نیکل الکترولس

شنبه تا پنجشنبه : 17 - 8

02165734701 - 02165734702

تهران - شهرک صنعتی باباسلمان

شهریار، شهرک صنعتی باباسلمان، خیابان صنعت

نیکل الکترولس

سنتز نانوذرات نیکل اکسید (NiO)
سنتز نانوذرات نیکل اکسید (NiO)

*فروش نانوذرات سنتزی در جلاپردازن پرشیا*

اکسید نیکل (NiO) در طول دهه ها تحت بررسی های گستردهای بوده است. این ماده به عنوان یک ماده بسیار کاربردی به عنوان کاتد باتری، کاتالیزورها، سنسورهای گاز، فیلم الکتروکرومی و مواد مغناطیسی است[1-8].

بدلیل اثر حجم، اثر اندازه کوانتومی و اثر سطحی، نانو کریستال NiO انتظار خواص بهبود یافته ذرات نسبت به ذرات NiO میکرو میرود. ویژگی ساختاری ذرات (اندازه ذرات، توزیع و مورفولوژی) به روش های آماده سازی نمرتبط است. تا کنون، روش های مختلفی برای تهیه نانوساختارهای NiO شامل نانوذرات و نانولوله ها گزارش شده است [9-15].

نانوذرات NiO با اشکال مختلف با استفاده از چهار روش مختلف با آمین ها و سورفکتانت های مختلف سنتز شده است. مشخص شد که با تغییر غلظت و ترکیب حلالها، مورفولوژی های مختلف دارای قطرهای مختلف، شکل و توزیع می توانند به دست آیند [10]. اندازه های مختلف نانوذرات NiO با استفاده از روش سل ژل با استفاده از نیترات نیکل به عنوان پیش ماده استفاده شد. مسیر میکرومولسیون برای تهیه نانوذرات NiO با استفاده از سورفاکتانت های کاتیونی بکار گرفته میشود [11-12]. نانوذرات NiO به دست آمده از طریق تجزیه حرارتی با استفاده از اتانول به عنوان حلال [13] استفاده شده است. نانوذرات NiO را با روش رسوب شیمیایی تهیه کرد [14].

نانوذرات اکسید نیکل و نانوفلاورز با یک واکنش نرم پودر نیکل و آب بدون ارگانیک در دمای 100 درجه سانتیگراد سنتز شده است. ساختار، مورفولوژی و فاز بلوری نانوساختارهای حاصل شده توسط تکنیک های مختلف مشخص شده است. در مقایسه با روش های دیگر، روش حاضر ساده، سریع، اقتصادی، بدون قالب و بدون ارگانیک است. علاوه بر این، این روش بدون تولید زباله های خطرناک غیر سمی است و می تواندگسترش یابد تا یک استراتژی کلی و مناسب برای سنتز نانوساختارها به سایر نانومواد عملیاتی ارائه شود.

تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانوذرات و نانوفلاور بدست آمده از کاهش نیکل فلزی با آب

پراش پرتوی ایکس نانوذرات نیکل اکسید تهیه شده در 100 درجه سانتیگراد

References
1. R.W. Chantrell, K. O’Grady, in Applied Magnetism, ed. by R. Gerber, C.D. Wright, G. Asti (Kulwer Academic Publishers, the Netherlands, 1994), p. 113.
2. H. Gleiter, Acta Mater. 48, 1 (2000). doi:10.1016/S1359-6454(99)00285-2.
3. C. Feldman, H.O. Jungk, Angew. Chem. Int. Ed. 40, 359 (2001). doi:10.1002/1521-3773(20010119)40:2\359::AID-ANIE359[3. 0.CO;2-B.
4. V. Biji, M.A. Khadar, Mater. Sci. Eng. A 304, 814 (2001). doi:10.1016/S0921-5093(00)01581-1.
1. F.B. Zhang, Y.K. Zhou, H.L. Li, Mater. Chem. Phys. 83, 260(2004). doi:10.1016/j.matchemphys.2003.09.046.
2. Y.P. Wang, J.W. Zhu, X.J. Yang, X. Wang, Thermochim. Acta437, 106 (2005). doi:10.1016/j.tca.2005.06.027.
3. M. Gosh, K. Biswas, A. Sundaresan, C.N.R. Rao, J. Mater. Chem. 16, 106 (2006). doi:10.1039/b511920k.
4. J.R. Sohn, J.S. Han, Appl. Catal. Gen. 298, 168 (2006). doi: 10.1016/j.apcata.2005.09.033.
5. Y. Wu, Y. He, T. Wu, W. Weng, H. Wan, Mater. Lett. 61, 2679(2007). doi:10.1016/j.matlet.2006.10.022.
6. S.D. Tiwari, K.P. Rajeev, Thin Solid Films 505, 113 (2006). doi:10.1016/j.tsf.2005.10.019.
7. D.Y. Han, Y.H. Yang, C.B. Shen, X. Zhou, F.H. Wang, Powder Tech. 147, 113 (2004). doi:10.1016/j.powtec.2004.09.024.
8. X. Li, X. Zhang, Z. Li, Y. Qian, Solid State Commun. 137, 581(2006). doi:10.1016/j.ssc.2006.01.031.
9. M.S. Wu, H.H. Hsieh, Electrochim. Acta 53, 3427 (2008).
14. N. Dharmsraj, P. Prabu, S. Nagarajan, C.H. Kim, J.H. Park, H.Y. Kim, Mater. Sci. Eng. B 128, 111 (2006). doi:10.1016/j.mseb. 2005.11.021.
1. C. An, R. Wang, S. Wang, Y. Liu, Mater. Res. Bull. (2007). doi:10.1016/j.materresbull.2007.10.042.
2. D. Tao, F. Wei, Mater. Lett. 58, 3226 (2004). doi:10.1016/ j.matlet.2004.06.015.
3. L.X. Yang, Y.J. Zhu, H. Tong, Z.H. Liang, L. Li, L. Zhang, J Solid State Chem. 180, 2095 (2007). doi:10.1016/j.jssc.2007. 05.009.
4. S.C. Lyu, Y. Zhang, H. Ruh, H.J. Lee, H.W. Shem, E. Esuh et al., Chem. Phys. Lett. 363, 134 (2002). doi:10.1016/S0009-2614(02) 01145-4.
5. Y.M. Zhao, L.H. Yan, R.Z. Martn, J. Roe, G.D. Davd, Y.Q. Zhu, Small 3, 422 (2006). doi:10.1002/smll.200500347.
20. Z.P. Liu, J.B. Liang, S. Li, S. Peng, Y.T. Qian, Chem. Eur. J. 10, 634 (2004). doi:10.1002/chem.200305481
شاخص های کلیدی ارتقای کیفیت فرایند آبکاری نیکل الکترولس

شاخص های کلیدی برای ارتقای کیفیت فرایند آبکاری نیکل الکترولس به شرح زیر است:

-تجهیزات مورد نیاز

a) طراحی واحد آبکاری
b) ایمنی تجهیزات
c) وان آبکاری
d) سیستم گرمایشی محلول
e) سیستم فیلتراسیون
f) پمپ حمام
g) سیستم ایجاد تلاطم محلول
h) شیرها و سیستم لوله کشی
i) ابزار قرار گیری و آویز قطعات در حمام
j) تجهیزات مونیتورینگ و کنترل عوامل حمام
k) دستگاه اندازه گیری دما و pH
l) دستگاه اندازه گیری مقدار نیکل و هیپوفسفیت
m) تجهیزات الکترودیالیز
n) سیستم تامین مواد مورد نیاز محلول حمام

- اجزای وان، کنترل اقلام ورودی، کنترل وان
a) اجزای وان:‏
‏b) نیکل سولفات شش آبه
c) سدیم هیپوفسفیت
d) و...

- اجزای مصرفی وان
a) نیکل سولفات
b) سدیم هیپوفسفیت
c) آمونیاک
d) افزودنی نیکل الکترولس

- کنترل شرایط وان
a) اندازه گیری غلظت یون نیکل:
معرفهای لازم: آمونیوم هیدروکساید غلیظ، شناساگر موروکساید، محلول 0.0575 مولار از EDTA

فرایند آنالیز: 10 میلی لیتر از محلول وان را با پیپت داخل ارلن مایر 250 سی سی میریزیم. 100 سی سی آب، 10 سی سی آمونیوم هیدروکساید و حدود 0.2 گرم شناساگر موروکساید اضافه میکنیم و بلافاصله توسط محلول استاندارد EDTA تا رسیدن به نقطه بنفش تیتر میکنیم. حجم مصرفی EDTA را یادداشت کرده و با استفاده از فرمول زیر مقدار یون نیکل محلول را در هرلحظه محاسبه میشود.

0.336 x میلی لیتر 0.0575M EDTA استفاده شده = گرم نیکل در یک لیتر محلول وان

b. سدیم هیپوفسفیت:
معرفهای لازم: محلول HCl 6 نرمال، محلول یدین 0.1 نرمال، محلول سدیم تيوسولفات 0.1 نرمال و محلول استاندارد نشاسته بعنوان شناساگر.

فرایند آنالیز: 5 سی سی از محلول وان را با پیپت داخل ارلن مایر 25 سی سی انتقال دهید. 25 سی سی محلول HCl 6 نرمال را به نمونه بیفزایید. 50 سی سی از محلول یدین 0.1 نرمال را به مجموعه اضافه کرده و درب ظرف را محکم کرده و اجازه بدهید به مدت 30 دقیقه در یک محیط تاریک بماند. سپس آن را توسط محلول سدیم تيوسولفات 0.1 نرمال تیتر کنید. زمانیکه به رنگ زرد پریده رسیدید شناساگر نشاسته را اضافه کنید. تیتراسیون را تا از بین رفتن کامل رنگ بنفش ادامه دهید. برای محاسبه سدیم هیپوفسفیت محلول وان از طریق حجم مصرفی تیوسولفات از رابطه زیر استفاده کنید:

5 – (0.1 x mL thio used) = meq hypophosphite in solution : حجم مصرفی تیو سولفات

(meq hypo) x (10.5) = g/L of hypophosphite

شارژ مجدد وان: زمانیکه هریک از اجزا به کمتر از 80% مقدار اولیه خود در وان رسیدند وان باید سریعا شارژ شود تا نسبت اجزا در یک شرایط ثابت باقی بماند.

C اندازه گیری آمونیاک

برای اندازه گیری آمونیاک کنترل pH محلول کفایت میکند. به دلیل تولید سولفوریک اسید (محلولهای سولفاتی) یا هیدروکلریک اسید (محلولهای کلریدی) در طول فرایند پوشش دهی، pH محلول مرتبا کاهش می یاد که این مسئله حتما باید تحت کنترل دقیق بوده و با اضافه کردن آمونیاک pH محلول مرتبا در رنج مطلوب نگاهداری شود.

- خواص متالورژیکی پوشش که بسته به کاربرد خاص خود، باید مد نظر قرار بگیرد
a) دانسیته پوشش
b) نقطه ذوب پوشش
c) یکنواختی پوشش
d) مقاومت الکتریکی پوشش
e) خواص مغناطیسی پوشش
f) ضریب انبساط حرارتی پوشش
g) تخلخل پوشش
h) چسبندگی پوشش
i) قابلیت لحیم کاری پوشش
j) خاصیت خود روانکاری پوشش
k) سختی پوشش
l) داکتیلیته (انعطاف پذیری پوشش)
m) رفتار اصطحکاکی پوشش
n) مدول الاستیسیته پوشش
o) استحکام کششی پوشش
p) ازداید طول پوشش
q) تنش داخلی پوشش
r) خستگی پوشش
s) چقرمگی پوشش
t) رفتار خوردگی پوشش ظاهر و درخشندگی پوشش

- روش های ارزیابی خصوصیات فیزیکی پوشش
a) هدایت الکتریکی
b) اندازه دانه
c) تعیین ضخامت پوشش

- خواص مکانیکی پوشش
a) ریز سختی سنجی
b) آزمون کشش
c) چسبندگی پوشش
d) چقرمگی شکست
e) تنش داخلی پوشش
f) آزمون خستگی

- خواص تریبیولوژیکی پوشش
a) اندازه گیری زبری سطح
b) اندازه گیری ضریب اصطحکاک
c) آزمون مقاومت به سایش

- بررسی تحولات فازی
گرما سنجی افتراقی DSC
پراش پرتو X XRD
آنالیز حرارتی تفاضلی DAT

- ارزیابی میکروسکوپی
- ارزیابی رفتار خوردگی
a) آزمون پلاریزاسیون تافل
b) طیف نگار امپدانس الکتروشیمیایی
c) پلاریزاسیون پتانسیو داینامیکی سیکلی
d) مه پاش نمکی

- ارزیابی رفتار تریبوخوردگی پوشش
- بررسی تاثیر عملیات حرارتی
a) اثر عملیات حرارتی بر روی میزان % فسفر
b) سازوکار کریستاله شدن در اثر عملیات حرارتی
c) تاثیر دما و زمان عملیات حرارتی بر روی سختی و مقاومت به سایش
d) تاثیر عملیات حرارتی بر روی داکتیلیته پوضش Ni-P
e) حذف تردی هیدروژنی پوشش الکترولس
f) تاثیر عملیات حرارتی بر روی چسبندگی پوشش
g) تاثیر عملیات حرارتی بر رفتار خوردگی پوشش

- پیش عملیات و آماده سازی
a) فرایند اعمال پوشش نیکل الکترولس بر روی انواع زیر لایه ها
b) روش آب برداری پوشش نیکل الکترولس از انواع زیر لایه ها

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
عملیات حرارتی نیکل الکترولس برای سختی بالاتر

Table I Heat Treatment to Obtain Maximum Hardness

رابطه زمان و دمای عملیات حرارتی نیکل الکترونس با میزان فسفرپوشش

Phosphorus Content(%) 2-5 Heat Treatment 1 hour at 400° - 425°C

Phosphorus Content(%) 6-9 Heat Treatment 1 hour at 375° - 400°C

Phosphorus Content(%) 10-13 Heat Treatment 1 hour at 375° - 400°C

Properties and applicationsProperties and applicationsofelectroless nickel Ron Parkinson

The information contained in this publication has been compiled from the literature and through communication with recognizedThe information contained in this publication has been compiled from the literature and through communication with recognizedexperts within the metal finishing industry. It is presented as a guide to the use of electroless nickel for engineers, metallurgists,designers and others involved in materials selection.The important properties of electroless nickel deposits are described and examples given of how these properties have beenused successfully to solve materials problems in various industries. Through presentation of this information, it is anticipated thatnew opportunities for the use of electroless nickel coatings will become apparent to those not already familiar with their broad rangeof properties, thereby promoting growth within the industry.

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
محلول آبکاری آلیاژی روی-نیکل

محلول آبکاری آلیاژی روی-نیکل در شرکت چلاپردازان پرشیا تولید میشود.
محلول نیکل الکترولس جلانیک77

محلول الکترولس نیکل فسفر جلانیک77 محلول پایدار با فرایند pH خود تنظیم شونده مورد استفاده برای اعمال پوششی نرم و براق به روی طیف گسترده ای از بسترها می باشد.این پوشش شامل فسفری بین 7 الی 10 درصد وزنی بوده ترکیبی از سختی بالا مقاومت به سایش بالا و مقاومت به خوردگی خوب قابل دستیابی است .

این یک ترکیب متعادل از سولفات نیکل , هیپوفسفیت سدیم و مواد افزودنی جهت کنترل فرمول شده است. این محلول دارای تحمل بالای ناخالصی ها را دارد و بصورت اقتصادی طراحی شده و سرعت بالای پوشش دهی و نیز عمر وطولانی کاری میباشد .

ویژگیهای محلول الکترولس نیکل جلانیک77

1) سختی فوق العاده و مقاومت در برابر سایش
2) محصول اثبات شده و کار کردن با ان آسان است
3) سرعت بالای پوشش دهی و پایداری فوق العاده
4) شرایط لازم برای استانداردهای :
ISO 4527
ASTM B-733
AMS 26074 & AMS 2404
جنرال موتورز GMW 3059 ، Ford WSS-M99P999-A1 & Chrysler CS 9003

ویژگیهای پوشش الکترولس نیکل جلانیک77

1) دانسیته پوشش از 7.9 الی 8.2 گرم در سانتیمتر مربع
2) مقدار فسفر 7 الی 10 درصدر وزنی
3) سختی پوشش بعد از اعمال پوشش 500 الی 600 HK100 میباشد و بعد از عملیات حرارتی در 400 درجه به مدت یک ساعت مقدار 850 الی 1000 HK100 میباشد
4) مقاومت به سایش بعد از اعمال پوشش 21 الی 25 TWI . و بعد از عملیات حرارتی در 400 درجه به مدت یک ساعت 10 الی 15 TWI
5) وضعیت مغناطیسی پوشش : کمی مغناطیسی
6) مقاومت الکتریکی 80 الی 100 میکرواهم بر سانتیمتر
7) مقاومت به خوردگی متوسط ولی تست اسید نیتریک را پاس نمی کند

1) تعریف TWI ، که به معنای "،Taber wear index" است ، کاهش وزن میلی گرم در هر 1000 سیکل است در مقابل چرخ CS10.
2) یک پوشش 25 میکرون از حمام جلانیک77 روی بسترهای به درستی آماده به میزان 48 الی 96 ساعت تست سالت اسپری را پاس خواهد کرد مطابق استاندارد NSS / ASTM B-117.
3) آزمایش نیتریک اسید توانایی پوشش الکترولس نیکل برای 30 ثانیه غوطه وری در نیتریک غلیظ تا قبل از سیاه شدن میباشد

معرفی پوشش آلیاژی نیکل-روی-فسفر الکترولس

معرفی پوشش آلیاژی نیکل-روی-فسفر الکترولس
Introduction of electroless deposition for nickel –zinc–phosphorous alloys

با توجه به مقاومت در برابر خوردگی بالا، کادمیومبه طور گسترده به عنوان یک لایه محافظ ضد خوردگی برای اجزای فولاد مورد استفاده در صنایع و تجهیزات مربوط به تولید انرژی، حمل و نقل، تولید تجهیزات شیمیایی، سازه های فلزی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، به دلیل سمی بودن فلز کادمیوم و نمک های مربوطه آن و همچنین آزاد شدن مقدار زیادی هیدروژن طی فرایند آبکاری کادمیوم که باعث ایجاد آسیب های ناشی از شکنندگی اسید می شود (تردی هیدروژنی)، استفاده از این فلز چندان مناسب نیست. برای محافظت در برابر خوردگی پایه های فولادی، پوششهای آلیاژی Zn-Ni را می توان به عنوان جایگزین مناسب برای پوشش Cd در نظر گرفت.	Due to high corrosion resistance, cadmiumis used extensively as an anticorrosive protection layer for steel components used in energetics, transportation, chemical equipment production, metallic constructions, and so forth. However, cadmium plating presents major inconvenients due to metal toxicity and used salts as well as simultaneous discharge of hydrogen ions during the cadmiation process, making cadmiated parts susceptible of acid brittleness [1]. Zn–Ni alloys are considered as possible replacement for Cd coatings for corrosion protection of steel substrates[2].
تکنولوژی فعلی برای پوشش ‏Zn-Ni‏ شامل پوشش های قلیایی و اسیدی می باشد. ویژگی های پوشش ‏آلیاژی ‏Zn-Ni‏ در مقایسه با روی معمولی، دارای مزایایی از قبیل مقاومت در برابر خوردگی و داشتن ‏رسوبات (پوشش) سخت تری است. همچنین، حضور نیکل، عامل مقاوم به خوردگی خوبی برای پوشش می ‏شود. با این وجود، آبکاری این چنین آلیاژهایی عموما به روش ترسیب دوتایی کم است و نتیجتا باعث ‏افزایش مقدار ‏Zn‏ در رسوب نهایی می شود. با توجه به مقدار بالای روی در پوشش، این آلیاژها ‏الکترونگاتیوتر از کادمیم هستند و از اینرو در هر محیط خورندهای سریعا حل می شوند. ترکیب نیکل معمولی ‏در آلیاژ ‏Zn-Ni 10-15٪‎‏ است و هرگونه افزایش بیشتر در ترکیب نیکل بر اساس استفاده از نسبت ‏Ni / Zn‏ ‏بالاتر از حد پیش بینی در حمام است. تلاش برای کاهش ناهماهنگی در مورد آلیاژهای ‏Zn-Ni، تلاشهایی از ‏قبیل وارد کردن گونه های بی اثر در حمام و یا ایجاد آلیاژهای سه تایی انجام شده است. ژو و ‏کییف اثر افزودن قلع را بر روی رسوب غیرمستقیم آلیاژ ‏Zn-Ni‏ بررسی کرده اند. نسبت نیکل با اضافه ‏کردن مقدار کمی قلع از 6 تا 8 درصد افزایش یافته است. با این حال، مشاهده شده است که افزایش مقدار ‏کمی نیکل در آلیاژ ویژگی های سد شوندگی ‏Zn-Ni‏ را بهبود نمی بخشد.‏	The current technology available for Zn–Ni plating includes both alkaline and acid plating. ‎Deposit characteristics of Zn–Ni as compared to the conventional zinc include benefits of ‎extended corrosion resistance and significantly harder deposits. Also, the presence of nickel ‎imparts a good barrier resistance to the coating. However, the electrodeposition of such alloys is ‎anomalous in nature, with the co-deposition resulting in a higher amount of Zn in the final ‎deposit. Due to the high zinc content in the deposit, these alloys are more electronegative ‎than cadmium and hence dissolve rapidly in any corrosive environments. Typical nickel ‎composition in the Zn–Ni alloy is 10–15%,and any further increase in nickel composition is based ‎on using a higher-than-predicted Ni/Zn ratio in the bat‎‏.‏‎ Attempts were made to decrease the ‎anomaly in case of Zn–Ni alloys by either introducing inert species in the bath or by developing a ‎ternary alloy. Zhou[] and Keefe []have studied the effect of tin additions on the ‎anomalous deposition of Zn–Ni alloy. The nickel ratio increased from 6 to 8% with the addition ‎of small amounts of tin. However, the observed small increase of Ni content in the alloy did not ‎improve the Zn–Ni barrier properties[2]‏.‏
در حال حاضر تقاضای مصرف کنندگان برای تولید پوشش های آلیاژیی سه تایی رو به افزایش است. برای این منظور با کمک عوامل کاهنده ای همچون هیپوفسفیت ها، بور، هیدرازین یا فرمالدهید، ممکن است به طور همزمان فلزات مختلف را در سیستم های سه گانه نوع Ni-Me-P یا Ni-Me-B، را کاهش داد (Me یک فلز دیگر علاوه بر Ni را نشان می دهد). با این وجود، برای تولید موفق فیلم های آلیاژی سه تایی، محدودیت هایی نیز وجود دارد. به عنوان مثال، در ابتدا نیکل باید قادر به ترسیب کاتالیستی باشد. در مرحله دوم، کاهش فلز دوم که در آلیاژ شرکت دارد، باید به خواص کاتالیزوری آن در ارتباط با فرایند کاهش وابسته باشد. تعدادی از فلزات را می توان به پوشش های آلیاژی اضافه کرد، به شرطی که آنها به راحتی قادر به کاهش یافتن باشند و حتی اگر خواص کاتالیزوری مربوط به فرایند کاهش را ندارند در مقابل کاتالیست های سمی هم نباشند (باعث مسمومیت کاتالیست نشوند). در مواردی که احیای فلز دشوار است، غلظت آن در آلیاژ نمیتواند به مقادیر بالا برسد (به عنوان مثالNi-Cr-P ). فلزاتی که سمهای کاتالیستی هستند و بطور فعال سرعت احیای نیکل را به طور فعال کاهش می دهند می توانند تا حدی که مانع قطع شدن رسوب دهی نشوند (غیر فعال شدن فعال) به وان اضافه شوند (بعنوان مثال Ni-Sn-P).	There is at present an increased demand for the production of coatings of ternary alloys. With the help of hypophosphites, boron reducting agents, hydrazine, or formaldehyde, it is possible to achieve the simultaneous reduction of different metals in ternary systems of the type Ni-Me-P or Ni-Me-B, where Me represents another metal. There are limitations, however, to the successful production of ternary alloy films. Thus, for instance, in the first place nickel must be capable of being catalytically deposited. In the second place the reduction of the second metal which participates in the alloy must be dependent on its catalytic properties in relation to the reduction process. Quite a number of metals can be incorporated into alloy coatings provided they can easily be reduced and are not catalyst poisons, even if they do not possess the relevant catalytic properties in relation to the reduction process. In cases where the metal is difficult to reduce, its concentration in the alloy cannot reach high values (e.g., Ni-Cr-P) (1). Metals which are catalyst poisons and which actively slow down the reduction of Ni can be incorporated to an extent that will not interrupt the deposition (e.g., Ni-Sn-P) [3].
آبکاری آلیاژهای Ni ± Zn در طی دهه گذشته برای بسیاری از کاربردها مانند حفاظت از خوردگی فولاد در وسایل نقلیه بسیار مورد توجه بوده است. اخیرا نشان داده شده است که افزودن فسفر، بعنوان یک عنصر غیر فلزی در این آلیاژها می تواند ریزساختار آنها را در طول فرایند آبکاری تغییر دهد و مقاومت به خوردگی آنها را بهبود بخشد. با این حال، مطالعه الکتروشیمیایی آلیاژهای Ni ± Zn ± P تاکنون کامل نشده است. در سایر تحقیقات [8، 9] به ترسیب این آلیاژها با هیپوفسفیت به عنوان کاتالیزور و منبع فسفر در رسوب توجه شده است، زیرا فرایند الکترولس از طریق غوطه وری ساده قطعه در محلول وان آبکاری می تواند منجر به ایجاد یک لایه پوشش یکنواخت شود. این آلیاژها به عنوان پوشش محافظ مربوط به صنعت خودرو هستند.	Electrodeposition of Ni±Zn alloys has attracted much interest over the past decade for many applications such as the corrosion protection of steel in vehicles. Recently, it was shown that the inclusion of phosphorus, a nonmetallic element, in these alloys can modify their microstructure during electrodeposition and improve their corrosion resistance. However, the electrochemical study of Ni±Zn±P alloys has still not been completely developed. Other investigations have been devoted to the electroless deposition of these alloys with hypophosphite as reducer and as source of phosphorus in the deposit, because it can be applied as a uniform layer by simple immersion in the plating solution. These alloys are of relevance to the automobile industry as protective coatings [4].
این مهمترین دلیلی است که چرا در دهه های اخیر مطالعات گسترده ای جهت آبکاری آلیاژی نیکل با غلظت بالا(70-90٪) و روی با غلظت (25-25٪) انجام شده است. در این غلظت های عنصری، اگر چه فیلم نازک پوشیده شده دارای خواص ضد خوردگی عالی است، اما نمی توان از آن به عنوان یک پوشش فدا شونده برای قطعات فولادی استفاده کرد.	These are the main reasons why, in the last decades, intense studies develops normally, obtaining high concentrations of 70–90% nickel and zinc concentrations of 10–25% in the cathodic deposit. At these elemental concentrations, although the deposited thin film exhibits excellent anticorrosive properties, it cannot be used as a sacrificial coating for steel parts[1].
فیلم نازک Zn-Ni-P، حاصل از فرایند الکترولس به عنوان یک فیلم محافظ بر روی یک لایه فداشونده Zn گالوانیزه یا یا نیکل-روی در یک پوشش محافظ چند جزئی بر روی فولاد استفاده می شود. مزیت این فیلم محافظ، کاهش پتانسیل الکتروشیمیایی با فولاد زیر لایه (فولاد بعنوان بستر یا فلز پایه) خواهد بود.	Electroless-deposited thin Zn–Ni–P film has been used as a barrier film on a galvanic Zn or Ni–Zn sacrificial layer in a multicomponent corrosion protective coatings on steel. The advantage of this barrier film would be a reduced electrochemical potential difference with the underlying steel [5].
مراجع 1- Constantin, I. (2014). Microstructural Characterization and Corrosion Behavior of Electroless Ni-Zn-P Thin Films. Journal of Metallurgy, 2014. 2- Veeraraghavan, B., Kim, H., & Popov, B. (2004). Optimization of electroless Ni–Zn–P deposition process: experimental study and mathematical modeling. Electrochimica acta, 49(19), 3143-3154. 3- Schlesinger, M., Meng, X., & Snyder, D. D. (1990). Electroless Ni-Zn-P films. J. Electrochem. Soc, 137(6), 1858-1859. 4- Bouanani, M., Cherkaoui, F., Cherkaoui, M., Belcadi, S., Fratesi, R., & Roventi, G. (1999). Ni–Zn–P alloy deposition from sulfate bath: inhibitory effect of zinc. Journal of applied electrochemistry, 29(10), 1171-1176. 5- Abdel Hamid, Z., Ghanem, W. A., & Abo El Enin, S. A. (2005). Process aspects of electroless deposition for nickel–zinc–phosphorous alloys. Surface and interface analysis, 37(10), 792-796.
تهیه شده در واحد پژوهش و گسترش جلاپردازان پرشیا (JP) فروردین 96	Prepared by research and development unit of jalapardazan (JP) April 2018

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

نرخ خوردگی پوشش الکترولس نیکل در محیط های مختلف

نرخ خوردگی پوشش الکترولس نیکل در محیط های مختلف به شرح زیر است:

مایع خورنده	سرعت خوردگی برحسب میکرومتر/سال
اسید استیک	0.6
استون	0.06
سولفات آلومینیوم 27درصد	5
هیدروکسید آمونیوم 25درصد	16
نیترات آمونیوم 20درصد	15
آب نمک 3.5 درصد اشباع شده توسط CO2	5
آب نمک 3.5 درصد اشباع شده توسط H2S	0
کلرید کلسیم 42درصد	0.02
اسید سیتریک غلیظ	7
کلرید مس پنج درصد	25
گلیکول اتیلن	0.6
کلرید فریک یک درصد	200
اسید فریک 88درصد	13
اسید هیدروکلریک پنج درصد	24
اسید لاکتیک 85درصد	1
اسید نیتریک یک درصد	25
اسید اکسالیک 10درصد	3
اسید فسفریک 85درصد	3
کربنات سدیم غلیظ	1
هیدروکسید سدیم 45درصد	0
هیدروکسید سدیم 50درصد	0.2
سولفات سدیم	0.8
اسید سولفوریک 65درصد	9
آب مقطر گاززدایی شده توسط N2	0
آب مقطر	0
آب دریا (حاوی 3.6 نمک)	0

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

نیکل الکترولس تئوری

تئوری و واکنش های آبکاری نيكل الکترولس( شيميايي) :

*نيكل شيميايي:آبكاري شيميايي نيكل بايد موارد زير را در برداشته باشد:

*منبع ين نيكل ، بيشتر سولفات نيكل

*يك ماده احياء كننده براي تدارك الكترون مورد نياز نيكل

*انرژي (حرارت)

*مواد كمپاكس سازي كه مقدار نيكل آزاد واكنش را كنترل نمايد

* مواد تامپون ، براي ثابت نگه داشتن pHمحاول كه بخاطر توليد هيدروژن در اثناي واكنش تغيير ميكند.

*شتاب دهنده هايي كه بر سرعت واكنش مي افزايند.

* پيشگيرنده هايي كه مقدار احياء را كنترل مي نمايند.

* واكنش مواد توليد شده جنبي.

مشخصات يك محلول آبكاري شيميايي بستگي به تركيب آن از اين موارد دارد.

منبع یون نیکل:

منبع یون نیکل بیشتر سولفات نیکل می باشد.نمک های دیگر نیکل ، از جمله کلرید نیکل و استات نیکل ، برای کاربردهای بسیار محدود استفاده شده است.آنیون کلریدوقتیآبکاری ENحمام به صفحه مورد استفاده آلومینیوم ، و یا وقتی   EN به عنوان پوشش محافظ آهنی استفاده می شود می تواند عمل کند در کاربردهای خوردگی آلیاژها از استات نیکل. استفاده می کنند اما هیچ بهبود قابل توجهی در عملکرد حمام و در مقایسه با کیفیت سولفات نیکل ندارد . هر گونه مزایای جزئی حاصل از استات نیکل توسط هزینه بالاتر در مقابل هزینه سولفات نیکل جبران می شود. نیکل نمک اسیدhypophosphorus ، نیکل((H2P02. منبع ایده آل از یونهای نیکل است.

مواد احيا كننده:

پاره اي از مواد احيا كننده در تهيه اين محلول به كار مي رود: سديم هيپوفسفيت و امينوبران: سديم بروهيدرات و ئيدرازين.

قبل از بحث در مورد کاهش عوامل و پیشنهاد مکانیسم برای واکنش هایشان با نیکل ، باید به چند نکته توجه داشته باشیم.

1-کاهش نیکل که همواره با تحول هیدروژن همراه است

2-رسوب نیکل خالص نیست و شامل فسفر ، بور و یا واکنشگر کاهشی می باشد

3-رسوب نیکل خالص تنها بر روی سطح فلزات خاص انجام میگیرد

4-یونهای هیدروژن به عنوان یک محصول جانبی واکنش کاهش تولید می شود.

5- استفاده از عامل کاهنده برای نشست فلز با توجه به نسبت مولی نیکل رسوبی به عامل کاهشی تعیین میگردد.

6-گاز نیتروژن نیز با توجه به کاهش متوسط استفاده می شود.بنابراین فلز رسوب کننده.

کمتر از 100 درصد است.

هیپوفسفیت:

واکنشها:

واکنش کلی:



واکنشهای سطحی ، مانند رسوب نیکل الکترولس ،را ابتدامی توان به مراحل زیر تقسیم کرد:

1.        انتشار واکنشگرها Ni)   ،H2PO2 –    (به سطح :

2.        جذب سطحی واکنشگرها در سطح ؛

3.        واکنش شیمیایی در سطح ؛

4.        دفع   محصولات   از سطح ؛

5.        انتشار محصولات از سطح.

بيشتر آبكاري هاي نيكل شيميايي به ويژه آبكاري نيكل روي پلاستيك از محلول استفاده مي كنند كه احياء كنندة آن هيپوفسفيت است امتياز آن بر احيا كننده هاي ديگر ارزاني و كنترل ساده تر و مقاومت پوشش آن در برابر خوردگي است .

چندين مكانيسم براي توجيه واكنشهاي آن آمده است موردي كه بيشتر از همه مورد قبول همگان واقع شده است، مكانيسم زيرين است:

در حضور يك سطح كاتاليتيكي و انرژي به اندازة لازم و يونهاي هيپوفسفيت به ارتوفسفيت اكسيده ميشوند مقدار ئيدروژن مجذوب سطح كاتاليتيكي مي گردد. سپس نيكل در اين سطح با جذب ئيدروژن فعال احيا مي شود. در همين حال پاره اي از ئيدروژنهاي جذب شده و مقداري از هيپوفسفيت را در سطح كاتاليتيكي احياء نموده و به آب و يون ئيدروكسيل و فسفر تبديل مي كند. بيشتر هيپوفسفيت حاضر در سطح كاتاليتيكي اكسيد شده و به ارتوفسفيت و گاز ئيدروژن بدل گرديده و صرف نظر از نشست نيكل و فسفر از راندمان محلول مي كاهد. معمولاً براي نشاندن يك كيلوگرم نيكل با راندمان 37%   پنج كيلوگرم سديم هيپوفسفيت لازم است.

یون بوروهیدرید:

بوروهیدریدممکن است از هر محلول   آبی شامل ترکیب بوروهیدرید بدست اید.بوروهیدریدسدیممعمولا به علت در دسترس بودن آن ارجح است. بوروهیدریکه در آن بیش از 3 اتم هیدروژن ازیونبوروهیدریدجایگزین شده اند نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد ؛sodiumtrimethoxyborohydride) نمک راشل) نمونه ای از این نوع ترکیب می باشد.

واکنشها:

...

واکنش کلی:...

آمینوبرانها:

در ، مولکول BH3، هشتگانه بور ناقص است ، در نتیجه نقصهشتگانه، BH3 می تواند به عنوان پذیرنده الکترون رفتار اسید لوئیس داشته و بنابراین ، جفت الکترون اهدا کنندگان (باز لوئیس) ،ترکیباتی از قبیل فرم آمین است.

استفاده تجاری ازآمینوبرانها در آبکاری نیکل الکترولس است. به طور کلی استفادهازآمینوبرانها ، محدود بهdimethylamine borane (DMAB) ،کهتنها 3 هیدروژن فعال متصل به اتم بور و در نتیجه ،

3 یون نیکل برای هر مولکولDMAB کاهش مییابد اما در عمل 4 یون نیکل کاهش می یابد.

واکنشها:

علاوه بر واکنش مفید فوق ، DMAB می تواند هیدرولیز گردد و از بین رود.

محیط اسیدی:

محیط بازی:

هیدرازین:

بلافاصله پس ازBrenner Riddell و یافته هایش در مورد کاهش نیکل با هیدرازین استفاده از ان صادر شد .هیدرازین به عنوان کاهندهفلز عمل میکند. در طول 16 سال ، بسیاری از مقالاتاختراعات و جزییات رسوب الکترولس نیکل فسفر منتشر شد.

هیدرازین عامل کاهنده قوی در محلول قلیایی آبی است:

مکانیزم هیدرولیز یون نیکل را می توان با استفاده از مشاهدات تجربی در کاهش نیکل با هیدرازین اصلاح کرد:

واکنش کلی:

انرژي:

.

مقدار انرژي يا حرارتي كه به محلول آبكاري شيميايي نيكل داده مي شود يكي از مهمترين عواملي است كه در واكنش احيايي موثر است دما معیاری از انرژي اي است كه چنين محلولي در بر دارد. بنابراين دماي بيشتر باعث افزايش سرعت نشستن روكش مي شود البته در اين مورد نبايستي دما از 95 درجه سانتيگراد بالاتر رود زیرا باعث از بین رفتن محلول نیکل ابکاری میگردد.

در این معادله Aفاکتور فرکانس است.بر طبق این معادله مولکول باید یک مقدار انرژی حداقل بگیرد. معادله زیر که مستقیمأ به معادله بالا مرتبط است نشاندهندهی این است که سرعت واکنش به افزایش انرژی به سیستم مرتبط است:

مواد كمپلكس ساز:

براي پيشگيري از تجزية همزمان محلول و كنترل واكنش بدان گونه كه تنها در سطح كاتاليتيكي و عمل تجزيه صورت گيرد مواد كمپلكس ساز افزوده مي شوند اين مواد كمپلكس ساز اسيدهاي آلي يا نمكهاي آنهاست كه براي كنترل نيكل آزاد آماده براي واكنش افزوده مي گردد كوشش آنها در جهت تثبيت محلول و كندي نشاندن فسفيت نيكل است.

اين مواد از سوي ديگر pHمحلول را ثابت نگاه داشته و از كاهش تند آن هنگامي كه يونهاي هيدروژن در واكنش احياي نيكل تشكيل مي گردند، پيشگيري مي كنند آمونياك و ئيدروكسيدها و يا كربناتها نيز بدين منظور به كار برده مي شوند.

ترمودینامیک کمک بزرگی در پیش بینی تعادل در واکنش الکتروشیمیایی است. انرژی آزاد گیبس به عنوان معیاری برای این که آیا واکنش الکتروشیمیایی سلول در درجه حرارت ثابت خود به خود رخ خواهد داد یا نه. ارتباطی مهم بین تغییر انرژی آزاد، و مقدار کار الکتریکی انجام شدهوجود دارد و توسط ، nFE ، در سلول قابل برگشت بازگو می شود.

در اینجا مقدار ان برای هیپوفسفیت محاسبه گردیده است:

از آنجا کهΔG>0، واکنش خودبخود نخواهد بود و به مقداری انرژی نیاز دارد. از سوی دیگر واکنشhypophosphite در محلول قلیایی رادر نظر بگیرید:

از آنجا که ΔG<0واکنش خودبخودی است.نمونه بالانشان میدهدکه عامل کمپلکس دهنده می تواند اثر عمیقی بر کاهش واکنشداشته باشد

كمپاكس سازهايي كه مورد استفاده قرار مي گيرند و نمكهاي اسيد گليكوليك و اسيد سيتريك يا اسيد استيك مي باشند اسيدهايي مانند اسيد سوكسينيك و اسيد گلوتاريك اسيد لاكتيك و اسيد پروبيونيك و اسيد امينواستيك نيز به كار مي روند.

.....

نمونهای از کمپلکس در زیر امده است:

شتاب دهنده ها:

مواد كمپلكس ساز از سرعت واكنش احياي نيكل كاسته و ممكن است كه سرعت آنرا به گونه اي غير اقتصادي كند كنند براي مقابله با اين اشكال افزودنيهاي آلي كه شتاب دهنده ناميده مي شوند، اغلب به مقدار كم به محلول افزوده مي شوند كار اين مواد سست كردن بند ميان اتم ئيدروژن و اتم فسفر در مولكول هيپوفسفيت است و تا امكان حذف ودر نتيجه جذب آن به سطح كاتاليتيكي بيشتر فراهم گردد شتاب دهنده يون هيپوفسفيت را فعال نموده و به سرعت واكنش شتاب مي دهد در بيشتر موارد اسيد سوكسينيك اينكار را انجام مي دهد و اگر چه ديگر اسيدهاي كربنيك و فلوئوريدهاي محلول و پاره اي حلالها نيز بكار مي روند.

تثبیت کننده ها:

تثبیت کننده های موثر می تواند به طبقات زیر تقسیم شود:

1-کاتیونهای سنگین فلز ات: سرب و جیوه'، Sb

2-ترکیبات عناصر گروه ششم:S,Se,Te

3-ترکیبات شامل اکسیژن : AsO2- ,IO2- ,MoO22-

4-اسیدهای غیر اشباع آلی: Maleic ، Itaconic

چند روش برای تعیین اثر بخشی این ترکیبات به عنوان تثبیت کننده و همچنین غلظت مطلوب در

حمام آبکاریدر دسترس است.

یکی از این روش هامتشکل از رسم مقدار مخلوط یا رسوب نیکل الکترولس در مقابل غلظت تثبیت کننده است .منحنی شبیه به شکل پایین بدست می آید.درشکل. همانگونه که مشاهده میگردد غلظت کوچک اولیه تثبیت کننده باعث تغییر ناگهانی در پتانسیل بدست امده و پس از آن تنها باعث تغییرات جزئی در پتانسیل مخلوط می شوند. هنگامی که غلظت تثبیت کننده به یک مقدار بحرانی می رسد پتانسیل مخلوط ناگهان به سمت صفر میرود وتوقف واکنش آبکاری را بدنبال دارد.(شکل 1)

یکی دیگر از روشها شامل اندازه گیری سرعت رسوب در مقابل غلظت تثبیت کننده است

منحنی آن در شکل زیر نشان داده شده است. برخی از منحنیهای به دست آمدهدارای محدوده غلظت کوچکتر از منحنیهای دیگر و پیک تیزتر است ، اما ویژگی مشترک بین همه انها در این است که پایدارکنندهها باعث افزایش سرعت رسوبگذاری می شوند.(شکل 2)

شکل1

....

شکل2

....

پيش گيرنده ها:

واكنش احياي نيكل در آبكاري شيميايي آن بايد به گونه اي كنترل شود كه عمل نشست با سرعت پيش بيني شده، و تنها به روي قطعة مورد نظر صورت گيرد براي دستيابي به اين هدف و پيشگيرنده ها افزوده مي شوند محلولهاي آبكاري شيميايي نيكل مي توانند ساعتها و روزها بدون پيشگيرنده ها كار كنند و اين يكبار ممكن است كه بدون پيش بيني قبلي شروع به تجزيه نمايند.

عمل تجزيه معمولاً با پيدايش ذرات كلوئيدي و جامد در محلول آغاز مي گردد اين ذرات ممكن است ذرات خارجي (همانند گرد و خاك) باشند كه وارد محلول گرديده اند و يا خود محلول در نتيجه تراكم ارتوفسفيت بيش از مرز حلاليت آن و آنها را توليد نمايد سطح اين ذ رات صرفنظر از آنكه از چه منبعي در محلول پيدا شده اند كاتاليزوري براي شروع واكنش احيا خواهد بود كه منجر به يك واكنش زنجيره اي خود شتاب و در نتيجه واكنش احيا محلول مي گردد. اينكار معمولاً با آزادسازي ئيدروژن بيشتر و پيدايش لخته هاي سياهرنگي درون محلول همراه است.

حلاليت فسفيت در محلول و هنگامي كه مواد كمپلكس ساز همانند اسيد سيتريك يا اسيد گليكوليك افزوده مي شود در هر صورت استفاده از كمپلكس سازهاي قوي بيشتر از حد لازم آن و باعث كاهش سرعت نشست و افزايش تخلخل و براقي روكش ميگردند.

يون هيدروژن (H+):

كه در اثر واكنش احيا توليد مي گردد، pHرا پايين مي آورد pHمحلول تاثير زيادي هم در كاركرد و هم در تركيب روكش دارد براي كاهش تغييرات pHو كمك به ثابت نگاه داشتن شرايط كاري و خواص روكش و تامپونها در محلول آبكاري شيميايي نيكل بكار گرفته مي شوند. پاره اي از تامپونها كه بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از استات و پروپيونات و سوكسينات. افزايش مواد قليايي همانند محلولهاي ئيدروكسيد و كربنات يا آمونياك نيز براي خنثي نمودن اسيد تشكيل يافته در حين آبكاري بكار مي رود.

در محیطهای با 5

همانطور که در بالا ذکر شد معمولأ برای پایداری یون نیکل به محلول عوامل کمپلکس کننده اضافه میشود:

واکنش کلی عبارتست از:...

و در کل:

..

سرعت رسوب نیکل متناسب با سرعت نیکل به شکل یون آزاد است.بنابراین:

....

و از انجا:

...

در نتیجه:

از طرفی:

و ثابت تعادل واکنش:

...

از آنجا که pMوpH مفاهیم مشابه هستند ، افزایش pMیاpH باعث کاهش غلظت یون فلزی مورد نظر میگردد.

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت