آبکاری کادمیم از نگاه متال فینیشینگ 2011

ترجمه توسط تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان

اساسا بیشتر آبکاری کادمیوم به صورت حمام های قلیایی توسعه یافته اند. با حل کردن اکسید کادمیوم در محلول  سیانور سدیم. در سال های اخیر ، اهمیت مقررات محیط زیست ، از فرآیند سیانوری به علت فرآیند سولفات اسیدی یا کلرایدی خنثی تغییر کرده که به ترتیب با محلول های اسید سولفوریک ، آمونیوم /کلراید پتاسیم تهیه شده اند.

سیستم های اسیدی فلوبوراتی نیز برای آبکاری کادمیوم به کار برده شده اند ولی کاربردشان عموما در اروپا گسترده تر از ایالات متحده می باشد.

ویژگی های عملکردی حمام آبکاری سیانوری کادمیوم با نسبت غلظتی Nacn/cd  تعیین می شود. Naoh   و Na2co3 توسط واکنش های داخل حمام    تشکیل می شوند  و NaoH اضافی ممکن است برای هدایت بیشتر و اثرات متقابل بیشتر به محلول اضافه شود.

ترکیب انواع حمام های آبکاری کادمیوم سیانوری در جدول I خلاصه شده است.

جدول 1

انتخاب یک حمام آبکاری به اندازه و ساختار قطعه آبکاری شونده بستگی دارد.تعداد زیادی از قطعات کوچک با بارل و محلول هایی با نسبت Nacn/cd کم راحت تر آبکاری می شوند . از آنجایی که قطعات با سطوح پیچیده یا حفره دار باید از طریق تکنیک های آبکاری با قدرت پرتاب بالا پوشش دهی شوند تا به پوشش کامل دست یابیم. خطوط آبکاری اتوماتیک اغلب برای قطعات با سایز و اندازه متوسط به کار می رود که روی قلاب ها مرتب چیده شده و سپس از طریق یکسری پروسه های ابکاری پی در پی آبکاری صورت می گیرد.

ص 27

گلوله های کادمیوم در قفس سیمی اهنی معلق نموده و به صورت آندهای ابکاری از آن استفاده می کنند. برای قفس های آهنی باید جای آند اضافی آماده نمود. تمام حمام های آبکاری کادمیوم معرف های اضافه کردنی مخصوص به خود را برای رسیدن به یک رسوب یا سطح یکنواخت و دانه ریز و افزایش براقیت پوشش کادمیوم را دارد ولی مقادیر اضافی این معرف های اضافه شده نتیجه خوبی ندارد. عوامل دیگری برای حمام های ابکاری کادمیوم تعیین شده است که شامل دانسیته جریان و دما می باشد که همراه با ترکیب حمام بر کارایی حمام آبکاری ، سرعت آبکاری ، یکنواختی رسوب و گرایش به ایجاد هیدروژن اثرگزار خواهد بود.

تهیه حمام آبکاری کادمیم:

تهیه حمام آبکاری به راحتی در یک وان تقریبا مشابه یک ظرف به عنوان یک وان تولید آبکاری انجام می شود. تقریبا 70% وان را پر از اب نموده و دما را به 90 درجه F رسانده و سدیم سیانید را حل می نماییم . برای ابکاری بارل gr/gal 1 سدیم هیدروکلرید را برای افزایش هدایت محلول اضافه می کنند. به دقت cdo را اضافه کنید در حالی که محلول به طور مداوم در حال هم خوردن می باشد.cdo  به طور کامل حل شود . بعد از حل شدن تمام نمک ها IS-2Lb  پودر روی با گرید تصفیه در 100 گالن از محلول اضافه کنید و به طور کامل به مدت 30 min  هم بزنید. محلول به مدت 24 ساعت استراحت نموده سپس محلول را به داخل وان تولید آبکاری فیلتر نمایید.

ص 26

حدود 5%محلول همراه با رسوبات ته نشین شده در ته وان از دست خواهد رفت . تقریبا یک آند در هر فوت محلول وان به موازات شینه (تسمه) کاتدی قرار دهید و به مدت 48-24 ساعت با ولتاژ 0.5-0.25 ولت آبکاری می نماییم. معرف تصفیه کننده به اندازه مورد نیاز اضافه کنید و به مدت حدود 2 روز در دانسیته جریان 10A/ft2  بروی آماده کردن محلول آبکاری کنید.

شرایط آبکاری (کادمیم):

دانسیته جریان کاتدی 5-70A / Ft2 ممکن است بکار برده شود ولی دامنه مناسب A/Ft2 25-5 برای حمام های بدون هم زن و A/Ft2 50-30 برای حمام های هم زن دار می باشد. بیشترین دانسیته جریان اندی باید حدود A/Ft2 20 باشد. دمای حمام باید 90-75 درجه F باشد ولی ترجیحا نباید در 85-80 درجه F  نگهداری شود. مقدار فلزی کادمیوم با فرآیند آبکاری ثابت خواهد بود. یعنی توان پرتاب بالا یا سرعت کارآیی بالا و مقدار سیانور آزاد مناسب gr/gal10-8 هست ولی در دمای بالاتر برای افزایش یکنواختی پوشش میزان بیشتری مورد نیاز است. غلظت کربنات سدیم باید محدود به  gr/gal 8 یا حتی بیشتر برای حمام های با غلظت فلزی بالا باشد.ترکیب غلظت فلزی بالا و غلظت بالای کربنات سدیم منجر به پلاریزه شدن آندها می گردد و دامنه دانسیته جریان کاربردی را محدود و رسوباتی تیره و رگه دار ناصاف تولید می نماید.

ص 25

آبکاری بارل ( گردان):

بارل های کوچک در ولتاژهای V8-6 بکار گرفته می شود. برای بارل های بزرگتر in14 اینچ و محلول in30 اینچ ولتاژ باید به V 12-10 افزایش یابد. نسبت Nacn/cd  برای آبکاری بارل معمولا در دامنه پایین و طبیعتا در دانسیته جریان پایین A/ ft2 7-5 بسته به غلظت فلزی و دمای حمام می باشد.

حمام های سولفات اسیدی کادمیم :

 حمام های سولفات اسیدی از عمومی ترین فرآیندهای آبکاری کادمیوم غیر سیانوری می باشد. این فرآیند رسوبات براق هم به وسیله بارل و هم گیربکسی با توان پرتاب،سرعت و کارایی آبکاری خوب تولید می نماید. افزودنی های گوناگون در محلول های ابکاری کادمیوم بکار برده می شود که  ویژگی های رسوب براق را حفظ و دامنه آبکاری براق را گسترش می دهد و محلول بری حاصل از ابکاری را جبران و رسوبات دانه ریز را تضمین می نماید.

تهیه حمام آبکاری : مراتب تهیه حمام آبکاری برای آبکاری سولفات اسیدی کادمیوم مشابه محلول های حمام های سیانوری قلیایی است. 70-50 % وان را با آب پر نمایید . به سفارش تامین کننده مواد کادمیوم را به شکل کادمیوم اکسید اضافه می کنید و ترجیحا اضافه کردن اسید سولفوریک ابتدا به دنبال cdo  انجام می گیرد. در هر مورد بطور کامل نمک های کادمیوم را حل نمایید و با دست اسید سولفوریک اضافه کنید .

ص 24

براقی ها، تصفیه کننده های پودری و دیگر افزودنی ها مطابق دستور تامین کننده  مواد اضافه می شود. ترکیب محلول طبق دستور توسط تامین کننده ها حمام آبکاری کادمیوم در جدول خلاصه شده است.

شرایط کاری آبکاری :

حمام اسیدی معمولا در محلول کار گرم شده و باید برای حصول نتایج خوب به دمای ثابت سرد شود. وان های طراحی شده باید از جنس PVC  باشد. PP  یا لاستیک ها دیگر مواد مناسب مقاومت در برابر خوردگی اسید سولفوریک می باشند. آندهای تخته ای یا ریختگی با خلوص بالای کادمیوم باید بکار برده شود و کربن ریختگی می تواند به جای برخی آندهای کادمیوم برای تنظیم مساحت سطح آند و همچنین غلظت کادمیوم در حمام بکار گرفته شود معمولا هم زدن به طریق میله کاتدی یا جابجایی محلول معمولا برای ابکاری گیربکسی سفارش می شود .اما برای آبکاری گردان با سوراخ های کافی نیاز به این نوع جابجایی نیست. آندهای گلوله ای یا ساچمه ای در ظرفهای اندی پلاستیکی یا پوشش داده شده معلق می شوند با سیم فلزی زیرکونیوم یا نواراتصالها  و قلاب های آندی تیتانیومی. شرایط کاری آبکاری توسط تامین کننده محلول های آبکاری کادمیوم در جدول شماره 3 خلاصه شده است.

جدول 3

حمام های کلرایدی خنثی  :

حمام آبکاری کادمیوم با PH  خنثی توسعه یافته اند به طوریکه توان پرتاب عالی فرآیند گزارش شده و پوشش های براق کادمیوم با مقاومت خوردگی خیلی بالا تولید می نماید.

ص 23

اساسا زمانیکه این فرآیند توسعه داده شدند گزارش شده است که نگهداری پایداری محلول خیلی مشکل می باشد. از این رو سیستم پایدار کننده توسط تامین کننده توسعه داده شده است که اجازه استفاده از یک شرایط کاری با دامنه وسیع را می دهد. برتری آشکار سیستم آبکاری کلرایدی خنثی عدم حضور سیانورها و اسیدهای خورنده می باشد که هر دو مراقبت ها و توجهات ویژه ای را ایجاب می کند. این فرآیند هم مناسب آبکاری گیربکسی – گردون می باشد و هم نیاز به سرد کردن (خنک کردن ندارد).

تهیه حمام آبکاری کلرایدی:

یک وان PP  یا PVC مقاوم به خوردگی اسید باید برای ساخت محلول آبکاری در نظر گرفته شود. این وان باید نخست با محلول 5% اسید کلریدریک لیچینگ شود (بمدت h  24-12) و سپس با آب تا بالارفتن به PH=5.  شسته شود تقریبا 70% وان با آب پر و به نسبت 8% حجمی کادمیوم کلراید اضافه می کنیم. یک مخلوط ویژه از پتاسیم و آمونیوم کلراید به غلظت گرم درگالن 60-30   اضافه می شود و تمام نمکها را خوب مخلوط و حل می نماییم. یک  پاک کننده؟؟ براقی ویژه به مقدار 12 گرم در گالن اضافه می شود. بعلاوه 8% حجمی از یک پاک کننده محلول ویژه که به دنبال آن اضافه می شود.

PH  محلول را کنترل کرده و باید زیر 7.5 نگه داشته شود. 5% حجمی از براقی را خوب مخلوط کنید. آندهای کربنی (گرافیتی ) و کادمیومی را به مقدار مورد نیاز جایگذاری نمایید و حجم محلول را به مقدار مورد نیاز برای کار کردن با آب افزایش دهید.

ص 22

بسته به اینکه دما واندازه PH  مورد نیاز تنظیم کنید. میزان PH  مورد نیاز را با اسید کلریدریک یا آمونیاک رقیق شده به مقدار مورد نیاز PH=7.2 تنظیم نمایید.

سرانجام 0.3% براقی اصلی را اضافه و خوب مخلوط نمایید.

شرایط کاری ابکاری :

هم همزدن مکانیکی و هم فیلتراسیون برای فرآیند آبکاری کلرایدی کادمیوم مورد نیاز می باشد. به خاطر اینکه پایداری حمام بحرانی است مهم است که محلول پایدار کننده ویژه ای را برای هر بار ساخت محلول ابکاری کلرایدی اضافه کنیم این محلول منجر به کاهش فلز کادمیوم می گردد. براقی های منحصری در ضمن نگه داشتن رنگ براقیت و یکنواخت سازی رسوب بکار می رود. و باید به صورت زیر در فاصله های زمانی معین اضافه گردند :

1 'gal/10000-20.000 A.hr= براقی اختصاصی

1 gal/20000 A.hr  = براقی اصلی اختصاصی

پایداری محلول بحرانی ترین عنصر (عامل )حمام است و باید در ابتدای هر شیفت کنترل شود. همانطوریکه فرآیند یک محلول خنثی تا قلیایی کم می باشد. باید به میزان کافی از پایدار کننده برای جلوگیری از تشکیل رسوب سفید غیر قابل حل کادمیوم هیدروکسید باشد.

پایدار کننده به حفظ رنگ و براقیت پوشش و جلوگیری از رسوب زیر کمک می نماید .

ص 21

در نهایت دامنه PH  باید در رنج دامنه خنثی تا کمی قلیایی نگهداری شود و از طریق افزودن Hcl  و NH4oH و برای جلوگیری از رسوبات کدر درحالت راکدی با استفاده اضافی پایدارکننده در حالت قلیایی .در جدول 4 شرایط کاری ودامنه غلظت برای فرآیند آبکاری کادمیوم سولفات خنثی خلاصه نوشته شده است.

جدول 4

حمام های فلوئوبرات اسیدی :

حمام های فلوئوبرات اسیدی بیشتر و بطور وسیعی در اروپا نسبت به ایالات متحده آبکاری کادمیوم بکار برده می شود. و برای مدت معینی شناخته شده اند. گرچه آنها دلیل اینکه گران و به همان اندازه محلول های سیانور سمی هستند بطور وسیعی بکار برده نشده اند. به خاطر حلالیت بالای کادمیوم از فلوئوبوریک اسید در مقایسه با Nacn محلول های باغلظت فلز کادمیوم بالاتر می تواند به کاربرده شود که نتیجه آن کارآیی و بهره کاتدی بالاتر، سرعت آبکاری سریعتر و تردی هیدروژنی کمتر می باشد. این فرآیندها در ضمن برای آبکاری گردان بکار می روند ولی در مقایسه با دیگر فرآیندهای آبکاری کادمیوم با توان پرتاب پایین (ضعیف )شناخته شده است.

اطلاعات تجاری کمی در مورد ساختن و کار کردن با حمام های آبکاری فلوئوبرات کادمیوم در دسترس هست ولی اجزای حمام و شرایط کاری در جدول 5 خلاصه شده است.

جدول 5

منبع کتاب راهنمای متال فینیشینگ 2011

ترجمه شده در تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان