آبکاری پالادیم و آلیاژ پالادیم- نیکل ازنگاه متال فینیشینگ2011

(ترجمه ارسالی ویرایش نشده)

پالادیم با سیستم های گوناگونی آبکاری می شود که عموما به عنوان روشهای آمونیاکی، کیلیت شده یا اسیدی توصیف می شود. در این بین تعداد زیادی از روشهای آمونیاکی هستند، که پالادیم به صورت کمپلکس آمین حضور دارد، مانند پالادوزآمین کلرید، Pd(NH₃)₄ Cl₂، یا دی آمینو دی نیتریت، Pd(NH₃)₂ (NO₂)₂، که به طور معمول به نام نمک P شناخته می شوند. بعضی فرمولاسیونهای  مربوطه در زیر آمده است:

نمک P/ سولفامات

Pd(NH₃)₂ (NO₂)₂10-20g/L

آمونیوم سولفامات                  100 g/ L

آمونیوم هیدروکسید  با          7.5-8.5   pH

دما                                    25-35°C

چگالی جریان                   0.1-2.0 A/dm²

آندها پلاتینه شده

پالادوزآمین کلرید

Pd(NH₃)₄ Cl₂10-20g/L

آمونیوم کلرید          60-90g/L

آمونیوم هیدروکسید  با    8.0-9.5 pH

دما                   25-50°C

چگالی جریان     0.1-2.5 A/dm²

لایه نشانی پالادیم  به میکرو ترک های ناشی از هم رسوبی هیدروژن خیلی حساس است. به همین دلیل مهم است که آبکاری تحت بازده جریان تا حد ممکن بالا انجام  می شود.براقیت ویژه و سیستم سورفکتانت موجود باعث افزایش گستره ی چگالی جریان بالا می شود  تا آهنگ لایه نشانی به دست آید.

الکترولیت آمونیاکی منحصرا در دماpHبالاتر باعث لکه دار شدن مس و آلیاژ مس می شود. محلول آبکاری کردن پالادیم به طور اختصاصی توسعه یافته است. در بیشتر موارد محلول آبکاری کردن نیکل کافی ست.

محلول آبکاری پالادیم کی لیت شده شامل پالادیم به فرم کمپلکس آلی فلزی ست.  این محلول ها در گستره ی  pH 7-5  و تقریبا در همه ی موارد به طور اختصاصی تهیه می شوند. جزئیات لازم ممکن است از تولید کنندگان به دست آید.

محلول اسیدی آبکاری پالادیم  برای تهیه لایه ضخیم  با تنش بسیار پایین مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم های این چنینی معمولی بر پایه ی کلرید هستند، هم چنین به طور اختصاصی محلول سولفات مشخص شده با سولفیت گزارش شده است. بعضی فرمولاسیونهای  مربوط به سیستم های کلرید در زیر آمده است:

کلرید اسید

PdCl₂50g/L

آمونیوم کلرید30 g/L

هیدروکلریک اسید با pH0.1-0.5

دما       40-50°C

چگالی جریان   0.1-1.0 A/dm²

آندها، پالادیم خالص

لایه های تشکیل شده از سیستم اسید کلرید به سمت نیمه براقهستند. بازده جریان بین% 100-97 است. خود محلول آبکاری به آلودگی مس حساس است که می تواند جایگزین پالادیم شود. آبکاری با چنین محلولی باید با پالادیم یا با طلا زده شود.

آبکاری پالادیم- نیکل

پالادیم به راحتی به فرم آلیاژ با سایر فلزات در می آید و با فرمولاسیون های آلیاژی متعددی آبکاری می شود. مهمترین نوع تجاری آن پالادیم – نیکل است که به صورت آلیاژ همگن و یکنواخت لایه نشانی می شود با ترکیب درصد وزنی پالادیم در گستره ی 90%-30%. شیوه های فعلی برای این آلیاژ تقریبا شامل  85%-75% وزنی پالادیم ست.

فرمولاسیون مناسب برای این آلیاژها در این گستره در زیر آمده است:

Pd(NH₃)₄ Cl₂18-28 g/L(فلز پالادیم 8-12g/L)

کلرید آمونیوم                 60g/L

کلرید نیکل تغلیظ شده   45-75ml/L ( فلز نیکل 8-12 g/L)

آمونیوم هیدروکسید با pH7.5-9

دما        30-45°C

چگالی جریان   0.1-2.5 A/dm²

آندها پلاتینه شده

آلیاژ پالادیم- نیکل لایه نشانی شده حساسیت کمتری از پالادیم خالص نسبت به ترک خوردن ناشی از کاهش هیدروژن دارد. اما حساسیت بیشتری از پالادیم خالص نسبت به ترک های تنشی ناشی از تغییر شکل دارند. مانند سیستم آبکاری پالادیم خالص افزودنی های مختلفی برای براقیت و کنترل تنش وجود دارد.

آبکاری پلاتین

محلول آبکاری برای لایه نشانی پلاتین به طور عمومی مشابه پالادیم است. هر چند یون های پالادیم در محلول دوظرفیتی هستند در حالی که یون های پلاتین ظرفیت های 2 و 4 را نشان می دهند. یونهای با ظرفیت 2 پلاتین می تواند در آند اکسید شده و ظرفیت 4 را بگیرد به ویژه در محلول های قلیایی. بعضی مواقع کاهش بازده جریان مانند اکسیداسیون می تواند منجر به ترقی می شود، گاهی مواقع نمی شود. به همین دلیل مفید است که قسمت حاوی محلول آبکاری آندی جدا شود.

دی نیتروپلاتینیت سولفات، اسید سولفوریک

برای آبکاری مستقیم پلاتین بر روی تیتانیوم برای تهیه آندها فرمولاسیون دی نتیروپلاتینیت سولفات توسعه یافته است:

H₂Pt(NO₂)₂SO₄5g/L

سولفوریک اسید با pH2               

دما                                       40°C

چگالی جریان 0.1-1 A/dm²

آندها پلاتین

کلروپلاتینیک اسید

فرمولاسیون اسید جایگزین بر پایه ی کلروپلاتینیک اسید است.

H₂PtCl₆20g/L

هیدروکلریک اسید   300 g/L

دما           65°C

چگالی جریان       A/dm²0.1-2

آندها پلاتین

کلروپلاتینیک اسید، آمونیاکی

در کلروپلاتینیک اسید یونهای 4 ظرفیتی بیشتر از 2 ظرفیتی هستند، مانند دی نیترو پلاتینیت سولفات. فرمولاسیون آبکاری بر پایه ی کلروپلاتینیک اسید می تواند در pH خنثی تا قلیایی تهیه شود:

H₂PtCl₆10g/L

آمونیوم فسفات      60g/L

 آمونیوم هیدروکسید با pH 7.5-9

دما              65-75°C

چگالی جریان   0.1-1 A/dm²

آندها پلاتینه شده

فرمولاسیون قلیایی می تواند به طور مستقیم بدون استفاده از پیش آبکاری برای آلیاژهای پایه نیکل اعمال  شود. حمام های اسیدی به پیش آبکاری، ترجیحا طلا، بر روی بیشتر پایه های فلزی نیاز دارند.

آبکاری رودیم

حمام های الکترولیت مختلفی برای آبکاری رودیم پیشنهاد شده است که تنها حمام های موجود برای مقاصد تجاری شامل (1) فسفات برای لایه های خیلی سفید و صیقلی (2) سولفات برای لایه های با درخشندگی معمولی و صنعتی (3) مخلوص فسفات- سولفات برای لایه های تزیینی معمولی.

آبکاری تزیینی

صنایع جواهر سازی و ظروف نقره مصرف کننده های اولیه آبکاری رودیم تا همین اواخر بودند. با اینکه  هر دو حمام فسفات و سولفات لایه های سفید براق را حاصل می کنند حمام فسفات برای لحیم ظریف جواهرات ترجیح داده می شود، به خصوص قبل از استفاده از آبکاری نیکل براق. نیکل سرد همیشه لحیم های ظریف را پوشش نمی دهد، و الکترولیت اسیدی به لحیم حمله کرده و آنرا حل می کند. سرب در حمام رودیم لایه های کدر و نازک می دهد و ظاهر نهایی سفید آنرا خراب می کند. فسفریک اسید نسبت به سولفوریک اسید به لحیم حمله ی کمتری می کرد، بنابراین رودیم فسفات ترجیح داده می شود. بعد از زیر سازی با نیکل براق بیشتر صنایع به سولفات تغییر می دهند زیرا می تواند در رودیم تغلیظ شده کمتری به کار انداخته شود. محلول فسفات – سولفات برای به دست آوردن رنگ کمی سفیدتر یا براق تر مورد استفاده قرار می گیرد.

میزان آبکاری رودیم بر روی جواهرات سفارشی 0.000002 تا 0.000005اینچ است  که بر اساس ترکیب حمام زیر در مدت 20 ثانیه تا 1 دقیقه در ولتاژ 6 ولت به دست آید.

حمام فسفات رودیم

رودیم به صورت تغلیظ شده با فسفات        2g/L

 فسفریک اسید ( با خلوص 85%)           40-80g/L

آندها، پلاتین/ پلاتین اندود شده

دما                                                   40-50°C

سرعت چرخش از صفر تا معمولی

چگالی جریان                                     2-10 A/dm²

حمام سولفات رودیم

رودیم به صورت تغلیظ شده با سولفات    2 g/L

سولفوریک اسید ( با خلوص 95%)       25-80g/L

آندها، پلاتین/ پلاتین اندود شده

دما                                                °C40-50

سرعت چرخش از صفر تا معمولی

چگالی جریان2-10 A/dm²

حمام فسفات- سولفات رودیم

رودیم به صورت تغلیظ شده با فسفات            2g/L

اسید سولفوریک ( با خلوص 95%)          25-80g/L

آندها، پلاتین/ پلاتین اندود شده

دما                                                  40-50°C

سرعت چرخش از صفر تا معمولی

چگالی جریان                 2-10 A/dm²

تانک های حاوی این حمام ها باید از جنس شیشه، پیرکس، پلاستیک یا پلاستیک اندود شده با استیل باشد. اگر از جنس پلاستیک استفاده می شود باید یک یا دوبار با اسید سولفوریک یا اسید فسفریک 5%  24 ساعت قبل از افزودن رودیم شسته شود. در هنگام مخلوط محلول جدید باید از آب مقطر یا آب دیونیزه استفاده شود و اسید باید باد دقت به آب با افزوده شود و قبل از اینکه رودیم تغلیظ شده اضافه شود خوب مخلوط شود. این عوامل از رسوب رودیم جلوگیری می کند.

آبکاری رودیم انجام می شود و بیرون کشیده می شود. به دلیل گرانی رودیم اولین شستشو بعد از آبکاری باید بعد از بیرون کشیدن به صورت ایستا در یک ظرف شیشه ای یا تانک پلاستیکی انجام شود. آب از دست رفته محلول آبکاری باید با این محلول بعد از شستشو جایگزین شود به این ترتیب مقداری از رودیم که شسته شده بود به محلول اصلی بر می گردد. هر چند با این کار هنوز 25-30% از رودیم آبکاری شده از بین می رود. بنابراین رودیم باید با سرعت 5g / 18 تا 20 آمپر ساعت در آبکاری لحظه ای دوباره پر شود. چون شستشوی جواهرات زیاد است سولفوریک یا فسفریک اسید محلول آبکاری باید دوباره با سرعت 5ml/18تا 20 آمپر ساعت پر شود. این سرعت پر شدن میانگین است در صورت امکان باید توسط آنالیزگر چک شود.

نیکل براق به عنوان پایه برای آبکاری رودیم زینتی ترجیح داده می شود زیرا یک پایه براق برای رودیم ایجاد می کند و همچنین از محلول رودیم در برابر حمله بستر های برنج، مس، استیل، سرب یا قلع محافظت می کند. تمام این فلزات بر روی رنگ و لکه دار شدن و مقاومت در برابر خوردگی، همچنین قدرت پوشش دهی محلول رودیم تاثیر منفی میگذارند. نیکل یکی از فلزاتی ست که حداقل تاثیر منفی را روی محلول رودیم دارد. حمام ها می توانند غلظت 1 تا2 g/L را تحمل کنند و پوشش رضایت بخشی ارائه دهند. روش رضایت بخشی برای خالص سازی محلول آبکاری رودیم آلوده شده وجود ندارد.

آبکاری ظروف تزئینی

معمولا میزان پرداخت آبکاری ظروف تزئینی 0.000003 تا 0.000005 اینچ است. حمام  رودیم – سولفات مختلفی برای این کار استفاده می شود. لازم است که غلظت فلز کاهش و غلظت اسید افزایش یابد تا از لحاظ زیست محیطی مناسب باشد  و لایه نشانی رضایت بخش شود. قسمتهای مختلف ظرف لازم است که کاملا به آهستگی آبکاری شود و تمام قسمتها در معرض محلول آبکاری قرار گیرند. ضمانت می شود که تمام قسمتها با ضخامت مشابه تا قبل از رسیدن به ضخامت0.000005اینچ لایه نشانی شوند. کاهش سرعت آبکاری توسط کاهش چگالی جریان ( یا ولتاژ) توصیه نمی شود زیرا ممکن است باعث عدم پیوستگی لایه نشانی بر روی پایه نیکل براق شود. بنابراین سرعت آبکاری بهتر است با کاهش بازده جریان کاتدها از طریق افزایش غلظت اسید و کاهش غلظت رودیم کاهش یابد. فرمولاسیون نوعی برای آبکاری ظروف زینتی طبق زیر پیشنهاد می شود:

رودیم به صورت تغلیظ شده با سولفات      1g/L

اسید سولفوریک ( با خلوص 95%)          80g/L

آندها، پلاتین / پلاتین اندود شده

دما                           45-50°C

چگالی جریان                0.5-2 A/dm²

آبکاری الکتریکی/ صنعتی رودیم

پدیدار شدن صنعت الکتریکی در سال 1950 و 1960 استفاده های قابل ملاحظه ای از آبکاری الکتریکی رودیم را برای مقاصد مختلف به وجود آورد، اما به طور ویژه برای اتصالات کشویی و چرخشی، سوییچ های مدارهای چاپی و جابجاگرها، و سوییچ های فرکانس بالا و لوازم جانبی مورد استفاده قرار می گرفت.

تجهیزات زیادی برای آبکاری 0.00002 تا 0.0002 اینچ بر روی نیکل یا گهگاه نقره وجود دارد. آبکاری با محلول زیر انجام می شود:

فلز رودیم به صورت سولفات، تغلیظ شده       5g/L

سولفوریک اسید ( با خلوص 95%)             25-50ml/L

آندها، پلاتین/ پلاتین اندود شده

دما                                                    45-50°C

چگالی جریان                                    1-3 A/dm²

بازده جریان با چرخش محلول 70-90%و بدون چرخش 50-60%

به بخش قبل تحت عنوان آبکاری تزئینی برای دستیابی به دستورالعمل برای آبکاری بشکه قبل از استفاده توجه شود. ترجیح بر این است برای جلوگیری از گرم شدن موضعی  محلول از طریق غوطه وری هیتر یا المنت  از آبگرمکن پوششی استفاده می شود. افزایش دما بالای 160 درجه فارنهایت حتی به مدت کوتاه باعث تغییرات شیمیایی محلول می شود که می تواند باعث افزایش دائمی تنش پوشش شود. این تنش می تواند باقی بماند حتی اگر دمای حمام به  گستره ی درست خود برگردانده شود.

به دلیل گران بودن محلول توصیه می شود از  غلظت  تا حد ممکن پایین رودیم برای به دست آوردن ضخامت آبکاری و پرداخت مورد نظر استفاده شود. اگر آبکاری 0.0002 اینچ یا بالاتر است لازم است که غلظت رودیم بین 7 تا g/L10 باشد.

دوباره پر کردن محلول بر پایه ی آمپر ساعت آبکاری و بازده جریان کاتدی ست. البته بهترین تشخیص بر عهده آنالیزگر است هر چند به طور تقریبی پر کردن مجدد 5g رودیم برای هر 5 تا 10آمپر ساعت آبکاری است. مقادیر واقعی بستگی به ضخامت میانگین آبکاری در چگالی جریان مورد استفاده دارد.

بازده جریان کاتدی حتی در هنگام چرخش محلول کاملا پایین است و حباب های هیدروژن تمایل دارند بچسبند و عیوب را بر جای بگذارد. این تاثیر می تواند از طریق افزایش 1% محلول لوریل سولفات سدیم به حمام کاهش یابد. سرعت افزایش باید 1 تا 5ml از محلول 1% در هر گالن حمام آبکاری باشد.

آبکاری بشکه های صنعتی

نه تنها به دلیل گرانی رودیم بلکه به دلیل سختی زیاد بیرون کشیدن بشکه های آبکاری شده پیشنهاد می شود که از غلظت پایین فلز استفاده شود. پوشش دهی در گستره ی  یک میلیون اینچی  می تواند با مقدار کم 1g/L رودیم انجام شود. برای لایه های ضخیم تر باید از غلظت های به نسبت بالاتر استفاده شود. لایه های با ضخامت 0.0002 اینچ با غلظت 2 ^1/2g/L به دست می آید،0.00005 اینچی با غلظت کمتر از3^1/2g/L، 0.0001 اینچی با غلظت کمتر از 4g/L، و لایه های با ضخامت 0.0002 اینچی با غلظت بالای 5 g/L. اگر حفره ها در بشکه خیلی کوچک است و قسمتها دارای مساحت سطح زیادی هستند، لازم است که از غلظت بالاتری استفاده شود.

به هر حال فرمولاسیون برای آبکاری بشکه ها مشابه است:

فلز رودیم به صورت تغلیظ شده با سولفات          2.5-5g/L

اسید سولفوریک                                          20m/L

آندها، پلاتین/ پلاتین اندود شده

بشکه ها به صورت افقی و غوطه ور

دما                                                       45-50°C

چگالی جریان               0.5-2 A/dm²

مراقبت های محلول رودیم

آلودگی محلول رودیم عامل بیشتر مشکلات آبکاری رودیم است. اصلی ترین آلاینده ها عبارتند از (1) آلاینده های آلی (2)نمکهای پایه رودیم (3) کمپلکس های رودیم (4) غیر آلی مانند آهن، سرب/ قلع، مس، طلا/ نقره، و نیکل.

بیشترین آلودگی های عمومی مواد آلی مانند خاک، گرد و غبار، چسب نوارهای پوششی، رنگهای متوقف کننده و مواد مدار خارجی، مواد آلی ناشی از شستشوی نادرست مخزن پلاستیکی ست. این مواد به راحتی توسط سیستم بسته کربنی از بین می رود. کربن مورد استفاده باید کمترین مقدار را در محلول اسیدی باقی مانده داشته باشد. مهم است که از فیلتر دارای جدار سیلیسی استفاده نشود. اگرتمیز کردن کربنی به تنهایی کافی نباشدراه حل دوم تمیز کردن باکربن طراحی شده برای حذف زنجیرهای بسیارکوتاه از مولکولهای آلی ممکن است لازم باشد. راه حل کربنی به راحتی تنش شکنندگی و پوسته شدن لایه را از بین می برد. همچنین این روش می تواند برای از بین بردن لکه های ناشی از انگشت یا لکه های لایه نشانی استفاده شود.

نمکهای پایه رودیم از یک محلول رودیم رسوب می کند و اگر pH حمام بالای 2 برود می تواند آلاینده باشد. اسیدیته محلول باید کنترل شود و هرگز نباید به زیر 25ml/L برود. اگر آبکاری به صورت نرمال در چگالی جریان 25A/ft² انجام شود اسیدیته باید بالا نگه داشته شود. میزان اسید سولفوریک در حداقل میزان 50ml/L عموما رضایتبخش است. فسفریک اسید برای حمام های آبکاری صنعتی پیشنهاد نمی شود.

آلودگی و افزایش تنش توسط کمپلکسهای ناخواسته رودیم ، همانطور که اشاره شد، اگر محلول بیش از حد گرم شود می تواند اتفاق بیفتد. محلولهای رودیم به طور غیر مستقیم گرم شوند و به صورت ترمواستاتیک کنترل شود.

آلودگی های غیر آلی معمولا توسط فلزات پایه یا آبکاری پایه ایجاد می شود. الکترولیت اسید سولفوریک گرم خیلی خورنده است، و در هنگام کار نباید اجازه داده شود که بدون جریان داشتن با مخزن در تماس باشد. ترجیحا در هنگام کارقبل از اینکه وارد مخزن رودیم شود باید به قطب منفی منبع تغذیه متصل شود. گاهیاوقاتبهیکنوارکاتدیمعلق یا،درموردآبکاریبشکه،گیرهباتریکاتدیوسیمبرای اتصال به بشکه،قبل از اینکه درون مخزن فرو برده شود، نیاز است.

مس، آهن، قلع، و مس، با وجود نشان دادن تاثیر براقیت مختصر در گستره قسمت در میلیون، می توانتد باعث ایجاد تنش های زیادی در لایه های ضخیم رودیم شوند. این فلزات حتی می توانند باعث لکه دار شدن و کدری و کنده شدن آبکاری می شوند.

بیشتر ناخالصی های فلزی، به صورت تئوری، می توانند از محلول رودیم توسط پتاسیم فروسیانید رسوب داده شوند. هر چند در عمل این روش خیلی سخت، زمان بر است و زیاد موفق نیست به خصوص با محلول های که برای آبکاری لایه های ضخیم استفاده می شوند. بهترین روش پیشگیری از آلودگی های فلزی ست.

پارامترهای مهم در کاهش تنش و شکنندگی لایه های رودیم عبارتند از:

1. افزایش غلظت فلز رودیم
2. افزایش غلظت سولفوریک اسید
3. افزایش دما
4. کربن درمانی حمام
5. کاهش آلودگی های غیر آلی

حمام های ویژه رودیم با تنش کم موجود است که حاوی میزان بسیار کم سلنیم و ایندیم است. همچنین تنش و ترک های همراه تنش تقریبا به طور کامل از بین می رود، حمامها شبیه حمامهای سولفات مرسوم تهیه می شوند.

مترجم : مهندس اکرم معصومی