آبکاری الکترولس نیکل
در فرآیند آبکاری کروم سخت، الکتروفورتیک، آنادایز، آبکاری طلا و آبکاری نیکل کروم به حدی کنترل پارامتر های جریان الکتریکی ضرورت دارد که عملا محدودیت ها و معضلات شدیدی برای کیفیت آبکاری ایجاد میکنند لذا آبکاری الکترولس نیکل بهترین راه آبکاری دقیق بدون جریان الکتریسیته میباشد.
8 نکته تخصصی اجرای بهینه آبکاری الکترولس نیکل که کمتر کسی می‌داند
۱. کنترل دقیق ضریب انتقال اکسیژن به محلول
یکی از عوامل پنهان و مهم در کیفیت رسوب نیکل، میزان اکسیژن محلول در حمام است. اگر اکسیژن بیش از حد در محلول حل شود، می‌تواند منجر به اکسید شدن احیاکننده (هیپوفسفیت سدیم) شده و کارایی واکنش کاهش یابد. این مسئله منجر به افت ضخامت، ایجاد پوشش متخلخل و کاهش براقیت سطح می‌شود. راهکار این مشکل، استفاده از درپوش‌های مخصوص بر روی وان و همچنین بهره‌گیری از گاز نیتروژن برای پوشش سطح محلول در برخی فرآیندهای حساس است.
۲. نقش Fe²⁺ در افت ناگهانی پایداری وان
اگر قطعاتی با ساختار فولادی به خوبی فعال‌سازی نشوند، یون آهن (Fe²⁺) وارد محلول خواهد شد. این یون می‌تواند به عنوان کاتالیزور رسوب ناخواسته عمل کند و منجر به ته‌نشینی سریع نیکل در کف وان یا حتی بروز پوشش‌های لکه‌دار بر سطح قطعه شود. استفاده از ماسک‌های مخصوص برای جلوگیری از نفوذ آهن به وان و اجرای شست‌وشوی اسیدی دقیق، بهترین راه مقابله با این خطر پنهان است.
3. آماده‌سازی شیمیایی پیشرفته قبل از فعال‌سازی
در بسیاری از کارگاه‌ها تنها از اسیدشویی برای آماده‌سازی سطح استفاده می‌شود، در حالی‌که وجود چربی‌های میکروسکوپی می‌تواند مانع از چسبندگی کامل پوشش نیکل شود. استفاده از کلینرهای قلیایی چندمرحله‌ای مخصوص آبکاری الکترولس، به حذف کامل لایه‌های آلی و آماده‌سازی سطح کمک می‌کند.
4. محاسبه دقیق نسبت سطح قطعه به حجم محلول
در فرآیند آبکاری الکترولس، نسبت مجموع سطح قطعات در وان به حجم محلول (Surface Area to Bath Volume Ratio) باید همیشه کنترل شود. اگر این نسبت بیش از حد بالا برود، میزان مصرف مواد افزایش یافته و محلول سریعاً اشباع شده و بازدهی خود را از دست می‌دهد.
5. ساختار بلوری پوشش تحت تأثیر نوع و شدت هم زن
Agitation یا سیرکولاسیون محلول نقش مهمی در ساختار بلور نیکل دارد. در صورت اعمال جریان بیش از حد شدید، بلورها سریع تشکیل شده و ساختاری ترد و شکننده پیدا میکنند. توصیه می‌شود از سیرکولاسیون آرام، لایه‌ای و یکنواخت استفاده شود تا پوششی فشرده، با چسبندگی بالا و سطح صاف حاصل شود.
6. مهندسی لایه‌های بین‌فلزی برای قطعات آلومینیومی و مسی
در هنگام آبکاری آلیاژهای خاص مانند آلومینیوم یا برنج، در صورت عدم اجرای صحیح لایه میانی (Intermediate Layer)، فازهای بین‌فلزی ناخواسته مانند NiAl₃ یا Cu₃P شکل می‌گیرند که پیوند بین فلز پایه و پوشش نیکل را سست میکنند. استفاده از لایه واسط فلزی مانند نیکل-زنک یا قلع، به تثبیت اتصال کمک می‌کند.
7. کنترل pH با چند بافر هم‌زمان
در حمام‌های الکترولس، pH باید با دقت بالا (حدود ±0.05) کنترل شود. استفاده از تنها یک بافر معمولاً باعث نوسان در شرایط می‌شود. ترکیب بافرهای استات، فسفات و سیترات در نسبت‌های خاص، پایداری فوق‌العاده‌ای به pH و در نتیجه به راندمان واکنش می‌دهد.
8. مدیریت ضخامت پوشش در سیکل‌های متوالی
اگر در یک مرحله، ضخامت پوشش بیشتر از ۱۵ میکرون اعمال شود، خطر تنش داخلی و ایجاد ترک افزایش می‌یابد. بهترین راهکار، اجرای پوشش در چند مرحله، به همراه عملیات حرارتی بین مراحل (Post Bake) در دمای ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد به مدت یک ساعت است.
نکات تخصصی تئوریک آبکاری نیکل الکترولس:
۱. نسبت مولی نیکل به هیپوفسفیت، کلید کنترل سرعت رسوب
برخلاف تصور عمومی که فقط به غلظت نیکل توجه می‌شه، نسبت مولی Ni²⁺ به H₂PO₂⁻ در محلول مهم‌ترین پارامتر در کنترل نرخ رسوب نیکل و کیفیت پوششه. این نسبت اگه بیش از حد بالا یا پایین باشه، باعث ناپایداری یا افت کیفیت سطح می‌شه.
۲. سطح فعال زیرلایه می‌تونه باعث "جوشیدن" وان بشه
اگر قطعه قبل از ورود به وان الکترولس به‌درستی فعال‌سازی نشده باشه (مثلاً روی‌اکت ناقص در آلومینیوم یا اسیدشویی ناکامل در فولاد)، ممکنه سطح واکنش بیش‌فعالی نشون بده و حباب‌های هیدروژن زیادی آزاد بشن که باعث ایجاد ترک، حفره یا حتی رسوب ناخواسته در خود وان می‌شن.
۳. دمای محلول باید بسیار دقیق کنترل شود (±۰.۵°C)
برخلاف آبکاری الکترولیتی که دمای ±۲ درجه هم قابل تحمله، در آبکاری الکترولس حتی نیم درجه نوسان دما می‌تونه نرخ رسوب، ساختار بلورین، و حتی شکل‌گیری پوشش را تغییر بده. وان باید به کمک ترموستات دقیق و سیرکولاسیون مداوم، همواره در دمای ۸۵ تا ۹۲ درجه سانتی‌گراد پایدار بمونه.
۴. نقش اسیدهای بافر مثل استیک یا مالیک در پایداری محلول
محلول‌های الکترولس به شدت حساس به pH هستن. استفاده از بافرهای ضعیف مثل اسید مالیک، سیتریک یا استیک می‌تونه مانع از شوک‌های pH در حین واکنش بشه و عمر مفید محلول رو چند برابر کنه.
۵. فسفر فقط برای مقاومت به خوردگی نیست!
بیشتر افراد فکر می‌کنن فسفر بالا صرفاً برای بهبود مقاومت به خوردگیه، اما واقعیت اینه که فسفر بالا ساختار پوشش رو آمورف می‌کنه که خاصیت غیرمغناطیسی هم بهش می‌ده. این نکته در صنایع خاص مثل تجهیزات پزشکی یا نظامی کاربرد حیاتی داره.
۶. کنترل دقیق نرخ هم‌رسوبی عناصر با افزودنی‌ها
در آبکاری نیکل-فسفر، می‌شه با تغییر شرایط محلول، عناصر دیگه‌ای مثل بور (B)، کبالت (Co) یا حتی نقره (Ag) رو هم‌زمان رسوب داد. این کار باعث به‌وجود اومدن پوشش‌های کامپوزیتی با خواص منحصربه‌فرد می‌شه مثل نیکل-بور یا نیکل-فسفر-بور.
۷. وان‌های الکترولس باید مرتب فیلتر و تازه‌سازی شوند
رسوبات جانبی مثل فسفیت‌های بی‌اثر و ذرات کلوئیدی نیکل به‌مرور کیفیت پوشش رو پایین میارن. این رسوبات با چشم غیرمسلح قابل تشخیص نیستن، اما عملکرد شیمیایی وان رو مختل می‌کنن. فیلترهای مخصوص باید هر هفته تعویض و محلول حداقل ماهی یک بار تصفیه جزئی بشه.
۸. پوشش‌های الکترولس قابلیت Heat Treatment دارند
بعد از آبکاری، اگر پوشش نیکل-فسفر با حرارت بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد تیمار حرارتی بشه، سختی‌اش از حدود ۵۰۰ ویکرز به بیش از ۱۰۰۰ ویکرز می‌رسه. این ویژگی برای قطعاتی که در معرض سایش بالا هستن بسیار مهمه.
منبع:
