هول سل چیست؟                  

            گرد آوری و ترجمه  واحد تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان شهریور 94

یک محلول آبکاری که دارای تعدادی مواد شیمیایی است که هر کدام یک اثر معین بر روی ویژگی های پوششی که به شیوه ی الکتریکی بر روی سطح فلز می نشینند دارند. بنابراین برای رسیدن به یک پوشش با ویژگی های مورد نظر که

به روش الکتریکی روی سطح فلز می نشیند، نیاز به دانستن ترکیب الکترولیت دارد. از جمله موارد مهم، غلظت فلز و دیگر نمک ها در داخل محلول است. امروزه یک تعداد کافی روش های تجزیه ای شناخته شده وجود دارد که با استفاده از یک تکنیک ساده، مقدار کمی تجربه و دقت در انجام کار می توان به نتایج با صحت لازم رسید. اما برخی از این روش ها زمان بر هستند، از طرفی هم این روش ها به طور کلی برای کنترل و تعیین افزودنی های آلی مناسب نیستند. اگرچه نوع ترکیب های به کار گرفته شده برای این هدف توسط مقالات و پتنت ها تعیین شده اند، اما به ندرت شخص آبکاری وجود دارد که ترکیب شیمیایی دقیق را بداند و همچنین بسیار نادرند روش های در دسترس تجزیه ای برای تعیین غلظت ها در محلول آبکاری. از دیدگاه عملی این خطر وجود دادر که یک انحراف کوچک از غلظت بهینه ی عوامل افزودنی به طور معمول تغیرات چشمگیری در پوشش نشسته به روش الکتریکی تحت شرایط معمول آبکاری تولید نخواهد کرد و این باعث می شود شخص آبکار به هشدارهای خیلی حساس در ارتباط با نامناسب بودن محلول آبکاری دست پیدا نکند. با این حال خوشبختانه تغییرات به آسانی در پوشش نشسته به روش الکتریکی قابل رویت هستند و هول سل یک ابزار خیلی مناسب است برای برخی از تست های آبکاری. تست هول سل برای اولین بار توسط R.O.Hull طراحی شد. بزرگترین مزیت هول سل این است که برای شخص آبکار این امکان را فراهم می آورد که ویژگی های پوشش را در همه ی دانسیته جریان های مختلف بر روی یک پنل بسنجد.

اثرات زیر می تواند با استفاده از هول سل بررسی شود:

1.    تغییر در اجزای اصلی محلول و عوامل افزودنی

2.   اعمال تغییرات شرایط آبکاری همانند تغییر دما و دانسیته جریان

3.    اثر ترکیبات آلی و معدنی مزاحم در داخل محلول

4.    بررسی جنس تانک همانند اینکه لاستیک باشد یا پلاستیک

طراحی هول سل:

هول سل یک ظرف آبکاری کوچک شده است که دارای یک شکل ذوزنقه ای ویژه است. شکل ظرف و قطرهای آن اهمیت دارن و در شکل زیر اشکال آن نشان داده شده است. ظرف هول سل در ابعاد 250، 267، 320، 534 و 1000 میلی لیتری برای انجام کار مناسب هستند. هم می توان تنها ظرف های هول سل را تهیه نمود هم می توان همه ی اجزای هول سل را در یک مجموعه شامل منبع تغذیه، وسایل نگهدارنده ی پنل ها و حمام آب گرم تهیه نمود. از ظرف های هول سل، ظرف 267 میلی لیتری بیشتر قابل استفاده است چرا که محاسبه ی مقدار مواد افزودنی به آن آسانتر است. اما این ظرف دارای مشکلاتی از قبیل؛ مشکل بودن شرایط کنترل دمایی آن و همچنین ظرفیت کم محلول می باشد. ظرفیت ورق گذاری در ظرف 267 میلی لیتر 3 بار و در ظرف 534 میلی لیتری 5 بار می باشد و کنترل دمایی ظرف 534 میلی لیتری نیز آسان تر است. به طوری که برای شرایط تست های 5 دقیقه ای و دمای 25-30 درجه سانتی گراد و با جریان 1 تا 3 آمپر در ظرف 534 میلی لیتری تغییر دمای چندانی نیست و همچنین ظرف های 534 میلی لیتری قابلیت استفاده از چند آند را نیز دارا می باشند. از سل 1000 میلی لیتری برای زمانی که کنترل دمایی خیلی مهم است استفاده می شود. ظرف های 250،267 و 320 میلی لیتری یک ظرف و با یک ابعاد است فقط سطح محلول حمام در آن ها تعیین کننده ی حجم حمام است.

آند در هول سل:

آند در هول سل کاملا مسطح و دارای ابعاد 2.25 * 2.5 اینچ است و به طور کامل قسمت انتهایی ظرف را پر میکند همانطور که در شکل نشان داده شده است. ضخامت آند نباید بیشتر از 0.2 اینچ باشد و ارتفاع آن به گونه ای باید باشد که مقداری از آن برای اتصال الکتریکی بیرون از محلول باشد. در همه ی تست ها باید از یک آند استفاده کرد تا دقت بیشتری وجود داشته باشد. جنس آندی که در حمام هول سل به کار گرفته میشود به محلول آبکاری وابسته است.

کاتد در هول سل:

ترکیب و شرایط مناسب حمام آبکاری از ظاهر کاتد پس از انجام تست مشخص می شود. در صورتی که درخشندگی برای ما اهمیت داشته باشد نیاز است که از قبل کاتد پولیش مکانیکی داده شود. که این نشان می دهد ترکیبات و شرایط سطح کاتد می تواند یک اثر قابل ملاحظه بر روی پوشش داشته باشد. R.O.Hull استانداردهای کاتد را معرفی کرد؛ ورقه های استیل نیمه براق که با روی پوشش داده شده اند به عنوان کاتد برای پوشش های روی و کادمیم مناسب هستند. ورقه های برنج که خوب پولیش داده شده اند و دارای یک پوشش محافظ هستند به عنوان کاتد برای پوشش مس براق و نیکل براق مناسب هستند. پوشش روی بر روی کاتد برای محافظت در مقابل خوردگی استفاده می شود و برداشته می شود به واسطه ی غوطه ور کردن آن در یک محلول 50% از هیدروکلریک اسید و سپس شسته می شود و با استفاده از یک دستمال تمیز پاک می شود و قبل از استفاده نیز شسته می شود. برای ورقه های برنجی ابتدا پوشش آن با یک جسم تیز برداشته می شود و قطعه به مدت 20 ثانیه در یک پاک کننده ی داغ مخصوص ورقه های برنجی خیسانده می شود و باید دقت داشت اثر انگشت بر روی آن باقی نماند. کاتدی که استفاده می شود باید دارای ابعاد 7*10 سانتی متر باشد و ضخامت آن نزدیک به 0.5 میلی متر باشد. از هر کاتد یک بار بیشتر به صلاح نیست استفاده شود.

تست هول سل و تفسیرش

توزیع جریان روی ورقه ی تست

برای اینکه توزیع جریان روی ورقه ی تست موثر باشد باید یک رنج وسیعی از دانسیته جریان ها را که محلول تحت تست با آن مواجه می شود را پوشش دهد. دانسیته جریان در هر نقطه از کاتد در هول سل از رابطه ی زیر به دست می آید.

که در اینجا I جریان کل بر حسب آمپر

C1, C₂ این مقادیر به سل بستگی داشته که برای هر حجم آن این مقادیر محاسبه شده است لازم به ذکر است این مقادیر از یک الکترولیت به الکترولیت دیگر تغییر چندانی ندارد.

در اینجا L فاصله بین انتهای پانل تا انتهای قسمت دانسیته جریان بالای سل بر حسب سانتی متر است.

در روش دیگر از جدول زیر به منظور پیدا کردن دانسیته جریان نقاط مختلف بر حسب میزان جریان اعمال شده بر روی نقاط مختلف سطح پوشش گرفته ورق هول سل استفاده می شود.

برای استفاده از این جدول ورق هول سل را در محل قرارگیری ورق هول سل (ما بین دو جدول) قرارداده و از نقطه ای که می خواهیم دانسیته جریان آن را پیدا می کنیم خطی به بالا (آمپر بر فوت مربع) یا به پایین (آمپر بر دسی متر مربع) می کشیم، سپس خطی دیگر از میزان جریانی که به سل اعمال کرده ایم به صورت عمود بر خط فوق می کشیم.

محل تلاقی این دو خط بیانگر دانسیته جریان در نقطه موردنظر خواهد بود.

روش تست هول سل

اگر از حمام های متفاوت آبکاری استفاده شود باید از ظرف های متفاوت استفاده شود. همچنین حداکثر آزمایشاتی که بدون اصلاح pH می توان در هول سل 267 میلی لیتری انجام داد 3 بار می باشد و بعد از سه بار باید از محلولی دیگر استفاده کرد. برای انجام تست هول سل مراحل زیر را به ترتیب انجام می دهیم:

1. مقداری از محلول آبکاری که از قبل در دمای مورد نیاز گرم شده است را داخل ظرف هول سل می ریزیم ( این مقدار از محلول باید به گونه ای باشد که سطح حمام پایین تر از سطح مشخص شده برای حجم مورد نیاز باشد)، ظرف هول سل باید دمای آن توسط یک حمام آب گرم (water jacket) در دمای از قبل تعیین شده تنظیم شود.
2. قبل از قرار دادن کاتد در داخل محلول، بین کاتد و آند یک مقدار کوچک از جریان اعمال می کنیم.
3. محلول آبکاری را به ظرف هول سل اضافه میکنیم تا سطح محلول به آنچه که مورد نظر ما است برسد.
4. جریان را به جریان مورد نظر می رسانیم و زمان لازم را می دهیم (برای اعمال جریان مستقیم (DC) از یک رکتیفایر آزمایشگاهی، 10 آمپر، 15ولت استفاده شود).
5. پس از پایان زمان آنالیز جریان را قطع نموده، کاتد را خارج کرده و کامل شسته و خشک می کنیم. راه خشک کردن کاتد غوطه ور کردن آن در الکل و سپس خشک کردن آن در معرض هوا است.

زمان انجام تست هول سل به محلول آبکاری و دانسیته ی جریان بستگی دارد و بهترین راه آن تعیین آن به صورت تجربی است.

تفسیر نتایج تست هول سل:

یک تست بر روی یک حمام نیکل سرد با استفاده از یک براق کننده ورقه ای همانند شکل زیر به دست می دهد. دانسیته جریان بالا در ورقه در سمت چپ قرار دارد. ناحیه ی A تیره و زبر است، ناحیه ی B مات است، ناحیه ی C براق است، نایحه ی D یا پوشش بسیار کمی دارد یا اصلا پوشش نگرفته است. از ناحیه ی A به سمت ناحیه ی D به سمت دانسیته جریان پایین می رویم. یک طرح مناسب برای تفسیر نتایج با استفاده از مراجع، استفاده از قسمتی از ورقه ی بعد از تست کاتد است که در ناحیه ی بین خطوط نقطه چین قرار گرفته است.

برای راحتی در ساختن مدل هایی که در آن ها تست های مختلف هول سل معرفی شده است از یک سری علایم برای نشان دادن ظاهر نواحی مختلف ورق تست استفاده شده است که در شکل زیر به نمایش گذاشته شده اند.

اگر هدف از تست محاسبه ی اثر غلظت عوامل افزودنی در یک حمام جدید است، جریان کل باید به گونه ای باشد که محدوده ی وسیعی از پوشش براق را ایجاد کند.