آشنایی با کاربردهای بی نظیر آبکاری روی

آبکاری روی (Zinc plating)  در اصل همان الکتروگالوانیزه است زیرا هر  دو فرآیند شامل رسوب الکتریکی روی هستند. آبکاری روی برای قطعات کوچک مانند بست ها ، دستگیره میل لنگ ، فنر و سایر موارد سخت افزاری استفاده می شود.

در این روش روی به عنوان الکترود مصرفی در محلول نمک سیانید ، نمک قلیایی غیر سیانید یا اسید کلریدریک استفاده می شود. حمام‌های سیانیدی از لحاظ کارایی بسیار کارآمد هستند اما به طور بالقوه می توانند آلودگی ایجاد کنند و خطرناک می باشند. برای اطلاعات بیشتر در این رابطه با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

فرآیند آبکاری روی چگونه انجام می شود؟

آبکاری روی فرآیند نسبتاً پیچیده ای است که نیاز به تخصص بالایی دارد. تجهیزات و ماشین آلات تخصصی نیز از جمله یکسو کننده ، ایستگاه آبکاری ، مخزن جانبی برای انحلال مناسب آند روی مورد نیاز است . فرآیند به صورت زیر انجام می شود:

آماده سازی و تمیز کردن سطح  مورد نظر – تمیز کردن سطح بستر قبل از آبکاری کاملاً ضروری است. هر گونه مواد زائد یا آلودگی های موجود در سطح  از چسبندگی مناسب پوشش روی جلوگیری می کند. یک محلول شوینده قلیایی به طور معمول برای تمیز کردن سطح فلزی که می خواهد روکش شود، استفاده می شود و متعاقب آن از یک اسید برای از بین بردن زنگ روی سطح استفاده می شود.

تهیه محلول آبکاری – آبکاری روی نیاز به غوطه وری بستر در محلول الکترولیت فرموله شده دارد که به آن حمام آبکاری گفته می شود. این حمام شامل محلول یونی فلز روی و مواد شیمیایی مختلفی است که فرآیند را تسهیل می کند. آنها همچنین به تولید خواص شیمیایی و فیزیکی مورد نظر محصول نهایی کمک می کنند.

انواع خاص محلول های الکترولیت روی شامل موارد زیر است:

زینک اسیدی – یک روش کابردی گسترده است که به دلیل کارآیی بالا ، رسوب سریع و قدرت پوشش عالی از آن استفاده می شود. با این حال ، زینک اسیدی قدرت پرتاب و توزیع ضخامت ضعیفی را فراهم می کند.

زینک قلیایی – کارایی کمتری نسبت به زینک اسیدی  دارد و سرعت رسوب کندتری دارد  اما توزیع ضخامت و انعطاف پذیری بهتری را ارائه می دهد.

برقراری جریان الکتریکی – جریان الکتریکی برای رساندن یون های فلزی به  روی سطح بستر استفاده می شود. در مورد آبکاری روی ، بستر به عنوان کاتد عمل می کند. جریان DC  که از آند برقرار می شود روی وارد محلول شده و روی فلز مورد نظر رسوب می کند.

عوامل مؤثر بر نتایج آبکاری روی

عوامل مختلفی می تواند بر نتیجه پروژه آبکاری روی تأثیر بگذارد  که بسیاری از آنها می توانند به طور مؤثر مدیریت و کنترل شوند. برخی از این عوامل عبارتند از:

چگالی جریان – چگالی جریان DC که از آند به کاتد جریان دارد می تواند تأثیر بسزایی در ضخامت پوشش روی داشته باشد. چگالی جریان هر چه بیشتر باشد  ضخامت پوشش نیز بیشتر می شود. اگر چگالی جریان بیش از حد باشد ، احتمالاً سطح بستر چین دار خواهد شد.

دما: دمای حمام  نیز تأثیر مستقیمی بر نتیجه آبکاری روی خواهد داشت. دمای بالاتر حمام باعث کاهش انتشار هیدروژن روی کاتد و افزایش مصرف درخشان کننده ها و سایر مواد افزودنی خواهد شد. بین دما و چگالی جریان نیز رابطه تنگاتنگی وجود دارد. با افزایش هر دو ، نتیجه کار درخشان تر خواهد بود. هنگامی که دما افزایش می یابد اما چگالی جریان بدون تغییر باقی می ماند ، تشکیل بلورهای فلزی بزرگتر اتفاق می افتد.

غلظت رسوب روی – سطح غلظت روی در محلول  بر میزان روشنایی و بافت محصول آبکاری شده تأثیر می گذارد. غلظت های بالاتر سطح خشن تری ایجاد می کند ، در حالی که غلظت های پایین تر منجر به درخشندگی روشن تر با بلورهای ریز می شود.

سایر عوامل قابل کنترل که هنگام آبکاری با روی نتیجه را تحت تأثیر قرار می دهند عبارتند از:

• موقعیت آند و کاتد
• شرایط سطح بستر
• آشفتگی حمام (یا عدم وجود آن)
• استفاده از مواد افزودنی مانند سورفکتانت ها و براق کننده ها
• غلظت یون های هیدروژن
• مدت زمان واقعی آبکاری
• درجه فیلتراسیون حمام آبکاری روی
• راندمان عملیات شستشو
• غلظت آلاینده های موجود در حمام آبکاری

پوشش روی به طور کلی به رنگ خاکستری کمرنگ خواهد بود  اگرچه استفاده از کرومات پس از آبکاری باعث طیف گسترده ای از رنگ ها از جمله زرد ، آبی ، سیاه و زیتون خواهد شد. در صورت دلخواه می توان قطعات آبکاری شده را رنگ آمیزی کنید. یک پوشش روی خالص سختی تقریباً یک دوم تا یک سوم فولاد خواهد داشت.

چگونه آبکاری روی از خوردگی جلوگیری می کند؟

یکی از مهمترین مزایای آبکاری روی این است که مقاومت به خوردگی بستر زیرین را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. اما چگونه این اتفاق می افتد؟ روی علاوه بر تشکیل سد فیزیکی به عنوان یک پوشش قربانی عمل می کند. این بدان معنی است که پوشش روی به جای بستر فلزی که از آن محافظت می کند ، دچار خوردگی می شود.

علاوه بر این ، روی با اکسیژن موجود در جو واکنش می دهد تا اکسید روی ایجاد شود. اکسید روی متعاقباً با آب واکنش نشان می دهد تا هیدروکسید روی تشکیل شود  که با دی اکسید کربن پیوند می زند تا یک لایه نازک از کربنات روی تولید کند. کربنات روی به سطح فلز روکش دار چسبیده و در برابر خوردگی از آن محافظت می کند.

کاربردهای آبکاری روی

آبکاری با روی کاربردهای صنعتی بسیاری دارد روی می تواند یک پوشش مقاوم در برابر خوردگی را روی قطعات فلزی کوچکتر مانند پیچ و مهره و بست ها فراهم کند. به طور کلی ، بیشتر قطعات سخت افزاری با روی پوشش داده شده اند. آبکاری  زینک همچنین به عنوان روشی برای محافظت از قطعاتی مانند لوله های ترمز و اجزای فرمان از کاربرد گسترده ای در صنعت خودروسازی برخوردار است.

علاوه بر این ، از آبکاری روی در تولید مخازن ، زره های شخصی و سایر وسایل نقلیه نظامی سنگین استفاده می شود. این روش همچنین می تواند به عنوان یک پوشش محافظ قبل از نقاشی و رنگ آمیزی عمل کند ، زیرا می تواند باعث چسبندگی بیشتر رنگ شود.

سایر مزایای آبکاری روی

پوشش روی بیش از محافظت عالی در برابر خوردگی مزیت دارد. سایر دلایل مهم برای انتخاب این روش عبارتند از:

هزینه پایین – از آنجا که روی به وفور یافت شود برای فرآیند آبکاری مقرون به صرفه تر از فلزات گرانبها مانند طلا یا پالادیوم است.

افزایش استحکام – اگرچه روی یک فلز نسبتاً سبک است اما پوشش روی می تواند مقاومت بستر را افزایش دهد.

رسوب کم استرس – استفاده از روکش روی باعث ایجاد استرس ناخواسته در قسمت یا اجزای فلزی نمی شود.

انعطاف پذیری – روی برای استفاده در طیف گسترده ای از حمام مواد شیمیایی سازگار است و انعطاف پذیری بیشتری را برای شخصی سازی نتیجه آبکاری ارائه می دهد. روی همچنین برای فرآیندهای آبکاری بشکه و قفسه مناسب است.

تورق پذیری– روی یک فلز بسیار تورق پذیر است  به این معنی که بدون ایجاد شکستگی می تواند به رشته های بلند و باریک کشیده تبدیل شود. این امر باعث می شود که روی به راحتی به شکل بستر زیرین درآید.

تحمل درجه حرارت بالا – روی قادر به تحمل درجه حرارت تا ۱۲۰ درجه فارنهایت است که می تواند به کاهش هزینه های سرمایش کمک کند.

کنترل آغشته سازی هیدروژن – پوشش های روی کمتر مستعد آغشته شدن به هیدروژن هستند که باعث افزایش شکنندگی فلز روکش شده  می شود. با این وجود ، روشهای مناسب کاهش آغشته سازی به هیدروژن در آبکاری بست های فلزی با استحکام بالا باید انجام شود.

محیط زیست دوست است -این روش به عنوان یک فرایند نسبتاً سازگار با محیط زیست در نظر گرفته می شود به خصوص وقتی که با همتای کادمیوم خود مقایسه شود. روی همچنین مزیت بازیافت دارد.

جذابیت زیبایی شناختی – این فرآیند می تواند ظاهر یک بخش یا کل آهن یا فلز دیگر را بهبود ببخشد. استفاده از رنگ ها در طول کار نیز می تواند در سفارشی کردن ظاهر محصول نهایی به شما کمک کند.

طول عمر آبکاری روی

عوامل مختلفی وجود دارد که دوام پوشش روی در برابر خوردگی را تحت تاثیر قرار می دهد. کیفیت پوشش از اهمیت حیاتی برخوردار است. همچنین  روکش های ضخیم تر و استفاده از محصولات مناسب پس از آبکاری نیز می تواند باعث افزایش ماندگاری پوشش شود. البته محیط اطراف نیز نقش اساسی در شکل گیری خوردگی دارد.

چه موقع نباید از آبکاری روی استفاده کرد؟

اگرچه مزایای زیادی برای این فرآیند  وجود دارد ولی این روند برای هر شرایطی ایده آل نیست. به طور خاص  در قطعات آبکاری بحرانی که در معرض دمای ۵۰۰ درجه فارنهایت یا بالاتر قرار دارند ، نباید از این روش استفاده شود. همچنین نباید از آن در برنامه های کاربردی دریایی و یا در محیط های گرمسیری استفاده شود زیرا  این محیط ها می توانند باعث خوردگی های حجیم شوند.

برای قطعات متحرک كه در تماس با یکدیگر قرار دارند نیز از پوشش روی استفاده نكنید. از این روش همچنین نباید در محصولات یا تجهیزات نگهداری شده در مناطق محدود که در معرض تراکم سنگین رطوبت هستند ، استفاده شود.