آبکاری بدون زینکات یا استنات منیزیم آلومینیوم و تیتانیم

از نگاه منال فینیشینگ 2011

برای بیش از 80 سال آبکاری فلزاتی نظیر منیزیم آلومینیوم و تیتانیم وابسته به محلول هایی شامل زینکات و استنات بود.این محلول ها به دلیل تنظیم کردن محدود و هم چنین کار کردن سخت با این نوع محلول ها منسوخ شده اند.
این مقاله به توضیح یک روش جدید و سازگار با محیط زیست برای ابکاری فلزات مذکور بدون نیاز به این نوع محلول ها و در نتیجه تمیز کردن های اضافی و روش های اکسید زدایی میپردازد.
این فرایند نشان می دهد که چگونه می توان زینکات و استنات را حذف کرد و از بخش تمیز کردن و اکسید زدایی گذر کرد.
این مقاله شامل استفاده از نیکل الکترولس میشود که یکی از پوشش های رایج در این فلزات است و غالبا به عنوان یک پایه برای ابکاری فلزات دیگر استفاده گردد.
سبکی،قدرت و نقطه ذوب بالای تیتانیوم،آلومینیوم و آلیاژهای مختلف منیزیم این فلزات را بسیار مناسب برای استفاده در کاربرد های هوایی و خودرو کرده است.
در خیلی از موارد نیاز به ابکاری فلزات وجود دارد اما فلزات واسطه مانند مس کروم نیکل و ... پیوند خوبی با فلزات سبک و غیر واسطه برقرار نمیکند.
برای چند دهه،ابکاری این فلزات ابتدا بوسیله یک لایه نازک از روی یا قلع از محلول های شناخته شده زینکات یا استنات انجام میشد.1)محلول های ساده زینکات یا استنات چیزی بیش تر از زینک اکسید یا قلع اکسید در محلول های قوی سدیم هیدروکسید یا پتاسیم هیدروکسید نیستند.اما برای بهترین نتیجه معمولا سیانید به محلول اضافه میگردد.2)انواع دیگری از حمام مانند مخلوط کردن زینکات و استنات و تغییر پی اچ و غلظت محلول میباشد.
3)علاوه بر این،مس بر روی این فلزات ابکاری میشود تا هم سخت را نرم کند و هم اینکه باعث بهبود پیوند فلزات ابکاری میشود.
4)با توجه به هزینه ها زینکات معمولا بطور وسیعی برای این محلول ها استفاده میگردد.

تمیز کردن و اکسید زدایی
در هنگام ابکاری،مهم ترین بخش فرایند تمیز کردن و اکسید زدایی فلز یا الیاژی است که باید ابکاری بر روی ان انجام گیرد.تمیز کردن شامل تمیز کردن سطح از روغن ها و یا مواد جامد ارگانیک است اما اکسید زدایی شامل حذف مواد ناخواسته غیر ارگانیک(اکسیدها،هیدروکسیدها) است که باعث تداخل در ابکاری میگردد.
انتخاب تمیزکننده بستگی به الودگی سطح و هم چنین آن فلز مربوطه دارد.
معمولا،یک محیط قلیایی قوی بهترین نتایج را در ابکاری تیتانیم الومینیوم و منیزیم و دیگر آلیاژها دارد.
سپس در یک اب شستشو داده شود.موادی که برای اکسیدزدایی استفاده میگردند نیتریک اسید،سولفوریک اسید،هیدروفلوریک اسید و هیدروکلریک اسید هستند.
غلظت آن بستگی به فلز مربوطه دارد سپس بوسیله آب شسته میشود.در قدیم این فلزات بوسیله کرومیک اسیداکسید زدایی میشدند یا روکشی از جنس کرومات بر روی آنها ایجاد می گردید تا از رشد اکسید فلزات بر روی آن ها جلوگیری گردد و کار را برای استفاده از محلول های زینکات یا استنات آسان می کردند.اما به دلیل نگرانی های زیست محیطی این روش منسوخ شده است.

منیزیم
به دلیل واکنش پذیری و آلیاژهای آن،ابکاری خیلی کمی ازاین فلز خالص یا آلیاژهای آن رخ میدهد.اغلب در انتهای ابکاری،لایه ای بوسیله استریک مس ایجاد میگردد تا بتوان هر گونه اکسیداسیون در سطح فلز که به هنگام تمیز کردن اکسیدزدایی یا بعد از ابکاری رخ میدهد را کاهش میدهد.
در ضمن استریک مس برای نرم کردن خش ها و حفره ها در سطح فلز عمل میکند.یک روش رایج برای استفاده از نیکل الکترولس در جدول 5 امده است.مراحل در جدول 2 ذکر شده است.
برای انجام فرایند منیزیم یا آلیاژ آنرا کاتد قرار میدهند که شامل یک امولسیون رسانا از پلی آمین یا پلی آمید است.برای چند ثانیه در 15 آمپر بر فوت مربع سپس شستشو میدهند و خشک میکنند.ضخامت ایجاد شده در حدود 400 نانومتر است و هر مقدار اضافی از پلیمر را میتوان دوباره استفاده کرد.
چسبندگی بسیار عالی بود(در دمای 375 فارنهایت پخته شده برای نیم ساعت و در آب سرد کوانچ شود.)
علاوه بر این باید اشاره کرد شستشو،خشک کردن را میتوان چند روز قبل از شروع نیکل الکترولس امکان پذیر است،تنها چیزی که احتیاج است فروبردن قطعه در آب مینرال زدا یک ساعت قبل از آبکاری برای دوباره فعال کردن سطح فلز است.اگر میخواهید سطح را رنگ کنید سطح بسیار عالی و برای رنگ کردن است.

آلومینیم
هر آلیاژ آلیمینیومی مشکلات مربوط به خود را دارد و شدنی نیست که یک روش کلی برای تمیز کردن همه آنها ارائه کرد.به دلیل مقدار زیادی از سیلیکون موجود در آلیاژهای آلومینیوم از خود برای آبکاری نشان میدهد.این آلیاژها معمولا در محیطهای فلوئوردار که نیتریک اسید وجود دارد اکسید زدایی می گردند چرا که نیتریک اسید ازحمله فلوراید بر سطح آلومینیوم جدا کردن سیلیکون میگردد.جدیدا آلیاژ 383 شسته و اکسید زدایی شد،سپس به عنوان آند قرار داده شد در یک امولسیون پلی امید یا پلی امین د چگالی جریان 15 آمپر بر فوت مربع برای پند ثانیه تا سطح آن آماده شود.سپس در حمام نیکل الکترولس قرار داده شد و سطحی از نیکل بر روی آن قرار گرفت.
حال این سطح پوشیده از نیکل آماده آبکاری از هر فلزی را دارد.

تیتانیوم
تیتانیوم با لینکه یک فلز نجیب بحساب می آید به سرعت در شرایط اکسیدکننده لایه نازکی از اکسید آن بر رویش تشکیل میگردد و آبکاری و رنگ کردن آنرا مشکل میکند.
تعدادی روش بر روی آبکاری تیتانیوم انجام شده است ولی خیلی از آنها نیازمند شرایط بشدت سمی و خورنده است و در برخی موارد محلول زینکات استفاده میگردد.یک فرایند جدید از روش بدون سمی و نسبتا ساده که در جدول 3 آمده است استفاده میکند.
برای انجام این فرایند تیتانیوم را کاتد کرده در یک سل الکترولیتی که شامل پلی امین یا امید در 15 آمپر بر فوت مربع برای چند ثانیه ،شستشو و سپس قرار دادن در حمام نیکل الکترولس برای رسیدن به ضخامت مورد نیاز است.
این فرایند پسبندگی بسیار خوبی دارد(پخته شده در 375 فانهایت برای نیم ساعت و کوانچ در آب سرد) و فلزات دیگر به راحتی بر روی نیکل الکترولس مینشینند.

نتیجه گیری
نشاندن الکترولیتی از یک لایه نازک از پلی آمید ها یا پلی آمین های مختلف بر سطح منیزیم،آلومینیوم یا تیتیانبوم امکان آبکاری بسیار سریع و آسان فلزات دیگر مثل نیکل بر روی آنها را فراهم میکند که بسیار آسان تر از کاربرد زینک و قلع بوسیله زینکات یا استنات است.
مراحل دما(F0) زمان
شستشوی قلیایی 180-200 3-5min
شستشو در آب
شستشوی اسیدی با کرومیک اسید یا فسفریک اسید محیط 30-60s
شستشو در آب
اچ کردن فسفریک اسید-فلوراید محیط 1-2min
شستشو در آب
زیکاته کردن حاوی فلوراید 155-160 3-15min
شستشو در آب
استریک مس سیانیدی 130-140 6-8min
شستشو در آب
نیکل الکترولس
جدولI روش متداول برای نیکل الکترولس منیزیم
مراحل دما(F0) زمان
شستشوی قلیایی 180-200 5-8min
شستشو با آب
اکسید زدایی در محیط اسیدی متوسط محیط 15-30s
شستشو در آب
جدولII مراحل آماده سازی برای الکترولس بدون زینکات و استنات
مراحل دما(F0) زمان
چربی زدایی
محیط قلیایی قوی 180-200 5-8min
شستشو در آب
جدولIII شستشوی غیر سمی برای آبکاری بر روی تیتانی