آبکاری بدون برق نیکل
آبکاری بدون برق نیکل و بررسی برخی از خواص آن
از پوشش‌های الکترولس )بدون برق) نیکل- فسفر بطور وسیعی به عنوان پوشش مقاوم در برابر خوردگی و سایش, بر روی سطوح اکثر فلزات و برای طیف وسیعی از کاربردهای مهندسی استفاده می‌گردد. پوششها سبب ایجاد یک لایة محافظ در برابر خوردگی و ساییدگی می شوند. خوردگی و ساییدگی ماشین‌ها و دستگاه‌های صنعتی, دو عامل عمدة اتلاف سرمایه های ملی هستند که نه تنها باعث کاهش عمر مفید دستگاهها می‌شوند, بلکه باعث افزایش هزینه‌های مربوط به نگهداری و جایگزینی قطعات نیز می‌شوند. علاوه بر کاهش خوردگی و ساییدگی, روکش‌ها از جهات دیگر نیز موردنیاز هستند که شامل توانایی‌های مکانیکی و حرارتی, خواص الکتریکی و مغناطیسی, توانایی لحیم‌کاری و غیره است.
در سال‌های قبل از قرن 19 آبکاری به عنوان یک عملیات سطحی برای زینت دادن و جلوگیری از خوردگی قطعات بکار می‌رفته است. پیشرفت علم و دانش در قرن حاضر منجر به کشفیات بسیاری گردید, در این میان می‌توان به فرآیند آبکاری بدون برق اشاره کرد.
از سال 1940 که فرآیند ایجاد پوشش بدون برق نیکل کشف گردید تا کنون تحقیقات بسیار زیادی بر روی عملکرد و شرایط این فرآیند انجام شده و هنوز هم در حال انجام است بطوری که در کمتر مجله الکتروشیمی است که درباره این فرآیند مقاله‌ای نیامده باشد.
مقاومت خوردگی بالای پوشش‌های بدون برق نیکل- فسفر بدلیل رویینگی و سرعت خوردگی پایین آن در اکثر محیطهای خورنده می باشند و بعلت وجود فسفر در پوشش و ماهیت میکروکریستالی پوشش, تخلخل پایین و توانایی روش آبکاری بدون برق در پوشش دادن تمامی سطح فلز نظیر شیارها, سوراخ‌ها و منافذ درونی حساسیت پوشش به خوردگی موضعی پایین می باشد. مقاومت خوردگی پوشش‌های موردنظر را می‌توان با انتخاب فاکتورهایی صحیح همچون ضخامت پوشش, درصد فسفر و انتخاب صحیح شرایط حمام افزایش داد. مقدار فسفر موجود در پوشش‌های آبکاری بدون برق نیکل- فسفر در حمام اسیدی هیپوفسفیت، بستگی به شیمی حمام و شرایط کاری آن دارد.
انواع روش‌های آبکاری
بطور کلی برای انجام هر فرآیند پوشش کاری (coating), الکترولیتی لازم است که واکنش زیر انجام شود:
M+z + ze-® Mo
برای ایجاد پوشش وجود یون M+z در محلول الزامی است. برحسب اینکه از چه منبعی برای تأمین الکترون استفاده گردد, پوشش کاری الکترولیتی را می‌توان به دو روش آبکاری با استفاده از جریان الکتریکی(Electroplating) و آبکاری بدون استفاده از جریان برق(Electrolessplating) طبقه‌بندی کرد. در روش آبکاری با برق از یک منبع خارجی برای تأمین الکترون استفاده می‌شود, در حالی که در روش آبکاری بدون برق, الکترون‌های موردنیاز بدون استفاده از یک منبع خارجی, در محدودة مرزی الکترود، از طریق یک ماده احیاء کننده طی یک فرایند الکتروشیمیایی یا طرق دیگر فراهم می گردد. روش‌های پوشش‌دهی فلزی بدون استفاده از منبع جریان برق را می‌توان همراه با ماده احیاءکننده یا بدون آن انجام داد. اگر همراه با مادة احیاءکننده نباشد, پوشش می‌تواند به دو روش غوطه‌وری ساده و روش اتصال ایجاد گردد. شکل زیر نوع فرآیند بدون برق طبق نظریه گاوریلو را نشان می‌دهد.اصول کلی پوشش دادن اجسام فلزی از طریق شیمیایی
آبکاری بدون برق نیکل
اساس حمام‌های آبکاری خودکاتالیستی یا آبکاری شیمیایی بر احیاء نمک‌های فلزی استوار است. آبکاری بدون برق نیکل روشی برای ایجاد پوشش نیکل با استفاده از یک ماده احیاءکننده می‌باشد.
روکشهای الکترولس نیکل بطور گسترده در صنایع مختلف از سال‌های نزدیک به 1980 مورداستفاده قرار می‌گیرد. از خصوصیات برجسته این روکش‌ها می‌توان به مقاومت عالی در برابر خوردگی و فرسودگی, یکنواختی فوق‌العاده در محدوده گسترده‌ای از ضخامت شکل زیر به همراه خواص مکانیکی, فیزیکی و لحیم‌پذیری خوب و ایجاد سطحی با اصطکاک کم نام برد. این پوششها بطور گسترده به عنوان یک پوشش حفاظتی در بسیاری از صنایع از جمله صنایع شیمیایی, نفت، پلاستیک, چاپ, معدن, هوا فضا, هسته‌ای, اتومبیل‌سازی, الکترونیک, کامپیوتر, نساجی کاغذسازی و صنایع غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ترکیب و ساختمان:
تفاوتهای اساسی زیادی در رابطه با ساختمان و خلوص مابین آبکاری با برق و بدون برق نیکل وجود دارد. برای نمونه خلوص آبکاری با برق نیکل بطور عادی و معمول بیش از %99 است اما وقتی هیپوفسفیت سدیم به عنوان عامل کاهنده در آبکاری بدون برق مورد استفاده قرار می‌گیرد یک ترکیب معمول و عادی برای این روکش دارای %92 نیکل و %8 فسفر است .
مقدار فسفر دارای تاثیر زیادی روی خواص روکش است. در نتیجه برای ایجاد یک روکش نیکل باید ابتدا نوع آن را از نظر دارا بودن مقدار فسفر تعیین کنیم. برای نمونه از نظر میزان مقاومت در برابر خوردگی و از نظر میزان خواص سختی، آلیاژ کم فسفر و پر فسفر با همدیگر تفاوت دارند.
ساختار رسوب الکترولس نیکل پاسخی است به خواص منحصر به فرد این آلیاژ، اختلاف فاحشی مابین ساختار کریستالی ته نشت برقی و ته نشت الکترولس وجود دارد که این اختلاف مربوط به ساختار آمورف ته‌نشت الکترولس می‌باشد. ساختار آمورف در رسوبهایی با فسفری بیش از 5/10% غالب است. فقدان ساختار کریستالی well- defined موجب حذف خوردگی بین دانه‌ای می‌شود که این نوع ساختار کریستالی می‌تواند مشکلی در ترسیب با اعمال جریان الکتریکی به شمار آید، بنابراین آبکاری بدون برق نیکل روکشی با اثرات بازدارندگی و حفاظتی در محیطهای خورنده بوجود می‌آورد.
آزمون پراش اشعة ایکس نشان می‌دهد که شبکة کریستالی آلیاژ از فازهای ناهمگون و جداگانة نیکل فلزی و فسفید نیکل (Ni3P) تشکیل یافت است.
2-2 خواص فیزیکی:
یکنواختی ضخامت:
یک مشخصه که بزرگترین اهمیت را در کاربرد روکشهای الکترولس نیکل به خود اختصاص داده است توانایی این فرآیند برای تولید روکشهایی با بالاترین درجه از نظر یکنواختی ضخامت می‌باشد. این فایدة بزرگ که در آبکاری با استفاده از جریان برق وجود ندارد ناشی از این حقیقت است که هیچ جریان درگیر و پیچیده‌ای وجود ندارد و به طبع آن مشکلات ناشی از توزیع و پخش جریان بوجود نمی‌آید.
یکنواختی ضخامت با استفاده از آبکاری با برق خیلی مشکل است ولی تاحدی می‌توان با بهبود توزیع جریان یا با انتخاب مناسب الکترولیت و با استفاده از آندهای کمکی و دیواره‌ای تا حدی بر این مشکل فائق آمد ولی تقریباً و بدون تردید ضخامت یکنواخت بوسیلة آبکاری بدون برق راحت‌تر و آسانتر از آبکاری با برق قابل دسترسی است.
آبکاری الکترولس نیکل یک فرآیند شیمیایی است که هیچ شار جریانی در آن دخیل نیست و سرعت ترسیب نیکل بر تمام قسمتها مساوی است که این با یکنواخت ماندن شرایط محلول به راحتی قابل دسترسی است. دما، pH، بهم زدن و ترکیبات محلول پارامترهایی هستند که سرعت ترسیب و یکنواختی ضخامت را کنترل می‌کنند.
خواص الکتریکی:
مقاومت ویژه نیکل خیلی خالص 6-10×8/7 ohm/cm است اما آن در روکشهای الکترولس نیکل می‌تواند در حدود 10 برابر بیشتر باشد. این نتایج نشان می‌دهد میزان مقاومت ویژه با افزایش مقدار فسفر در آلیاژ نیکل- فسفر افزایش می‌یابد. در شکل زیرمقدار گسترة تغییرات مقاومت ویژه برای آلیاژ فسفرکم، فسفر متوسط و فسفر زیاد نشان داده شده است.
