نیکل

بزرگترین معادن نیکل در کانادا می باشد.

مهمترین کاربرد نیکل در آلیاژسازی و تولید فروآلیاژها، فولاد ضد زنگ، ساخت کاتالیست ها و … می باشد.

معرفی جهانی سالانه نیکل در صنعت آبکاری حدود 180 میلیون پوند است که معادل 17-15 درصد معرف نیکل در کل صنایع می باشد.

فلز نیکل دارای سختی و استحکام متوسط، هدایت الکتریکی خوب و هدایت حرارتی ضعیف است.

نیکل در محیط های شهری تیره می شود، به همین دلیل است که اغلب با لایه نازکی از کروم پوشش داده می شود.

در محلول های اسیدی غیر اکسید کننده در دمای محیط ، نیکل به آرامی حل می شود ولی در اسید نیتریک با سرعت بیشتر حل شده و در اسید نیتریک غلیظ غیرفعال می گردد.

ولیکن محلول های قلیایی و نمک های خنثی و اغلب ترکیبات آلی تاثیر کمی بر روی نیکل دارند.

نیکل تا دمای 303 درجه سانتیگراد خاصیت مغناطیسی دارد، لذا هنگام ضخامت سنجی پوشش به روش مغناطیسی باید این نکته را در نظر داشت.

سرعت کدر شدن و تحلیل رفتن پوشش نیکل بدست آمده از یک الکترولیت معمولی در مجاورت هوا به طور نسبی کم و در مقایسه با نیکل براق بسیار کمتر است.

برای اینکه از زرد یا کدر شدن نیکل در فضای آزاد جلوگیری شود، از سال 1925 (بر روی پوشش های نیکل لایه نازکی از کروم به صورت الکترولیتی پوشش داده می شود که این روش بعدها به توسعه پوشش های چند لایه نیکل multi layer)منجر گشت.

مقاومت به خوردگی پوشش های نیکل بستگی به مواد دیگر داخل شده در پوشش دارد، به عنوان مثال پوشش های الکترولیزی محتوی سولفور (پوشش های براق از مواد آلی و پوشش های پرسولفور) سریع تر از پوشش های خالص تر (پوشش های نیمه براق و مات) خورده می شوند. به همین دلیل پوشش های دوگانه نیکل نیمه براق- براق، یا سه گانه نیکل نیمه براق- پرسولفور- براق به کار برده می شود. در این صورت وقتی خوردگی اتفاق می افتد لایه های بالایی خورده شده و لایه های زیرین محافظت می شوند.

پوشش های نیکل چند لایه همراه با پوششی از کروم قادرند بیشتر فلزات، پلاستیک های پوشش پذیر و سایر مواد را در دراز مدت محافظت کرده و ظاهر آنها را بهبود بخشند.

جدول زیر برخی خواص نیکل را نشان می دهد:

نیکل جزو اولین فلزاتی است که در صنعت از طریق آبکاری به عنوان پوشش بکار گرفته شده است. نیکل فلزی است سفید رنگ که رنگ پوشش آن نقره ای روشن و متمایل به زرد است. سختی آن در حدود سختی فولاد بوده و بسیار نجیبتر از اکثر فلزاتی است که بر روی سایر فلزات پوشش داده می شوند، بنابراین این فلز خاصیت قربانی شدن بر روی آهن را نداشته و از نظر مقاومت به خوردگی و محافظت از سطح، نقش عمده ای می تواند داشته باشد که بستگی به ضخامت و ساخت پوشش خواهد داشت.

نیکل و ترکیبات آن سمی نیستند ولی در صورت تماس با پوست دست باعث ایجاد حساسیت و خارش می گردد.

باید توجه داشت تماس طولانی با بخارات حاوی نیکل باعث ایجاد سرطان خواهد شد. بنابراین هنگام کار با آن باید موارد ایمنی را به خوبی رعایت کرد.

امروزه سعی می شود به جای زیر پوشش نیکل در آبکاری بدلیجات از سایر آلیاژهای بدون نیکل به دلیل کاهش حساسیت پوستی استفاده شود.

کاربردهای آبکاری نیکل:

آبکاری نیکل برای کاربردهای تزئینی ، مهندسی (تکنیکی) و شکل دهی الکترویکی به کار می رود. در این فرآیند از طریق کنترل ترکیب و پارامترهای عملیاتی محلول می توان خواص پوشش را در دامنه وسیعی تغییر داد. حدود 80 درصد آبکاری نیکل برای موارد تزئینی و 20 درصد آن برای اهداف مهندسی و شکل دهی الکتریکی است.

– آبکاری تزئینی :

محلول های آبکاری تزئینی نیکل حاوی افزودنی های آلی هستند که این فازودنی ها فرآیند کریستالیزاسیون الکتریکی را به گونه ای تغییر می دهند که پوششی هموار و براق (مثل آینه) مستقیما از محلول رسوب کند. با اعمال پوشش نهایی کروم، طلا یا نقره سطح قطعات بسیار جذاب و ضمنا با دوام می گردد. عمدتا نیکل به تنهایی به عنوان پوشش تزئیینی بکار نمی رود.

قبل از اینکه حمام های آلی مصرف شوند در موارد تزئینی پوشش الکتریکی نیکل از طریق پرداخت مکانیکی، صیقلی و براق می شود ولی امروزه انواع مواد براق کننده تجاری قابل استفاده می باشد. برخی از این ترکیبات تنش داخلی پوشش را کاهش می دهند.

– آبکاری مهندسی (تکنیکی):

کاربردهای مهندسی آبکاری شامل مواردی است که براقی ظاهری پوشش مورد نظر نیست. در این موارد پوشش­های نیکل معمولاً  فاقدگوگرد بوده و ظاهری کدر دارند.

این پوشش­ها برای بهبود مقاومت خوردگی و سایشی، بازسازی قطعات ساییده شده، تغییر خواص مغناطیسی، آماده­سازی سطح برای لعابکاری و اهداف دیگر به کار می­روند.

پوشش نیکل در صنایع الکترونیک (مثلاً زیر پوشش طلا)، کامپیوتر، مخابرات و شیمی کاربردهای فراوانی دارد. در این موارد سعی می­شود از ترکیبات براق­کننده کمتر استفاده شود.

– شکل دهی الکتریکی (الکتروفرمینگ):

شکل­دهی الکتریکی فرآیندی است که در آن انواع محصولات نیکلی از طریق آبکاری نیکل تولید می­شوند.

این روش با آبکاری الکتریکی یک تفاوت عمده دارد. در آبکاری الکتریکی پوشش به طور متالوژیکی به فلز پایه چسبیده و قسمتی از سطح است در صورتی که در شکل­دهی الکتریکی نیکل به صورت غیر چسبنده روی قالبی رسوب داده شده و پس از اتمام مرحله الکتروفرمینگ از قالب جدا می­گردد.

کاربرد این روش عمدتاً برای تولید قالب، توری و دیگر محصولاتی است که در صنعت الکترونیک، خودرو، مخابرات و… بکار می­روند.  در این محلول­ها عمدتاً از سولفامات نیکل استفاده می­شود که باعث می­شود تنش داخلی پوشش به خصوص در ضخامت­های بالا به شدت کاهش یافته ضمن اینکه امکان آبکاری با سرعت بالا مهیا می­گردد.

تاریخچه آبکاری نیکل:

برای اولین بار در سال 1841 رولز فرانسوی تلاش­هایی در جهت پوشش دادن نیکل از محلول آن انجام داد ولی به علت ناخالص بودن نمک­های نیکل موفق به انجام این کار نشد، تا اینکه در سال 1843 بوتگر آلمانی از طریق  نمک محلول نیکل آمونیوم سولفات، موفق به پوشش­دهی فلز نیکل گردید.

اولین الکترولیت یا محلول آبکاری نیکل توسط آدام در سال 1849 ابداع گردید.

در سال 1878 وستن با افزودن اسیدسولفوریک به محلول نتیجه بهتری گرفت.

سرانجام در سال 1915 با تغییراتی که در روش­های مختلف آبکاری نیکل صورت پذیرفت واتز روشی را پایه­گذاری کرد که هم اکنون نیز این حمام در آبکاری نیکل به کار می­رود.

پوشش حاصل از این الکترولیت­های نیکل بدون مواد آلی مات است، البته در مواردی که سطح قطعه بسیار صیقلی بوده و پوشش آبکاری نازک باشد، کمی براق خواهد بود ولی با افزودن مقداری مواد آلی مناسب به الکترولیت حتی با ایجاد ضخامت زیاد هم می­توان پوششی کاملاً براق به دست آورد. این مواد آلی را براق کننده می­گویند.

در سال 1927 پروفسور دکتر اینگ ماکس اشلوتر Dr.Ing Max Schlötter مواد آلی را در الکترولیت­هایی به کار برد که حاوی نمک سدیم و اسید نفتالین­تری سولفون­ها بودند. این مواد هنوز هم پایه اولیه مواد براق کننده برای الکترولیت­های کنونی هستند.

در نهایت در سال 1932، پروفسور اشلوتر برای اولین بار فرآیند آبکاری نیکل براق را به دنیای صنعت عرضه نمود و سپس آن را با گواهی نامه US Pat : 1 , 937 , 693 – 1934  به ثبت رسانید.

در سال 1936، وایسبرگ ترکیبات مواد معدنی رابه عنوان براق­کننده به گروه براق کننده­ها اضافه کرد.

در سال­های بعد این تحقیقات همچنان ادامه یافت و امروز نتیجه تمام آن تحقیقات با کیفیت، براقیت و قدرت هموارکنندگی فوق­العاده با حداقل تنش داخلی در دسترس می­باشد.

منبع: کتاب آبکاری نیکل