تعریف آبکاری، آبکاری قلع و علل استفاده از آبکاری

تاریخ انتشار مقاله : 15:49:01 1398/02/18

آبکاری فرآیندی است برای قرار دادن لایه‌ای از فلزات و یا غیر فلزات بر روی فلزات یا غیر فلزات دیگر به منظور جلوگیری از فرایند اکسیداسیون، سایش، افزایش مقاومت سطحی و… است.

آبکاری فرآیندی است برای قرار دادن لایه‌ای از فلزات و یا غیر فلزات بر روی فلزات یا غیر فلزات دیگر به منظور جلوگیری از فرایند اکسیداسیون، سایش، افزایش مقاومت سطحی و… است.

آبکاری فرآیندی متعلق به قرون اخیر نمی‌باشد ( آبکاری به روش الکتریکی)، از این روش آبکاری ایرانیان باستان در ۲۰۰۰ سال پیش استفاده می‌کردند. اما امروزه استفاده از آبکاری بیشتر اهمیت پیدا کرده است. به گونه ای که کاربرد آبکاری در اغلب صنایع به چشم می‌خورد. از جمله صنایعی که آبکاری در آن‌ها اهمیت دارد می‌توان به صنایع خودرو سازی، صنایع مخابرات، صنایع تولیدات قطعات الکترونیکی، صنایع تهویه مطبوع، صنایع ساخت در و پنجره و… اشاره کرد.


از آبکاری قلع چه می دانیم؟

قلع

قلع فلزی است براق٬ دارای رنگ سفید نقره‌ای٬ در درجه حرارت معمولی در مقابل آب و هوا مقاوم است و اسیدها و بازهای ضعیف به سختی روی آن اثر می‌گذارند. برعکس اسید و بازهای قوی به آسانی روی آن اثر می‌گذارند. به راحتی لحیم‌پذیر است. قلع در مقابل مواد غذایی و اتمسفر معمولی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. با توجه به اینکه سمی نیست٬ کاربرد زیادی در پوشش‌کاری قطعات صنعتی مواد غذایی و صنعت کنسروسازی دارد. با توجه به لحیم‌کاری بسیار عالی در صنعت برق نیز به کار برده می‌شود. محدوده وسيعي از آلياژهاي قلع - سرب جهت لحيم كاري تجهيزات مختلف بكار مي‌روند. استفاده از آلياژهاي غني از سرب بدليل مقاومت به خزش مطلوب در شرايط كاري رادياتور توصيه شده است . در صورتي مي‌توان از آلياژهاي قلع - سرب با درصد كمتر قلع جهت لحيم كاري استفاده كرد كه آنها در شرايط محيط‌هاي كلريدي رادياتور مقاوم به خوردگي باشند. خوردگي آلياژ لحيم با ظهور تركيبات سفيد رنگ در محل اتصالات، سبب انهدام و نشتي رادياتور مي‌شود. در اين پژوهش سرعت خوردگي سرب ، قلع و آلياژهايشان را در اتمسفر و الكتروليتهاي خورنده به روش كاهش وزن و پلاريزاسيون كاتدي اندازه‌گيري شده است.

در محيطهاي خنثي همچون شرايط تسريع شده خوردگي (H/T) و آب افزودن مقدار كمي قلع به سرب مقاومت به خوردگي آلياژ لحيم را بطور قابل توجهي افزايش مي‌دهد.در محيطهاي اسيدي حاوي يون كلر همچون فلاكس كلريدي لحيمكاري و اسيد هيدروكلريك آلياژهاي غني از قلع از مقاومت به خوردگي كمتر برخوردارند.با رسم منحنيهاي سرعت خوردگي با مقدار قلع در هريك از محيطهاي فوق اپتيمم مقدار قلع آلياژهاي لحيم قلع - سرب داراي مقاومت به خوردگي مطلوب پيشنهاد شده است. به كمك تكنيك هاي الكتروشيميايي و بررسي محصولات خوردگي با ميكروسكوپ الكتروني SEM و آناليز جذب اتمي AA و تفرق اشعه ايكس XRD مكانيسمي براي خوردگي سرب، قلع و آلياژهايشان در محيط هاي خنثي و اسيدي ارائه شده است.


فرآیندهای آبکاری قلع و آلیاژهای آن

فرآيند آبكاري قلع به دوصورت کلی قلیایی و اسیدی، با اهداف تزئینی و صنعتی برای پوشش دهی قطعات مختلف با زیر لایه آهن، برنج، مس و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

فرآیند آبکاری قلع براق 

قلع اندود

این فرآیند بر پایه اسید سولفوریک بوده که با اعمال آن پوشش براق قلع در آبکاری بصورت بشکه ای(barel) و آویز(rack) ایجاد می گردد . در این فرآیند پوشش براق قلع در دانسیته جریان‌های خیلی پایین ایجاد می گردد لذا برای آبکاری قطعات با شکل هندسی پیچیده یک فرآیند ایده آل می باشد.

فرآیند آبکاری قلع مات

فرآیند آبکاری قلع مات بر پایه اسید سولفوریک بوده که پوششی ریزدانه با توان پرتاب عالی و قدرت لحیم پذیری بالا ایجاد می نماید. این فرآیند در آبکاری قطعات الکترونیکی و الکتروتکنیکی کاربرد دارد. محدوده کاربرد آن در صنایع PCB محدود می باشد چرا که مقاومت پوشش ایجاد شده توسط فرآیند قلع مات باید قبل از بکارگیری آن آزمایش گردد.  این فرآیند هم در کاربردهای آویز و هم در بارل استفاده می شود. پوشش ایجاد شده در این فرآیند حتی پس از عملیات حرارتی در C ْ 155 به مدت 16 ساعت قدرت لحیم پذیری عالی دارد.

تشکیل ترکیبات قلع چهار ظرفیتی سبب کاهش کدری رنگ محلول می شود. فرآیند قلع مات، فرآیند ساده ای از لحاظ کاربرد و نگهداری می باشد. غلظت قلع دو ظرفیتی و اسید سولفوریک باید توسط آنالیز کنترل شده و نیز کمبود افزودنی ها که عمدتاً ناشی از دوریز می باشد باید هر چند وقت یکبار شارژ شود. افزودنی‌های  مورد استفاده شامل آلکیل فنل اتوکسیلات (ننیل فنل اتوکسیلات) نمی باشد.

شرکت اشلوتر اولین فرمول قلع براق را در دنیا به ثبت رسانیده است. به طوری که امروزه در بسیاری از کارخانجات آبکاری قلع در دنیا از محصولات این شرکت استفاده می کنند.

اشلوتر فرایندهای بسیار مدرن برای آبکاری قلع و آلیاژهای آن را توسعه داده است. از جمله می توان به فرایندهای قلع براق ، قلع مات، قلع-سرب، قلع- بیسموت و قلع- نقره اشاره نمود.

فرآیند آبکاری آلیاژ قلع ـ سرب LA

فرآیندآبکاری آلیاژ قلع ـ سرب مات عمدتاً برای ایجاد پوشش قلع ـ سرب روی بردهای مدارچاپی بکار می رود. البته برای آبکاری سایر قطعات الکترونیکی نیز کاربرد دارد . این حمام بر پایه اسید فلوئوبوریک بوده وپوشش کریستالی خیلی ریز با مقدار حدوداً % 60 قلع در آلیاژ ایجاد می‌کند که بسته به ترکیب حمام ممکن است تغییر یابد.

فرآیند آبکاری آلیاژ قلع ـ سرب  SLOTOLET K

فرآیند آبکاری قلع – سرب SLOTOLET K یک الکترولیت اسیدی قوی و بدون فلوراید مخصوصاً برای آبکاری بردهای مدارچاپی و دیگر قطعات الکترونیکی بوده از الکترولیت پوششهایی با ساختار کریستالی خوبی (ریزدانه) بدون تشکیل دندریت بدست می آید.

مقدار سرب در پوشش آلیاژی بین 95 – 5% متفاوت می باشد. در صنعت PCB پوششهایی با مقدار تقریبی با مقدار 63% قلع ترجیح داده می شود. در فرآیندهای SLOTOLO N با پروسه SLOTOLET K پوششی با مقدار تقریبی قلع 70% ترجیح داده می شود. مقدار قلع برای پوشش‌های نهایی بین 85-80% می باشد. آلیاژهای مقاوم باید برای کاربردهای دمای بالا استفاده شود.


الکترولیت‌های آبکاری قلع

الکترولیت‌های اسیدی : اسید فنل سولفونیک - اسید هیدروفلوریک و اسید فلوئوروبونیک.

الکترولیت‌های قلیایی : براساس استانات سدیم یا پتاسیم و هیدروکسیدهای مربرطه می‌باشد.

در الکترولیت های قلیایی، پوشش قلع ایجاد شده ظاهری کدر دارد ولی این پوشش به دلیل حفظ کامل خواص قلع از جمله قابلیت لحیم پذیری و هدایت الکتریکی دارای کاربردهای صنعتی فراوانی ست. در صورت نیاز برای افزایش براقیت ظاهری پوشش قلع، معمولا از روش غوطه وری قطعات در حمام روغن داغ (Surfuion) استفاده می شود. با این روش خلل و فرج موجود در پوشش نیز از بین رفته٬ مقاومت در مقابل خوردگی لایه آبکاری افزایش می یابد.


چرا از آبکاری قلع استفاده می‌کنیم؟

شاید اولین انتقادی که به آبکاری انجام شود و سوال در ذهن انسان ایجاد کند این باشد که چرا بجای آبکاری، از فلز روکش شده در قطعه مورد نظر استفاده نکنیم؟ و یا این پیشنهاد به ذهن بیاید که با توجه به پیشرفت علم در مهندسی مواد چرا از آلیاژهای مناسب استفاده نکنیم؟

جواب این پرسش ها پاسخی به جز محدودیت آن هم در بخش منابع فلزات و هزینه و همچنین استفاده از خواص فلز مادر و محافظ با هم نمی‌باشد.

به این موضوع توجه داشته باشیم که اگر بجای قوطی رب گوجه فرنگی آبکاری شده با قلع که از جنس آهن می‌باشد از قلع خالص استفاده می‌کردیم باید بابت هر کیلوگرم استفاده از قلع ۷۰ هزار تومان هزینه می‌کردیم. این در حالی است که آهن استفاده شده در این قوطی ها نهایتا قیمتی برابر با ۴ هزار تومان در بهای هر کیلوگرم دارد. از طرفی دیگر درصد فراوانی آهن در کره زمین ۳۲٫۱ درصد می‌باشد و درصد فراوانی قلع به همراه ۹۰ عنصر دیگر که جز عناصر با فراوانی کم بر روی زمین می‌باشد روی هم رفته ۱٫۲ درصد است.

پس آبکاری به ما کمک کرده تا بتوانیم هم از خواص قلع استفاده کنیم و هم با توجه به درصد فراوانی آن به بهترین شکل از آن بهره جوییم.


اهمیت استفاده از آبکاری قلع

آّبکاری قلع

اما سوالی دیگر که پیش آمد با این عنوان که چرا آلیاژ به عنوان مثال آهن و قلع در ساخت قوطی های مواد غذایی به جای روش آبکاری استفاده نکنیم؟

در پاسخ به این سوال باید گفت که همیشه به این موضوع بایست توجه داشت که آلیاژ سازی لازمه‌ی ذوب کردن فلزات می‌باشد و تامین انرژی برای این کار بسیار هزینه بر میباشد و تولید آلیاژ فرایندی هزینه بر است. از طرفی دیگر آبکاری هزینه ای به مراتب پایین تر و مراحل بسیار ساده تری نسبت به تولید آلیاژ دارد از این رو در این موارد آبکاری ترجیه داده می‌شود.

پس از مهم ترین دلایل استفاده از آبکاری هزینه مناسب استفاده از آن می‌باشد ولی از جهت دیگر  تولید آلیاژ به این گونه نمی باشد که وقتی فلزات با هم محلول شوند فلز آلیاژ دارای جز به جز خواص فلزات استفاده شده باشد.  به عنوان مثال در ترکیب دو فلز مس و قلع با همدیگر که تشکیل مفرغ را میدهند. آلیاژ مفرغ بدست آمده سخت تر از دو فلز سازنده می‌باشد پس از این رو آلیاژ محدودیت هایی برای ما ایجاد می‌کند که در نهایت ما را به سمت آبکاری برای بهره بردن از خواص هر فلز استفاده شده سوق می‌دهد.

 


متن پیام خطا
متن پیام موفقیت