آبکاری آهن روشی است که از آن برای افزایش مقاومت انواع فلزات در برابر شرایط نامطلوب محیطی مانند خوردگی، اکسیداسیون، ضربه، فشار، سایش و ... استفاده میشود. به طور کلی برای آبکاری فلزات از لایه‌ای از فلز یا آلیاژهای خاص بر روی محصول فلزی ساخته شده استفاده میکنند که دارای مقاومت بالایی در برابر شرایط محیطی هستند، اما این کار زیاد هم آسان نیست و نحوه انجام آن نیاز به آموزش آبکاری فلزات دارد.
pdf دانلود رایگان کتاب آبکاری فلزات
هر چند برای یادگیری نحوه آبکاری فلزات باید به صورت عملی آموزش ببینید و افزایش مهارت عملی از ضروریات این کار است؛ اما بهتر است تکنیک‌‌ها و نکات مهم را نیز به صورت تئوری فرا گیرید که در ادامه همه موارد مهم را برای شما توضیح خواهیم داد.
در مرحله اول برای آبکاری فلزات باید مواد مورد نیاز برای این کار را آماده کنید؛ انتخاب این مواد به کیفیت و نتیجه‌ای که برای یک محصول خاص انتظار داریم بستگی دارد. از طرفی شرایط انجام آبکاری و حمام مورد استفاده برای این کار نیز نقش مهمی در انتخاب مواد مناسب دارند. آلیاژها و فلزاتی که بیشترین کاربرد را برای آبکاری دارند عبارتند از:
در نظر داشته باشید که ممکن است برای برخی آبکاریها تنها از یک فلز استفاده نمایید اما در مواردی نیاز به ترکیب چند فلز به صورت آلیاژ باشد که این کار ارزش آبکاری شما را بالا می‌برد. در این موارد باید قیمت تمام شده مورد انتظار برای محصول ساخته شده در نظر گرفته شود.
آبکاری الکتروشیمیایی فلزات که متداول‌ترین نوع آبکاری است بر اساس جایگزینی الکتریکی عمل میکند. آند و کاتد ویژگی‌‌های الکتریکی فلز هستند که از آنها برای آبکاری استفاده میشود. کاتد قسمتی است که پوشش فلزی آبکاری روی آن قرار می‌گیرد. کاتد و آند هر دو در یک حمام الکترولیتی غوطه‌‌ور شده و یک جریان dc از میان آنها عبور میکند.
این حمام از نمک و فلزی که قرار است به عنوان ماده آبکاری استفاده شود ساخته شده است. بعد از عبور جریان، یونهای فلزی به سطح کاتد انتقال پیدا کرده و روی قطعه متصل به کاتد می‌‌نشینند. این روش آبکاری تقریباً مانند روش الکتروفرمینگ است اما تفاوت‌هایی هم با آن دارد. در واقع در آبکاری فلزی که توضیح دادیم جنس ماده آبکاری با جنس محصول مورد نظر یکی است.
اما در الکتروفرمینگ ابتدا یک لایه نازک از روی قطعه مورد نظر برداشته شده و بعد با آلیاژ مورد نظر آبکاری انجام خواهد شد. در نتیجه در این روش، مقاومت محصول در برابر شرایط محیطی بیشتر خواهد شده و قیمت آن نیز افزایش می‌یابد. این دو روش میتوانند به صورت جداگانه یا ترکیبی استفاده شوند. اگر برای محصولی از هر دو روش استفاده شود ارزش آن بسیار بیشتر خواهد شد.
انتخاب الکترولیت مناسب برای آبکاری در میزان کیفیت آبکاری نقش بسیار مهمی دارد. الکترولیت‌ها خواص مختلفی دارند؛ مثلاً برخی اسیدی، برخی بازی و برخی به صورت نمک‌های فلزی یا نمک‌های مذاب هستند. برای انتخاب صحیح نوع الکترولیت مناسب، باید مواردی مثل خوردگی، مقاومت، روشنایی محصول و میزان بازتاب، سختی، مقاومت مکانیکی، انعطاف پذیری و مواردی از این دست را در نظر داشته باشید.
آماده کردن سطح محصول قبل از آبکاری به معنی پاکسازی آن از هر نوع جرم و آلاینده‌ای است که در صورت عدم پاکسازی، باعث ایجاد ناهمواری در محصول نهایی و کیفیت پایین محصول خواهد شد. همچنین آلاینده‌‌ها میتوانند مانع از رسوب و چسبندگی فلز آبکاری شوند و طول عمر مفید آن را کاهش میدهند. این کار در سه مرحله زیر انجام میشود:
برای تمیز کردن، اغلب از حلال‌های خاص قلیایی، آب یا پاک کننده‌‌های اسیدی استفاده میشود.
پرداخت به معنی یک دست کردن سطح محصول مثلاً با سمباده مخصوص است تا آبکاری به صورت یکنواخت و زیبا انجام شود.
شستشو، آخرین مرحله آماده کردن سطح مورد نظر برای آبکاری است که ممکن است به روش فیزیکی یا شیمیایی بر حسب نوع محصول انجام شود. در تمیز کردن شیمیایی از حلال های مخصوص استفاده میشود. اما در تمیز کردن فیزیکی از انرژی مکانیکی مثل فشار زیاد آب و فرچه برای حذف آلاینده‌‌ها استفاده میکنند.
تجهیزات مختلفی برای آبکاری الکتریکی استفاده میشود. انتخاب تجهیزات مناسب به مواردی مثل اندازه قطعات، هندسه، الکترولیت و ... بستگی دارد.
در ادامه با متداول‌ترین روش‌های آبکاری الکتریکی آشنا می‌شویم:
در این روش از بشکه‌‌های چرخان استفاده میکنند. بشکه‌‌های مورد نظر را به صورت افقی یا با زاویه 35 درجه قرار میدهند و قطعات کوچک را در حمام الکترولیتی که در آنها ایجاد کرده‌اند می‌ریزند تا به طور همزمان آبکاری شوند. در این روش یک رسانای خارجی به بشکه متصل شده و با چرخیدن بشکه اتصال الکتریکی برقرار خواهد شد. این روش زیاد مناسب محصولات گران قیمت نیست زیرا به دلیل چرخاندن بشکه‌‌ها احتمال خوردگی یا شکستن قطعات به خصوص قطعات ظریف وجود دارد.
اگر به دلایل گفته شده نتوانستیم از آبکاری بشکه‌ای استفاده کنیم به سراغ روش چنگکی می‌رویم؛ در این روش از چنگک‌‌هایی با سیم سنگین مسی استفاده میشود که می‌توان با آنها قطعات را نگه داشت. برای اتصال الکتریکی نیز از همین چنگک‌ها استفاده میکنند. قطعه مورد نظر با استفاده از یک گیره نگه داشته میشود و مواد پوششی، روی سطح مورد نظر قرار می‌گیرد.
در این روش از یک نوار ممتد که به یک قرقره متصل است استفاده میکنند و با نوار قطعه مورد نظر را از داخل محلول آبکاری عبور میدهند. اغلب برای آبکاری سیمها از این روش استفاده میشود.
از آبکاری الکتریکی بیشتر برای قطعات مورد نیاز در صنایع الکترونیکی و هوا و فضا استفاده میشود. کروم فلزی است که در اکثر آبکاری‌‌هایی الکتریکی از آن استفاده میشود. معمولاً آبکاری‌‌های موجود در وسایل خانگی، دوچرخه، تجهیزات بیمارستانی، سیمها و اتصالات و ... با کروم انجام میشود. رنگ این فلز معمولاً روشن است اما ممکن است در برخی موارد از کروم مشکی نیز استفاده کنند.
در این نوع آبکاری تنها لایه‌ای نازک از کروم روی محصول قرار می‌گیرد و مانند سایر آبکاریها ابتدا از پوشش نیکل استفاده نمی‌کنند. با اینکه کروم یک فلز پایه است که با چیزی ترکیب نمیشود در برابر اکسیداسیون بسیار مقاوم است. در واقع کروم، حالت خنثی دارد و در برابر کدر شدن و خوردگی دوام بالایی دارد و به همین جهت برای وسایل تزئینی بسیار مناسب است.
مهندسان و طراحان از آبکاری فلزات در موارد بسیار زیادی استفاده میکنند که برخی از مهمترین آنها عبارتند از:
از آبکاری الکتریکی برای افزایش مقاومت یاتاقان موتور اتومبیل و برای جلوگیری از خوردگی و سایش استفاده میکنند. معمولاً برای این کار از فلزاتی مثل سرب، قلع، مس و ایندیوم به صورت ترکیبی استفاده میشود.
برای برخی از وسایل الکتریکی نیز برای افزایش خواصی مانند مقاومت تماسی، مقاومت ارتباطی، کاهش خوردگی و ... استفاده میشود که طلا و پالادیوم مهمترین فلزات کاربردی برای این امر هستند.
در جدول زیر، نمونه‌ای از ضخامت و زمان آبکاری در کروم سخت قطعات معین، آمده است. به این نکته توجه داشته باشید که زمان آبکاری در حمام‌های بدون فلوراید اختصاصی، نصف مقادیر فوق است:
| ردیف | قطعه | فلز پایه | ضخامت پوشش mm | زمان آبکاری |
| 1 | چاپگر کامپیوتر | فولاد کربنی | 25 | (min) 60 |
| 2 | قطعات موتورهای جت | آلیاژهای پایه | 75-180 | (h) 10 |
| 3 | قالب‌های پلاستیک | فولاد ابزاری | 5-13 | (min) 30 |
| 4 | غلتک‌های نساجی | فولاد | 5-100 | (min) 20-240 |
| 5 | رینگ پیستون | فولاد یا چدن | 150-255 | (h) 8 |
| 6 | ساچمه و سوپاپ ساچمه‌ای | برنج یا فولاد | 7.5-13 | (min) 20 |
| 7 | ریزسنج‌ها | فولاد | 7.5-13 | (min) 20 |
| 8 | قالب گلوله گلف | برنج یا فولاد | 7.5-25 | (min) 20-60 |
| 9 | پوسته قفل | برنج | 5-7.5 | (min) 20 |
| 10 | سیلندر | چدن | 255 | (min) 300 |
| 11 | میل لنگ | فولاد | 255-3800 | - |
| 12 | ابزارهای برشی | فولاد ابزاری | 1.3 | (min) 5 |
| 13 | قالب‌های شکل‌دهی و کششی | فولاد | 25 | (min) 60 |
| 14 | گیج | فولاد | 125 | (min) 150 |
| 15 | لوله تفنگ کالیبر 30 | فولاد | 25 | (min) 40 |
| 16 | سیلندرهای هیدرولیکی | فولاد 1045 | 13 | (min) 40 |
| 17 | پین | فولاد | 13 | (min) 30 |
| 18 | غلتک‌ها | فولاد | 13-255 | (min) 20-300 |
همانطور که قبلا گفتیم برای آبکاری از فلزات مختلفی استفاده میشود که هر کدام کاربردها و طرز استفاده متفاوتی دارند. در ادامه آبکاری با مهمترین فلزات قابل استفاده را توضیح خواهیم داد:
از روی برای آبکاری سیمها، باکس‌‌های تعویض و قطع و وصل جریان الکتریکی و ورقه‌های فلزی استفاده میکنند، زیرا مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد.
از نیکل نیز برای جلوگیری از خوردگی و بیشتر برای وسایل تزئینی استفاده میشود. در آبکاری با نیکل ابتدا قطعه مورد نظر را با آلیاژهایی مثل برنج، فولاد یا روی و بعد با نیکل آبکاری میکنند. این نوع آبکاری برای برخی قطعات خودرو نیز کاربرد دارد.
برای آبکاری طلا ابتدا از نقره یا مس استفاده میکنند و روی آن را لایه‌ای نازک از طلا می‌زنند. معمولاً برای جواهرات نقره از این کار استفاده میکنند که باعث دوام درخشندگی و زیبایی کار میشود. در برخی از مدارهای الکتریکی صنعت چاپ نیز از این نوع آبکاری استفاده میشود. بهتر است برای آبکاری طلا در لایه زیرین از نقره استفاده شود، زیرا مس به مرور با طلا واکنش داده و باعث ایجاد لکه خواهد شد. در غیر اینصورت باید اول یک لایه نیکل روی مس زده شود و بعد طلاکاری گردد.
از قلع برای آبکاری سطوح فلزی و غیر آهنی برای افزایش انعطاف پذیری و جلوگیری از خوردگی استفاده میشود و در صنعت بسته بندی کاربرد فراوانی دارد.
برای آبکاری آهن از حمام‌های مختلفی استفاده میکنند که شامل موادی مثل کلرید آهن، فلوربورات آهن، سولفامات آهن و سولفات هستند. رایج‌ترین نوع حمام برای آبکاری آهن، کلرید آهن است.
همانطور که گفتیم آبکاری فلزات در صنایع مختلفی کاربرد دارد و به همین دلیل از نظر تجاری از اهمیت خاصی برخوردار است. شما در خانه نمی‌توانید از هر نوع فلزی برای آبکاری استفاده کنید. مثلاً کروم که یکی از پرمصرف‌ترین فلزات در آبکاری است زباله‌های خطرناکی ایجاد میکند که به هیچ وجه استفاده از آن در خانه توصیه نمیشود. این شرایط برای فلزاتی مثل طلا، نقره، پلاتین و روی نیز وجود دارد؛ بنابراین قبل از آبکاری در خانه با یک فلز خاص باید نوع زباله‌ای که تولید میکند را به خوبی بشناسید.
برای آبکاری در خانه، شما به یک باتری قوی، محلول الکترولیت حاوی یونهای فلز مورد نظر برای آبکاری و محصولی برای آبکاری نیاز دارید. برای شروع کسب مهارت بهتر است با آبکاری یک سکه از جنس روی به شکل زیر شروع به کار نمایید. وسایل مورد نیاز:
مرحله اول:
در مرحله اول سرکه را به مقدار کافی در ظرف پلاستیکی بریزید. طوری که سکه کاملاً زیر سرکه قرار بگیرد. سپس یک سر سیم را به قطعه روی وصل نمایید و بعد روی را درون سرکه بیندازید. سرکه دارای خاصیت اسیدی است و روی را تا حدودی در خود حل می کند. در نتیجه یونهای مورد نیاز برای آبکاری تولید می‌‌شوند.
برای این کار اجازه دهید روی به مدت 15 دقیقه در سرکه بماند. سپس 5 قاشق غذاخوری شکر و 3 قاشق نمک اپسوم را داخل ظرف سرکه بریزید و به خوبی حل نمایید. نمک اپسوم محلول را رسانا کرده و مانند نمک خوراکی معمولی کلر ایجاد نخواهد کرد، شکر نیز براقیت کار را افزایش می‌دهد و امکان پوشش دهی را بهتر میکند.
مرحله دوم:
حالا تا حدودی فلز روی برای آبکاری آماده شده است، اما باید تمیز شود. برای این کار میتوانید از خمیردندان و یک مسواک استفاده کنید. بعد سکه را به سیم وصل کرده و داخل ظرف سرکه فرو ببرید.
مرحله سوم:
مرحله سوم مرحله آخر است که باید باتری را برای انجام آبکاری آماده کنید. برای این کار سیمی که به روی، متصل کرده‌اید به سر منفی باتری بزنید و سیم نگه دارنده سکه را به سمت مثبت باتری وصل کنید. این کار باعث ایجاد جریان بین سکه و روی میشود. به دلیل ولتاژ پایین باتری‌های خانگی مدت زمان انجام آبکاری با این روش کمی طولانی‌تر است. در واقع باید برای آبکاری کامل، تقریباً 30 دقیقه به این کار ادامه دهید تا لایه با ضخامت مناسبی روی سکه بنشیند. در پایان اتصالات را قطع کرده و سکه را با آب کاملاً بشویید و خشک کنید.
سخن آخر
انجام آبکاری فلزات می‌تواند هم یک سرگرمی بسیار عالی باشد و هم از نظر اقتصادی برای شما درآمد خوبی ایجاد کند. تنها نکته‌ای که باید برای انجام آبکاری خوب به آن توجه داشته باشید تمرین این کار است. به علاوه نکات ایمنی گفته شده در مقاله را باید کاملاً رعایت کنید تا خطری متوجه شما نباشد.