تحقیق مقاله آبکاری قطعات صنعتی

آبکاری؛ صنعتی مادر، اما ناشناخته

توجه به صنایع مادر را می‌توان جزو اصلی‌ترین عوامل پیشرفت‌های اقتصادی و صنعتی هر کشوری دانست. شاید کشوری به‌واسطه دارا بودن منایع زیاد نفت، گاز یا هر ماده ارزشمند دیگری بتواند به سطحی از پیشرفت دست یابد، اما پیشرفت پایدار زمانی در یک کشور نمود پیدا می‌کند که صنایع مادر و پایه‌یی آن کشور تقویت شده باشند. درواقع تقویت صنایع مادر خود نوعی تقویت صنایع دیگر محسوب می‌شود و به رشد آن‌ها کمک می کند. در ایران نیز به‌رغم آن‌که به برخی از صنایع مادر مانند فولاد توجه کافی می‌شود و حداقل هر از چندگاهی خبری از آن‌ها در کشور منتشر می‌شود، اما صنایع مادر دیگری نیز وجود دارند که علی‌رغم اهمیت بالایشان، توجه چندانی به آن‌ها نمی شود. یکی از این صنایع پایه‌یی، صنعت آبکاری است.

صنعت آبکاری چیست؟

به گزارش خبرنگار صنعت و معدن خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، آبکاری به مجموعه فرآیندهایی که تحت آن، سطح قطعات فلزی یا غیرفلزی با لایه‌هایی از فلز یا غیر فلز جهت دست‌یابی به سطوح مناسب برای کاربردهای صنعتی یا صنعتی تزئینی و کاهش هزینه تولید انجام می‌گیرند، گفته می‌شود. بدین‌ترتیب هر کالای فلزی قبل از ورود به بازار، باید آبکاری شود در غیر این صورت، قابلیت استفاده ندارد.

تاریخچه آبکاری

تاریخچه آبکاری در اروپا به اواخر قرن 18 برمی‌گردد؛ درحالی‌که طبق برخی اسناد و مدارک سابقه آبکاری در ایران، حتی به دوره اشکانیان نیز می‌رسد. اما آبکاری در ایران معاصر، به پیش از 100 سال پیش بازمی‌گردد. ابراهیم‌خان صحاف‌باشی اولین کارگاه آبکاری را در خیابان لاله‌زار نو تاسیس کرد و با نصب انواع وان‌های آبکاری نیکل، مس، برنج، نقره و دستگاه‌های جنبی مورد نیاز، آبکاری صنعتی را در ایران پایه گذاری کرد.

گمنامی صنعت آبکاری

شاید گمنامی و ناشناخته بودن صنعت آبکاری را بتوان بزرگترین مانع اصلی در برابر پیشرفت این صنعت در کشور عنوان کرد. این گمنامی تا جایی پیش می‌رود که حتی برخی از مسوولان رده بالای صنعتی کشور نیز اطلاعات چندانی از این صنعت ندارند. این ناشناخته بودن حتی باعث شده است، فعالان این صنعت نیز از تسهیلات مناسب و به موقع بانکی نیز تا حد زیادی محروم شوند.

جواد گرامی - یک فعال در صنعت آبکاری - به خبرنگار صنعت و معدن خبرگزاری دانشجویان ایران گفت: متاسفانه ناشناخته بودن این صنعت باعث شده است فعالان این صنعت از تسهیلات مناسب بانکی محروم شوند و در نتیجه پیشرفت این صنعت در کشور با کندی مواجه شده است و اگر صنعتگر نتواند به سرمایه شخصی خود اتکا کند، قطعا در این صنعت شکست خواهد خورد.

وی افزود: صنعت آبکاری ایران از پتانسیل بالایی برخوردار است؛ به عنوان مثال، علاوه بر صادرات تجهیزات آبکاری به کشورهای دیگر مانند کویت، صنعت آبکاری ایران در ونزوئلا در قالب پروژه آنجل و تولید خودروی پراید 141 نیز حضور یافته است.

واحدهای پنهانی آبکاری

یکی دیگر از مشکلاتی که صنعت آبکاری ایران از آن رنج می برد، وجود تعداد زیادی واحدهای آبکاری است که علاوه بر فعالیت غیرعلمی و غیرتکنیکی، به صورت پنهانی فعالیت می‌کنند و هیچ‌گونه عوارضی نیز به دولت پرداخت نمی‌کنند.

محسن براتی - قائم مقام شرکت تعاونی صنایع آبکاری ایران - در این زمینه به خبرنگار ایسنا گفت: هم‌اکنون بیش از 50 درصد از واحدهای آبکاری به صورت پنهانی فعالیت می کنند که این خود تهدیدی برای این صنعت در کشور به‌شمار می رود.

دکتر مرتضی بقال‌ها - عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شریف - نیز درباره این واحدهای آبکاری اظهار کرد: صنعت آبکاری صنعتی دقیق با ترکیبات و فرمولاسیون‌های خاص است که با کوچک‌ترین تغییر در فرمولاسیون نتیجه کار تغییر می‌کند و به دلیل این‌که اکثر فعالان این صنعت به صورت تجربی و غیرعلمی‌ وارد این صنعت شده‌اند، عمدتا کیفیت آبکاری آن‌ها نیز بسیار پایین است که نمونه آن را می‌توان در اگزوز موتورسیکلت‌ها مشاهده کرد که بعد از مدت کوتاهی شروع به زنگ‌زدن می‌کنند و دلیل آن، آبکاری با کیفیت پایین است.

مقابله با معضل خوردگی

یکی از اهداف و در عین حال مزایایی که صنعت آبکاری دارد، مقابله با معضل خوردگی و سایش است که براساس آمارهای موجود، میزان خسارت‌های ناشی از خوردگی رقمی برابر با 4/5 درصد تولید ناخالص ملی کشورهای جهان عنوان شده است. بدین ترتیب صنعت آبکاری با ایجاد پوشش‌های مناسب، سهم عمده‌ای در کاهش میزان خسارات وارده به قطعات و افزایش طول عمر آن‌ها دارد و خوردگی و سایش را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

بقال‌ها در این‌باره به ایسنا گفت: هزینه‌ای که ناشی از خسارت خوردگی به صنایع در کل دنیا است بسیار سرسام‌آور برآورد شده است ؛ به عنوان مثال در آمریکا سالانه بیش از 100 میلیارد دلار خسارت به صنایع ناشی از خوردگی برآورد شده است؛ درحالی‌که می‌توان با انتخاب دقیق‌تر آلیاژ مناسب پوشش‌دهی هزینه‌های سرسام‌آور خسارات ناشی از خوردگی را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

بهداشتی و زیبا کردن قطعات فلزی

از دیگر مزایایی که این صنعت دارد، بهداشتی کردن قطعات و جلوگیری از مشکلات زیست‌محیطی و زیباسازی و قطعات و کالاهاست.

درباره بهداشتی کردن قطعات می‌توان به نمونه‌هایی نظیر یراق‌آلات، شیرآلات بهداشتی، وسایل ‌آشپزخانه، لوازم ‌خانگی و زیباسازی قطعات و کالاها و نیز انواع لوسترها، صنایع روشنایی، خودکارها و خودنویس، صنایع میز و صندلی و تخت‌خواب اشاره کرد.

صنایع وابسته به آبکاری

اما شاید اگر صنایعی که به صنعت آبکاری وابسته هستند نام برده شوند، اهمیت بالای این صنعت آشکارتر می‌شود.

صنایعی نظیر صنایع دفاعی، خودروسازی، لوازم خانگی، مخابرات، کامیپوتر، ساختمان، پزشکی، بسته‌بندی، نفت و پتروشیمی، صنایع سنگین و منسوجات، همگی به‌نوعی وابسته به صنعت آبکاری هستند و آبکاری زیربنای آن‌ها محسوب می‌شود.

دکتر بقال‌ها معتقد است: اگر صنایع را به دو گروه صنایع مادر و مصرفی تقسیم کنیم، صنعت آبکاری در هر دو گروه دارای کاربرد‌های زیادی است؛ در صنایع مادر مانند فولاد، آبکاری در بخش فولاد‌سازی برای بدنه خودرو و در صنایع مصرفی برای کلیه کالا‌های فلزی، صنعت آبکاری کاربرد دارد.

به هر حال آنچه فعالان صنعت آبکاری بیش از هر زمانی به آن نیاز دارند، حمایت دولت و مسوولان مربوط است. کارشناسان معتقدند، بخصوص وزارت صنایع و معادن که در دوره فعلی هدف خود را حمایت از بخش خصوصی و تولید ملی قرار داده است، باید علاوه بر حمایت‌هایی که از صنایعی نظیر فولاد و سیمان می‌کند، توجه به این صنعت را نیز مد نظر خود قرار دهد. به‌عقیده اهالی فن، مهمترین حمایتی که از فعالان این صنعت می‌توان انجام داد، این است که استفاده از تسهیلات بانکی برای آن‌ها آسان‌تر شود؛ تا از این طریق بتوانند فعالیت خود را توسعه داده و در نتیجه تولید ملی نیز افزایش یابد.

آبکاری با نیکل

نیکل یکی از مهمترین فلزاتی است که در آبکاری به کار گرفته می‌شود. تاریخچه آبکاری نیکل به بیش از صدها سال پیش باز می‌گردد این کار در سال 1843 هنگامی که R.Rotlger توانست رسوبات نیکل را از حمامی شامل سولفات نیکل و آمونیوم بدست آورد آغاز گردید بعد از آن Adams اولین کسی بود که توانست آبکاری نیکل را در موارد تجاری انجام دهد. نیکل رنگی سفید شبیه نقره دارد که کمی متمایل به زرد است و به راحتی صیقل‌پذیر و دارای خاصیت انبساط و انقباض٬ جوش‌پذیر بوده و مغناطیسی می‌بلاشد. آبکاری با نیکل اساسا به منظور ایجاد یک لایه براق برای یک لایه بعدی مانند کروم و به منظور فراهم آوردن جلای سطحی خوب و مقاومت در برابر خوردگی برای قطعات فولادی٬ برنجی و حتی بر روی پلاستیکهایی که با روش‌های شیمیایی متالیزه شده‌‌‌اند به کار می‌رود. مواد شیمیایی که در الکترولیتهای نیکل به کار می‌روند عبارتنداز:

نمک فلزی (مهمترین آنها سولفات نیکل است و همچنین از کلرید نیکل و سولفومات نیکل نیز استفاده می‌شود.)

نمک رسانا (برای بالا بودن قابلیت رسانایی ترجیحا از کلریدها مخصوصا کلرید نیکل استفاده می‌شود.)

مواد تامپونه کننده (برای ثابت نگه داشتن PH اصولا اسید بوریک به کار برده می‌شود.)

مواد ضد حفره‌ای شدن (برای جلوگیری از حفره ای شدن به الکترولیتهای نیکل موادی اضافه می کنند که مواد ترکننده نامیده می شوند. سابقا از مواد اکسید کننده به عنوان مواد ضد حفره استفاده می‌شد.)

آبکاری با کروم

روکش‌های لایه کروم رنگی شبیه نقره٬ سفید مایل به آبی دارند. قدرت انعکاس سطح کروم‌کاری شده و کاملا″ صیقلی شده در حد 65% است (برای نقره 88%و نیکل 55%) در حالی که خاصیت انعکاس نقره و نیکل با گذشت زمان ضایع می‌شود٬ در مورد کروم تغییری حاصل نمی‌شود. لایه‌های کروم قابل جوشکاری نبوده و رنگ‌کاری و نقاشی را نمی‌پذیرند. کروم در مقابل گازها٬ موادقلیایی و نمکها مقاوم است اما اسید سولفوریک واسید کلریدریک وسایر اسیدهای هالوژن‌دار در تمام غلظتها ودر تمام درجه حرارتها بر روی کروم تاثیر می گذارند. به دنبال رویین شدن شیمیایی٬ روکش‌های کروم مقاومت خوبی در اتمسفر از خود نشان می‌دهند و کدر نمی‌شوند. از این رو به تمیز کردن و یا نو نمودن توسط محلولها یا محصولات حل کننده اکسیدها را ندارند. روکش‌های کروم تا 500 درجه سانتیگراد هیچ تغییری از نظر کدر شدن متحمل نمی‌‌شوند. رویین شدن حالتی است که در طی آن در سطح کروم٬ اکسید کروم (3+) تشکیل می شود. این عمل موجب جابه‌جایی پتانسیل کروم از 0.717 به 1.36 ولت می شود و کروم مثل یک فلز نجیب عمل می نماید. لایه های پوششی کروم براق با ضخامت پایین (در حدود 1 میکرومتر)که غالبا در کروم‌کاری تزیینی با آن روبه رو هستیم فولاد را در مقابل خوردگی حفاظت نمی‌کنند کروم کاری ضخیم که در مقابل خوردگی ضمانت کافی داشته باشد فقط از طریق کروم‌کاری سخت امکانپذیر است. با توجه به اینکه پوشش‌های کروم الکترولیتی سطح مورد آبکاری را به طور کامل نمی‌پوشانند از این رو کروم‌کاری تزیینی هرگز به تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بلکه همواره آن را به عنوان پوشش نهایی بر روی واکنش‌هایی که حفاظت سطح را در مقابل خوردگی ضمانت می‌نمایند به کار می‌روند. معمولا به عنوان پایه محافظ از نیکل استفاده می‌شود.

آبکاری با مس

مس فلزی است با قابلیت کشش بدون پاره شدن٬ نرم و هادی بسیار خوب جریان برق و گرما. مس از هیدروژن نجیب‌تر است و در نتیجه نه تنها در مقابل آب و محلولهای نمک‌دار بلکه در مقابل اسیدهایی که اکسیدکننده نیستند نیز مقاومت دارد. اکسیدکننده‌ها و اکسیژن هوا به راحتی مس را به اکسید مس (I) و یا اکسید مس (II) تبدیل می‌کنند اکسیدهایی که برخلاف خود فلز در اکثر اسیدها حل می‌شوند. به دلیل وجود گازهای مخرب در محیط که دارای گوگرد هستند٬ روی اشیایی که از جنس مس هستند لایه هایی از سولفور مس به رنگ‌های تاریک و یا سبز تشکیل می‌شود.

الکترولیت‌های آبکاری مس

الکتر‌ولیت‌هایی برپایه اسید سولفوریک یا اسید فلوریدریک

الکتر‌ولیت‌هایی که فسفات در بر دارند

الکتر‌ولیت‌ها ی سیانیدی

الکترولیت‌های اسیدی بر پایه سولفات مس به غیر از مس‌اندود نمودن مستقیم سرب٬ مس و نیکل برای دیگر فلزات مناسب نیستند. اینها روی آهن٬ آلومینیم و روی به طور مستقیم تولید روکش نمی‌کنند اگر در یک الکترولیت اسید اشیایی از جنس آهن٬ آلومینیم و روی فرو ببریم یک لایه اسفنجی در نتیجه مبادله یونی ایجاد می‌شود. این یک لایه پایداری بدون چسبندگی برای لایه‌های دیگر خواهد بود. بنابراین قبل از مس‌اندود نمودن این فلزات در محیط اسیدی باید حتما یک عملیات مس‌اندود نمودن در محیط اسیدی انجام گرفته باشد. الکترولیت‌های سیانیدی٬ علی‌رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. پوششهای حاصل از حمام‌های سیانیدی دارای توان پوششی خوبی می‌باشند٬ آنها دارای دانه‌بندی حاصل از چسبندگی فوق‌العاده‌ای‌اند. در نتیجه پدیده‌های شدید پلاریزاسیون٬ قدرت نفوذ الکترولیت‌های سیانیدی بهتر از حمام های مس‌کاری اسید است. الکترولیت‌های پیروفسفات مس برای ایجاد روکش‌های زینتی روی زاماک٬ فولاد٬ آلیاژهای آلومینیم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عملیات سمانتاسیون به کار برده می‌شود. موارد کابردی دیگر می‌توان مس‌کاری سیم‌ها و شکل‌یابی با برق را نام برد.

آلیاژهای مس

برنج: آْلیاژی از مس و روی که CuZn30 نامیده می‌شود.

برنز: آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.

آبکاری با روی

روی فلزی است به رنگ سفید متمایل به آبی٬ بالاتراز 100 درجه سانتیگراد شکننده٬ مابین100 الی 200 درجه سانتیگراد نرم٬ قابل انحنا و انبساط است و می‌توان به صورت ورقه‌های نازک درآورد٬ بالای 200 درجه سانتیگراد دوباره شکننده می‌شود. خاصیت تکنیکی خیلی مهم روی حفاظت خیلی خوب پوشش‌های آن در مقابل خوردگی است. این خاصیت ترجیحا بواسطه تشکیل لایه یکنواخت و چسبنده اتمسفر ایجاد می‌شود و عموما شامل اکسید و هیدروکسید کربنات روی و گاهی نیز سولفات و کلرید روی می‌باشد.

الکترولیت‌های آبکاری روی

الکترولیت‌های اسیدی : اسید سولفوریک - اسید کلیدریک و اسید فلوبوریک.

الکترولیت‌های بازی : سیانیدی - زنکاتی و پیروفسفات.