خواص و کاربردهای پوشش نیکل
نیکل با نماد Ni فلزی است که رنگی سفید شبیه نقره دارد و کمی متمایل به زرد است. نیکل فلزی چکش خوار، صیقل پذیر، مغناطیسی، رسانای جریان برق و جوش پذیر است. نیکل با عدد اتمی ۲۸، جرم اتمی ۵۸٫۷ و وزن مخصوص ۸٫۹ گرم بر سانتی متر مکعب در گروه VII و در دوره چهارم جدول تناوبی جای دارد. از نظر خواص مغناطیسی و فعالیت شیمیایی شبیه به آهن و کبالت است. معمول ترین حالت اکسیداسیون نیکل، ۲+ است ولی نیکل ۳+ و ۱+ نیز به ندرت مشاهده میشوند. از نیکل میتوان به راحتی در آبکاری فلزات استفاده کرد. نیکل مقاومت بالایی در مقایل خوردگی در آب و اتمسفر دارد و می تواند با پوشش دادن سطوح فولادی، از آن ها در برخی محیط های صنعتی محافظت کند. سرعت خوردگی نیکل در اتمسفر حدود ۰٫۰۲ تا ۰٫۲ میکرون در سال است و حتی در زمان های طولانی بر اثر تشکیل اکسید نیکل، که غیر فعال است، سرعت خوردگی از این مقدار هم کمتر می شود.
اگر نیکل به طور آزاد در محلول خورنده قرار گیرد سطحش کدر می شود، ولی پوشش های نیکلی روی آهن با وجود کدر کردن سطح آن را محافظت می کنند. این پوشش ها در مقابل اسیدها نیز بسیار مقاوم اند. وقتی پوشش نیکلی را برای تزیین به کار می برند روی آن را با کروم براق می کنند تا کدری نیکل دیده نشود، در چنین حالتی در محل هایی که کروم متخلخل است نیکل زیر آن دچار حمله موضعی و خوردگی حفره ای می شود و نیکل به سرعت خورده می شود. در اتمسفر صنعتی پوشش نیکل با ضخامت ۲۵ میکرون در نوار متخلخل کروم در طی ۶ هفته از بین می رود، زیرا روی این سطوح کوچک نیکلی، چگالی جریان آندی زیاد است.
وقتی نیکل به عنوان پوشش روی فولاد، آلیاژهای روی و یا مس به کار می رود، خوردگی موضعی در نواحی خورده شده نیکل روی فلز پایه ایجاد می شود و پوشش پوسته می دهد و یا ممکن است به همان شکل بماند، بسته به اینکه مواد ناشی از خوردگی همان جا بمانند و با خارج شوند.
نیکل در دماهای بالا در برابر اکسید شدن مقاومت زیادی دارد و مقاومت آن در برابر خوردگی در آب دریا و با آب های قابل شرب نیز خوب است زیرا لایه نازک و چسبنده اکسید نیکل آن را محافظت می کند. این خاصیت نیکل در محل هایی که اکسیژن کم باشد از بین می رود و نیکل در شکاف ها و با شرایط مستقر در خاک دچار خوردگی حفره ای می شود.
پوشش های ضخیم نیکل در درجه اول برای مصارف مهندسی و به منظور تعمیر قطعات، آستر دادن ماشین آلات شیمیایی و برای تولید قطعاتی که در دماهای بالا در برابر اکسید شدن مقاومت کنند به کار می رود. در برخی طرح های شیمیایی اغلب به علت وجود سولفيد و بر اثر عمل تیره شدن گوگردی شفافیت نیکل کاهش می یابد.
از آنجا که نیکل سختی و استحکام زیادی دارد در عملیات شکل دادن الکتریکی جای مس را گرفته است. در صنایع اتومبیل معمولاً ابتدا قشری از نیکل به ضخامت ۵ تا ۱۰ میکرون و بر روی آن قشری از کروم به ضخامت ۰٫۱ تا تا ۱ میکرون ایجاد می کنند، لیکن برای اجزای خاص، مخصوصاً آلياژهای Zn ریخته گری شده تحت فشار نظیر دسته در اتومبیل، پوشش اولیه ممکن است لایه مس پرداخت شده به ضخامت ۱۰ میکرون باشد، پس از آن نیکل به ضخامت ۱۰ میکرون و سرانجام به پوشش کروم می رسیم.
پوشش نیکل به اضافه کروم برای صنایع غذایی به کار می رود، نیکل تنها نیز برای مواد غذایی مناسب است. ضخامت نیکل حدود ۲۰ میکرون است و مینیمم ضخامت کروم نیز ضروری است. پوشش های نیکل در قطعات ماشین آلات و در قطعاتی که از دو فلز تشکیل شده اند هم به کار می روند. سختی، راحتی نشست و شکل پذیری موجب شده اند که پوشش های نیکل کاربردهای زیادی داشته باشند و برای محافظت از خوردگی و ایجاد سطوح براق به کار بروند.
از پوشش نیکل برای تعمیر قطعات خراب شده و نیز در شکل دادن الکتریکی استفاده می شود. این روش باعث می شود تا سطحی نرم و با تلرانس ابعادی خوب ایجاد شود و در حمام هایی که لایه های نازکی مورد نیاز است می توان آن را ایجاد کرد. قالب باید از جنسی باشد که بعد از نیکل جدا شود و در مواد شیمیایی حل نشود، و اندازه ابعاد آن تغییر نکند. معمولاً از الومینیم، فولاد زنگ نزن، اینوار، کُوار به عنوان قالب استفاده می شود. بعد از شکل دادن الکتریکی نیکل، قالب را با ذوب و یا حل کردن از نیکل جدا می کنند.
در صنایع اتومبیل سازی از نیکل دوبل برای بهبود آلیاژهای Zn ریخته گری شده تحت فشار استفاده می شود. روش هایی برای نشاندن نیکل روی آلومینیم و روی (Zn) هست در این روش ها اکسیدهای آلومینیم و روی را در طی یکی از مراحل فرایند حل می کنند.
نیکل نسبتأ گران است لذا سعی شده تا جایگزینی برای آن پیدا شود و از این رو پوشش های برنجی مختلفی را به طور موفقیت آمیز به جای نیکل به کار برده اند. لایه زیرین مسی نیز باعث می شود تا ضخامت نیکل لازم کاهش یابد و مقاومت در برابر خوردگی بیشتر شود.
در اغلب روش های حفاظت از خوردگی، معمولاً از نیکل به صورت یک لایه زیرین برای کروم استفاده می کنند، ولی نیکل نیز خود به تنهایی کاربردهای ویژه ای دارد و در صنایع غذایی و شیمیایی برای نوع خاصی از مواد خورنده به کار می رود. اهمیت نیکل به عنوان لایه زیرین پوشش کروم در این است که کروم به علت تشکیل لایه Cr2O3 ذاتاً در مقابل خوردگی مقاوم است و فلز غیر فعالی است ولی پوشش مستقیم آن روی فلز زمینه به صورت براق و در شرایط بدون تنش مشکل است و وقتی که براق باشد به ترک حساس است. لایه زیرین (آستر) نیکلی را به آسانی می توان بدون خلل و فرج پوشش داد و پس از آن لایه ای از پوشش کروم به ضخامت ۰٫۰۱ تا ۰٫۱ میکرون برای بهبود ظاهر قطعه بر روی آن ایجاد کرد.
حمام های آبکاری نیکل
حمام های پوشش نیکل عبارت اند از:
۱. حمام وات، ۲. حمام سولفاتی، ۳٫ حمام کلرید، ۴. حمام نیکل سولفامات و ۵. نیکل فلوئوبرات.
نیکل را عموماً از محلول های نوع وات نشست می دهند و هنوز این روش برای اکثر آب نیکل کاری ها چه به عنوان لایه زیرین و چه برای مقاطع هندسی ضخیم به کار می رود.
اجزای تشکیل دهنده حمام وات عبارت اند از سولفات نیکل به صورت غیرکمپلکس Ni با بار ۲ مثبت، كلرور نیکل برای بهبود حلالیت آند و افزایش چگالی جریان های حدی با شکستن لایه نفوذی، اسید بوریک برای ثابت نگه داشتن pH در حدود ۴ و در نتیجه کم کردن تمایل به هیدرولیز و کاهش ایجاد نمک های بازی، مواد افزودنی متعدد برای افزایش تسطیح سطح، کاهش تنش و شفاف کردن پوشش.
حمام های تمام کلریدی را می توان برای ظریف تر کردن دانه ها در پوشش های سخت به کار برد. حمام های تمام سولفاتی را می توان به هنگام استفاده از آندهای غير محلول سرب به کار برد. محلول های فلوئوبرات و سولفامات کاربردهای خاصی دارند. استفاده از حمام های سولفاماتی در الکتروفورمینگ که سرعت آبکاری اهمیت دارد گسترش زیادی یافته است.
حمام های نیکل معمولاً در pH کمی کار می کنند و روکش های ضخیمی ایجاد می کنند. در حمام هایی که pH کمی دارند، غلظت نیکل را با حل شدن آند ثابت نگه می دارند. در مورد حمام های با pH کم (سولفات بالا) کاتد تمایل به حفره دار شدن دارد. ایجاد روکشی نیکل بر روی آلیاژهای Zn در pH کم خیلی مشکل است زیرا pH كم باعث تجمع نیکل و در نتیجه افزایش سرعت خوردگی آندی می شود. می توان با جایگزین کردن قسمتی از آند با سرب، از حفره دار شدن کاتدی جلوگیری کرد. حمام هایی که pH پایینی دارند برعکس نوع pH بالا، به مراقبت چندانی نیاز ندارند.
اگر بخواهیم پوشش شفاف و ظریفی ایجاد شود باید از محلولی استفاده کرد که pH آن ۲٫۵ با ما باشد و مواد افزودنی از قبیل نیکل بنزن دی سولفانات، نفتالین تری سولفات + سولفات + کلرور نیکل + اسید بوریک را به کار برد.
این نوشته در حال تکمیل است …
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.