بخش 2 :
« اصول آبکاری الکتریکی »
آبکاری الکتریکی فرآیندی است که در آن با استفاده از جریان برق لایه نازکی از یک فلز روی سطح فلزی دیگر رسوب داده می شود. جریان برق و عوامل احیا کننده ایی که در این فرآیند مصرف می شوند ارزان هستند. این امر توجیه اقتصادی خوبی برای توسعه این روش است.
هدایت الکتریکی محلول : محلول کلرید سدیم و آهک در آب هدایت الکتریکی خوبی دارند در حالی که محلولهای شکر و اوره هادی خوبی نیستند. برای درک این مطلب یعنی اختلاف ظرفیت هدایت الکتریکی محلولها بهتر است آنها را با هم مقایسه کرد.
هدایت الکتریکی خوب فلزات به واسطه حرکت آزادانه الکترونهاست.وقتی فلزات در میدان الکتریکی قرار می گیرد الکترونها از قطب مثبت حرکت می کنند ولی عملاً هسته ها و یونهای اتمی داخل فلز ساکن هستند. به طور کلی یک ماده هنگامی می تواند جریان الکتریسیته را هدایت کند که الکترون یا دیگرذرات باردار یعنی یونها در داخل آن حرکتکنند. در تمام محلولهای هادی جریان برق مولکولها به ذرات باردار یا یون (مثبت ومنفی) تجزیه می شوند یونهای بار منفی به طرف آند حرکت می کنند به همین دلیل آنیون نامیده می شوند. برعکس یونهای مثبت به طرف کاتد حرکت می کنند و به همین دلیل کاتیون نامیده می شوند.
کاتد و آند : صفحات فلزی غوطه ور در محلول هستند که از طریق آنها الکترون آزاد یا جذب می گردد. این صفحات را الکترود نیز می گویند. الکترودی که الکترون آزاد کرده و بار مثبت پیدا می کند آند و الکترودی که الکترون وارد محلول می کند کاتد می گویند.
الکترولیت : محیط حمل جریان از طریق جابجایی یونهاست. در محلول های هادی جریان ، حلال عوامل موجود را به دو دسته ذرات مثبت و منفی تجزیه می کند.
الکترولیز : در محلول هادی جریان الکتریسیته در اثر واکنش بین حلال و مواد حل شده یونهای بارداری به وجود می آید که با عبور جریان، یونهای منفی (آنیون) به سمت قطب مثبت و یونهای مثبت (کاتیون) به سمت قطب منفی حرکت می کنند.
به این ترتیب در اثر واکنش الکتروشیمیایی که رخ می دهد یونها با از دست دادن الکترون در آند و گرفتن الکترون در کاتد به محصولاتی تبدیل می شوند که از نظر بار الکتریکی خنثی هستند این پدیده را الکترولیز می گویند. مشابه الکترولیز در فرآیند آبکاری الکتریکی برقراری میدان الکتریکی در محلول، آند با از دست دادن الکترون به صورت مثبت وارد محلول شده و به سمت کاتد حرکت می کند. در کاتد یونهای مثبت با دریافت الکترون خنثی شده و به صورت فیلم نازک و صافی روی کاتد (فلز مبنا) رسوب می کنند.
Q = I × t
W Q
W It
W ZIt
قوانین الکترولیز : الکترولیزنتیجه جذب و دفع الکترونها است که فقط در سطوح الکترودها انجام می گیرد. به همین دلیل محصولات الکترولیز نیز تنها در سطوح الکترودها به وجود می آیند. در هر فرآیند الکترولیزی، رسوبی که روی الکترود تشکیل می شود مستقیماً با مقدار جریان عبور کرده از الکترولیت متناسب است. مقدار جریان عبوری از الکترولیت با شدت جریان و مدت زمان عبور جریان متناسب است. (قانون اول فارادی). اگر مقدار الکتریسیته بر حسب کولمب Q، شدت جریان عبوری بر حسب آمپر I و مدت زمان عبور جریان بر حسب ثانیه t باشد می توان نوشت :
W = Q
وزن رسوب یا
Z ثابتی است که به مشخصات ذرات یونی فلز رسوبی بستگی دارد.Z را «اکی والان» الکتروشیمیایی ذرات یونی نیز می گویند.یعنی مقدار جرمی که در اثر عبور یک کولمب جریان از الکترولیت از آند آزاد می شود.
ECE اکی والان وزنی یا شیمیایی یا وزنی یک ماده برابر نسبت وزن به ظرفیت آن است.
ظرفیت / وزن اتمی = اکی والان شیمیایی
اگر جریانی که از دو الکترولیت متفاوت عبور می کند یکسان باشد و وزن رسوب روی دو الکترود به ترتیب W1 ، W2 و اکی والان وزنی آنها m1 ، m2 باشد می توان نوشت :
فرمول هاي مهم :
1. اکی والان شیمیایی
2.
3. V = m/D حجم فلز رسوبی
x = V/A ضخامت رسوب
که D چگالی فلز و A سطح رسوب است.
4. D ×x ×A × = mجرم فلز رسوبی
5. (Z : t) m/ = tمدت زمان لازم برای رسوب
6.
اهمیت pH در آبکاری الکتریکی : کنترل pH حمام ضروری است چون روی راندمان کاری حمام و خواص فیزیکی رسوب اثر می گذارد. افت زیاد pH باعث آزاد شدن هیدروژن محلول میگردد. این امر علاوه بر این که موجب کاهش راندمان عملیات می شود موجب تجمع یونهای هیدروژن در مجاورت کاتد و همین طور رسوب همزمان نمکهای پایه می گردد. این روند کلاً خواص رسوب را تغییر می دهد. در pH بالاتر راندمان کاتد کاهش پیدا می کند بنابراین لازم است pH حمام به طور مرتب کنترل و تنظیم شود. در حمامهای اسیدی مثل حمام نیکل برای افزایش pH به محلول کربنات نیکل یا هیدرواکسید نیکل اضافه می کنند. در بیشتر موارد pH حمام در دامنه pH 0.5 کنترل می گردد. مگر در کنترلهای خیلی دقیق که pH در دامنه pH 0.2 نگهداشته می شود.
اضافه ولتاژ مربوط به هیدروژن : تقریباً در تمام فرآیندهای آبکاری الکتریکی هیدروژن و اضافه ولتاژ مربوط به آن مطرح است. چون همه محلولهای آبی حاوی یون H+ بوده و احیاء آن در کاتد به تشکیل گاز هیدروژن منجر می گردد. این عمل راندمان و همین طور خواص رسوب را پایین می آورد.
وقتی که پتانسیل کاتد به حد پتانسیل معکوس می رسد به جای رسوب فلز اصلی فلز یا عنصری که پتانسیل رسوبی آن برابر پتانسیل کاتدی است رسوب خواهد کرد. پتانسیل رسوبی هیدروژن آزاد شده ، E ، در فشار اتمسفری و دمای نرمال به صورت زیر است :
E = 0.59 log [H+] = 0.059 pH
علاقه مندی ها (Bookmarks)