آماده سازی سطح پیش از آبکاری (قسمت دوم مقدمه ای بر پاکسازی برقی)
Surface Preparation of Metals Prior to Plating
(part 2: introduction to ELECTROLYTIC CLEANING)
| پاکسازی برقیi. عمومیت روش: در آماده سازی یک فلز جهت آبکاری به ندرت پیش می آید که از پاکسازی الکتریکی استفاده نشود. تنها موارد استثنایی که از این روش در مرحله آماده سازی استفاده نمیکنند عبارتند از : آبکاریهای کروم سخت، آبکاریهای الکترولس، آبکاری بر روی آلومینیوم، پوششهای فسفاته، آنودایزینگ و کرومات. الکترو پاک کننده ها معمولا به عنوان پاک کننده های نهایی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها اساسا از نوع قلیایی قوی هستند، اما همیشه با جریان DC – مستقیم کاتدی، یا آنودی (معکوس) و یا معکوس متناوب (جریان متناوب آنودی و کاتدی)، PRC کار می کنند. هرچند که معمولا برای چربیگیری الکتریکی همان مراحل پیش آماده سازی انجام می شود، اما در بعضی موارد، بدون نیاز به هیچ مرحله پاک کنندگی اولیه همان تمیز کردن الکتریکی به تنهایی کافی است. در این روش پاکسازی، هدف نهایی از پاکسازی، زدودن کامل آلودگیها از روی سطح و فعال کردن سطح فلز است. فعالسازی سطح معمولا با استفاده از جریان معکوس در پاک کنندگی الکتریکی حاصل می شود. سایش توسط گاز ناشی از اکسیژن تولید شده است که به حذف آلودگی کمک می کند، در حالی که جریان معکوس به حذف آلودگی کمک میکند از رسوب هر نوع فیلم فلزی یا ذرات غیر چسبان فلزی جلوگیری می کند. عموما در مرحله نهایی بعد از چربی زدایی برای خنثی سازی فیلم قلیایی که روی سطح باقی مانده و همچنین زودن لایه اکسیدی سبکی که روی سطح تشکیل شده است از یک غوطه وری در اسید معدنی رقیق شده استفاده می شود. | B. ELECTROLYTIC CLEANINGi .General. In preparation of metal for plating or finishing, it is seldom that electrocleaning stage is not used. Exceptions are hard chromium plating, electroless plating, plating over aluminum, anodizing phosphatizing and chromating. Electro cleaners are usually considered as final cleaners. They are basically heavy-duty alkaline types, but are always employed with DC current – either cathodicdirect), anodic (reverse) or periodic reverse (alternating anodic and cathodic currents), PRC. Even though they usually follow precleaning step, in some cases final electro cleaning alone will suffice. The objective of final cleaning is to remove completely all soil and to activate the metal surface. Activation is usually obtained by using reverse current electrocleaning. The gas scrubbing of the generated oxygen assists soil removal, whiles the reverse current aids in its removal and prevents the deposition of any metallic film or non-adherent-metallic particles. A dilute mineral acid dip almost always follows the final cleaner, to neutralize the alkaline film on the metal surface, and to remove light oxide layer. |
| قطعاتی که تحت عملیات حرارتی، جوشکاری و یا سایر روشهایی که باعث اکسید شدن سطح می شوند، قرار گرفته باشند، ممکن است بسته به درجه نیاز به یک چرخه تمیزکاری دوگانه نیاز داشته باشند. در چنین مواردی، قطعه عموما بصورت آندی تحت پاکسازی الکتریکی قرار می گیرد، غوطه وری اسیدی جهت حذف اکسیدها، بقایای به جا مانده از پاک کننده الکتریکی و همچنین از بین بردن قلیاها استفاده می شود. دومین پاک کنندگی برقی برای حذف هرنوع دوده که حاصل از مرحله اول اسید شویی است انجام میگیرد. اولین پاک کننده هر نوع روغن یا آلودگی را پاک می کند که ممکن است از اثربخشی اسیدشویی اول بکاهد. | Parts containing heat-treat, welding, or other oxides may require a double cleaning cycle, depending on the degree of oxidation. In such cases, the part is usually anodically electro cleaned, acid dipped to remove the oxide, final electro cleaned, and acid dipped to neutralize the alkaline film. The second electro cleaner (final cleaner) is used to remove any smut developed from the scale removal in the first acid dip. The first cleaner removes any oil or other soil, which would reduce the effectiveness of the scale removal properties of the first acid dip. |
| فرمولاسیون پاک کننده های برقی: مواد پاک کننده قلیایی مورد استفاده در پاک کننده های برقی عموما حاوی مخلوطی از قلیاها هستند تا ضمن ایجاد قلیائیت مناسب امکان ایجاد هدایت بالا در pH مورد نظر را نیز فراهم کنند. برای استیل به قلیائیت بالا احتیاج است درحالیکه برای روی، مس و برنج قلیائیت متوسط نیاز است. عموما هیدروکسیدهای فلزات قلیایی، کربنات، سیلیکات و فسفات جزو منابع تامین کننده قلیائیت در این فرمولها محسوب می شوند. علاوه بر مواد پایه در فرمولاسیون، عموما مواد افزودنی آلی از جمله گلوکناتها، EDTA یا تری سدیم نیتریلو استاتها عموما در فرمولاسیونها با رویکرد کنترل دود و دانسیته جریان بهینه به فرمول اضافه می شوند. یک ایرادی که دوده حاصل از پاک کننده برقی دارد، تجمع گازهای اکسیژن و هیدروژن در این دود است که می تواند در الکترود باعث انفجار شود. | ii. Electrocleaning Formulations. Alkaline cleaning blends used for electrolytic cleaning, typically contain mixture of alkaline material, to provide high conductivity at established pH and to have enough reserve alkalinity. High alkalinity is needed for steel, lower for zinc, copper and brass. Alkali metal hydroxide, carbonate, silicate and phosphate are used as a principal source of alkalinity. Sequestering organic additives, such as gluconates, EDTA or trisodium nitriloacetate are also commonly present Formulation of electrocleaners in addition to basic fundamentals, all attention on foam control and optimal current densities. A problem with excessive foam in electrocleaning is that hydrogen and oxygen gas accumulated in the foam can explode at a sparking electrode. |
| این درحالی است که پدیده فوفق در اغلب موارد مخاطره آمیز است، و می تواند باعث تضعیف عملکرد فرایند شود. مشکل دیگری خشک شدن دوده بر روی سطح کار است که در مرحله آبکشی به دشواری قابل حذف است و باعث ایجاد لکه بر روی سطح کار می شود. در این موارد برای جلوگیری از خشک شدن سطح قطعه بعضا نیاز است تا با اسپری آب توسط نازلهای مه پاش سطح قطعه را مرطوب نگاه داشت. نمکهای سدیمی بدلیل هزینه کمتر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، هرچند پاک کننده های برقی بر پایه نمک های پتاسیمی حلالیت بهتر، مقاومت الکتریکی کمتر و قدرت پرتاب بیشتری دارند. نمکهای پتاسیمی در موارد خاصی همانند مواقعی که قطعه بسیار بزرگی که برای رسیدن به دانسیته جریان مناسب نیاز به ولتاژ بالایی دارد، مورد استفاده قرار می گیرند. | While this is more of a nuisance than a menace in most cases, it can make for an annoying situation and is taken to mean as poor plant practice. Another difficulty is that foam dried onto the work may be difficult to remove by rinsing, and shows up as a pattern in the final electroplated product. Water spray with fog nozzles may be necessary to wet down the work to prevent drying. Due to the lower cost sodium salts are more frequently used, although potassium based electrocleaners have better solubility, lower electrical resistance and better throwing power. Potassium salts are used in special occasions, e.g. when electrocleaning very large parts where otherwise very large voltages will be required, to obtain high current densities required. |
| در فرمولاسیونهای مربوط به چربیگیرها، سیلیکاتها از این جهت که بسرعت قادر به پپتید کردن و دیسپرس کردن روغنها هستند و همچنین بدلیل خواص امولسیون کنندگی و ضد خوردگی که دارند بسیار متداول هستند. برای جلوگیری از چسبندگی فیلم نامحلول سیلیکاتی به سطح کار و همچنین چسبندگی مناسب پوشش آبکاری، نسبت مناسبی از هیدروکساید به سیلیکات مورد نیاز است نیاز است. ترکیبات سیلیکاتی اغلب برای جلوگیری از سوختن فولاد در دانسیته جریان های بالا استفاده می شوند. علاوه براین امروزه پاک کننده های غیر سیلیکاتی که از بازدارنده های متفاوتی استفاده می کنند نیز در دسترس هستند. ذکر نکته حائز اهمیت است که تعیین نسبت مناسب بین ترکیبات سیلیکاتی و فسفاتی نیز بسیار مهم است. عموما برای جداسازی اجزای سخت کننده آب، فسفاتها، گلوکناتها یا سایر نرم کننده ها و سبک کننده های آب، به فرمول اضافه می شوند. اثرات اکسیداسیون و کاهش با فلز متفاوت است، و معمولا تعیین کننده این است که آیا پاکسازی باید آنودی باشد یا کاتدی. فلزاتی که پس از اکسیداسیون پسیو می شوند، مانند نیکل، فولاد ضد زنگ و یا آلومینیوم بصورت کاتدی پاکسازی می شوند (آلومینیوم به ندرت بصورت برقی تمیز می شود). برای جلوگیری از انحلال روی در آند، برنج به صورت کاتدی تمیز می شود. | Silicates are very popular as they rapidly peptize and disperse oils and also have emulsifying and corrosion inhibition properties. A proper ratio of hydroxide to silicate is needed to prevent insoluble silicate films from adhering to the work and affecting plate adhesion. Silicates are often used to prevent burning of steel at high current density. Nonsilicated cleaners, using different types of inhibitors, are also available. Also important is proper ratio of silicate to phosphate. Phosphates, gluconates or other water softeners and conditioners are also added in order to help sequester hard water constituents. Oxidation and reduction effects vary with the metal, and usually determine whether cleaning should be anodic or cathodic. Metals that are passivated upon oxidation, such as nickel, stainless steel, or aluminum, are cleaned cathodically (aluminum is seldom electro cleaned).Brass is cleaned cathodically to avoid solution of the zinc component at the anode. |
| از طرف دیگر، روی و قالبهای روی بنا به دلایل دیگر بصورت آندی باید پاکسازی شوند. بدلیل حساسیت فلز به حمله توسط پاک کننده های الکلی قلیایی، مطلوب استفاده از پاک کننده های مهار شده است. بدلیل حساسیت فلز نسبت به حمله پاک کننده های برقی قلیایی، ترجیح داده می شود از پاک کننده های حاوی بازدارنده استفاده شود. هنگامی که فرایند پاکسازی بصورت کاتدی باشد و از سیلیکات به عنوان بازدارنده استفاده شود، یک فیلم نامحلول روی قطعه تشکیل می شود. از این رو، تمیز کردن آندی، صرفا با پاک کندده هایی با فرمولاسیون خاص، تحت شرایط ملایم و برای مدت کوتاه است. فولاد که در مقابل اثرات اکایش-کاهش نسبتا غیر حساس است، می تواند هم بصورت کاتدی و هم آندی تمیز شود. در دانسیته جریانهای بالا، آهن تمایل دارد به رنگ قهوه ای مایل به زرد تبدیل شود مگر اینکه مهار کننده سیلیکات در پاک کننده وجود داشته باشد. فولاد ضد زنگ نیز می تواند به همین روش پاک شود، هرچند اگر بنا به پاکسازی آندی باشد انگاه به یک اسید شویی قوی نیاز است. در سال های اخیر، برای پاکسازی فولاد به شدت توجهات معطوف به روش آندی شده است. | On the other hand, zinc and zinc die-castings are cleaned anodically for another reason. Because of the sensitivity of the metal to attack by alkaline electro cleaners, it is desirable to use inhibited cleaners. When silicate is used as an inhibitor, an insoluble film seems to develop when cleaning is cathodic. Hence, cleaning is anodic, with specially formulated cleaners, under mild conditions, and for short times. Steel, which is relatively insensitive to oxidation-reduction effects, can be cleaned anodically or cathodically. At high current densities, there is a tendency toward browning of the steel unless an inhibitor, silicate, is present in the cleaner. Stainless steel can also be cleaned either way, although more drastic pickling action is required when anodic cleaning is employed. The trend, in recent years, has been strongly towards anodic cleaning of steel. |
| III. آندی، پاکسازی برقی (برگشتی):قطعه کار در محلول پاک کننده قلیایی برقی با استفاده از ولتاژ پایین (3 تا 12 ولت) و جریان DC بصورت آند (قطب مثبت) ساخته می شود. دانسیته جریان می تواند بسته به فلزی که قرار است تیز شوذ و همچنین زمان پاک کنندگی از 1 تا 15 آمپر بر دسی متر مربع متغیر باشد. زمان پاکسازی مبرای اغلب کاربردها از 30 ثانیه تا دو دقیقه مناسب می باشد. دانسیته جریانهای بالاتر برای مواردی که که زمان پاکسازی کوتاه باشند، امکان پذیر است. | iii. Anodic, (reverse) electrocleaning: The work is made anodic (positive) in an alkaline electro cleaner using low voltage (3 to 12 V) DC current. Current densities vary from about 1 to 15 A/dm2 depending on the metal being cleaned and the cleaning time. Cleaning times of ½ to 2 minutes generally suffice for most applications. Higher current densities are possible when shorter cleaning times are used. |
| پاکسازی الکتریکی آندی بر پایه این واقعیت که به این روش چون فلز آند است کمی حل شده و همراه با آن آلودگیها هم پاک می شوند همواره قابل استفاده است. این عمل باعث حذف دوده های فلزی و محصولات اکسداسیون می شود و از ترس فیلم های فلزی غیر چسبنده ممانعت می کند. جریان آنودی اکسید های نازک و تازه تولید می کند که می توانند مواد آلی را اکسید کنند که نهایتا کمک می کنند تا این مواد راحتتر در مرحله اسید شویی حذف و جدا شوند. بدون این فرایند اکسیداسیون، برخی از مواد آلی ممکن است غیر قابل حل باشند و امکان جداسازی از سطح را نداشته باشند. اکسیژن تولید شده در سطح باعث عمل سایش در سطح می شود که به حذف آلودگی کمک می کند. علاوه بر این در فرایند پاکسازی برقی به روش آندی احتمال تردی هیدروژنی نیز منتفی خواهد شد. | Anodic electrocleaning is desirable for cleaning whenever possible, because of the fact that the metal is actually being slightly dissolved as well as cleaned. This action removes metallic smuts and oxidation products and prevents the deposition of non-adherent metallic films. Anodic current generates thin, fresh oxides that can oxidize organics, and also be easily removed in subsequent acid dipping step. Without this oxidation, some stubborn organics may remain insoluble. The oxygen generated at the surface creates a scrubbing action that assists soil removal. In addition, hydrogen embrittlement is avoided by using anodic cleaning. |
| برای جلوگیری از زنگ زدگی و اچ شدن، کنترل دانسیته جریان، دما و غلظت بخصوص در مورد فلزات غیر آهنی بسیار مهم است. درمورد آلیاژهای ریخته گری شده بر پایه روی و برنج بدلیل احتمال زیاد زینک زدایی و نیز اچ شدن زیاد باید از دانسیته های جریان بالا، دمای بالا و غلظت پایین پرهیز شود. در مورد آلومینیوم، کرم، قلع، سرب یا سایر فلزاتی که در محیط قلیایی قابلیت انحلال دارند توصیه نمیشود که از عملیات پاکسازی توسط جریان معکوس برای طولانی مدت استفاده شود، تراکم جریان بالا، درجه حرارت بالا و غلظت کم باید اجتناب شود، به ویژه روی ریخته گری روی و برنج و جلوگیری از انهدام و بیش از اچینگ. | It is important to control the current density, temperature, and concentration, particularly on nonferrous metals to avoid etching and tarnishing. Prolonged reverse current cleaning, high current densities, high temperature, and low concentrations are to be avoided, particularly on zinc based die Castings and brass and to prevent dezincification and over etching. Reverse current alkaline cleaning is not recommended for aluminum, chromium, tin, lead or other metals that are soluble in alkaline electro cleaners. |
| iv. کاتدی، پاکسازی برقی (برگشتی):در این روش قطعه کار بعنوان کاتد(قطب منفی) در نظر گرفته می شود و بطور کلی همانطور که در آنالیز آنودی توصیف شد همان تجهیزات، ولتاژ و تراکم جریان مورد استفاده قرار می گیرند. در سطح الکترود کار هیدروژن آزاد می شود. برای یک دانسیته جریان مشخص، حجم هیدروژن آزاد شده در کاتد دو برابر اکسیژن آزاد شده در آند است. بنابراین، سایش توسط گاز در کاتد نسبت به اند بدلیل حجم گاز تولیدی بیشتر به مراتب بیشتر است. به همین دلیل گاهی این روش بعنوان پیش تمیز سازی برای روش پاک کنندگی آندی هم استفاده می شود. مکانسیم پاک کنندگی در این روش مبتنی بر سایش گازی در محیط قلیایی است. | iv. Cathodic, (direct) electrocleaning: The parts are made cathodic (negative) and the same equipment, voltage, and current densities are generally used, as described under anodic leaning. Hydrogen is liberated at the surface of the work. The volume of hydrogen liberated at the cathode is twice that of oxygen liberated at the anode for a given current density. Therefore, more gas scrubbing is achieved at the cathode than at the anode. For this reason cathodic cleaning is sometimes employed as a precleaner followed by anodic cleaning. Soil removal is accomplished by the mechanism described under alkaline precleaning and assisted by gas scrubbing. |
| این روش پاک کنندگی در واقع مشابه با آبکاری در جریان مستقیم است. هر گونه ذره باردار مثبتی تمایل دارد به سمت قطعه جذب شود و ممکن است بر روی سطح احیا شود و بر روی آن ترسیب کند. هر نوع فیلم فلزی ترسیب شده بر روی سطح فاقد چسبندگی لازم است، اما شناسایی و حذف آنها نسبتا دشوار است. چنین فیلم هایی می توانند باعث زبری سطح، کاهش چسبندگی لایه آبکاری شده و یا رنگ بر روی فلز شوند. البته تاثیر دقیق این پدیده همچنان در هاله ای از ابهام و همراه با حدس و گمان است. | The work is actually being “plated” in a direct current cleaner. Any positive charged material is attracted to, and may be reduced and deposited on the surface. Any film (metallic) deposited is usually non-adherent, but difficult to detect and remove. Such films can cause poor adhesion roughness and/or staining of electroplated metal. |
| قطعاتی که تردی هیدروژنی در آنها حیاتی است (به عنوان مثال فنر فولادی) نباید به روش کاتدی پاکسازی شوند، مگر اینکه بعد از عملیات پاکسازی اقدامات لازم برای حذف هیدروژن انجام شود. به طور کلی، عملیات حرارتی به مدت 1 ساعت در 200 درجه سانتیگراد (حدود 400 درجه فارنهایت)، بلافاصله پس از پردازش اثر هیدروژن را از بین می برد. قطعات با سختی بیش از 40 راکول C می توانند از دچار تردی شوند لذا ضروری است که پیش از آبکاری حتما عملیلا پخت حرارتی در مورد آنها صورت بگیرد. عموما به این دلیل که از همان رکی که برای کرماته کردن و سایر پوششها استفاده می شود برای چربیگیری گیری هم استفاده می شود احتمال آلوده شدن چربیگیر به کروم اجتناب ناپذیر است. پاکسازی با استفاده از جریان مستقیم در مقایسه با محلوللهای پاک کننده در جریان معکوس نسبت به آلودگی کروم حساسیت بیشتری را نشان می دهند. | Parts critical to hydrogen embrittlement (e.g. spring steel) should not be cleaned cathodically unless adequate steps are taken after processing to remove the hydrogen. Generally, heat treatment for 1 hour a 200 o C (~400 o F), immediately after processing will remove the embrittling effect of hydrogen. Parts with hardness exceeding Rockwell40 C can be embritlled and should be baked after plating. Chromium contamination of cleaners is sometimes unavoidable, due to the use of the same rack for chromium as well as other plating. Direct current cleaning is more susceptible to staining from chromium-contaminated cleaners than reverse current cleaning. |
| پاک کنندگی به روش جریان مستقیم به منظور کاربردهای زیر استفاده میشود:- برای تمیز کردن فلزاتی از قبیل، کرم، قلع، سرب، برنج، منگنز و آلومینیوم که توسط پاک کندگی آندی اچ شده یا حل می شوند.- برای تمیز کردن و فعال کردن فولادهای با محتوای زیاد نیکل، نیکل براق شده یا آلیاژهای نیکل و زمانیکه آبکاری نیکل بر روی بستری از جنس نیکل یا کروم اعمال شده باشد. پاک کنندگی آندی ممکن است بدلیل اکسیداسیون که احتمالا مانع ترسیب کرم براق می شود، باعث ایجاد یک فیلم غیر فعال روی نیکل شود. | Direct current cleaning is used for the following applications:- To clean metals such as chromium, tin, lead, brass, magnesium, and aluminum, which are dissolved or etched by anodic cleaning.- To clean and activate high nickel steels, buffed nickel or high nickel alloys, and when plating nickel over nickel or prior to chromium plate. Anodic cleaning would produce a passive film on the nickel, due to oxidation, which would prevent the deposition of bright chromium . |
| v. پاکسازی برقی معکوس دوره ای (PRC): از آنجایی که پاک کنندگی برقی به روش مستقیم و معکوس دارای مزایا و معایب خاص خود هستند، بهترین راه حل این است که از هر دو، در مخازن جداگانه، یا در یک مخزن، با استفاده از جابجایی جریان به صورت دوره ای استفاده شود. تمیز کردن الکترولیتی PRC به طور کلی برای حذف دوه، اکسیدها و لکه از فلزات آهنی استفاده می شود. روش تا کنون مؤثرترین روش پاک کنندگی برقی بوده است. در فرمولاسیون آنها معمولا از ترکیبات قلیایی حاوی عوامل جداسازی کننده یا کمپلکس کننده استفاده می شود. این کار با استفاده از جریان مستقیم در 6 تا 12 ولت، به طور متناوب بصورت کاتدی و آنودی انجام می شود. قطعه کار ممکن است بر روی رک، بارل یا به عنوان نوار فلزی پیوسته برای تمیز شدن قرار بگیرد. تمیز کردن و حذف لکه ها با استفاده از مکتنیسم پاکسازی قلیایی و استفاده از شرایط کاهش و اکسیداسیون همراه با ترکیب کمپلکس کننده فلز قوی انجام می شود. | v. Periodic reverse electrocleaning (PRC): Since direct and reverse electrocleaning have individual advantages and disadvantages, the best answer is to use both, either in separate tanks, or in one tank, by periodically reversing the current. PRC electrolytic cleaning is used generally to remove smut, oxide and scale from ferrous metals. It is by far the most effective way of electrocleaning. Alkaline compounded materials containing sequestering or chelating agents are usually used. The work is made alternately cathodic and anodic; using DC current at 6 to 12 V. Work may be cleaned on racks, in a barrel or as continuous metal strip. Cleaning and scale removal are accomplished by incorporating the mechanism of alkaline cleaning and the use of reducing and oxidizing conditions, coupled with strong metal chelating |
