علی اصغر شیخ بهایی کارشناس ارشد متالورژی 

شرکت گلکار سپاهان

کیفیت سطح در آبکاری مس اسیدی و قلیایی غیر سیانیدی بستگی زیادی به کارآیی وکیفیت آندهای مسی دارد. برای آنکه یک آند مس مرغوب داشت می بایستی پارامتر هایی نظیر ترکیب شیمیایی ، اندازه ، شکل و چگونگی فرآیند متالورژیکی تولید را در نظر گرفت. به همین منظور در این قسمت بطور مختصر در مورد هر یک توضیحاتی ارائه می شود .

ترکیب شیمیایی

آندهای مسی با دو ترکیب شیمیایی خالص (عاری از اکسیژن) و فسفر دار تولید می شوند. آندهای مس خالص معمولا جهت آبکاری در وان های قلیایی و سیانوری مورد استفاده قرار می گیرند و دارای ترکیب شیمیایی مطابق جدول (1 ) هستند.[1]

جدول 1- آنالیز شیمیایی آند مس خالص

%O2

%Se

%Sn

%Cd

%Bi

%P

%Ag

%As

%Sb

%S

%Fe

%Ni

%Zn

%Pb

%Cu

0.005˂

0.0001˂

0.0002˂

0.0001˂

0.0001

0.0002

0.001˂

0.0001

0.0001˂

0.001

0.0003

0.0002

0.0001˂

0.0002

99.99

آندهای مس فسفردار که جهت آبکاری در وان های اسیدی مورد استفاده قرار می گیرند دارای ترکیب شیمیایی مطابق جدول (2) هستند. [1]

جدول 2- آنالیز شیمیایی آند مس فسفر دار

%P	%Ag	%As	%Sb	%S	%Fe	%Ni	%Zn	%Pb	%Cu
0.04-0.06	0.001˂	0.0001	0.0001˂	0.001˂	0.0003	0.0002	0.0001˂	0.0002	99.99

برای تولید هر یک از آندهای ذکر شده می بایستی از مس کاتدی یا مس خلوص بالا استفاده نمود چرا که استفاده از مس نا مرغوب موجب می شود که ناخالصی های موجود در آند افزایش یافته و این ناخالصی ها هنگام آبکاری در وان قرار گیرند و موجب آلودگی آن شوند که این موضوع باعث ایجاد عیب در پوشش نهایی  و همچنین افزایش مصرف مواد بویژه مواد براقی خواهد شد .

خاطر نشان می سازد که در نشریه پوشش های سطحی شماره 5 ، بهار 1383 میزان فسفر جهت آندهای وان های مس اسیدی را 2/0تا 3/0درصد ذکر نموده است لیکن تعدادی از شرکت های آبکاری در ایران تمایل به ا ستفاده از آندهایی با 3/0 تا 5/0 درصد فسفر را دارند.

اندازه و شکل آند

آندهای مسی به شکل های تخت ، نیم مفتولی (ناگت) و ساچمه ایی با اندازه های متفاوت تولید می شوند (شکل1) .

                    آند تخت                                                  آند ناگت                                                آند ساچمه ایی

شکل 1 – شکل های مختلف آند مس

باید توجه داشت که شکل و اندازه آند بر روی جریان کل داخل وان اثر می گذارد. آندهای با اندازه بزرگ در مقایسه با آندهای کروی کوچک یا ناگت دارای نسبت سطح به وزن کمتری هستند. همچنین باید به ابعاد سبد جهت قرارگیری آند و دانسیته جریان کاری در برابر جریان کل نیز توجه نمود.

پل زدن یکی از پدیده هایی است که در اثر عدم رعایت اندازه آند و سبد قرارگیری در آن بوجود می آید شکل(2) . به همین دلیل است که آندهای ناگت بزرگ تمایل زیادی برای تشکیل پل دارند. پل زدن به معنای تشکیل حفره در سبد آند به واسطه خوردگی غیر یکنواخت آندها می باشد. یک پل زمانی که قسمتی از یک آند خورده می شود تشکیل می گردد و این قسمت باقیمانده از آند تأثیر بسیار بدی بر روی عملکرد محلول و سایر تجهیزات آبکاری می گذارد. این حفره ها (پل ها) موجب غیر یکنواختی ضخامت پوشش و توزیع ضعیف فلز پوشش می شود. تماس پل با فلز سبد (تیتانیم) موجب گسترش نقاط گرم شده که می تواند باعث سوختگی سبد گردد. باید توجه داشت که در نتیجه کم بودن سطح آند، دانسیته جریان آند افزایش می یابد که موجب کاهش حل شدن آندها و سرانجام مصرف زیاد نمک می شود.

برای به حداقل رساندن پدیده پل زدن بهتر است که از آند و سبدهای مناسب استفاده نمود. [2]

                                                                            آندها

                                                                                                                                                                                      سبد

                                                                                                                  حفره

                                                                             پل

                                                                             شکل 2- چگونگی پل زدن در سبد      

تشکیل لجن

یکی از خصوصیات همه محلول های آبکاری مس تشکیل لجن است. لجن زمانی بوجود می آید که سطح سیاه شده آند یا فیلم چسبیده به آن سست و غیر چسبنده باشد. در این صورت این لایه از روی آند جدا شده و داخل کیسه یا محلول آبکاری قرار می گیرد. تشکیل لجن با افزایش دانسیته جریان آبکاری افزایش می یابد. تشکیل رسوبات ناهموار بویژه در ناحیه بالایی آند محصولاتی را تولید می کند که غیر قابل برگشت بوده و موجب افزایش مصرف آند و تشکیل لجن زیاد می شود که این موارد از نشانه های نامرغوب بودن آند است. باید توجه داشت که لجن موجب بسته شدن منافذ کیسه های آند می شود که بدنبال آن جریان در محلول کاهش یافته و آندها را پلاریزه کرده و ولتاژ حمام را افزایش می دهد. آندهایی که تنها از طریق ریخته گری تولید شده اند بدلیل ساختمان دانه بندی درشت و ترکیب شیمیایی غیر یکنواختی که دارند بهترین تولید کننده های لجن      می باشند. [2]

ساختمان دانه ایی

چگونگی ساختمان دانه بندی در آند نقش بسیار مهمی در آبکاری دارد .آندهایی که تنها از طریق روش ریخته گری و بدون کنترل های لازم در حین انجماد تولید می شوند دارای ساختمان دانه ایی ناهمگون می باشند بطوریکه تجمعی از دانه های ریز و درشت همراه با ناخالصی های احتمالی درون ساختار آنها مشاهده می شود. شکل (3) .

شکل 3 – ساختمان میکروسکپی یک نمونه مس درشت دانه

آند هایی که عملیات ریخته گری و انجماد آنها کنترل شده باشد و سپس تحت عملیات کارمکانیکی نظیر نورد یا فورجینگ قرار گرفته و آنیل شده باشند دارای ساختمان یکنواخت و ریزی خواهند بود شکل (4) .

شکل 4 – ساختمان میکروسکپی یک نمونه مس ریز دانه

باید توجه داشت که مرزهای دانه مناطقی هستند که تفاوت فازی و ناهمگونی در آنجا بسیار است و اکثر بی نظمی های اتمی و نا بجایی ها و حفره های خالی در آن مناطق متمرکز شده اند. به همین دلیل بین دانه و مرز دانه اختلاف پتانسیل بوجود می آید که موجب بروز پدیده خوردگی غیر یکنواخت در آند می شود. باید توجه داشت اگر آندی دارای دانه های ریز و توزیع یکسانی باشد این  اختلاف پتانسیل به حداقل خود رسیده و مشکلاتی نظیر توزیع غیریکنواخت پوشش، تشکیل لجن ناخواسته و حل شدن نامناسب آند به حداقل  می رسند. تولید چنین آندی فقط از طریق انجام عملیات کار مکانیکی نظیر نورد، اکستروژن و یا فورجینگ بر روی شمش های ریخته گری شده امکان پذیر است. [1]

میزان فسفر

میزان فسفر موجود در آندهای مسی نقش بسیار مهمی در حمام های آبکاری اسیدی ایفا می کند. در واقع فسفر در آند به عنوان یک ممانعت کننده از خوردگی عمل کرده و این بدان مفهوم است که فسفر سرعت حل شدن آند را کاهش می دهد و به پایداری غلظت فلز مس در محلول آبکاری کمک می نماید.

اگر مقدار فسفر در آند از یک حدی بالاتر و یا کمتر باشد این مسئله بر روی حل شدن مس اثر می گذارد و در نتیجه موجب تشکیل لجن و ناهمواری سطح آبکاری شده می گردد. باید توجه داشت که افزایش لجن ، بازدهی جریان را کاهش می دهد و موجب افزایش پریودهای تمیز کاری کیسه های آند می گردد.

میزان بالای عناصر ناخالصی فلزی نیز می تواند بر روی خصوصیات رسوب اثر بگذارد بطوریکه با افزایش میزان لجن ناهمواری سطح نیز افزایش یافته و اغلب اوقات باعث تعویض کیسه آندها می گردد. این ناخالصی ها علاوه بر کاهش انعطاف پذیری آند که موجب شکست آن می شوند روی مصرف مواد براقی نیز تأثیر می گذارند.

همانطور که قبلاً نیز اشاره شد ناخالصی ها تمایل دارند که در مرز دانه ها قرار بگیرند بنابراین اگر فسفر در مذاب مس بخوبی حل نشود و بطور یکنواخت توزیع نگردد در مرز دانه ها تجمع یافته و اثر پذیری آن کم می شود. در اینجا باید اثر بسیار مهم اندازه دانه ها را نیز در نظر گرفت. آندهای با اندازه دانه ایی درشت نظیر آندهای ریختگی دارای توزیع غیر یکنواخت فسفر می باشند و علیرغم تشکیل پوشش سیاهرنگ بر روی آند در وان آبکاری لجن زیادی ایجاد می کنند. این آندها موجب تغییر در ضخامت پوشش آبکاری شده و حتی ممکن است که از وسط جدا شوند. در مقابل آندهای ریز دانه یا آندهای تولید شده توسط یکی از روش های نوردکاری، فورجینگ و یا اکستروژن علاوه بر توزیع یکنواخت فسفر در سرتاسر آند دارای یک لایه چسبنده سیاهرنگ بوده که موجب عدم حل شدن سریع مس در وان آبکاری می گردد. [1]

نتیجه گیری

عوامل زیر بر روی کیفیت آندهای مسی مؤثر می باشند :

1- خلوص مس
2- ریز دانه بودن
3- میزان فسفر محتوی
4- توزیع یکنواخت فسفر