آبکاری الکتریکی فرآیندی است که طی آن، با استفاده از جریان الکتریسیته، لایه‌ای نازک از یک فلز را بر روی سطح فلز دیگر می‌نشانند. این کار اغلب به منظور افزایش زیبایی ظاهری قطعه یا جلوگیری از خوردگی آن انجام می‌شود. در واقع، در این فرآیند، یک لایه فلزی جایگزین لایه فلزی قبلی می‌شود. آبکاری، که سابقه‌ای طولانی دارد و به اوایل قرن نوزدهم بازمی‌گردد، امروزه به یکی از روش‌های رایج و پرکاربرد در صنایع مختلف تبدیل شده است. با وجود این، شاید بسیاری از افراد با نحوه عملکرد دقیق آن آشنا نباشند. در این فرآیند، از یک جریان الکتریکی برای انتقال یون‌های فلزی از یک محلول به سطح قطعه مورد نظر استفاده می‌شود. در این مقاله به توضیح کامل این روش خواهیم پرداخت.

آنچه در این مقاله میخوانید

مراحل اجرای آبکاری الکتریکی(الکتروپلیتینگ)

مراحل مختلف روش الکتروپلیتینگ شامل موارد زیر می شود:

تهیه حمام آبکاری و آماده‌سازی سطح

در آغاز، ظرف آبکاری با اسید شستشو شده، سپس با آب تطهیر و کاملاً خشک می‌شود. ظروف شسته شده باید بی‌درنگ مورد استفاده قرار گیرند. برای نمک‌های محلول، یک سوم ظرف و برای نمک‌های دشوارتر، دو سوم آن با حلال پر می‌شود. افزودن نمک‌ها و سایر ترکیبات به آرامی و همراه با هم زدن محلول انجام می‌شود و ترتیب افزودن ترکیبات در این مرحله بسیار حائز اهمیت است. پس از انحلال کامل نمک‌ها، غلظت و PH محلول به دقت اندازه‌گیری می‌شود و در صورت ایده‌آل بودن شرایط حمام، آند، کاتد و الکترود مرجع درون حمام قرار داده می‌شوند و آزمایش‌های آبکاری روی چند نمونه انجام می‌شود.

سپس غلظت و PH حمام مجدداً تنظیم شده و قطعات اصلی برای آبکاری به منبع تغذیه متصل می‌شوند. پس از قرار دادن قطعات در محلول آبکاری، تماس قلاب‌ها و قفسه‌ها، شدت جریان و میزان ولتاژ بررسی می‌شود. برای ایجاد پوششی یکنواخت، سطح زیرلایه باید چسبنده باشد، به همین دلیل آماده‌سازی سطح زیرلایه در آبکاری الکتریکی اهمیت فراوانی دارد. زیرلایه‌ها معمولاً با استفاده از اسیدشویی، پاکسازی شیمیایی، پاکسازی الکتریکی (الکتروکیلینینگ)، فرآیند جیوه دهی و پاکسازی مکانیکی آماده آبکاری می‌شوند.

اتصال جریان و انجام آبکاری

با برقراری جریان الکتریکی در حمام آبکاری، یون‌های فلزی محلول در الکترولیت به سوی قطعه کار (کاتد) جذب می‌شوند و در آنجا رسوب می‌کنند. این فرآیند منجر به تشکیل لایه‌ای نازک از فلز مورد نظر بر روی سطح قطعه کار می‌شود. در این فرآیند، آند می‌تواند محلول یا نامحلول باشد که هر کدام بسته به نوع آبکاری و فلز مورد نظر انتخاب می‌شوند.

آبکاری به روش آند حل‌شونده

در این نوع آبکاری، با برقراری جریان الکتریکی، اتم‌های فلزی آند، الکترون از دست می‌دهند و به یون‌های مثبت فلزی تبدیل می‌شوند و در محلول الکترولیت شناور می‌شوند. این ذرات به دلیل اختلاف پتانسیل الکتریکی موجود در محلول، به سمت قطب منفی (کاتد) جذب می‌شوند و با دریافت الکترون، روی سطح کاتد رسوب می‌کنند. این فرآیند تا زمانی ادامه می‌یابد که ضخامت لایه فلزی دلخواه روی زیرلایه ایجاد شود.

آبکاری از طریق آند نامحلول

در این شیوه آبکاری، آند که معمولاً از جنس تیتانیوم با روکش پلاتین است، در محلول الکترولیت حل نمی‌شود. الکترولیت حاوی یون‌های مثبت فلز مورد نظر برای آبکاری است. با برقراری جریان الکتریکی و ایجاد اختلاف پتانسیل بین الکترودها، این یون‌ها از آند به سوی کاتد حرکت کرده و در آنجا رسوب می‌کنند. در نتیجه، لایه‌ای نازک از فلز مورد نظر روی سطح قطعه کار (کاتد) ایجاد می‌شود. در این فرآیند، با کاهش غلظت یون‌های فلزی، محلول الکترولیت با افزودن نمک فلزات، دوباره غنی می‌شود.

مرحله آخر بعد از آبکاری الکتریکی

هنگامی که کار به اتمام رسید، قطعه کار را توسط الکل شستشو می دهند تا به این صورت مواد اضافی که روی آن باقی مانده است از بین برود.

معایب الکتروپلیتینگ

آبکاری الکتریکی، در کنار مزایای فراوان، دارای محدودیت‌ها و چالش‌هایی نیز هست که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:

پیچیدگی فرآیند: آبکاری الکتریکی فرآیندی پیچیده و حساس است که نیاز به کنترل دقیق پارامترهای مختلفی مانند دما، جریان، غلظت محلول و زمان دارد.
محدودیت در شکل قطعات: آبکاری الکتریکی برای قطعات با اشکال پیچیده یا دارای حفره‌ها و گوشه‌های داخلی، چالش‌برانگیز است.
هزینه‌های بالا: فرآیند آبکاری الکتریکی به تجهیزات گران‌قیمت، مواد شیمیایی خاص و نیروی کار متخصص نیاز دارد.
مشکلات زیست‌محیطی: برخی از محلول‌های مورد استفاده در آبکاری الکتریکی، مانند محلول‌های حاوی سیانید یا اسیدهای قوی، برای محیط زیست مضر هستند و نیاز به مدیریت و دفع دقیق دارند.
محدودیت در نوع فلزات: آبکاری الکتریکی برای همه فلزات قابل انجام نیست و نیاز به شرایط خاصی برای هر فلز دارد.
نیاز به آماده‌سازی سطح: قبل از آبکاری، سطح قطعه باید به طور کامل تمیز و آماده شود. هرگونه آلودگی، چربی یا زنگار می‌تواند منجر به کاهش چسبندگی پوشش و کیفیت نهایی محصول شود.

مزایای الکتروپلیتینگ

آبکاری الکتریکی، فرآیندی است که در آن از جریان الکتریکی برای پوشاندن سطح یک ماده با لایه‌ای نازک از فلز دیگر استفاده می‌شود. این روش، نه تنها جنبه‌های زیبایی و تزئینی قطعات را بهبود می‌بخشد، بلکه مزایای بی‌شماری در عملکرد و دوام آن‌ها نیز دارد. در زیر به برخی از مزایای کلیدی آبکاری الکتریکی اشاره می‌کنیم:

افزایش مقاومت در برابر خوردگی: یکی از مهم‌ترین مزایای آبکاری، حفاظت قطعات در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی است. لایه فلزی پوشاننده، از رسیدن عوامل خورنده به سطح زیرین قطعه جلوگیری کرده و عمر مفید آن را افزایش می‌دهد.
بهبود مقاومت در برابر سایش: آبکاری می‌تواند مقاومت سطح قطعات را در برابر سایش، خراشیدگی و ضربه افزایش دهد. این امر به ویژه در قطعاتی که در معرض اصطکاک مداوم هستند، اهمیت بسزایی دارد.
افزایش سختی سطح: با استفاده از آبکاری می‌توان سختی سطح قطعات را بهبود بخشید. این ویژگی، قطعات را در برابر تغییر شکل و آسیب‌های مکانیکی مقاوم‌تر می‌سازد.
بهبود رسانایی الکتریکی: برخی از فلزات مورد استفاده در آبکاری، مانند طلا و نقره، رسانایی الکتریکی بالایی دارند. پوشاندن قطعات با این فلزات می‌تواند رسانایی الکتریکی آن‌ها را بهبود بخشد.
افزایش زیبایی و جذابیت ظاهری: آبکاری می‌تواند ظاهر قطعات را بهبود بخشیده و آن‌ها را جذاب‌تر و زیباتر کند. با استفاده از فلزات رنگی یا براق، می‌توان جلوه‌ای خاص به قطعات بخشید.
ایجاد پوشش‌های خاص: با استفاده از این روش می‌توان پوشش‌های خاص با خواص مورد نظر ایجاد کرد. به عنوان مثال، می‌توان پوشش‌های مقاوم در برابر حرارت، مغناطیسی یا حتی پوشش‌های کاتالیزوری ایجاد کرد.
قابلیت اجرا بر روی سطوح مختلف: آبکاری الکتریکی را می‌توان بر روی سطوح مختلف فلزی و حتی پلاستیکی اجرا کرد. این امر، کاربردهای آن را گسترده‌تر می‌سازد.

کاربردهای آبکاری الکتریکی

الکتروپلیتینگ کاربردهای زیادی در صنایع گوناگون دارد که در ادامه به آن ها اشاره خواهیم کرد:

صنعت خودرو:

به عنوان مثال، قطعاتی مانند جلوپنجره‌ها، دستگیره‌های درب، قطعات داخلی و تزئینات بیرونی خودرو، همگی از مزایای آبکاری الکتریکی بهره می‌برند. این پوشش‌ها علاوه بر افزایش مقاومت قطعات در برابر زنگ‌زدگی و سایش، به آن‌ها زیبایی و جذابیت ظاهری نیز می‌بخشند. برای آشنایی با کاربردهای ورق گالوانیزه در صنعت خودرو سازی مقاله را مطالعه نمایید.

جواهرات:

در دنیای جواهرسازی، آبکاری فلزات گرانبها، از جمله طلا و نقره، به عنوان یک تکنیک هنری و کاربردی شناخته می‌شود. این فرآیند، نه تنها به زیورآلات جلوه‌ای بی‌نظیر می‌بخشد، بلکه دوام و ماندگاری آن‌ها را نیز تضمین می‌کند.

لوازم خانگی:

در واقع، آبکاری در صنعت دکوراسیون داخلی، ترکیبی از هنر و فناوری است که به طراحان و سازندگان این امکان را می‌دهد تا محصولاتی با کیفیت بالا، زیبا و بادوام تولید کنند. این تکنیک، با ایجاد تنوع در رنگ‌ها و طرح‌ها، به طراحان کمک می‌کند تا فضاهای داخلی متنوع و جذاب خلق کنند و به خانه‌ها جلوه‌ای خاص و دلنشین ببخشند. برای آشنایی با کاربردهای ورق گالوانیزه در صنعت لوازم خانگی مقاله را مطالعه نمایید.

تجهیزات پزشکی:

پوشش‌های ایجاد شده توسط آبکاری، علاوه بر افزایش مقاومت فیزیکی، به استریل‌سازی آسان‌تر تجهیزات پزشکی نیز کمک می‌کنند. این امر، خطر عفونت و انتقال بیماری‌ها را کاهش داده و به حفظ سلامت بیماران و کادر درمان کمک می‌کند.

مقایسه آبکاری الکتریکی با دیگر روش های آبکاری

آبکاری الکتریکی، به عنوان یکی از روش‌های پرکاربرد و مؤثر در صنعت، با دیگر تکنیک‌های پوشش‌دهی فلزات، تفاوت‌های بنیادین و ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد. در ادامه به مقایسه این روش با برخی از روش‌های آبکاری می‌پردازیم:

مقایسه آبکاری الکتریکی با آبکاری مکانیکی:

در آبکاری الکتریکی، از جریان الکتریکی برای نشاندن فلز بر روی سطح قطعه استفاده می‌شود، در حالی که در آبکاری مکانیکی، از ضربه و سایش ذرات فلزی برای ایجاد پوشش استفاده می‌شود. آبکاری الکتریکی، پوشش‌های نازک‌تر و یکنواخت‌تری ایجاد می‌کند، در حالی که آبکاری مکانیکی برای ایجاد پوشش‌های ضخیم‌تر و مقاوم‌تر در برابر سایش مناسب‌تر است.

مقایسه آبکاری الکتریکی با آبکاری شیمیایی:

آبکاری الکتریکی نیاز به جریان الکتریکی دارد، در حالی که آبکاری شیمیایی بدون جریان الکتریکی و با استفاده از واکنش‌های شیمیایی انجام می‌شود. آبکاری شیمیایی برای پوشش‌دهی قطعات با اشکال پیچیده و غیررسانا مناسب‌تر است، در حالی که آبکاری الکتریکی برای قطعات رسانا و اشکال ساده‌تر مناسب‌تر است.

مقایسه آبکاری الکتریکی با پوشش‌دهی:

پوشش‌دهی PVD (رسوب‌دهی بخار فیزیکی) یک روش پیشرفته برای ایجاد پوشش‌های بسیار نازک و مقاوم است. در مقایسه با آبکاری الکتریکی، پوشش‌های PVD مقاومت بالاتری در برابر سایش و خوردگی دارند، اما هزینه آن‌ها نیز بیشتر است. آبکاری الکتریکی برای کاربردهایی که نیاز به پوشش‌های ضخیم‌تر و هزینه کمتر دارند، مناسب‌تر است.

مقایسه آبکاری الکتریکی با رنگ‌آمیزی:

رنگ‌آمیزی یک روش ساده و ارزان برای تغییر رنگ و ظاهر قطعات است، اما پوشش‌های رنگی مقاومت کمتری در برابر سایش و خوردگی دارند. آبکاری الکتریکی پوشش‌های مقاوم‌تر و بادوام‌تری ایجاد می‌کند و برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا دارند، مناسب‌تر است.

جمع بندی

آبکاری الکتریکی، با بهره‌گیری از جریان الکتریکی، لایه‌ای محافظ و تزئینی از فلزات گرانبها یا صنعتی را بر روی سطوح گوناگون می‌نشاند و علاوه بر افزایش زیبایی و جذابیت ظاهری، مقاومت قطعات را در برابر خوردگی، سایش و عوامل محیطی بهبود بخشیده و طول عمر آنها را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد. این روش در گالوانیزاسیون ورق گالوانیزه نیز مورد استفاده قرار می گیرد.