاری را به طور جزیی‌تر بیان کردیم تا با مفهوم آبکاری بیشتر آشنا شوید:
آبکاری چیست؟
آبکاری به فرآیند لایه‌نشانی یک فلز بر روی یک قطعه از جنس فلزی دیگر یا یک نافلز که در داخل محلول شیمیایی اتفاق می‌افتد، گفته می‌شود. اهداف عملیات آبکاری بسیار متنوع و متفاوت است. برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش تا افزایش زیبایی و درخشندگی و یا افزایش هدایت الکتریکی می‌توان از فرآیند آبکاری استفاده کرد.
انواع آبکاری (بر حسب کاربرد)
به طور کلی آبکاری به دو نوع تزئینی و مهندسی طبقه‌بندی می‌شود. در آبکاری تزئینی هدف افزایش درخشندگی و زیبایی قطعه مورد آبکاری است و بیشتر کاربرد دکوراتیو دارد. در آبکاری مهندسی هدف افزایش مقاومت به سایش یا خوردگی یا کاهش مقاومت الکتریکی در صنعت برق یا مخابرات است. انواع آبکاری‌های مرسوم تزئینی شامل آبکاری نیکل کروم، آبکاری برنج (زرد)، آبکاری نقره و طلا می‌باشند. از آبکاری گالوانیزه، کروم سخت، نیکل مات و آبکاری قلع و نقره صنعتی نیز می‌توان به عنوان آبکاری‌های مهندسی نام برد. در شکل (1) یک نمونه آبکاری تزئینی نیکل کروم دکوراتیو مشاهده می‌شود.
شکل 1- آبکاری نیکل کروم دکوراتیو
به طور کلی فرآیند آبکاری دارای الگوریتم مشخص شامل آماده‌سازی قطعه، آبکاری و فرآیند پسینی می‌باشد. قطعه قبل از انجام عملیات آبکاری باید آماده‌سازی شود. این مرحله که بسیار مهم است شامل تمیزکاری و چربیگیری از قطعه مورد نظر، زنگ‌زدایی و متخلخل سازی میکروسکوپی (اچینگ) می‌باشد. شرکت نیرو صنعت آیتک در این مرحله محصول با کیفیتی با نام حمام شستشوی آلتراسونیک در سبد محصولات خود دارد که برترین نوع چربیگیری را برای خط آبکاری به ارمغان می‌آورد.
در شکل (2) فلو چارت یا جدول مرحله بندی فرآیند آبکاری (نیکل-کروم) مشاهده می‌شود.
شکل 2- مراحل آبکشی نیکل کروم
بعد از آماده سازی قطعه کار شامل مراحل ذکر شده قطعه کار در وان یا به اصطلاح حمام آبکاری حاوی یون فلز مورد نظر قرار گرفته و فرآیند لایه نشانی روی آن انجام می‌گیرد.
انواع آبکاری (بر حسب نوع فرآیند)
به طور کلی دو نوع آبکاری در دنیا مرسوم است: آبکاری بدون جریان الکتریکی (الکترولس یا شیمیایی) و آبکاری با جریان الکتریکی (الکتروشیمیایی).
آبکاری بدون جریان الکتریکی (الکترولس یا شیمیایی)
در آبکاری الکترولس یون‌های فلز موجود در محلول وان آبکاری بدون جریان الکتریکی و صرفا با تلاطم مولکولی در خلل و حفره های میکروسکوپی قطعه کار قرار گرفته و روی آن را می‌پوشانند.
آبکاری با جریان الکتریکی (الکتروشیمیایی)
در فرآیند آبکاری الکتروشیمیایی یون‌های فلز موجود در وان آبکاری با استفاده از جریان الکتریکی به سطح قطعه کار می‌چسبند. بنابراین در آبکاری الکتروشیمیایی نیاز به یک منبع تغذیه الکتریکی یا همان رکتیفایر آبکاری وجود دارد.
یکی از محصولات شرکت نیرو صنعت آیتک رکتیفایرهای پرقدرت آبکاری می‌باشند. به طور کلی دو نوع فناوری در ساخت رکتیفایرهای آبکاری استفاده می‌شود. نوع اول رکتیفایرهای ترانسی با فرکانس برق شهر و نوع جدیدتر رکتیفایرهای آبکاری سوئیچینگ با فرکانس بالا می‌باشند که هر کدام دارای معایب و مزایای خاص خود می‌باشد.
روند آبکاری الکتروشیمیایی به این صورت است که قطعه کار در وان حاوی محلولی که در آن یون فلز مورد نظر وجود دارد غوطه‌ور می‌شود. قطب منفی منبع تغذیه همزمان به قطعه متصل است. قطب مثبت منبع تغذیه به یک الکترود با نام آند در وان متصل می‌باشد. یون‌های آزاد فلزی با بار مثبت که در محلول موجود هستند با نزدیک شدن به سطح قطعه کار به دلیل بار منفی آن که توسط رکتیفایر آبکاری تامین میگردد.
با گرفتن الکترون از سطح کار به مولکول خنثی تبدیل شده و در سطح قطعه کار رسوب می‌دهند. به این ترتیب فلز موجود در محلول به شکل یک لایه بر روی قطعه کار نمایان میگردد. معمولا برای افزایش ماندگاری دو یا چند مرحله آبکاری با فلزات مختلف بر روی یک قطعه کار صورت می‌گیرد. در آبکاری مهندسی هدف ایجاد پوشش چسبنده و مقاومی است که فلز پایه ی زیرین را در مقابل خوردگی یا سایش محافظت کند. برای مثال در آبکاری گالوانیزه از فلز روی بر روی انواع فولاد استفاده می‌شود تا فولاد را در برابر زنگ زدگی محافظت کند.
متخصصین شرکت نیرو صنعت آیتک علاوه بر تولید محصولات مرتبط با آبکاری با توجه به دانش و تجربه کافی در این زمینه آماده ارائه راهکارهای نوین به همکاران گرامی هستند.
تاریخچه آبکاری
آبکاری، فرآیند پوشش‌دهی سطحی است که طی آن یک لایه نازک از فلز بر روی یک جسم رسانا قرار می‌گیرد. تاریخچه آبکاری به دوران باستان برمی‌گردد و احتمالاً اولین نمونه‌های آن در دوران امپراتوری اشکانیان، با استفاده از باتری‌های ابتدایی برای پوشش‌دهی اشیای نقره‌ای با طلا انجام شده است. در این زمان، تکنیک‌های اولیه آبکاری به منظور زیباسازی و محافظت از فلزات در برابر خوردگی توسعه پیدا کرده است.
در قرن هجدهم، پیشرفت‌های قابل توجهی در علم آبکاری صورت گرفت. در سال ۱۷۷۳، ویلهم پفانهاوزر برای اولین بار مدال‌های سلطنتی را با روش آبکاری تولید کرد و این روش به تدریج در اروپا گسترش یافت. لوئیجی وی برو گناتلی نیز در سال ۱۸۰۵ اولین آزمایش‌های علمی را با استفاده از الکتریسیته برای آبکاری طلا انجام داد که این کار به شهرت جهانی رسید. با گذشت زمان، روش‌های مختلف آبکاری مثل آبکاری نیکل و کروم توسعه یافتند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.
در قرن نوزدهم، آبکاری به عنوان یک صنعت مهم شناخته شد و تکنیک‌ها و مواد جدیدی برای بهبود کیفیت و دوام پوشش‌ها معرفی شدند. امروزه، آبکاری نه تنها برای زیبایی بلکه به عنوان یک راهکار مؤثر برای جلوگیری از خوردگی و افزایش عمر مفید قطعات فلزی استفاده می‌شود. این فرآیند در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، الکترونیک و پزشکی کاربرد دارد و به عنوان یک روش اقتصادی برای حفاظت از فلزات شناخته می‌شود.
مراحل آبکاری
آبکاری یک فرآیند صنعتی است که به منظور ایجاد یک لایه نازک از فلز بر روی سطح یک جسم دیگر انجام می‌شود. مراحل آبکاری به طور کلی شامل سه مرحله اصلی است: آماده‌سازی سطح، فرآیند آبکاری و پرداخت نهایی.
آماده‌سازی سطح
در مرحله اول، سطح فلز باید به دقت تمیز شود تا از هرگونه آلودگی، روغن و زنگ‌زدگی پاک گردد. این کار معمولاً با استفاده از محلول‌های قلیایی یا اسیدی انجام می‌شود که می‌تواند شامل شستشوی فیزیکی و شیمیایی باشد.
فرآیند آبکاری
پس از آماده‌سازی سطح، مرحله دوم یعنی “فرآیند آبکاری” آغاز می‌شود. در این مرحله، قطعه‌ای که قرار است آبکاری شود (کاتد) در یک حمام الکترولیتی قرار می‌گیرد که شامل یون‌های فلز مورد نظر است. با اعمال جریان الکتریکی، یون‌های فلز از آند (که معمولاً از همان فلز تشکیل شده است) به سمت کاتد حرکت کرده و بر روی آن رسوب می‌کنند. این فرآیند به عنوان رسوب‌دهی الکتریکی شناخته می‌شود و می‌تواند با تنظیم پارامترهایی مانند دما و چگالی جریان بهینه‌سازی شود.
پرداخت نهایی
این مرحله شامل بررسی کیفیت پوشش ایجاد شده و انجام هر گونه عملیات تکمیلی برای بهبود ظاهر و ویژگی‌های سطحی است. این مرحله ممکن است شامل سنباده‌زنی، پولیش کردن یا شستشوی نهایی باشد تا اطمینان حاصل شود که پوشش به طور یکنواخت و بدون نقص ایجاد شده است. این مراحل در نهایت منجر به افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش و بهبود ظاهر قطعه مورد نظر می‌شود.
مواد مورد استفاده در آبکاری
آبکاری یک فرآیند شیمیایی است که به دو روش اصلی الکتریکی و شیمیایی صورت می‌گیرد و مواد مورد استفاده در آن شامل اسیدها، بازها، نمک‌های فلزی و حلال‌ها هستند.
اسیدها و بازها: یکی از گروه‌های اصلی مواد شیمیایی در آبکاری، اسیدها و بازها هستند. این مواد به تنظیم pH محلول کمک می‌کنند و برای ایجاد شرایط مناسب در فرآیند آبکاری ضروری هستند. به عنوان مثال، اسید کلریدریک HCl و سود سوزآور NaOH از جمله مواد مهمی هستند که در این فرآیند استفاده می‌شوند. این ترکیبات به حفظ تعادل شیمیایی در حمام آبکاری کمک کرده و از آزاد شدن گازهای مضر جلوگیری می‌کنند.
اسیدها و بازها در فرآیند آبکاری نقش حیاتی دارند و به طور کلی برای آماده‌سازی سطوح و ایجاد شرایط مناسب برای رسوب فلزات استفاده می‌شوند. اسیدها به عنوان مواد پاک‌کننده عمل کرده و اکسیدهای فلزی را از سطوح حذف می‌کنند. این عمل باعث می‌شود که سطح فلز برای آبکاری آماده شود و چسبندگی لایه جدید بهتر شود. از جمله اسیدهای متداول در این فرآیند می‌توان به اسید سولفوریک، کلریدریک و نیتریک اشاره کرد که بسته به نوع فلز و شرایط خاص هر فرآیند، غلظت و دما متفاوتی دارند.
بازها نیز در فرآیند آبکاری به ویژه در مرحله تمیز کردن سطوح قبل از آبکاری به کار می‌روند. محلول‌های قلیایی معمولاً برای حذف چربی‌ها و آلودگی‌ها از سطح استفاده می‌شوند. هیدروکسید سدیم و پتاسیم از جمله قلیاهایی هستند که در این مرحله کاربرد دارند. این مواد نه تنها به تمیز کردن سطوح کمک می‌کنند، بلکه pH محلول آبکاری را نیز تنظیم می‌کنند تا شرایط الکتروشیمیایی مطلوبی برای رسوب فلزات فراهم شود.
در فرآیند آبکاری، تنظیم PH محلول الکترولیت اهمیت زیادی دارد. pH مناسب باعث افزایش کیفیت پوشش نهایی و جلوگیری از مشکلاتی مانند حفره‌ها یا عدم یکنواختی در لایه آبکاری می‌شود. به همین دلیل، استفاده از اسیدها و بازها برای کنترل pH در حین عملیات آبکاری ضروری است. این کنترل دقیق می‌تواند تأثیر زیادی بر روی خواص نهایی پوشش، مثل مقاومت در برابر خوردگی و استحکام مکانیکی داشته باشد.
نمک‌های فلزی: نمک‌های فلزی نیز نقش کلیدی در آبکاری دارند. این نمک‌ها معمولاً شامل نمک‌های سولفات نیکل، کلرید نیکل و سیانیدهای فلزی هستند که برای ایجاد پوشش‌های مختلف بر روی سطوح استفاده می‌شوند. این مواد به عنوان منبع یون‌های فلزی عمل کرده و در فرآیند الکتروشیمیایی رسوب می‌کنند. انتخاب نوع نمک و غلظت آن در حمام آبکاری تأثیر زیادی بر کیفیت نهایی پوشش دارد.
حلال‌ها: حلال‌ها نیز جزء مهمی از مواد مورد استفاده در آبکاری هستند. حلال‌هایی مثل بنزن، تری کلرو اتیلن و متیلن کلراید برای حل کردن سایر مواد شیمیایی و ایجاد شرایط مناسب برای رسوب فلزات به کار می‌روند. این حلال‌ها همچنین به تصفیه پساب‌های تولید شده در فرآیند آبکاری کمک می‌کنند.
فلزات مورد استفاده در آبکاری: فلزاتی مثل کروم، نیکل، مس، نقره و طلا از جمله موادی هستند که بیشترین کاربرد را در آبکاری دارند. هر یک از این فلزات خواص خاص خود را دارند؛ مثلاً کروم برای بیشتر کردن مقاومت محصول در برابر خوردگی و زیبایی ظاهری استفاده می‌شود، در حالی که نیکل به دلیل خاصیت رسانایی بالا و براقیت مورد توجه است. انتخاب فلز مناسب بستگی به نیازهای خاص پروژه دارد و می‌تواند تأثیر زیادی بر نتیجه نهایی محصول داشته باشد.
کاربردهای آبکاری در صنایع مختلف
آبکاری به عنوان یک فرآیند صنعتی، در بسیاری از صنایع مختلف کاربرد دارد. این فرآیند با ایجاد لایه‌ای از فلز یا غیرفلز بر روی سطوح، به افزایش مقاومت در برابر خوردگی، سایش و زنگ‌زدگی کمک می‌کند. در ادامه به بررسی کاربردهای آبکاری در چندین صنعت مهم می‌پردازیم.
صنعت خودروسازی
در صنعت خودروسازی، آبکاری به عنوان یک روش کلیدی برای افزایش عمر مفید قطعات و بهبود ظاهر آنها استفاده می‌شود. قطعاتی مثل سپرها، دستگیره‌ها و چرخ‌ها با استفاده از آبکاری کروم یا نیکل پوشش داده می‌شوند تا در برابر عوامل جوی و خوردگی مقاوم‌تر شوند. این فرآیند نه تنها به زیبایی ظاهری خودروها کمک می‌کند بلکه هزینه‌های تعمیر و نگهداری آن را نیز کاهش می‌دهد.
صنایع الکترونیک
آبکاری در صنایع الکترونیک نیز کاربرد دارد. قطعاتی مانند مدارهای چاپی و سوکت‌ها با استفاده از آبکاری طلا یا نقره پوشش داده می‌شوند تا هدایت الکتریکی آنها افزایش پیدا کند. این امر باعث کاهش مقاومت الکتریکی و بهبود عملکرد کلی دستگاه‌های الکترونیکی می‌شود. همچنین، آبکاری می‌تواند از اکسیداسیون و آسیب‌های محیطی جلوگیری کند که این موضوع برای طول عمر تجهیزات الکترونیکی بسیار مهم است.
صنایع جواهرسازی
در صنایع جواهرسازی، آبکاری به منظور افزایش زیبایی و مقاومت جواهرات در برابر خراشیدگی و خوردگی استفاده می‌شود. جواهرات معمولاً با لایه‌ای از طلا یا نقره پوشش داده می‌شوند تا درخشش بیشتری داشته باشند و از آسیب‌های محیطی محافظت شوند. این فرآیند نه تنها ارزش ظاهری جواهرات را بالا می‌برد بلکه به حفظ کیفیت آنها نیز کمک می‌کند.
صنایع هوافضا
آبکاری در صنایع هوافضا برای افزایش مقاومت قطعات در برابر شرایط سخت محیطی مورد استفاده قرار می‌گیرد. قطعات هواپیما و فضاپیما که تحت فشار و دماهای بالا قرار دارند، با استفاده از آبکاری‌های تخصصی مثل آبکاری فورتیک پوشش داده می‌شوند.
صنعت ساخت‌وساز
در صنعت ساخت‌وساز، آبکاری برای محافظت از سازه‌ها در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی کاربرد دارد. قطعات فلزی مثل تیرک‌ها، پل‌ها و تجهیزات صنعتی با آبکاری پوشش داده می‌شوند تا دوام بیشتری پیدا کنند و نیاز به تعمیرات مکرر کاهش یابد. این فرآیند به حفظ کیفیت ساخت‌وسازها کمک کرده و عمر مفید آنها را افزایش می‌دهد.
نتیجه‌گیری
آبکاری یک فناوری کلیدی در صنایع مختلف است که بهبود کیفیت، زیبایی و دوام محصولات را تضمین می‌کند. در این مقاله با تعریف آبکاری، انواع، کاربرد و چگونگی اجرای آن ا جزئیات بیشتری آشنا شدیم.
