فرایند آبکاری قلیایی بدون سیانوری
مراحل و نکات عملیات آبکاری روی قلیایی بدون سیانوری
جهت فرایند ابکاری روی قلیایی بدون سیانوری حتما مراحل زیر را باید مد نظر داشته باشید
- الکترولیت و افزودنی ها
- مشخصات فیزیکی افزودنی ها
- شرایط عملیاتی
- بررسی وتوصیف عملکرد افزودنیه
- آلاینده ها
- تجهیزات مورد نیاز
- مراحل کار آبکاری
- نحوه راه اندازی وان آبکاری
- آنالیز الکترولیت
- ایمنی وبهداشت کار
- تست هول سل
- الکترولیت و افزودنیها:
ترکیب |
مقدار مجاز به ازاء هر 1000 لیتر |
مقدار بهینه به ازاء هر 1000 لیتر |
اکسید روی |
6-17 Kg |
15 Kg |
سود |
100-140 Kg |
130 Kg |
پلیمر پایه 9106A |
6-10 L |
8 L |
براقی 9106B |
1/2-1/6 L |
1/5 L |
اصلاح کننده 9106C |
2-5 L |
4 L |
سختیگیر 9106D |
1-8 L |
6 L |
توضیح: در صورت استفاده از آب بدون یون یا مقطر، نیاز به افزودنی SA9106D به شدت کاسته خواهد شد.
- مشخصات فیزیکی افزودنی ها :
ردیف |
حالت محصول |
دانسیته |
PH |
9106A |
محلول بی رنگ |
10.4-1.02 |
9-7.5 |
9106B |
محلول قهوه ای کم رنگ |
1.02-1 |
6.5-5.5 |
9106C |
محلول سبز کم رنگ |
1.15-1.1 |
13.5-12.5 |
9106D |
محلول بی رنگ |
1.45-1.35 |
14-13 |
- شرایط عملیاتی:
پارامتر |
دامنةقابل قبول |
مقدار بهینه |
دما |
oc 35-15 |
oc 30-20 |
دانسیته جریان کاتدی در وان ثابت |
A/dm2 5-1/0 |
A/dm2 5/2-1 |
دانسیته جریان کاتدی در وان گردان |
2-1/0 |
1-5/0 |
نسبت سطح آند به کاتد |
2:1-1:1 |
1:1 |
نسبت سود به روی فلزی در وان ثابت |
11-9 |
10 |
نسبت سود به روی فلزی در وان گردان |
8-6 |
7 |
توضیح:
3-1- در صورت استفاده از همزن مکانیکی در وانهای ثابت (به صورت پمپاژ آرام الکترولیت یا با استفاده از حرکات رفت و برگشتی آرام کاتد)، کیفیت پوشش بهبود قابل ملاحظهای خواهد یافت.
3-2- در صورت فیلتراسیون الکترولیت در مقاطع معین (در صورت مات شدن)، کیفیت پوشش بهبود قابل ملاحظهای خواهد یافت.
3-3- جنس آند را میتوان از ورقهای استیل یا آهن انتخاب نمود.
- بررسی وتوصیف عملکرد افزودنیها:
4-1- پلیمر پایه SA9106A : این ترکیب در آبکاری روی قلیایی نقش حامل را ایفا نموده و ضمن کمک به براق نمودن پوشش، نشست مناسب و توزیع یکنواخت ضخامت پوشش را در دانسیته جریانهای بالا، متوسط و پایین تضمین مینماید.
4-2- براقی SA9106B : حضور این جزء در الکترولیت سبب ایجاد پوشش بسیار براق در تمام محدوده دانسیته جریان میشود.
4-3- اصلاح کننده SA9106C : این جزء به منظور حذف آلایندههای فلزی و در نتیجه بهبود کیفیت پوشش در نواحی با دانسیته جریان پایین و متوسط مورد استفاده قرار میگیرد.
4-4- سختیگیر SA9106D : این افزودنی به منظور حذف سختی آب و بعضاً حذف برخی آلایندههای فلزی مورد استفاده قرار میگیرد. لذا غیر از موقع راهاندازی وان معمولاً دیگر به آن نیازی نیست مگر آنکه محلول جدید یا آب به وان اضافه گردد. همچنین در صورتی که از آب بدون یون یا مقطر در محلول سازیها استفاده شود نیاز به این افزودنی تا حد زیادی مرتفع میگردد.
- آلایندهها:
فلزاتی نظیر آهن، نیکل، کادمیم و مس در الکترولیت بسیار کم محلول هستند و به ویژه در اثر استفاده از افزودنی SA9106C رسوب خواهند کرد. اما با اینکه این ناخالصیها با صاف کردن از الکترولیت خارج میشوند، بهتر است از ورود آنها به وان جلوگیری شود. همچنین لازم است جهت پیشگیری از بروز اختلال در عملکرد افزودنیهایSA9106A و SA9106B از ورود محلولهای شوینده یا محلولهای حاوی ترکیبات کمپلکسکننده به وان نیز جلوگیری شود.
- تجهیزات مورد نیاز:
6-1- وان آبکاری: برای ساخت وان آبکاری میتوان از استیل کم کربن استفاده نمود، اما به منظور حذف جریانهای سرگردان بهتر است وان و اتصالات آنرا با یک پوشش مناسب عایق نمود.
6-2- آند استیل: در صورتیکه از وان تولید روی جهت تأمین روی مورد نیاز استفاده شود، میتوان از آندهای استیل کم کربن با ضخامت حداقلmm 3 استفاده نمود.
6-3- آند روی: این آندها صرفاً در مواردی استفاده میشوند که از وان تولید روی جهت تأمین روی مورد نیاز استفاده نشده باشد. در این گونه موارد معمولاً از ترکیبی از آندهای استیل و آندهای روی با خلوص 99/99٪ استفاده میشود.
6-4- سبد آند: در صورت استفاده از آند روی در وان، سبدهای استیل به منظور نگهداری قطعات روی در آند استفاده میشود.
6-5- تسمه آندی: این تسمهها بهتر است از آهن کم کربن باشند. در صورت استفاده از تسمههای مسی، باید این تسمهها به قدر کافی از سطح الکترولیت فاصله داشته باشند و بخشهای غیر عملیاتی آنها با پوشش پلاستیکی پوشانیده شده یا با نیکل پوشش داده شده باشند تا از ورود مس به وان جلوگیری گردد.
6-6- همزدن: به طور معمول حرکت رفت و برگشتی کاتد به صورت ملایم در الکترولیت برای وانهای ثابت توصیه میشود. در غیر اینصورت میتوان محلول الکترولیت را به آرامی و با استفاده از پمپ جابجا نمود. (این جابجایی نباید باعث متلاطم شدن الکترولیت گردد).
6-7- فیلتراسیون: توصیه میشود با استفاده از فیلترهای 15-5 میکرون پلی پروپیلن، محلول الکترولیت به طور مستمر یا حداقل در مقاطع نه چندان با فاصله زیاد فیلتر گردد، به طوری که الکترولیت همواره شفاف دیده شود. در صورت مستمر بودن و یکنواختی پمپاژ در طول وان عملاً کار همزدن الکترولیت نیز انجام میشود و در اینصورت نیازی به تکان دادن کاتد نیست.
6-8- یکسو کننده جریان: معمولاً یکسو کنندههای با توان ایجاد حداقل 12 ولت برای این منظور کفایت مینمایند. البته باید توجه داشت که هر چه میزان افت ولتاژ به واسطه افزایش مقاومت محلول یا حجم نمونههای موجود در کاتد بیشتر گردد نیاز به ولتاژهای بالاتر یک ضرورت است.
6-9- اتصالات فلزی: باید توان تحمل جریانهای بالا را داشته و در اثر جریان بالا داغ و در نتیجه اکسید نشوند.
6-10- سیستم تنظیم دما: پیشنهاد میشود وانها مجهز به سیستمهای لوله کشی جریان سرد یا گرم کننده باشند تا در صورت افزایش یا کاهش خارج از انتظار دما بتوان دمای وان را در محدوده مجاز کنترل نمود.
6-11- سیستم تهویه: به دلیل آزاد شدن گاز هیدروژن در کاتد، لازم است سیستم تهویه در بالای وان (ترجیحاً بالای کاتد) پیش بینی و اجرا شود. این سیستم علاوه بر کمک به وضعیت تنفسی کارگران، احتمال جمع شدن گاز هیدروژن و متعاقباً انفجار آن را مرتفع مینماید.
6-12- وان تولید روی: در این فرآیند بر خلاف سایر فرایندها وآبکاری ها ، از فلز روی بصورت مستقیم در آند وان آبکاری نمیتوان استفاده کرد وفلز روی باید بطور جداگانه در وان دیگری که کنار وان آبکاری قرارمیگیرد به بصورت محلول درآمده وبا مکانیسم مناسبی به تناسب میزان مصرف وکاهش غلظت روی درهنگام کار به وان آبکاری افزوده تا کمبود آن جبران گردد .
وان مجزای تولید روی بدون نیاز به جریان الکتریکی و صرفا با اتصال سبد حاوی قطعات روی به یک صفحه ورق استیل که داخل این وان قرارداده میشود ، با ایجاد پیل گالوانیک بین فلز روی وصفحه استیل،موجب حل شدن فلز روی در محلول سود غلیظ موجود در آن گردیده و به ازای آن اکسیژن روی صفحه استیل آزاد میگردد.
بدین ترتیب محلول روی غلیظ تولید شده با استفاده از پمپ و اتصالات PVC مناسب پس از فیلتراسیون با سرعت مناسب به وان آبکاری اضافه میشود تا کسری روی را جبران نماید. جهت پیشگیری از جریانات سرگردان بهتر است علاوه بر استفاده از اتصالات PVC بین وان تولید روی و وان آبکاری، پایههای وان آبکاری با استفاده از قطعات لاستیکی از کف زمین عایق گردد. ظرفیت وان تولید روی باید بسته به شرایط حداقل 50-20 درصد ظرفیت وان آبکاری باشد. جهت تسهیل در انحلال روی در وان تولید روی بهتر است نکات ذیل رعایت گردد:
الف- درجه خلوص آند : از آند روی با خلوص 99/99٪ استفاده گردد.
ب- شکل آند : تکه های روی به شکل ورقههای باریک یا گلولههای کوچک در سبد استیل کم کربن قرار داده شود تا پیل گالوانیک خوبی به وجود آید.
ج- همزدن : محلول به طور مناسب هم زده یا در آن هوا دمیده شود تا از تشکیل پوستههای سخت عایق کننده روی تکههای روی و کاهش سرعت انحلال جلوگیری نماید.
- مراحل کار آبکاری :
7-1- چربیگیری و غبارزدایی از قطعات مورد آبکاری با استفاده از چربیگیر گرم ویژه 13120
7-2- شستشو با آب
7-3- چربیگیری آندی قطعات جهت اطمینان از برداشته شدن برادههای فلزی یا زنگ از روی آنها با استفاده از چربیگیری الکتریکی 13210
7-4- شستشو با آب
7-5- آغشته سازی قطعات با محلولgr/lit 150کربنات سدیم
7-6- فرو بردن قطعات در محلول 65-55٪ سولفوریک اسید برای چند ثانیه
7-7- شستشو با آب
7-8- آغشته سازی قطعات با محلول gr/lit30- 20 سود جهت خنثی کردن اسید باقیمانده و سپسgr/lit20-10 از سختی گیر جهت پیشگیری از ورود عوامل سختی زا به الکترولیت
7-9- آبکاری
7-10- شستشو با آب
7-11- شستشو با آب
7-12- غوطه وری در محلول نیتریک اسید 5/0 درصد (حداکثر 3 ثانیه)
7-13- کروماته کردن قطعه (در صورت نیاز )
7-14- شستشو با آب
7-15- شستشو با آب
7-16- خشک کردن
- نحوه راهاندازی وان آبکاری:
8-1- وان آبکاری شسته شده، سپس با استفاده از محلولgr/lit30 سود به مدت 12 ساعت ماندگاری داده شده و در نهایت با آب تمیز شسته شود.
8-2- سود و اکسید روی لازم به طور همگن با یکدیگر مخلوط شود و به وان اضافه شود.
8-3- به تدریج آب بدون یون یا مقطر به نمک اضافه شود و مستمر هم زده شود تا خمیری یکدست و روان حاصل آید.
8-4- کم کم آب به خمیر اضافه شود و همواره هم زده شود تا محلول به تدریج شفاف گردد.
8-5- پس از اطمینان از شفاف بودن محلول، مابقی آب تا غلظت مورد نیاز اضافه گردیده و هم زده شود.
8-6- مقدار مورد نیاز از SA9106D به محلول گرم حاضر اضافه شده و هم زده شود تا کاملاً حل گردد.
8-7- سپس مقدار مورد نیاز SA9106C اضافه شده و به شدت همزده شود تا لختههای ایجاد شده در اثر افزایش این جزء مجدداً حل شوند. ممکن است در این مرحله رنگ محلول کمی زرد / قهوهای شده و شفافیت قبل را نداشته باشد. جهت رفع این مسئله اجازه داده شود تا حدود یک ساعت محلول هم زده همدمای محیط شود و سپس فیلتر گردد.
8-8- مقدار مورد نیاز از SA9106A و SA9106B به ترتیب و به تدریج به وان اضافه شده و کاملاً هم زده شود تا وان شفاف و یکنواخت آماده گردد.
8-9- الکترولیت از نظر میزان روی و سود آنالیز گردیده و تست هول سل به عمل آید. در صورت عدم وجود مشکل میتوان با آسودگی آبکاری قطعات را آغاز نمود.
توجه: رعایت اصول ایمنی وبهداشت کار کاملا الزامی وضروری میباشد.
- آنالیز الکترولیت:
9-1- آنالیز روی:
- 5 میلی لیتر نمونه درون یک ارلن مایر 500 میلی لیتری ریخته شود.
- 5 میلی لیتر محلول 30٪ کلریدریک اسید به آن اضافه شود.
- حدود 150 میلی لیتر آب بدون یون یا مقطر اضافه شود.
- 30 میلی لیتر بافر استات به محلول اضافه شود.
- 5/0 میلی لیتر معرف زایلنول اورانژ اضافه شود (محلول به رنگ صورتی متمایل به قرمز در میآید).
- نمونه با استفاده از محلول EDTA دو سدیمی M 1/0تا رنگ زرد تیتر شود. تغییر رنگ سریع رخ میدهد، لذا باید تیتراسیون را به آرامی انجام داد.
- محاسبه: ml EDTA × 1/32 = gr/lit Zn
9-2- آنالیز سود:
- 5 میلی لیتر نمونه درون یک ارلن مایر 125 میلی لیتر ریخته شود.
- 10میلی لیتر آب بدون یون یا مقطر به آن اضافه شود.
- 6-2 قطره معرف ایندیگو کارمین اضافه شود (محلول به رنگ زرد در میآید).
- نمونه با استفاده از محلول سولفوریک اسید N 95/0تا رنگ آبی تیتر شود.
- محاسبه: 7/5 × ml H2SO4 + gr/lit Zn = gr/lit NaOH
9-3- آنالیز سدیم کربنات:
- 10 میلی لیتر نمونه درون یک ارلن مایر 250 میلی لیتر ریخته شود.
- 100 میلی لیتر آب بدون یون یا مقطر داغ (60 ºC) به آن اضافه شود.
- 35 میلی لیتر محلول باریم نیترات 10٪ اضافه شود و اجازه داده شود تا رسوب تشکیل شود.
- رسوب فیلتر شده و 3-2 بار با آب بدون یون یا مقطر داغ شسته شود.
- با دقت رسوب به یک ارلن 250 میلی لیتری منتقل شده و به آن100 میلی لیتر آب بدون یون یا مقطر دمای محیط اضافه شود.
- چند قطره میتل اورانژ اضافه شود (رنگ نمونه نارنجی میشود).
- نمونه با استفاده از محلول کلریدریک اسید N0/1 تا رنگ صورتی تیتر شود.
- محاسبه: ml HCl × 5/3 = gr/lit Na2CO3
10 . ایمنی وبهداشت کار :
الکترولیت این فرایند به دلیل غلظت سود نسبتا بالا خطرناک میباشد وافزودنیهای این فرایند نیز نظیر افزودنیهای بقیه فرایندها حاوی ترکیبات شیمیایی بوده که بعضاً برای سلامتی مضر هستند و ممکن است بسته به شرایط سبب سوزش پوست، چشم یا مجاری تنفسی گردند. لذا اشخاصی که با این مواد سر و کار دارند باید همواره از پوشش مناسب برخوردار بوده و از لوازم و وسایل ایمنی نظیر عینک، کفش، دستکش و نظایر آن که مانع از تماس مواد با اعضا و جوارح بدن میشوند استفاده نمایند.
در صورت تماس محلولها با چشم، آنها را حداقل 15 دقیقه با آب سرد دوش چشمی شستشو داده و به پزشک مراجعه گردد. در صورت تماس با پوست حدود 15-5 دقیقه با آب سرد شستشو داده و در صورت نیاز به پزشک مراجعه گردد. در صورت بلعیده شدن مواد سریعاً به پزشک مراجعه گردد.
مطالعه سند MSDS مواد پیش از کار میتواند از بروز بسیاری از سوانح و خسارات جلوگیری نماید.
- . تست هول سل:
تست هول سل یکی از ابزارهای مهم در تشخیص سلامت و عملکرد وانهای آبکاری است. لذا با شبیهسازی شرایط آبکاری صنعتی در قالب تست هول سل میتوان ضمن تشخیص وضعیت وان در کنار آنالیز شیمیایی و آگاهی از پیشینه وان، راه کار بهبود آنرا تعیین نمود.
برای تست هول سل تجهیزات زیر مورد نیاز است:
- هول سل
- صفحه آهنی به ابعاد 7×6 سانتی متر به عنوان آند
- صفحه آهنی به ابعاد 10×7 سانتی متر به عنوان کاتد
- یکسو کننده
روش تست هول سل: 250 میلی لیتر از محلول مورد تست به درون هول سل ریخته میشود (بدین ترتیبcm 5 از آند وکاتد درون محلول قرار میگیرند). آند و کاتد کاملاً چربی زدایی شده، جرم زدایی شده و تمیز درون آن گذارده میشود. پس از اتصال آند به قطب مثبت و کاتد به قطب منفی یکسو کننده، دانسیته جریانی معادل دانسیته جریان اعمال در فرایند صنعتی اعمال میگردد و به مدت 20 دقیقه آبکاری انجام میشود. پس از پایان آبکاری، کاتد به ترتیب با آب، نیتریک اسید ٪5/0و مجدداً با آب شستشو داده شده و کاملاً خشک میگردد.
حال دو موضوع مورد مطالعه قرار میگیرد: اول ظاهر پوشش در سر تا سر کاتد که قاعدتاً باید براق و بدون عیب باشد و دوم نسبت ضخامت پوشش در دو نقطه با دانسیته جریانASF40 وASF2. در صورتی که ظاهر پوشش خوب باشد و نسبت ضخامت حدود 5-1 باشد میتوان گفت کیفیت وان خوب بوده و میتواند به کار خود ادامه دهد و گرنه باید مورد رفع اشکال قرارداده شود.