تفاوت های بنیادی دو نوع آبکاری کروم
تفاوت های بنیادی دو نوع آبکاری کروم
آبکاری کروم در دو شاخه کاملاً متمایز انجام می شود که هر کدام کاربردها، تکنیک ها و پارامترهای منحصر به فرد خود را دارند. آبکاری کروم زینتی که با نام های آبکاری استیل، نیکل کروم، کروم کاری یا آب کروم کاری نیز شناخته می شود، بر روی لایه ای از نیکل انجام می شود و هدف اصلی آن ایجاد ظاهری زیبا، براق و مقاوم در برابر خوردگی است.
در مقابل، آبکاری کروم سخت یا هارد کروم مستقیماً بر روی فلز پایه صورت گرفته و هدف اولیه آن افزایش سختی، مقاومت به سایش و بازیابی ابعاد قطعات فرسوده است. این تفاوت بنیادی در هدف، تمام جنبه های فنی فرآیند را تحت تأثیر قرار می دهد.
ضخامت پوشش در کروم زینتی معمولاً بین 0.2 تا 0.5 میکرون قرار دارد، در حالی که کروم سخت می تواند از 5 میکرون تا چندین میلی متر ضخامت داشته باشد. این تفاوت ضخامت نیازمند پارامترهای کاملاً متفاوتی در فرآیند آبکاری است.
کیفیت سطح مطلوب نیز متفاوت است؛ کروم زینتی باید دارای انعکاس آینه ای و براقی کامل باشد، در حالی که کروم سخت می تواند ساتن یا حتی مات باشد بدون اینکه عملکرد آن تحت تأثیر قرار گیرد.
زمان آبکاری به شدت متفاوت است؛ کروم زینتی معمولاً طی 2-10 دقیقه تکمیل می شود، اما کروم سخت ممکن است چندین ساعت تا چند روز طول بکشد. این تفاوت زمانی تأثیر مستقیمی بر طراحی خط تولید و برنامه ریزی کار دارد.
|
جنبه مقایسه |
کروم زینتی |
کروم سخت |
|
ضخامت معمول |
0.2-0.5 میکرون |
5-500 میکرون |
|
زمان آبکاری |
2-10 دقیقه |
1-48 ساعت |
|
دمای کار |
45-55°C |
50-65°C |
|
چگالی جریان |
10-20 A/dm² |
15-60 A/dm² |
|
زیرلایه |
نیکل ضروری |
مستقیم روی فلز |
پارامترهای حیاتی کنترل فرآیند
دمای محلول آبکاری کروم یکی از حساس ترین پارامترهای کنترلی محسوب می شود. برای کروم زینتی، دمای بهینه بین 45-55 درجه سانتی گراد قرار دارد، در حالی که کروم سخت معمولاً در دمای 50-65 درجه انجام می شود. دماهای پایین تر از محدوده مطلوب منجر به کاهش راندمان جریان و ایجاد پوشش های مات و کم کیفیت می شوند، در حالی که دماهای بالاتر باعث افزایش تبخیر اسید کرومیک، تولید بخارات خطرناک و کاهش عمر محلول می شوند.
چگالی جریان الکتریکی پارامتر دوم در اولویت کنترل است. برای کروم زینتی، چگالی جریان معمولاً بین 10-20 آمپر بر دسی متر مربع تنظیم می شود، اما برای کروم سخت این مقدار به 15-60 آمپر بر دسی متر مربع افزایش می یابد. انتخاب چگالی جریان مناسب بستگی به هندسه قطعه، کیفیت مطلوب و نرخ رشد پوشش دارد.
غلظت اسید کرومیک در محلول آبکاری معمولاً بین 200-400 گرم در لیتر حفظ می شود. این غلظت برای کروم زینتی در انتهای پایین محدوده و برای کروم سخت در سطوح بالاتر تنظیم می شود. غلظت های پایین منجر به کاهش راندمان و عدم تشکیل پوشش مناسب می شوند، در حالی که غلظت های بالا باعث افزایش چشمگیر هزینه و خطرات ایمنی می شوند.
نسبت اسید کرومیک به اسید سولفوریک پارامتر کلیدی دیگری است که معمولاً بین 100:1 تا 150:1 تنظیم می شود. اسید سولفوریک به عنوان کاتالیزور عمل کرده و بر راندمان جریان و کیفیت پوشش تأثیر مستقیم دارد. نسبت های نامناسب منجر به تشکیل پوشش های ضعیف یا عدم رسوب کروم می شوند.
pH محلول آبکاری کروم معمولاً بین 0.5 تا 1.5 قرار دارد که نشان دهنده ماهیت بسیار اسیدی این محلول است. کنترل دقیق pH به دلیل وجود اسیدهای قوی دشوار است، اما نظارت بر آن برای حفظ پایداری محلول ضروری است.
|
نوع آبکاری |
اسید کرومیک (g/L) |
اسید سولفوریک (g/L) |
نسبت CrO₃:H₂SO₄ |
|
کروم زینتی |
200-250 |
1.5-2.5 |
100:1 |
|
کروم سخت متوسط |
250-350 |
2.5-3.5 |
120:1 |
|
کروم سخت سنگین |
350-400 |
3.0-4.0 |
140:1 |
آبکاری کروم زینتی (نیکل-کروم)
آماده سازی اولیه برای آبکاری کروم زینتی شامل مراحل دقیق پیش تیمار است که کیفیت نهایی را تعیین می کند. ابتدا قطعه باید از هرگونه چربی، روغن و آلودگی سطحی عاری شود. این کار با استفاده از حلال های صنعتی یا محلول های قلیایی گرم انجام می شود.
مرحله اسیدشویی پس از چربی زدایی ضروری است تا اکسیدها و پوسته های سطحی حذف شوند. برای فولاد، محلول اسید کلریدریک 15-20% یا اسید سولفوریک 10-15% در دمای 40-60 درجه استفاده می شود. زمان اسیدشویی بسته به شدت اکسیداسیون بین 5-15 دقیقه متغیر است.
آبکاری نیکل قدم بحرانی قبل از کروم است که در دو مرحله نیکل براق و نیکل نیمه براق انجام می شود. نیکل نیمه براق به عنوان لایه زیرین، چسبندگی و مقاومت به خوردگی را تأمین می کند. ضخامت این لایه معمولاً 10-15 میکرون است و با چگالی جریان 3-5 آمپر بر دسی متر مربع در دمای 50-60 درجه انجام می شود.
نیکل براق به عنوان لایه فوقانی، درخشندگی و تراش نهایی را فراهم می کند. این لایه با ضخامت 5-10 میکرون و چگالی جریان 2-4 آمپر بر دسی متر مربع آبکاری می شود. کیفیت این مرحله تأثیر مستقیمی بر ظاهر نهایی کروم دارد.
فعال سازی سطح نیکل قبل از آبکاری کروم مرحله ای است که اغلب نادیده گرفته می شود. این فعال سازی با غوطه ور کردن در محلول رقیق اسید کرومیک (50-100 گرم در لیتر) به مدت 30-60 ثانیه انجام می شود تا لایه اکسید روی نیکل حذف شود.
آبکاری کروم زینتی با انتقال سریع قطعه از محلول فعال ساز به وان کروم آغاز می شود. تأخیر در این انتقال می تواند منجر به تشکیل مجدد اکسید و عدم چسبندگی کروم شود. جریان الکتریکی باید به آرامی افزایش یابد تا از شوک الکتریکی جلوگیری شود.
کنترل زمان آبکاری کروم زینتی بسیار حیاتی است. معمولاً 2-5 دقیقه برای رسیدن به ضخامت مطلوب کافی است. زمان های طولانی تر نه تنها غیرضروری هستند بلکه می توانند منجر به افزایش زبری سطح و کاهش کیفیت شوند.
پس از تکمیل آبکاری، قطعه باید فوراً از وان خارج شده و در آب سرد شسته شود تا محلول اسیدی باقیمانده حذف شود. سپس شستشو با آب گرم و خشک کردن با هوای گرم انجام می شود.
آبکاری کروم سخت (هارد کروم)
آماده سازی برای آبکاری کروم سخت شامل مراحل دقیق تری نسبت به کروم زینتی است. سطح قطعه باید به گونه ای آماده شود که حداکثر چسبندگی و یکنواختی پوشش حاصل شود. این آماده سازی شامل ماشین کاری دقیق، صیقل کاری و پولیش سطح است.
چربی زدایی برای کروم سخت معمولاً با حلال های قوی تر انجام می شود. استون، الکل ایزوپروپیل یا محلول های قلیایی گرم با غلظت بالاتر استفاده می شوند. این مرحله باید چندین بار تکرار شود تا از تمیزی کامل سطح اطمینان حاصل شود.
اسیدشویی برای کروم سخت شدیدتر از کروم زینتی انجام می شود. محلول اسید کلریدریک 20-25% یا اسید سولفوریک 15-20% در دمای 50-70 درجه استفاده می شود. زمان اسیدشویی ممکن است تا 30 دقیقه طول بکشد تا تمام اکسیدها و ناخالصی ها حذف شوند.
آبکاری کروم سخت مستقیماً بر روی فلز پایه انجام می شود. نیازی به لایه نیکل زیرین نیست، بلکه چسبندگی مستقیم کروم به فلز پایه مطلوب است. این ویژگی امکان بازیابی قطعات فرسوده بدون ایجاد لایه های اضافی را فراهم می کند.
تنظیم جریان برای کروم سخت پیچیده تر است زیرا چگالی جریان بالا نیاز است اما باید به تدریج افزایش یابد. ابتدا با چگالی 10-15 آمپر بر دسی متر مربع شروع کرده و طی 15-30 دقیقه به مقدار نهایی 30-60 آمپر بر دسی متر مربع می رسد.
کنترل دمای دقیق در طول فرآیند کروم سخت ضروری است زیرا فرآیند ساعت ها طول می کشد و تغییرات دما می تواند یکنواختی پوشش را تحت تأثیر قرار دهد. سیستم خنک کاری یا گرمایش باید به طور مداوم کار کند.
کنترل ضخامت در طول فرآیند با اندازه گیری های دوره ای انجام می شود. برای ضخامت های بالا، ممکن است نیاز باشد فرآیند چندین بار متوقف شده و قطعه بررسی شود. این توقف ها باید کوتاه باشند تا از اکسیداسیون سطح جلوگیری شود.
چرخش یا حرکت قطعه در طول آبکاری کروم سخت برای دستیابی به پوشش یکنواخت ضروری است. این حرکت باید آرام و منظم باشد تا توزیع جریان روی سطح قطعه یکنواخت باشد.
|
مرحله فرآیند |
کروم زینتی |
کروم سخت |
|
آماده سازی سطح |
استاندارد |
دقیق و شدید |
|
نیاز به نیکل |
ضروری |
ندارد |
|
چگالی جریان ابتدایی |
10-15 A/dm² |
10-15 A/dm² |
|
چگالی جریان نهایی |
15-20 A/dm² |
30-60 A/dm² |
|
زمان فرآیند |
2-10 دقیقه |
1-48 ساعت |
|
ضخامت نهایی |
0.2-0.5 μm |
5-500 μm |
تجهیزات و مواد مصرفی تخصصی
وان آبکاری کروم باید از مواد مقاوم به اسید کرومیک ساخته شود. PVC، پلی پروپیلن یا فولاد ضدزنگ با پوشش مقاوم گزینه های مناسب هستند. حجم وان باید متناسب با اندازه قطعات و نیاز تولید باشد، اما نباید بیش از حد بزرگ باشد تا کنترل دما ساده تر شود.
سیستم گرمایش باید قابلیت کنترل دقیق دما را داشته باشد. هیترهای تیتانیومی یا کوارتز گزینه های مناسب هستند. سیستم خنک کاری نیز برای کنترل دمای محلول در فصل های گرم یا فرآیندهای طولانی ضروری است.
منبع تغذیه برای آبکاری کروم باید قابلیت تولید جریان بالا با کنترل دقیق ولتاژ را داشته باشد. رکتیفایرهای SCR یا سوئیچینگ با قابلیت تنظیم نرم افزاری گزینه های مناسب هستند. امکان کنترل شیب افزایش جریان برای کروم سخت ضروری است.
سیستم تهویه باید قادر به حذف بخارات اسید کرومیک و گازهای تولیدی باشد. هود مکش قدرتمند با فیلتر مناسب برای جذب بخارات اسیدی لازم است. سیستم تهویه باید استانداردهای ایمنی و بهداشت حرفه ای را رعایت کند.
آندهای سربی با خلوص بالا برای آبکاری کروم استفاده می شوند. این آندها باید به طور منظم تمیز شده و در صورت فرسایش تعویض شوند. نسبت سطح آند به کاتد معمولاً 2:1 تا 3:1 تنظیم می شود.
اسید کرومیک (CrO₃) ماده اصلی محلول آبکاری است که باید از درجه خلوص الکتروپلیتینگ باشد. این ماده بسیار خطرناک و سرطان زا است و نیازمند دستکاری با حداکثر احتیاط است.
اسید سولفوریک به عنوان کاتالیزور اضافه می شود. خلوص آن نیز باید بالا باشد تا از آلودگی محلول جلوگیری شود. نسبت صحیح این دو اسید کلید موفقیت فرآیند است.
کنترل کیفیت و عیب یابی مشکلات آبکاری کروم
کنترل ضخامت پوشش کروم با روش های مختلفی انجام می شود. برای کروم زینتی، روش های غیرمخرب نظیر اندازه گیری مغناطیسی کافی است. برای کروم سخت، اندازه گیری با میکرومتر یا روش های دقیق تر نظیر اندازه گیری جریان های گردابی استفاده می شود.
سختی پوشش کروم سخت معمولاً بین 850-1000 ویکرز قرار دارد که یکی از بالاترین سختی های قابل دستیابی در آبکاری است. اندازه گیری سختی با دستگاه میکروسختی سنج ویکرز انجام می شود.
زبری سطح کروم زینتی باید حداقل باشد تا انعکاس آینه ای حاصل شود. مقدار Ra معمولاً کمتر از 0.1 میکرومتر مطلوب است. برای کروم سخت، زبری متناسب با کاربرد قطعه تعیین می شود.
مقاومت به خوردگی با تست های استاندارد نظیر محیط نمک مه (Salt Spray) ارزیابی می شود. کروم زینتی معمولاً باید حداقل 48-96 ساعت بدون خوردگی مقاومت کند.
ترک خوردگی مشکل رایجی در کروم سخت است که به دلیل تنش های داخلی پوشش رخ می دهد. کنترل چگالی جریان، دما و نسبت اسیدها برای کاهش این مشکل ضروری است.
ضعف چسبندگی معمولاً به دلیل آماده سازی نامناسب سطح، آلودگی محلول یا پارامترهای نادرست فرآیند رخ می دهد. بررسی مراحل پیش تیمار و تنظیم مجدد پارامترها راه حل معمول است.
عدم یکنواختی پوشش می تواند به دلیل توزیع نامناسب جریان، شکل هندسی قطعه یا موقعیت نامناسب آندها باشد. طراحی مجدد آویز یا تغییر موقعیت آندها راه حل های مؤثر هستند.
پوشش های مات یا کدر معمولاً نشان دهنده دمای پایین، چگالی جریان نامناسب یا آلودگی محلول هستند. تنظیم دما، بهینه سازی چگالی جریان و تصفیه محلول اقدامات لازم هستند.
نکات عملی پیشرفته و ترفندهای حرفه ای آبکاری کروم
انتخاب آویز مناسب برای قطعات پیچیده نقش حیاتی در کیفیت نهایی دارد. آویز باید توزیع یکنواخت جریان را تضمین کرده و امکان دسترسی محلول به تمام نقاط سطح را فراهم کند. استفاده از آویزهای قابل تنظیم برای قطعات مختلف راه حل مؤثری است.
کنترل آلودگی محلول یکی از چالش های اصلی آبکاری کروم است. یون های فلزی مزاحم نظیر آهن، مس یا روی می توانند کیفیت پوشش را تخریب کنند. تصفیه دوره ای محلول با روش الکترولیز یا فیلتراسیون ضروری است.
تنظیم دقیق نسبت اسید کرومیک به سولفوریک بر اساس دمای کار و نوع کاربرد انجام می شود. در دماهای پایین تر، نسبت کمتری از اسید سولفوریک نیاز است، در حالی که دماهای بالاتر نسبت بیشتری می طلبند.
کنترل جریان های پارازیت که ممکن است بین قطعات مختلف یا قسمت های مختلف یک قطعه رخ دهند، نیازمند طراحی دقیق آویز و موقعیت گذاری قطعات است. استفاده از عایق کاری محلی در نقاط غیرضروری راه حل مؤثری است.
بازیافت و تجدید محلول آبکاری کروم به دلیل هزینه بالای مواد و ملاحظات ایمنی اهمیت ویژه ای دارد. روش های الکترولیز برای احیای کروم شش ظرفیتی و حذف آلودگی ها استفاده می شوند.
نگهداری دوره ای تجهیزات شامل تمیزکاری آندها، کنترل سیستم گرمایش، کالیبراسیون ابزار اندازه گیری و بررسی سیستم تهویه است. برنامه نگهداری پیشگیرانه از توقفات غیربرنامه ریزی شده جلوگیری می کند.
ثبت دقیق پارامترهای فرآیند برای هر دسته تولید امکان ردیابی مشکلات و بهبود مداوم کیفیت را فراهم می کند. استفاده از نرم افزارهای کنترل فرآیند می تواند این کار را تسهیل کند.
آموزش مناسب پرسنل در خصوص خطرات کار با اسید کرومیک، استفاده از تجهیزات حفاظت فردی و اقدامات اورژانسی حیاتی است. برگزاری دوره های بازآموزی منظم برای حفظ استانداردهای ایمنی ضروری است.
منبع:
https://rangin-pooshesh.com/projects/%d8%a2%d8%a8%da%a9%d8%a7%d8%b1%db%8c-%da%a9%d8%b1%d9%88%d9%85/