آبکاری فلزات گرانبها شامل مجموعه ای از فرایندهایی است که در آن لایه ای بسیار نازک از فلزات گرانبها روی بستری به نام زیرلایه پوشش داده می شود. آبکاری فلزات گرانبها علاوه بر افزایش جذابیت و درخشندگی سطح زیرلایه از آن در برابر خوردگی و تخریب محافظت می کند.
(برای مطالعه بیشتر به مقاله ی آبکاری فلزات گرانبها رجوع کنید.)
آبکاری فلزات گرانبها وابسته به سایز قطعات، نوع زیرلایه و کاربرد آنها به دو روش آبکاری غوطه وری و آبکاری قلمی انجام می شود. در آبکاری به روش غوطه وری قطعات در الکترولیت حاوی یون های فلزات گرانبها به طور کامل فرو برده می شوند سپس با اعمال جریان الکتریکی پوششی نازک از فلزات گرانبها روی سطح زیرلایه مورد نظر رسوب داده می شود. این روش شامل آبکاری قفسه ای (آبکاری رک)، آبکاری بشکه ای (آبکاری بارل) و آبکاری پالس است. در آبکاری قلمی سطح زیرلایه در حمام آبکاری غوطه ور نمی شود بلکه با استفاده از یک قلم آبکاری آغشته شده به الکترولیت که متصل به منبع جریان الکتریکی است، یون های فلزات گرانبها روی سطح زیرلایه رسوب داده می شوند. در این مقاله هر یک از این روش های آبکاری به اختصار توضیح داده شده است.
در این روش آبکاری، قطعات در یک بشکه ی نارسانا از جنس پلی پروپیلن قرار می گیرند و همراه با بشکه در محلول آبکاری فلزات گرانبها فرو برده می شوند. درون بشکه میله های مرکزی وجود دارد که جریان الکتریکی را هدایت می کنند و در حالی که از محلول آبکاری الکترولیتی پر شده است به آرامی می چرخد. این چرخش باعث می شود سطح قطعات به خوبی با الکترولیت در تماس باشد و پوشش یکنواختی بر روی سطح آنان ایجاد شود.
آبکاری بارل (آبکاری بشکه ای) روشی مقرون به صرفه برای پروژه هایی است که تعداد قطعات آبکاری زیاد است و زیرلایه ها کوچک و بادوام هستند مانند پیچ و مهره ها و بست های صنعتی. آبکاری بارل برای تمام قطعات با اشکال و اندازه های مختلف به خوبی عمل می کند. همچنین در این روش زیرلایه ها باید به اندازه کافی کوچک باشند تا در بشکه قرار بگیرند و با چرخش بشکه در طول فرآیند آسیبی به آنان وارد نشود. آبکاری بارل نسبت به آبکاری قفسه ای نیاز به تجهیزات کم تری دارد و با هزینه ی کمتری راه اندازی می شود. یکی از جنبه‌های مهم آبکاری بارل این است که قطعات با یکدیگر اتصال دوقطبی برقرار می‌کنند که این منجر به افزایش بازده آبکاری می‌شود.
آبکاری بارل به دلیل تماس سطحی زیادی که قطعات با یکدیگر دارند، معمولاً برای کاربردهای تزئینی و زمانی که پوششی دقیق مورد نیاز است توصیه نمی شود در اینگونه موارد آبکاری قفسه ای و یا در موارد دقیق تر آبکاری قلمی راه حل مناسب تری است. از جنبه های منفی آبکاری بارل می توان به جریان الکتریکی کم آن اشاره کرد که می تواند زمان قرار گرفتن قطعات در معرض محلول آبکاری را افزایش دهد.
آبکاری قفسه ای برای قطعات شکننده، بزرگ و پیچیده که آبکاری آنها با استفاده از آبکاری بشکه ای (آبکاری بارل) مشکل است استفاده می شود. در این روش قطعات بر روی نگهدارنده ای به عنوان “رک” قرار داده می شوند و سپس در حمام حاوی الکترولیت آبکاری غوطه ور می شوند. برای ایجاد تماس الکتریکی و ثابت نگه داشتن قطعات روی قفسه از سیم، پیچ یا قلاب های فلزی استفاده می شود. این قفسه‌ها قطعات را در طول فرآیند آبکاری در جای خود نگه می‌دارند و در عین حال بیشترین سطح را در معرض محلول قرار می‌دهند به این ترتیب پوششی با ضخامت یکنواخت بر روی قطعه ایجاد می شود.
علاوه بر محافظت بیشتر در برابر آسیب به قطعات، فرآیند رک می‌تواند خطوط و اشکال پیچیده‌تر را به طور موثرتری بپوشاند. آبکاری قفسه انتخاب ارجح در صنایعی است که کیفیت بالا و دقت پوشش از اهمیت بالایی برخوردار است مانند صنایع نظامی و دفاعی، خودروسازی، پزشکی، الکترونیک و پوشش دهی جواهرات زینتی.
از معایب آبکاری قفسه می توان به هزینه بیشتر و نیاز به نیروی کار اشاره کرد. در بسیاری از موارد، ممکن است نیاز به طراحی و ساخت یک قفسه سفارشی برای کاربردهای تخصصی باشد.
آبکاری پالس بسیار مشابه آبکاری بارل و آبکاری رک است. با این تفاوت که در آبکاری رک و بارل جریان الکتریکی ثابتی به زیرلایه اعمال می شود اما در آبکاری پالس جریان الکتریکی و یا پتانسیل الکتریکی به طور متناوب متغیر است. فرآیند آبکاری پالس شامل تغییرات سریع و متناوب پتانسیل یا جریان الکتریکی بین دو مقدار مختلف است که منجر به ایجاد پالس هایی با دامنه، دوره تناوب و قطبیت یکسان می شود که با جریان صفر از هم جدا می شوند. با تغییر دامنه و عرض پالس، می توان ترکیب و ضخامت لایه رسوب شده را تغییر داد.
پارامترهای آزمایشی آبکاری پالسی معمولاً شامل پیک جریان یا پتانسیل، سیکل کار، فرکانس و جریان یا پتانسیل موثر است. پیک جریان یا پتانسیل حداکثر جریان یا پتانسیل قابل استفاده در آبکاری است. سیکل کار بخش موثر زمان در یک دوره آبکاری معین با جریان یا پتانسیل اعمال شده است. جریان یا پتانسیل موثر حاصلضرب چرخه کار و پیک جریان یا پتانسیل است.
عوامل دیگری که بر آبکاری پالس تأثیر می گذارند عبارتند از دما، فاصله بین آند و کاتد و هم زدن الکترولیت. گاهی اوقات آبکاری پالسی را می توان در حمام آبکاری گرم انجام داد تا نرخ رسوب گذاری افزایش پیدا کند زیرا طبق قانون آرنیوس سرعت اکثر واکنش های شیمیایی به طور تصاعدی با دما افزایش می یابد. فاصله آند و کاتد به نحوه توزیع پالس جریان بین آند و کاتد مربوط می شود. اگر این فاصله مناسب نباشد ممکن است باعث توزیع ناهموار جریان شود و بر توپولوژی سطح نمونه آبکاری شده تأثیر بگذارد. هم زدن ممکن است سرعت انتقال یون های فلزی را از محلول به سطح الکترود افزایش دهد. تنظیم همزن برای فرآیندهای مختلف آبکاری فلز متفاوت است.
در آبکاری پالس با تغییر دامنه و عرض پالس جریان الکتریکی می توان ضخامت پوشش ایجاد شده را تغییر داد. این روش در مواردی که ایجاد پوششی با ضخامت متغییر مورد نیاز است می تواند بسیار مناسب باشد. آبکاری پالس کیفیت فیلم آبکاری شده را بهبود می دهد و به کاهش تنش داخلی رسوب ایجاد شده کمک کند. ترکیبی از سیکل کاری کوتاه و فرکانس بالا می تواند ترک های سطحی را کاهش دهد.
در روش آبکاری پالس، برای حفظ جریان ثابت یا پتانسیل موثر ثابت، ممکن است به یک منبع تغذیه با عملکرد بالا و یک کلید سریع نیاز باشد بنابراین این روش ممکن است هزینه بر و گران تر از سایر روش های آبکاری باشد. یکی دیگر از مشکلات رایج آبکاری پالسی این است که در حین آبکاری معکوس ممکن است آندهای گران قیمت مانند پلاتین، آبکاری شوند.
برخلاف روش‌های آبکاری غوطه وری، آبکاری قلمی این امکان را فراهم می کند که قسمت مشخصی از زیرلایه را آبکاری کنیم. در آبکاری قلمی ابتدا قسمت هایی که نمی خواهیم آبکاری شود پوشانده می شود. سپس قلم آبکاری به قطب مثبت و سطح زیرلایه به قطب منفی یک منبع تغذیه جریان مستقیم متصل می شود. قلم معمولا از جنس فولاد ضد زنگ است و در انتهای آن از پنبه، نمد یا الیاف کربنی استفاده می شود. پس از آغشته کردن قلم به محلول الکترولیت، اپراتور قلم را روی سطح کاتد حرکت می دهد، این کار باعث ایجاد جریان الکتریکی از منبع تغذیه می شود. به این ترتیب جریان ایجاد شده در الکترولیت باعث می شود کاتیون های فلزی روی سطح کاتد الکترون جذب کنند و به صورت لایه نازک فلزی رسوب کنند.
تجهیزات آبکاری قلمی متحرک هستند و بدون نیاز به حمل قطعات سنگین و ظریف در هر مکانی قابل انجام است. این روش بسیار سریع تر از روش های آبکاری غوطه وری است و امکان تعمیر و نوسازی قطعات را در کمترین زمان فراهم می کند. آبکاری قلمی برای قطعات بسیار بزرگ که فضای زیادی برای غوطه ور شدن در حمام الکترولیت نیاز دارند، یا قطعات ظریفی که منطقه خاصی از آنها هدف آبکاری است، بسیار ایده آل است. حجم الکترولیت مورد نیاز در آبکاری قلمی نسبت به آبکاری با روش های غوطه وری بسیار کمتر است. به همین دلیل هزینه های کلی مربوط به تهیه الکترولیت را کاهش می دهد و به برق کمتری نیاز دارد.
در حالی که آبکاری قلمی مزایای بسیاری دارد آبکاری الکتریکی از طریق روش های غوطه وری، برای پروژه هایی با حجم زیاد مناسب تر است.
