پوشش دهی الکترولیتی قلع

تاریخ انتشار مقاله : 09:42:39 1398/02/31

پوشش قلع که به روش الکترولیتی در یک فرآیند جریان مستقیم بر روی یک محصول متصل به کاتد اعمال می‌شود، کاربردهای زیادی در صنایع دارد.

مقدمه

پوشش قلع که به روش الکترولیتی در یک فرآیند جریان مستقیم بر روی یک محصول متصل به کاتد اعمال می‌شود، کاربردهای زیادی در صنایع دارد. در این فرآیند، یک محلول آبی از نمک قلع و یک آند قلع نیز مورد استفاده واقع می شود. کاربرد مواد افزودنی(اضافه شونده) آلی به حمام ها، امکان تشکیل رسوب های کاربردی و تزئینی را فراهم می کند. در این بین ، هر دو حمام اسیدی و قلیایی قلع به کارگرفته می شوند.

به غیر از قلع خالص، از  فلز آن نیز به عنوان یک جزء در حمام آلیاژ، از جمله در آبکاری قلع_سرب، استفاده می شود. اطلاعات بیشتر در موسسه تحقیقات بین المللی قلع www.surfacetec.co.uk در دسترس است.


خصوصیات

قلع قابلیت رسوبدهی به صورت کدر و یا روشن(براق) را دارا می باشد. مقدار کمی کربن و یا گوگرد در طول رسوبدهی ساخته می شود (< 0.1 wt %)، فلز حاصله بسیار چکش خوار با قابلیت بالای لحیم کاری است که از لحاظ شیمیایی نیز بسیار مقاوم می باشد.

قلع روشن(براق) به زنگ زدگی به واسطه لمس انگشت، حساس نیست و از خواص مقاومت تماسی و تریبولوژیکی خوبی برخوردار است. این امر قدرت حفاظتی خوبی را به زیرلاله فولادی، لایه ای که مغناطیسی نیست، می بخشد. مقاومت این لایه در برابر چسبندگی خوب است. سختی لایه بین HV0,1 10 تا 30 کیلوگرم / میلیمتر مربع است.


فرآیند آبکاری الکتریکی

قلع می تواند تقریبا بر روی هر فلزی رسوب داده شود:

  • بر روی بخش های فولادی برای صنایع تولید مواد غذایی
  • بر روی اجزای رسانا مس
  • بر روی آلیاژهای مس جهت افزایش دوام پذیری و لحیم پذیری
  • بر روی آلومینیوم جهت کلیدهای برق
  • آلیاژهای آلومینیوم و مس، معمولاً به منظور جلوگیری از انتشار بین زیرلایه(بستر) و قلع، با یک فلز دیگر، پیش اندود می شوند.

 


ویژگی های فرآیند

آبکاری الکترولیتی قلع در موارد زیر انجام می شود:

حمام های اسیدی قلع؛ حمام های سولفات قلع و فلوبورات قلع (40٪ وزنی)

حمام های قلیایی قلع؛ حمام های استانات (<1٪ وزنی)

حمام متیل سولفونیک اسید؛ حمام MSA   (60% وزنی).


شماتیکی از  یک حمام الکترولیتی.

پوشش دهی قلع

معنی اصطلاحات در شکل:

 Galvanisch bad = حمام گالوانیک

Anodestangen = قطب آندی

Kathdesrang = قطب کاتدی

Ophangrek = شبکه تعلیق (توری سوسپانسیون)

Werkstukken = محصولات

رسوبدهی الکتریکی قلع (از جمله رسوبدهی قلع با استفاده از واکنش شیمیایی، به نیکل شیمیایی مراجعه کنید) با استفاده از حمامی از فنیل سولفونیک اسید نیز امکانپذیر است.

دلیل این که اغلب از حمام های اسیدی استفاده می شود این است که میزان رسوبدهی آن ها بسیار بالاست و لایه های حاصله از آن ها یکنواخت و غیردندریتی هستند، اما زیرلایه را در منافذ و  قسمت حفره دار پوشش نمی دهند.

از میان تمام حمام های اسیدی قلع، اغلب از حمام فلوروبورات استفاده نمی شود. این نوع حمام اسیدی قلع برای آبکاری استوانه ای(درام) و آبکاری مداوم بسیار مناسب است. دمای فرآیند بین 20 تا 25 درجه سانتیگراد است.

حمام استانات نسبت به آلودگی از حساسیت کمتری برخوردار است و باعث تولید رسوبی از قلع که حفره ها و منافذ را پوشش می دهد، می شود و به همین دلیل برای کاربردهای مرتبط با پروفیل سازی، بسیار مناسب است. میزان رسوبدهی این حمام ، کمتر از حمام اسیدی است. دمای فرایند بین 60 تا 80 درجه سانتیگراد است. این فرایند تنها در چند مورد کاربرد دارد.

حمام های متیل سولفونیک اسید، رسوب های کاملاً یکنواخت و براقی را عرضه می دارند. طیف گسترده ای از چگالی های مناسب و قابل اجرا جریان(به مقدار جریان عبوری عمود بر واحد سطح، چگالی جریان گفته می شود) عبارتند از  7 تا 120 آمپر/ دسی مترمربع برای آبکاری پیوسته و مداوم. این حمام اغلب برای رسوبدهی آلیاژهای سرب - قلع استفاده می شود.

قبل از قلع پوشانی، زیرلایه و بستر بایستی تحت مراحل زیر، پاکسازی و تمیز شود:

  • شن پاشی
  • چرب زدایی با آب جوش
  • شستشو(آبشوئی)
  • چربی زدایی الکترولیتی
  • شستشو
  • کدر سازی / فعال سازی
  • شستشو

آلیاژهای آلومینیوم و مس اغلب یک لایه "امتدادی و ضربتی" برای جلوگیری از انتشار عرضه می کنند.


انباشت و رسوبدهی لایه ای

قطعاتی که قرار است قلع اندود(قطعات تحت آبکاری) شوند در الکترولیت قرار می گیرند و به الکترود منفی (کاتد) متصل می شوند. قطعات کوچک را می توان در مخازن استوانه ای یا بشکه های گردان (با فرض اینکه آنها بیش از حد شکننده و نازک نیستند) قرار داد. چگالی جریان در حمام اسیدی بین 1 تا 2 آمپر بر دسی مترمربع است، که میزان رسوبدهی آن 0.5 تا 1 میکروگرم در دقیقه است. به منظور بالابردن میزان محافظت قطعات فولادی در برابر خوردگی، ضخامت لایه ای حداقل 50 میکرومتر لازم است، ضخامت 7.5 میکرون نیز برای جلوگیری از تغییر رنگ آلیاژهای مس در محیط مرطوب مورد نیاز است.

این ضخامت از 5 تا 7.5 میکرومتر برای بالابردن قابلیت لحیم پذیری، قابل افزایش است. در طول فرآیند پوشش دهی و آبکاری مداوم( پیوسته)، میزان رسوبدهی از 400 تا 500 میکرومتر در ساعت (شرایط ویژه فرآیند) افزایش می یابد.

مخزن فولادی با یک لایه قلع 5 تا 7.5 میکرومتری. قابل کاربست در الکترونیک. هدف از این لایه، بهبود قابلیت اتصال و لحیم پذیری است

مخزن فولادی

 


عملیات انتهایی (تکمیل نهایی)

به طور کلی، به غیر از براق سازی حرارتی (ذوب کاری براق و روشن) که در تولید ورق قلع اندود(ورق حلبی) امری متداول است، هیچگونه عملیات تکمیلی(عملیات پس از عمل آوری) انجام نمی شود. اثر ناپذیرسازی و غیرفعال سازی (غیر فعال سازی سطح نیمرسانا با ایجاد یک لایه عایق اکسید روی سطح) برای کاربردهای خاص (افزایش مقاومت شیمیایی قلع) استفاده می شود. برای جلوگیری از پدیده ترُدی و شکنندگی هیدروژنی(علت اصلی : نفوذ هیدروژن اتمی به داخل ساختار فلز)، قطعات بایستی چند ساعت در دمای 190 درجه سانتیگراد تحت عمل آوری حرارتی یا به عبارتی عملیات تثبیت حرارتی قرار گیرند. در این بین به نقطه ذوب پایین قلع (232 درجه سانتیگراد) نیز باید توجه شود.

مزایا و معایب

مزایا

  • مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت خوب در برابر فرسایی چسبان(سایش ناشی از چسبندگی)
  • لحیم پذیری خوب
  • جوشکاری مقاومتی پس از فرآیند رسوبدهی قلع امکان پذیر است
  • حساسیت بسیار ناچیز به اثر انگشتان
  • خواص تماسی خوب
  • مورد تایید FDA جهت استفاده در صنایع غذایی ("تایید شده توسط سازمان جهانی غذا و دارو آمریکا (FDA)").

FDA  سازمانی است که استفاده از یک محصول (مواد یا روکش) را در صنایع غذایی تایید می کند. موسسات مشابه در این زمینه عبارتند از: USDA (وزارت کشاورزی ایالات متحده) و NSF (بنیاد بهداشت ملی).

معایب/محدودیت ها

  • فولاد با مقاومت بالا نسبت به تردی و شکنندگی هیدروژنی، حساس و ضعیف است.
  • لایه قلع به طور کامل بستر و زیر لایه را پوشش می دهد، گاهی اوقات برای جلوگیری از زودشکنی و تُردی، عملیات حرارتی(عمل آوری حرارتی) ضروری است

تحت شرایط معینی، ممکن است از سطح لایه قلع، ویسکرها شروع به رشد کنند ( پدیده ی ویسکر در فلزات، رشد خود بخودی و ناخواسته‌ی باریکه‌هایی به شکل مو و در مقیای میکروسکوپی را در سطح فلزات به ارمغان می‌آورد، ویسکرهای فلزی می‌توانند باعث بوجود آمدن مدارهای کوچک و تخلیه‌ی الکتریکی در قطعات الکترونیکی شوند).

یک ویسکر، یک مورد از رشد خود به خودی الیاف میله ای شکل بلوری است. این ویسکرها می توانند به اتصال کوتاه در قطعات الکترونیکی منجر شود.

ویسکر

 

هزینه ها

میزان هزینه ها به سری، ضخامت لایه و هندسه قطعات بستگی دارد. همچنین نکنته ای که باید در نظر گرفته شود این است که آیا قطعات را می توان در یک حمام استوانه ای( درام) و یا در یک حمام الکترولیتی قرار داد.

کاربردها

لایه های قلع به عنوان تزیین و دکوری بر روی جواهرات و اشیاء عتیقه از جنس قلع، مورد استفاده واقع می شوند.

لایه ها به طور کلی برای محافظت در برابر خوردگی، حفاظت در برابر تغییر رنگ (به عنوان مثال در اثر اکسیداسیون در دمای بالا یا در طی لحیم کاری) و برای بهینه سازی لحیم پذیری، اعمال می شوند.

جهت کاربرد های اصلی، قلع پوشانی در صنایع قلع، صنایع غذایی، الکترونیک و ارتباطات مخابراتی اعمال می شود.

نوارها و باریکه های مسی با یک لایه قلع به ضخامت 15 میکرومتر، که برای کاهش مقاومت تماسی استفاده می شود. کاربرد در تخته سوئیچینگ(تابلوهای راه گزینی راه آهن) راه آهن

نوار مسی



متن پیام خطا
متن پیام موفقیت