خوردگی[1] چیست؟

خوردگي فرايندي است كه در طي آن، فلز از طريق واكنش الكتروشيميايي با محيط اطرافش در مجاورت رطوبت(آب) به عنوان الكتروليت، در نقش قطب خورده شونده و يا آند الكترون خود را از دست داده و سطحش به مرور زمان خورده شده و از بين مي­رود. بنابراين ميتوان گفت كه انتقال الكترون بين فلز و محيط اطرافش عامل اصلي خوردگي مي­باشد.      

آبكاري[2] چيست؟

در فرآیند آبکاری، يك لايه فلزي كه نقش محافظت كننده از فلز پايه را دارد بر روي سطح ماده اصلي ترسيب مي­گردد كه اين لايه ترسيبي، فلز پايه را ازمحيط اطرافش جدا ساخته و مانع از انتقال الكترون بين فلز و محيط اطرافش مي­گردد.

روشهای محافظت از فلز پایه

محافظت از فلز پايه به دو روش صورت ميگيرد: 

  پوشش سد مانند[3]      

  پوشش فدا شونده[4]  

در محافظت به روش پوشش سد مانند،لايه ترسيب شده بر روي  فلز پايه از نظر پتانسيل الكتروشيميايي مثبت­تراز فلز اصلي بوده و يا به عبارتي پتانسيل خوردگي  فلز اصلي نسبت به پوشش ترسيبي،بيشتر بوده و در نتيجه به محض ايجاد حفره در پوشش، خوردگي در فلز اصلي آغاز ميگردد.فلز نیکل نشانده شده بر روی آهن مثالی از این روش می­باشد که درآن به محض ایجاد حفره در پوشش نیکل، خوردگی در آهن به عنوان قطب خورده­شونده(فعالتر) آغاز می­گردد.                         

در محافظت به روش پوشش فدا شونده، لايه ترسيبي نسبت به ماده پايه داراي پتانسيل خوردگي بيشتري بوده و بنابراين به جاي فلز اصلي، اين پوشش است كه دچار خوردگي  مي­گردد.آبکاری فلز روي برسطوح آهنی، مثالي از اين نوع روش محافظت مي­باشد كه در آن فلز روي نسبت به آهن فعالتر بوده در نتيجه دچار خوردگي شده و تا زماني كه پوشش فلز روي براثر خوردگي بطور كامل از بين نرفته است   

آهن بصورت دست نخورده باقي ميماند.

بررسي ضخامت لايه ترسيبي و اثر آن در خوردگي

يكي از مهمترين عوامل در عملكرد خوردگي يك پوشش، ضخامت آن پوشش است، همچنين بررسيهاي انجام شده نشان مي­دهد كه هر چقدر سطح اوليه صافتر و يكنواخت تر باشد لايه ترسيب شده بر روي چنين سطحي عملكرد بهتري را از نظر خوردگي از خود نشان مي­دهد.

شرايط درخواست مشتري براي آبكاري تزيئني[5]

خواصی که پوششی تزیینی نیکل همراه لایه کرومی نیاز دارند تا بتوانند در پنج نوع شرایط کاری مختلف[6] کارایی خوبی ارائه دهند در استاندارد ASTM- B456آمده است:

SC 1  شرایط کاری ملایم(وسایل داخلی خودرها)

SC 2 شرایط کاری متوسط (شیر آلات حمام)

SC 3 شرایط کاری سخت (وسایل بیمارستان)

SC 4 شرای کاری خیلی سخت (قطعات بیرونی خودروها)

SC 5 شراط کاری خیلی دراز مدت

انواع آبکاری نيكل

پوشش­هاي نيكلبسته به نوع كاربردشان مي­توانند به صورت تك لايه ، دو لايه ، سه لايه و چهارلايه بر روي فلز اصلي ترسيب گردند. مطالعات نشان مي­دهد كه پوششهاي چند لايه[7] مقاومت خوردگي  قابل توجهي را از خود نشان داده كه در نتيجه باعث محافظت از سطح ماده اصلي و حفظ شكل ظاهري آن مي گردد. از نظرهزينه نيز، به دليل آنكه ضخامت كلي نيكل چند لايه و تك لايه تقريبا يكسان است بنابراين تفاوت چنداني در افزايش هزينه ها مشاهده نمي شود.

كارايي پوشش از نظر خوردگي

 بالا بودن پوشش از نظر مقاومت خوردگي به اين حقيقت مربوط ميشود كه تركيب لايه هاي نيكلي ضريب فعاليت الكتروشيميايي مختلفي دارند اگر پتانسيل خوردگي رسوبات مختلف در يك الكتروليت اندازه گيري شود، همانطور كه طبق نمودار زير ملاحظه مي شود پتانسيل انحلال رسوب براق نيكل بيشتر از رسوب نيمه براق آن است. وقتي كه رسوب براق و نيمه براق نيكل (به صورت فويل جدا شده از فلز پايه) در يك الكتروليت با هم تماس الكتريكي پيدا مي كنند الكترونهاي نيكل براق به نيكل نيمه براق انتقال مي يابند. اندازه اختلاف پتانسيل خوردگي بين دو لايه براق و نيمه براق نيكل طبق نمودار، 100-200 mV ميباشد. مطابق نمودار،لايه آستري حاوي گوگرد زياد، داراي اختلاف پتانسيل الكتروشيميايي آندي 15-40 mV نسبت به لايه براق نيكل ميباشد. همانطور كه در نمودارمشاهده ميشود لايه نيكلي ريز متخلخل، داراي پتانسيل خوردگي مثبت­تري نسبت به لايه براق نيكل بوده و اختلاف پتانسيل كاتدي معادل 10-40 mV بين اين دو لايه وجود دارد.       

پوشش تك لايه نيكل[8]       

پوشش تك لايه براق نيكل كه در محلولهاي حاوي افزودني هاي آلي توليد ميشود داراي خصوصييات زير ميباشد:                                                                                         

به دليل حضور مقداراندک گوگرددرمواد افزودني آلي كه بصورت همزمان با پوشش فلزي رسوب مي نمايد باعث ميگردد كه اين رسوب از نظر  الكتروشيميايي نسبت به پوششهاي نيمه براق نيكل فعالتر باشدكه در نتيجه آن، مقاومت خوردگي پوشش تك لايه نيكل، نسبت به پوششهاي چند لايه آن كمتر ميباشد.                                                                                                           

پوشش تك لايه براق نيكل به ضخامت 40 ميكرون، مقاومت خوردگی معادل 22 ساعت طبق آزمایش [9]CASSاز خود نشان میدهد. بخشي از مولكولهاي مواد افزودني ممكن است همراه نيكل رسوب كرده و موجب سخت و دانه ريز شدن پوشش گردند.    

شکل 

همانطور كه در شكل ملاحظه مي شود به محض اينكه لايه كروم براق خراش بردارد (چون كروم در مجاورت هوا رويين شده و مثل يك فلز نحيب رفتار مي­كند، با نيكل يك جفت موثر آندي و كاتدي به وجود مي آورد كه در آن نيكل، الكترود حل شونده واقع ميشود) خوردگي نيكل زير، به شدت شروع خواهد شد و خوردگي شياري به سرعت در نيكل نفوذ خواهد نمود، در اين لحظه در فلز پايه ظاهر شده، بنابراين ميتوان گفت كه رسوب براق نيكل ، يك پوشش سد مانند را بر روي فلز پايه ايجاد ميكند وبه محض گسترش خوردگي در پوشش براق نيكل، فلز پايه هم    شديدتردچارخوردگي مي­گردد.                                                                                         

پوشش نیکل دو لايه[10]

پوششهاي نیکل دو لايه از دو لايه براق و نيمه براق نيكل تشكيل شده اند كه مطابق توضيحات داده شده در قسمت قبلي، رسوب براق نيكل پتانسيل خوردگي بيشتري نسبت به رسوب نيمه براق آن دارد. در سيستم سه لايه نيكل مات، نيكل براق و كروم، لايه وسط يعني نيكل براق از همه فعالتر بوده و در نتيجه ميل خوردگي بيشتري نسبت به ساير لايه ها دارد. مطابق شكل زير به هنگام ايجاد خراش در لايه كرومي، لايه نيكل براق آند واقع شده و بنابراين لايه زيرين كه نيكل نيمه مات
مي­­باشد در مقابل خوردگي حفاظت مي­گردد. همانطور كه در شكل ملاحظه مي­شود خوردگي شياري[11] نمي­تواند تا فلز پايه ادامه پيدا كند و فقط در لايه میانی، نیکل براق، گسترش خواهد یافت.                                                                          

مطابق شكل در سيستمهاي پوشش دو گانه، ضخامت لايه نيمه براق نيكل در حدود 3/2 ضخامت كل پوشش نيكل و 3/1 ضخامت كلي پوشش مربوط به رسوب براق نیکل میباشد. 

داده هاي عملي از تست CASS نشان ميدهد كه مقاومت خوردگي سيستمهاي پوشش دو گانه با ضخامت 40 ميكرون،5.1تا 2 برابر پوششهاي تك لايه نيكل با همان ضخامت بوده كه اين بدان معناست كه در پوششهاي دو لايه شروع خوردگي بعد از 33 تا 44 ساعت آزمايش CASSصورت مي گيرد.                                                                                                                

در سيستمهاي پوشش دو گانه نيكل، به دليل خوردگي لايه براق نيكل كه لايه زیرين مي­باشد در ادامه پس از مدتي با كم شدن سطح لايه براق نيكل، پوشش حاصله ظاهري دندانه دار پيدا مي­كند.

شکل

پوشش سه لايه نيكل[12]

سيستم پوشش سه گانه نيكل، بترتيب از لايه زيرين شامل لايه­هاي نيكل نيمه براق، نيكل براق ونيكل ريز حفره ميباشد.همانطور كه در قبل توضيح داده شد پتانسيل انحلال رسوب نيكل براق بيشتر از رسوب نيمه براق و نيكل ريز حفره مي­باشد، با اين وجود نيكل ريز حفره به عنوان لايه نهايي، قبل از آبکاری کروم، بر روي سطح رسوب داده مي­شود.دليل این امر آن است كه در لايه نيكلي ريزناپيوسته،چون تعداد زيادي ترك يا ريز حفره در رسوب وجود دارد و ميزان نفوذ حفره­هاي خوردگي به داخل لايه­هاي نيكلي با تعداد ريز ناپيوستگيهاي موجود بر روي سطح آن نسبت معكوس دارد (در هر سانتي متر مربع سطح، 10000ريز حفره وجود دارد.) بنابراين جريان خوردگي در تعداد زيادي ريز سلهاي خوردگي توزيع گشته و به دليل كوچك بودن سايتهاي خوردگي، مقدار خوردگي در لايه براق نيكل شديدا كاهش يافته وپوششي بدون نقص ظاهري بدست می­آيد. اين بدان معناست كه جريان خوردگي تا لايه نيكل ريز ناپيوسته ادامه مييابد و در نتيجه خوردگي شياري كه باعث انحلال رسوب براق نيكل (و پوششي با ظاهر دندانه دار ميگردد) از بين مي­رود. شايان ذكر است اگر ضريب فعاليت الكتروشيميايي لايه نيكل ريز ناپيوسته بيشتر از پوشش براق نيكل بود، پوشش نيكل ريز حفره به عنوان قطب خورده شونده (آند)  دچار خوردگي شده و اين جريان تا پوشش خورنده (نيكل براق) ادامه مي­يافت و در نتيجه رسوبي با نقص ظاهري بدست مي­آمد.                                                                                              

پوشش چهار لايه نيكل[13]

اين نوع پوشش از 4 لايه تشكيل شده كه بترتيب از لايه زيرين عبارتند از: لايه نيمه براق نيكل، لايه­هاي مياني كه بترتيب شامل رسوب نيكلي حاوي گوگرد زياد و رسوب براق نيكل ميباشد و لايه رويي كه شامل پوشش نيكل ريز حفره ميباشد. در سيستمهاي پوشش 4 گانه، تغييرات شگرفي در  بهبود عملكرد خوردگي پوشش بوجودآمده، بطوريكه شروع خوردگي در اين نوع سيستم بعد از 88 تا 120 ساعت آزمايش CASS آغاز مي­شود. مطابق شكل زير به محض ايجاد حفره در لايه براق نيكل، جريان خوردگي در لايه زيرين آن يعني رسوب نيكل حاوي گوگرد زياد (به دليل فعالتر بودن اين لايه از نظر خوردگي) بصورت جانبي گسترش مي­يابد.                                                                                                                                                  

نتایج آزمایش مقاومت خوردگی (  (CASSپوششهای تک لایه و چند لایه نیکل با ضخامت 40 میکرون

فاکتورهای موثر در بهبودمقاومت مکانیکی و خوردگی پوششهای چند لایه­ای­ نیکل

برخی از پوششهای نیکلی دارای خاصییت براقي[14] و پر کنندگی[15] بهتری نسبت به سایر پوششهای نیکلی می باشند و در صنعت به پوششهاي نيكلي داغ معروف هستند. براق كننده­ها در اين گونه    

حمامهاي آبكاري، موادي مثل پيريدين و يا تركيبات مشتق يافته از آنها مي­باشند. ولي اينگونه پوششهاي نيكلي داغ براي كاربردهاي OEM مناسب نيستند. دليل اين امر آنست كه در اينگونه رسوبات به دليل افزايش تنش داخلي و كاهش خاصيت چكش خواري، رسوب ترك خورده و در نتيجه باعث ايجاد عملكرد منفي در مقاومت خوردگي پوششهاي با ماندگاري طولاني ميگردد.     

نتايج اوليه آزمايش خوردگي تسريع شده CASS  كيفيت پوشش چندان ضعيفي را از نظر مقاومت خوردگي گزارش نمي­دهد ولي تركهاي ناشي از تنشهاي كششي در طولاني مدت، باعث ايجاد نقصهاي ميداني[16] در رسوب ميگردد.

مرجع » مجموعه مقالات شرکت مک درمید --- تهیه کننده : اقای زاهدانی