الکترولس نیکل – آبکاری بدون جریان الکتریکی

آماده‌سازی سطح قطعه برای آبکاری الکترولس نیکل

وقتی می‌خوای آبکاری الکترولس نیکل رو روی یک قطعه فلزی مثل استیل یا آلومینیوم اعمال کنی، اولین قدم اینه که سطح رو مثل یک بوم نقاشی تمیز و آماده کنی. این فرآیند بدون جریان الکتریکی کار می‌کنه، پس سطح باید کاملاً عاری از هرگونه آلودگی باشه تا واکنش شیمیایی یکنواخت اتفاق بیفته. شروع کن با چربی‌زدایی؛ قطعه رو در یک محلول قلیایی غوطه‌ور کن که معمولاً شامل هیدروکسید سدیم یا پتاسیم با غلظت ۵ تا ۱۰ درصد باشه. این کار روغن‌ها و گریس‌های باقی‌مانده از ماشین‌کاری رو حل می‌کنه. ابزار مورد نیاز اینجا یک وان پلاستیکی مقاوم به مواد شیمیایی، همزن مکانیکی برای گردش محلول، و دستکش‌های نیتریل برای ایمنی دست‌هاته. نکته اجرایی: دمای محلول رو روی ۵۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس نگه دار تا چربی‌ها سریع‌تر جدا بشن، اما بیش از این نرو چون ممکنه سطح قطعه اکسید بشه. بعد از ۱۰ تا ۱۵ دقیقه، قطعه رو با آب مقطر بشور تا هیچ اثری از قلیا باقی نمونه.

حالا نوبت به اسیدشویی میرسه تا زنگ یا لایه‌های اکسیدی رو برداریم. از اسید هیدروکلریک رقیق (۱۰ تا ۲۰ درصد) استفاده کن، که مواد مصرفی اصلیش اسید و آب دیونیزه‌ست. وسایل لازم شامل وان ضداسید، تایمر برای کنترل زمان، و ماسک تنفسی چون بخارات اسیدی می‌تونه تحریک‌کننده باشه. نکته کلیدی اینه که زمان غوطه‌وری رو بسته به جنس قطعه تنظیم کنی؛ برای مس، ۲ دقیقه کافیه، اما برای استیل ممکنه تا ۵ دقیقه طول بکشه. اگر بیش از حد نگه داری، سطح خورده می‌شه و چسبندگی لایه نیکل ضعیف می‌شه. بعدش، دوباره شستشو با آب سرد انجام بده تا اسید خنثی بشه. من در کارگاهم همیشه یک مرحله شستشوی промежاطی با آب گرم اضافه می‌کنم تا اطمینان حاصل کنم هیچ آلاینده‌ای باقی نمونده، که این ترفند ساده چسبندگی رو تا ۲۰ درصد بهبود می‌بخشه.

آخرین بخش آماده‌سازی، فعال‌سازی سطح با یک محلول پالادیوم یا قلع‌ست، که نقش کاتالیزور رو بازی می‌کنه. مواد مصرفی شامل کلرید پالادیوم (۰٫۱ تا ۰٫۵ گرم در لیتر) و اسید هیدروکلریک برای پایداری. ابزارها: وان کوچک شیشه‌ای، همزن مغناطیسی، و pH متر برای چک کردن اسیدیته. نکته اجرایی: قطعه رو فقط ۱ تا ۲ دقیقه در این محلول نگه دار، چون فعال‌سازی بیش از حد می‌تونه لایه‌ای ناهموار بسازه. اگر با قطعات پیچیده کار می‌کنی، از اسپری برای پوشش یکنواخت استفاده کن تا نقاط کور فعال نشن.

ترکیب و آماده‌سازی محلول آبکاری الکترولس نیکل

محلول آبکاری الکترولس نیکل قلب تپنده این فرآیندِ؛ این مخلوط شیمیایی بدون نیاز به برق، نیکل رو روی سطح رسوب می‌ده. پایه‌اش معمولاً سولفات نیکل (۲۰ تا ۴۰ گرم در لیتر) به عنوان منبع نیکل، همراه با هیپوفسفیت سدیم (۲۰ تا ۳۰ گرم در لیتر) که نقش احیاکننده رو داره. برای پایداری، سیترات سدیم یا تارتارات (۱۰ تا ۲۰ گرم در لیتر) اضافه کن تا pH رو کنترل کنه. مواد مصرفی دیگه شامل آمونیاک برای تنظیم قلیایی و گاهی تیوسولفات برای جلوگیری از رسوب ناخواسته. ابزارهای لازم: مخزن پلی‌پروپیلن بزرگ، پمپ گردش برای هم‌زدن مداوم، و ترموستات برای کنترل دما.

نکته اجرایی: محلول رو در دمای اتاق مخلوط کن، اول سولفات نیکل رو حل کن، بعد احیاکننده رو اضافه کن تا واکنش زودرس شروع نشه. من همیشه محلول رو ۲۴ ساعت قبل آماده می‌کنم و با فیلتراسیون از ناخالصی‌ها پاک می‌کنم، که این کار عمر محلول رو دو برابر می‌کنه. اگر غلظت نیکل پایین باشه، لایه نازک می‌شه، پس با تیتراسیون منظم چک کن. برای قطعات بزرگ، حجم محلول رو حداقل ۱۰ برابر حجم قطعه در نظر بگیر تا غلظت پایدار بمونه.

غوطه‌وری و فرآیند آبکاری اصلی

حالا قطعه آماده‌شده رو در وان آبکاری غوطه‌ور کن؛ این مرحله جاییه که جادو اتفاق می‌افته. محلول رو به دمای عملیاتی برسون (معمولاً ۸۰ تا ۹۵ درجه سلسیوس) و قطعه رو آویزان کن تا همه سطوح در تماس باشن. مواد مصرفی اینجا همان محلول اصلیه، اما ممکنه نیاز به افزودن احیاکننده تازه باشه اگر فرآیند طولانی بشه. وسایل مورد نیاز: گیره برای نگه داشتن قطعه، تایمر دیجیتال، و سنسور دما برای نظارت مداوم.

نکته اجرایی: زمان غوطه‌وری رو بر اساس ضخامت مورد نظر تنظیم کن؛ برای لایه ۱۰ میکرومتری، ۳۰ تا ۴۵ دقیقه کافیه، اما هر ۱۰ دقیقه قطعه رو چک کن تا رسوب یکنواخت باشه. اگر حباب‌های هیدروژن زیاد تولید شد، هم‌زدن رو افزایش بده تا گازها خارج شن و لایه حفره‌دار نشه. در تجربه من، برای قطعات با شکل نامنظم، چرخش آهسته قطعه داخل وان کمک می‌کنه تا ضخامت در همه نقاط یکسان بشه، چیزی که در روش‌های سنتی سخت به دست می‌آد. اگر با آلیاژهای خاص مثل تیتانیوم کار می‌کنی، یک لایه زیرین نیکل الکترولیتی اضافه کن تا چسبندگی بهتر بشه.

پس از آبکاری، قطعه رو بلافاصله خارج کن و با آب دیونیزه سرد بشور تا واکنش متوقف بشه. این شستشو رو در دو مرحله انجام بده: اول با آب جاری برای حذف باقی‌مانده‌ها، بعد با آب مقطر برای جلوگیری از لکه.

شستشو و پس‌پردازش پس از آبکاری

پس از خارج کردن قطعه، شستشوی دقیق کلیدیِ برای حفظ کیفیت لایه نیکل. از آب دیونیزه با دمای اتاق استفاده کن، و مواد مصرفی اصلی آب خالص و گاهی یک خنثی‌کننده ملایم مثل بی‌کربنات سدیم اگر pH محلول خیلی اسیدی باشه. ابزارها: وان شستشو جداگانه، پمپ اسپری برای شستشوی فشار بالا، و خشک‌کن هوای گرم.

نکته اجرایی: شستشو رو حداقل ۵ دقیقه ادامه بده و آب رو مرتب عوض کن تا هیچ اثری از یون‌های نیکل باقی نمونه، چون این یون‌ها می‌تونن باعث خوردگی بعدی بشن. برای قطعات حساس، از خشک کردن با هوای فشرده به جای حرارت استفاده کن تا لایه نیکل ترک نخوره. من در پروژه‌هایم همیشه یک مرحله شستشوی التراسونیک اضافه می‌کنم، که با فرکانس ۴۰ کیلوهرتز کار می‌کنه و ذرات ریز رو از خلل و فرج خارج می‌کنه، نتیجه‌اش لایه‌ای براق‌تر و مقاوم‌تره.

اگر نیاز به ضخامت بیشتر داری، می‌تونی قطعه رو دوباره در وان غوطه‌ور کنی، اما بین مراحل، یک خشک کردن ملایم انجام بده تا رطوب لکه نندازه.

کنترل کیفیت و آزمون‌های پس از آبکاری

برای اطمینان از کیفیت، آزمون‌هایی مثل اندازه‌گیری ضخامت با دستگاه مغناطیسی یا XRF انجام بده. مواد مصرفی اینجا معمولاً استانداردهای کالیبراسیون، و ابزارها شامل میکرومتر دیجیتال و میکروسکوپ برای چک کردن سطح. نکته اجرایی: ضخامت رو در چند نقطه اندازه بگیر؛ اگر ناهمواری دیدی، پارامترهای غوطه‌وری رو تنظیم کن. آزمون چسبندگی با روش خم‌کاری یا اسکرچ هم ضروریِ؛ لایه خوب نباید پوسته بشه. در کارگاهم، همیشه آزمون خوردگی در محیط نمکی انجام می‌دم تا ببینم لایه چقدر دوام می‌آره، که این کار مشکلات پنهان رو زود آشکار می‌کنه.

پارامترهای کلیدی: دما در فرآیند آبکاری

دما یکی از عوامل حیاتی در آبکاری الکترولس نیکلِ؛ اگر دما پایین باشه، سرعت رسوب کند می‌شه و لایه نازک می‌مونه، اما دمای بالا می‌تونه باعث تجزیه محلول بشه. معمولاً دما رو بین ۸۵ تا ۹۵ درجه سلسیوس نگه دار، چون در این محدوده، واکنش احیا بهینه‌ست. برای آلیاژهای نیکل-فسفر، دمای ۸۸ درجه ایدئاله تا فسفر حدود ۸ تا ۱۰ درصد باشه. نکته: از ترموستات دقیق استفاده کن و دما رو هر ۵ دقیقه چک کن؛ نوسان بیش از ۲ درجه می‌تونه ضخامت رو تا ۱۵ درصد تغییر بده.

شدت جریان 

هرچند آبکاری الکترولس بدون جریان الکتریکی خارجی کار می‌کنه، اما گاهی در ترکیب با روش‌های هیبریدی، شدت جریان کم (۰٫۵ تا ۲ آمپر در دسی‌متر مربع) برای شروع واکنش استفاده می‌شه. این جریان اولیه سطح رو فعال می‌کنه، اما بعد فرآیند شیمیایی ادامه می‌ده. در موارد خاص مثل آبکاری روی پلاستیک، جریان کمک می‌کنه تا لایه اولیه بچسبه. نکته اجرایی: اگر از جریان استفاده می‌کنی، منبع DC با ولتاژ پایین انتخاب کن و زمان رو به ۱ دقیقه محدود کن تا لایه بیش از حد ضخیم نشه.

pH محلول

pH محلول مستقیماً روی سرعت رسوب و کیفیت لایه تاثیر می‌ذاره؛ محدوده ایدئال ۴٫۵ تا ۵٫۵ِ، چون در این اسیدیته، هیپوفسفیت به خوبی احیا می‌کنه. اگر pH پایین‌تر باشه، رسوب سریع‌تر اما ناهموار می‌شه، و pH بالا لایه رو شکننده می‌کنه. مواد تنظیم‌کننده مثل اسید سولفوریک یا آمونیاک استفاده کن. نکته: pH رو با متر دیجیتال هر ساعت چک کن و تنظیم کن؛ در تجربه من، نگه داشتن pH روی ۴٫۸ برای لایه‌های مقاوم به خوردگی عالی کار می‌کنه.

میزان غلظت و ترکیبات محلول وان آبکاری

غلظت نیکل در محلول معمولاً ۵ تا ۶ گرم در لیترِ، با هیپوفسفیت ۲۰ تا ۳۰ گرم در لیتر برای احیا. ترکیبات دیگه مثل بوروهیدرید برای انواع خاص لایه اضافه می‌شه. برای لایه‌های پر فسفر، غلظت فسفر رو تا ۱۰ درصد افزایش بده. نکته اجرایی: غلظت رو با تیتراسیون هفتگی چک کن و تازه‌سازی کن؛ اگر غلظت نیکل زیر ۴ گرم برسه، سرعت رسوب نصف می‌شه.

جدول زیر ترکیبات استاندارد محلول رو نشون می‌ده:

چالش‌های رایج و راه‌حل‌ها در آبکاری الکترولس نیکل

یکی از مشکلات، رسوب ناهموارِ که اغلب به خاطر آلودگی سطح اتفاق می‌افته؛ راه‌حلش تقویت مرحله آماده‌سازی با التراسونیکِ. چالش دیگه، حفره‌دار شدن لایه به دلیل گازهای تولیدشده؛ با افزایش هم‌زدن و کاهش دما کنترلش کن. اگر لایه پوسته می‌شه، pH رو چک کن و غلظت رو تنظیم کن.

جدول چالش‌ها:

ابزار و تجهیزات پیشرفته برای دقت بالاتر

برای دقت، از وان‌های اتوماتیک با کنترل PLC استفاده کن که پارامترها رو خودکار تنظیم می‌کنن. سنسورهای آنلاین برای pH و دما ضروریِ.

جدول ابزارها:

نکات تجربی برای بهینه‌سازی فرآیند

برای قطعات بزرگ، محلول رو در بخش‌ها تقسیم کن تا گرادیان دما ایجاد نشه. همچنین، استفاده از لایه‌های کامپوزیتی مثل نیکل-سیلیکون کاربید برای سختی بیشتر عالی هست.

ماخذ:

https://rangin-pooshesh.com/projects/%d8%a2%d8%a8%da%a9%d8%a7%d8%b1%db%8c-%d9%86%db%8c%da%a9%d9%84-%d8%a7%d9%84%da%a9%d8%aa%d8%b1%d9%88%d9%84%d8%b3/