کنترل، تحلیل و آزمایش در صنایع آبکاری

pHو ORP

مایکل بنهیدی

مشاور، لئونیا، نیوجرسی

pH

واژه pHبرای نشان دادن درجه اسیدی یا قلیایی بودن یک محلول به کار می رود. با این که ممکن است یون های مختلفی در محلول شکل بگیرند، ولی آن هایی که تعیین می کنند محلول اسیدی یا قلیای است، به ترتیب یون هیدروژن (H+)و یون هیدروکسیل (OH-)هستند. زمانی که تعداد یون های هیدروژن از تعداد یون های هیدروکسیل در محلول بیشتر باشد، محلول اسیدی است. وقتی که تعداد این دو یون برابر باشد، محلول خنثی است. قلیایی یا بازی بودن محلول به معنای بیشتر بودن یون های هیدروکسیل نسبت به یون های هیدروژن است.

میزان تشکیل یون در محلول، برای اسید ها و قلیا ها متفاوت است. آن دسته ای که تقریبا به طور کامل یونیزه می شوند، اسید یا باز قوی هستند. هیدروکلریک اسید و سدیم هیدروکسید مثال هایی برای این دسته اند. بقیه اسید ها و باز های به مقدار کمی یونیزه می شوند و اسید یا باز ضعیف هستند. استیک اسید و آمونیوم هیدروکسید نمونه هایی برای این گروهند. می توتن اسید ها و باز ها را بنا بر تعداد یون هیدروژنی که در هر مولکول می توانند از دست دهند، دسته بندی کرد. اگر اسیدی در هر مولکولش فقط یک یون هیدروژن آزاد کند، به آن اسید تک ظرفیتی[1] می گویند. اگر تعداد یون هیدروژنی که می تواند آزاد کند بیش از یکی باشد، از پیشوند di(دو) یا tri(سه) برای تقسیم بندی استفاده می کنیم.

حتی آب خالص نیز به مقدار خیلی کم به یون هیدروژن و هیدروکسیل تبدیل می شود. در دمای 25 درجه سانتی گراد، آب خالص همواره دارای 0.0000001یا 1x10-7گرم اکی والان در لیتر یون هیدروژن دارد و چون آب خالص خنثی است به همین میزان یون هیدروکسیل نیز دارد.

حاصلضرب این دو غلظت برابر با مقدار ثابت 1.0x10-7در 25 درجه سانتی گراد است. در نتیجه، اگر غلظت یون هیدروژن یک محلول1.0x10-4گرم اکی والان در لیتر باشد، غلظت یون هیدروکسیل در این محلول برابر 1.0x10-10گرم اکی والان در لیتر خواهد بود. چون در این مورد غلظت یون هیدروژن بیشتر از غلظت یون هیدروکسیل است، محلول اسیدی است.

برای ساده تر بیان کردن غلظت یون هیدروژن، به جای بیان آن با اعداد اعشاری و توان های منفی، مفهوم pHتعریف شده است. بیان ریاضی این مفعوم، برابر با منفی لگاریتم غلظت یون هیدروژن در مبنای 10 می باشد. محلولی با غلظت یون هیدروژن برابر 1.0x10-7گرم اکی والان در لیتر pHبرابر 7 دراد. از آن جایی که در محلول های اسیدی غلظت یون هیدروژن بیشتر از 1.0x10-7گرم اکی والان در لیتر است، مقدار pHآن ها کم تر از 7 می باشد. بلعکس محلول های قلیایی pHبالاتر از 7 دارند.

مهم است که به یاد داشته باشید، تغییر یک واحد در pHبرابر با 10 باربر تغییر در اسیدیته یا قلیایی بودن محلول است. بنابراین یک محلول با pH=4در برابر محلولی با pH=5، 10 برابر اسیدی تر است، محلولی با pH=3در برابر محلولی با pH=5، 100 برابر اسیدی تر استو محلولی با pH=2در برابر محلولی با pH=5، 1000 برابر اسیدی تر است.

محدوده پذیرفته شده برای تغیرات pHاز 0 تا 14 است. در محلول های آبکاری فلزات تعیین pHزیر 1 و بالای 12 ارزش چندانی ندارد. خارج از این محدوده، اسیدیته ها یا مقادیر قلیاییت بیشتر به صورت غلظت درصدی بیان می شود.

محلول هایی با پایه غیر آبی ممکن است pHخارج از محدوده 0-14، که در محلول های آبی دیده می شود، داشته باشند. اکثر pHسنج های دیجیتالی توانایی اندازه گیری pHاز -19.99تا +19.99را دارند، اما در pHسنج های آنالوگ بازه اندازه گیری محدود است. در این موارد بازه میلی ولت pHسنج، بازه ای گسترده تر را در بر می گیرد، ، که این بازه در محدوده نرمال 0-14، ، در 25 درجه سانتی گراد است. در نتیجه می توان مقدار pHرا توسط مقایسه مقادیر میلی ولت به دست آمده از یک نمونه اندازه گرفت.

جدول 1. اجزا بافر های رایج

با این حال در بازه گسترده تر میلی ولت، خوانایی کمتر می شود. با توجه به رابطه و مقادیر مشاهده شده در میلی ولت در pHسنج، می توان مقدار pHرا از رابطه زیر به دست آورد:

که در آن pHx، pHنمونه مورد نظر است ؛ pHs، pHاستاندارد ؛ Exمقدار میلی ولت نمونه، که از روی pHسنج خوانده ی شود ؛ Esمقدار میلی ولت استاندارد، که از روی pHسنج خوانده می شود و Sشیب است، که معمولا بابر با 59.16میلی ولت بر واحد pHدر 25 درجه سانتی گراد است. pHمی تواند از طریق رنگ سنجی [2] یا به صورت الکتروسنجی [3] اندازه گیری شود.

روش رنگ سنجی

برای تعیینpHبه صورت بصری، یک شناساگر اسید-باز یا ترکیبی از شناساگر ها مورد استفاده قرار می گیرد. چنین شناساگری یاک اسید(یا باز) آلی ضعیف است که در بازه مشخصی تغییر رنگ می دهد.

جدول 2. پتانسیل های استاندارد

روش استاندارد رنگ سنجی، به این صورت انجام می شود که مقداری از نمونه داده شده را داخل لوله ای شیشه ای می ریزیم. مقدار مشخصی شناساگر اضافه می کنیم و با استاندارد ها، که در آن یک محلول با pHمشخص با همان مقدار شناساگر آماده شده است، مقایسه می شود. این روش دشوار بوده و امروزه به ندرت از آن استفاده می شود.

استفاده از کاغذ pHروشی است که از روش استاندارد رنگ سنجی مشتق شده است. باریکه کاغذی جادب، به شناساگر آغشته شده است. نمودار رنگ های مربوط به pHهای مختلف روی باریکه کاغذ یا کارت چاپ شده است. بعد از آغشته کردن کاغذ به محلول رنگ آن با رنگ های استاندارد مقایسه می شود. کاغذ های pHمورد اطمینان، نسبت به مقدار به دست آمده از الکتروسنجی به میزان خطا دارند. درمواردی که واکنش های اکسایش کاهش (احیا) قوی صورت می گیرند، کاغذ pHقابل اطمینان نیست.

روش الکتروسنجی

الکترود های خاصی، مانند هیدروژن، کوین هیدرون، آنتیموان و...، وقتی داخل یک محلول فرو می روند، ولتاژی(پتانسیل الکتریکی) تولید می کنند که به pHمحلول بستگی داردو در نتیجه یک pHسنج ، یک میلی ولت سنج است. الکترود حباب شیشه ای وسیله اصلی است که اندازه گیری pHرا انجام می دهد. شیشه خاصی که در آن استفاده می شود، لایه ای انتخابی و بسیار حساس نسبت به یون هیدروژن است. می توان پتانسیل تولید شده در غشای شیشه ای را به pHمحلول ربط داد. برای تکمیل مدار و ایجاد یک پتانسیل مرجع پایدار و تجزیه پذیر، الکترود دیگری نیاز است. الکترود مرجع از طریق یک نقطه اتصال با محلول مورد نظر تماس دارد، که باعث کم کم اضافه شدن محلول داخلی به محلول نمونه می شود. وقتی شیشه (pH)و الکترود های مرجع شده یا به صورت یک الکترود ترکیبی در می آیند، و به pHسنج متصل می شوند، ولتاژ تولید شده در جفت الکترود تقویت شده و بر روی نوار سنجش یا صفحه نمایش دیجیتالی به نمایش در می آید. pHسنج به وسیله یک محلول بافر، استاندارد شده است. بافر محلولی است که از تغییرات pHجلوگیری می کند. در جدول 1. ، اجزا بافر های رایج درج شده است.

زمانی که اندازه دقیق pHنیاز است، دما، استانداردسازی pHسنج و روش الکترودی باید در نظر گرفته شوند. دما از دو طریق روی دقت pHتاثیر می گذارد. اثر اول آن روی الکترود ها است، که یا از طریق جبران اتوماتیک دما(ATC)[4]یا از طریق تنظیم دستی دمای pHسنج رفع می شود. دما همچنین بر روی pHمحلول بافر (که برای استانداردسازی استفاده می شود)تاثیر می گذارد. از آن جا که pHنمونه به همین حالت با تغییر دما عوض نمی شود، رابطه بین pHو دما باید به صورت تجربی معین گردد. اکثر بطری های محلول های بافر، جدولی روی برچسب مشخصاتشان دارند که pHرا به صورت تابعی از دما معین می کند.

pHسنج باید با محلول های بافری دقیق که pHنزدیک به pHمحلول مورد نظر دارند، استانداردسازی شوند. کنترل شیب، رفتار غیرایده آل الکترود های کهنه را تصحیح می کند.

روش درست نگه داری از الکترود ها باعث افزایش عمر آن ها شده و باعث سریع تر و دقیق تر نتیجه دادن در فرایند اندازه گیری pHمی شود. برای جلوگیری از آلوده شدن الکترود ها باید پس از هر اندازه گیری به خوبی شستشو شوند. نباید الکترود شیشه ای را دستمال کشید، چراکه باعث انتقال بار به آن شده و سبب طولانی تر شدن زمان رسیدن به پایداری می شود. الکترود شیشه ای پس از شستشو باید در آب مقطر نگه داری شود. و در آخر باید متذکر شد که وضعیت نمونه در حال اندازه گیری مهم است، این که pHمحلول در حال سکون اندازه گیری شده یا در حال مخلوط شدن ؛ در هر حال محلول بافر استاندارد سازی و محلول نمونه باید در یک وضعیت باشند.

پتانسیل اکسایش- کاهش (احیا)(ORP)

اندازه گیری پتانسیل اکسایش کاهش (احیا) (ORP)برای نظارت بر واکنش های شیمیایی، تعیین مقدار فعالیت یون ها، یا تعیین ویژگی های اکسایشی یا کاهشی (احیایی) محلول، استفاده می شود. با این که روش های اندازه گیری ORPشبیه به روش های اندازه گیری pHهستند، برای نتیجه درست مقدار پتانسیل باید به طور دقیق تفسیر شود. اندازه گیری ORPاز طریق حالت میلی ولت pHسنج انجام می شود. در نتیجه با عوض کردن الکترود شیشه ای با یک الکترود فلزی، به وسیله همان pHسنج، یون های بسیار دیگری در کنار یون هیدروژن شناسایی می شوند.

در بسیاری از واکنش های شیمیایی الکترون ها از یک عنصر به عنصر دیگر جا به جا می شوند. با توجه به تعریف، در طول یک فرایند کاهش (احیا)، عنصر الکترون می گیرد، و در طول فرایند اکسایش، عنصر الکترون از دست می دهد. واکنش های اکسایش و کاهش (احیا) در کنار هم صورت می گیرند. الکترون های به دست آمده از عنصر اکسید شده توسط عنصر کاهش (احیا) یافته دریافت می شود تا آن جا که به تعادل برسیم.

از آن جا که تعیین پتانسیل مطلق غیرممکن است، یک استاندارد قراردادی، الکترود هیدروژن، انتخاب شده است. ORPنسبت به این استاندارد اندازه گیری می شود. در واکنش الکترودی

2H+ +2e- =H2

پتانسیل قراردادی برابر 0. 000 Vبرای فعالیت 1M(غلظت 1 مول بر لیتر) و فشار جزئی 1atmهیدروژن تعیین شدده است.

وقتی واکنش ها به صورت اکسایش(Na=Na+ + e-)نوشته می شوند، علامت پتانسیل معکوس می شود. پتانسیل استانداردEoهر واکنش اکسایش کاهش (احیا) نسبت به الکترود استاندارد هیدروژن اندازه گیری می شود که به انجام شدن واگنش اکسایش کاهش (احیا) در دمای 25 درجه سانتی گراد، فعالیت یونی واحد و فشار گازی 1atmاشاره می کند. جدول 2. پتانسیل استاندارد تعدادی از واکنش ها را نشان می دهد. ORPویژگی واکنشی است که شامل هم اکسایش و هم کاهش (احیا) باشد و به صورت تابعی از 1)پتانسیل استاندارد ؛ 2)غلظت نسبی یونی، 3)دما، و 4) تعداد الکترون های منتقل شده در واکنش تغییر کند.

ORPمعمولا به صورت میلی ولت(mV)بیامن می شود. با استفاده از یک pHسنج(در حالت میلی ولت)، ORPاندازه گیری شده اختلاف نیروی محرکه الکتریکی(emf)ایجاد شده بین الکترود ORPو یک الکترود با ولتاژ مرجع ثابت(الکترود جیوه (I)کلرید اشباع به جای الکترود هیدروژن)که در محلول غوطه ور شده است، می باشد. هرکدام از انواع سه گانه الکترود فلزی قابل استفاده است. سه نوع الکترود فلزی متفاوت برای اندازه گیری ORPوجود دارد، که ساختاری متفاوت دارند، ولی اساس کارشان، ضرورت وجود واکنش اکسایش و کاهش (احیا)، یکی است.

جدول 3. مقادیر ORPبافر های استاندارد کوین هیدرون

اولین نوع الکترود فلزی که در نظر می گیریم شامل تماس یک فلز با محلول حاوی یون خودش است. الکترود فلزی بخش کاهش یافته و یون های آن بخش اکسایش یافته هستند. مثالی برای این نوع الکترود، نقره در محلول نیترات نقره است. این نوع بیشتر در زمینه تحلیلی کاربرد دارد.

نوع دوم الکترود فلزی شامل یک فلز است که با لایه نازکی از نمک محلول از همان فلز که در محلولی از نمک قابل حل با آنیون یکسان حل شده باشد، آبکاری شده است(برای مثال نقره-نقره کلرید در محلول پتاسیم کلرید). نوع سوم الکترود فلزی شامل فلزی ثابت است که با محلول شامل حالت اکسید شده و کاهش یافته سیستم اکسایش کاهش (احیا) در تماس است. برای مثال پلاتین در تماس با فریک-یون فروس. پلاتین و طلا رایج ترین فلزات برای استفاده به عنوان الکترود هستند.

طبیعت محلول مورد آزمایش و روش مورد استفاده، نوع الکترود را معین می کند. می توان الکترود های مرجع را یکسان انتخاب کرد. اما یک الکترود از جنس فلز نجیب جایگزین الکترود شیشه ای pHمی شود. سیگنال دریافتی از الکترود های ORPباید به سمت یک تقویت کننده با مقاومت داخلی بالا هدایت شود.

اگر یک یا هر دو واکنش با یون هیدروژن جفت شوند، اندازه گیری ORPبه pHبستگی خواهد داشت. واکنش زیر را در نظر بگیرید، این واکنش در کاهش (احیا) کروم شش ظرفیتی کاربرد دارد:

Cr2O72- + 14H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7H2O

این واکنش به pHمحلول بستگی دارد. تغییرات پتانسیل اندازه گیری شده توسط الکترود ORPهمچنان با نسبت اکسایش کاهش (احیا) تغییر می کند، اما پتانسیل مطلق نیز با pHتغییر می کند. در مرحله اول pHتا 2-2.5پایین می آید. محلول دی اکسید گوگرد یا سدیم سولفیت به عنوان کاهنده مورد استفاده قرار می گیرد. واکنش کلی به صورت زیر است:

Cr2O72- + 2H+ + 3H2SO3 = 2Cr3+ + 4H2O + 3S042-

در مرحله دوم فرایند، مایعات زائد خنثی شده و pHآن ها به حدود 7-8رسانده می شود. در این pHیون کرومیک به صورت یک لجن رسوب کرده و و به تصفیه کننده فرستاده می شود که به طور کامل از بین رود یا بازیافت شود. تمام این واکنش ها در یک pHمشخص و یک بازه معین میلی ولت صورت می گیرند. با این که اندازه گیری ORPبه اندازه سنجش pHکاربرد ندارد، ولی یکی از مهم ترین کاربرد هایش در صنایع روکش کاری فلزات، اکسایش ضایعات سیانید است. اکسایش سیانید های سمی را به ترکیبات بی ضرر تبدیل می کند. به طور معمول گاز کلر یا سدیم هیپوکلریت اکسنده است. در مرحله اول سود سوز آور یا جوهر لیمو به محلول اضافه می شود تا ضایعات شامل سیانید را قلیایی کرده، pHآن را به 9-10برساند. محلول اسیدی آن گاز های مرگ آور سیانید آزاد می کند ؛ در نتیجه، سیستم به طور معمول pHرا کنترل می کند. واکنش مرحله اول به شکل زیر است:

Cl2 + CN- + 2OH- = 2Cl- + OCN- + H2O

مرحله دوم اکسایش سیانید در محدوده pHبین 7 تا 8 انجام می پذیرد:

3Cl2 + 2OCN- + 4OH- = 6Cl- + 2CO2 + N2 + 2H2O

در نیروگاه های صنعتی ORPبه ندرت برای واکنش های ساده و مشخص که پتانسیل آن ها به راحتی اندازه گرفته می شود، کاربرد دارد. در آلودگی زدایی پساب ها یا کارخانجات فاضلاب، برای مثال، محلول ها شامل یک گروه از ترکیبات است که معرف آن ها را اکسید می کند و همزمان آن ها را می کاهد. ORPبه غلظت ها و فعالیت های تمام واکنش های شرکت کننده مربوط می شود. در بسیاری از مواقع برای کنترل تجربی، استفاده از آن ضروری است.

اگر بخواهیم پتانسیل های نسبی را روزانه اندازه بگیریم، pHسنج باید هر بار استانداردسازی شده و به نقطه شروعش باز گردانده شود. شیشه سنجش را کوتاه کنید، ورودی ها را ارجاع دهید، و کنترل استاندارد سازی را روی حالت "میلی ولت مطلق" قرار داده، به وسیله الکترود های داخل یک محلول استاندارد قابل تکرار، پتانسیل را روی مقدار دلخواه قرار دهید و آن را صفر کنید.

از آن جا که ORPیک سنجش برای واکنش های اکسایش کاهش (احیا) در تعادل است، نباید به استانداردسازی یا کالیبراسیون احتیاج داشته باشد. می توان گفت پتانسیل اندازه گیری شده مطلق است. با این حال، مطلوب است که به طور مداوم سیستم ها را برای عملکرد صحیح و مسمومیت الکترود ها چک کرد. برای درست کردن محلول هایی با پتانسیل معلوم می توان از اشباع کردن محلول های بافر با کوین هیدرون استفاده کرد. واکنش به شکلی است که پتانسیل اندازه گیری شده، فقط با تغییر pHمحلول و دما تغییر می کند. فرایند به شکل زیر است:1)بافر را را با کوین هیدرون، که برای هر تست باید همان جا به صورت تازه ساخته شود، اشباع کنید. کوین هیدرون به مقدار زیاد محلول نیست، بنابراین چند کریستال از آن کافی است. محلول کهربایی رنگ خواهد بود. 2)الکترود پلاتین را تمیز کنید. 3)الکترود های پلاتین و مرجع را در محلول کوین هیدرون-بافر قرار دهید و پتانسیل و دما را اندازه بگیرید. پتانسیل اندازه گیری شده در بازه میلی ولت از مقدار تئوری خواهد بود. مقادیر ORPمحلول کوین هیدرون-بافر در جدول 3. آمده است.

[1] monofunctional

[2] colormetry

[3] electrometry

[4] Automatic Temperature Compensation

مرجع : متال فینیشینگ 2011

ترجمه و ویرایش: شرکت جلاپردازان

برای آنالیز پوشش فسفاته به ترتیب زیر عمل می‌کنیم:

1- ابتدا سطحی به ابعاد یک دسیمتر مربع را فسفاته کنید

2- با استفاده از 100 میلی‌لیتر محلول حاوی 5 درصد وزنی سدیم هیدروکسید و 0.5 درصد وزنی کربنات سدیم در دمای 80 تا 90 درجه سانتیگراد پوشش فسفاته ای را که در مرحله قبل روی پلیت نشانده شده است را به طور کامل حل ‌کنید(می‌توان با یک تیغه نیز پوشش را از روی سطح تراشید و در محلول بالا حل کرد)

3- محلول بالا را فیلتر کنید

4- 25 میلی‌لیتر از محلول بالا را برداشته و با استفاده از اسید نیتریک 40 % آن را اسیدی کنید

5- به محلول بالا 10 میلی‌لیتر معرف مولیبیدات آمونیوم اضافه کنید.(این محلول شامل 88.3 گرم مولیبیدات آمونیوم، 30 میلی‌لیتر محلول آمونیاک 25% و 240 گرم نیترات آمونیوم، در حجم یک لیتر است)

6- به محلول بالا 5 گرم نیترات آمونیوم اضافه کنید و خوب به هم بزنید

7- این محلول را به مدت 15 دقیقه در حالت سکون قرار دهید

8- رسوبات زرد رنگ نشاندهنده وجود فسفات در پوشش هستند

تعیین منگنز:

1- رسوبات زرد رنگ حاصل از مرحله قبل را فیلتر کنید

2- این رسوبات را در اسید نیتریک 20% گرم حل کنید (میزان اسید مورد استفاده نباید خیلی زیاد باشد. فقط تا اندازه ای که عمل انحلال به طور کامل انجام شود.)

3- به محلول بالا چند قطره محلول 3% آّب اکسیژنه اضافه کنید و برای از بین رفتن آب اکسیژنه اضافی محلول را چند دقیقه بجوشانید و سپس محلول را تا دمای محیط سرد کنید

4- محلول سرد را به دو بخش تقسیم کرده و با یک قسمت از آن 0.5 گرم بیسموتات سدیم اضافه کنید. این عمل باعث تبدیل تمام منگنز به پرمنگنات شده که باعث ایجاد یک رنگ بنفش- قرمز است که نشانه وجود منگنز در پوشش است.

تعیین کلسیم:

1- قسمت دوم محلول بالا را با افزودن چند قطره محلول آمونیاک 20% به pHحدود 2 تا 3 برسانید و محلول را تا دمای 80 درجه سانتیگراد گرم کنید

2- به محلول بالا 1 گرم اگزالات آمونیوم جامد اضافه کنید تا pHبه حوالی 5 تا 6 برسد. در صورتی که pHبه این بازه نرسید می‌توان با استفاده از محلول آمونیاک یا اسید نیتریک آن را تنظیم کرد.

3- در دمای 80 درجه در حضور کلسیم رسوب سفید کلسیم اگزالات تشکیل می‌شود. پس از 10 دقیقه رسوب را فیلتر کنید و آن را با محلول آبی 2 گرم بر لیتر آمونیوم اگزالات شستشو دهید

4- رسوب بدست آمده را در اسید کلریدریک 10% گرم حل کنید

5- دمای محلول بدست آمده را تا 80 درجه سانتیگراد بالا برده و با محلول آمونیاک دوباره pHآن را در بازه 5 تا 6 تنظیم کنید

6- پس از 10 دقیقه دوباره رسوب کلسیم اگزالات با بلورهای درشتتر بدست می‌آید.

تعیین روی:

1- 25 میلی‌لیتر از محلول بدست آمده در قسمت اول را با استفاده از محلول اسید کلریدریک 10% اسیدی کنید

2- به محلول بالا 5 میلی‌لیتر از محلول آبی 5% پتاسیم هگزا سیانو فریت (2) اضافه کنید

3- تشکیل رسوب سبز- سفید نشانه وجود روی در پوشش می‌باشد.

تماس با شرکت جلاپردازان

نحوه ارزیابی اسید کلریدریک بصورت کارگاهی

شرکت جلاپردازان پرشیا

تست اسید کلریدریک

اسید کلریدریک ورودی به دو صورت مورد تست قرار می گیرد تا مشخص شود که چند درصد است.

تست با کد JP-H02

با استفاده از بومه؛ که بومه اسید اندازه گیری می شود بومه بیش از 19 نشان دهنده اسید بیش از 30درصد وزنی است و قابل قبول است.

تست با کد JP-H01

مقدار درصد وزنی اسید کلریدریک در این روش به وسیله سود یک دهم نرمال مورد آنالیز قرار می گیرد.

روش انجام

1. ابتدا 5 میلی لیتر از اسید را برداشته و در بالن 500 میلی لیتری به حجم می رسانیم تا محلول یک درصد اسید کلریدریک اولیه حاصل شود.

2.با سود یک دهم نرمال تیتر شود

3.از فنل فتالین به عنوان معرف استفاده می شود

4.اگر مقدار سود بیش از 9.5 ؟ درجه شود، بدانمعنی است اسید کلریدریک اولیه 9.5 مولار بوده (30 درصدوزنی) و این قابل قبول است.

5. در صورت بدست آمدن اعداد دیکر از جدول مشخصات اسید کلریدریک کمک میگیریم.

مشخصات اسید کلریدریک مناسب برای آبکاری

آب مناسب برای آبکاری فلزات - پوشش فلزات

واحد تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان پرشیا

نحوه­ انجام تست آب و نتیجه گیری

1- تست سختی گیری آبJP-W02

                    a. طبق دستورالعمل گفته شده در کیت مقدار آن محاسبه شود.

توضیحات: مقدار سختی آب به کاتیونهای چند ظرفیتی موجود در آب بر می گردد که مهم ترین آنها یون کلسیم و منیزیم است. مقدار اندازه گیری شده بر حسب ppmیا میلی گرم در لیتر بیان می شود.

مقدار ppm کاتیون های موجود مشخص کننده مقدار سختی آب است.

آب نرم: کمتر از 60ppm

آب متوسط: بین 61تا120ppm

آب سخت: بین 121تا 180ppm

آب خیلی سخت: بیش از 181 ppm

2- تست مقدار هدایت آبJP-W01

                    a. دستگاه اندازه گیری را درون یک بشرپر از آب کرده و چند ثانیه صبر می کنیم تا حالت پایدار پیدا کند. عدد با خطای 1±ثبت می شود وواحد آن میکرو زیمنس بر سانتی متر است.

توضیحات: آب در حالت بسیار خالص بدون هیچ ناخالصی هدایتی برابر 0.055 میکرو زیمنس دارد. برای استفاده آزمایشگاهی بر اساس استاندارد ASTM (D1193-91)نوع IVدر دمای درجه سانتیگراد 25 برابر 5 میکرو زیمنس است.

3- تست پی اچ مترJP-W03

                    a. پی اچ متر را قبل از کار کالیبره کرده و مقدار پی اچ آب را اندازه گیری می کنیم. (در صورتی که از قبل کالیبره باشد نیازی به کالیبراسیون نیست)

بر اساس استاندارد ASTM (D1193-91)نوع IVمقدار پی اچ آب در دمای 25 سانتیگراد بین 5-8 مناسب است

جدول آب مناسب برحسب هدایت الکتریکی (برحسب میکروزیمنس/cm)برای حمام های مختلف

دستورالعمل کنترل کیفی چربی گیری مناسب آبکاری (الکتریکی و گرم)

ابتدا مقداری از ماده چربی گیری (الکتریکی یا گرم) را برداشته، سپس 5 گرم از آن را در یک بشر حل کرده و در بالن 100 میلی لیتری ریخته، به حجم رسانیده شود. این محلول بسان محلول 50 گرم بر لیتر است. سپس مقدار لازم از محلول برداشته می شود و بر اساس دستورالعمل، آنالیز می شود.

اگر مقدار نمک محلول چربیگیری، همان مقدار 50 گرم بر لیتر بدست آمد بدین معناست که نتیجه قابل قبول است. به علت اشتباهات انسانی حدود 5 الی 10 درصد خطا قابل قبول می باشد.

آنالیز چربیگیری گرم

مواد شیمیایی مورد نیاز:

· اسید کلریدریک 1 مولار

· محلول کلرید باریم (100 گرم بر لیتر)

· معرف فنل فتالئین (1 گرم در لیتراتانول)

تجهیزات مورد نیاز:

· ارلن مایر 300 میلی لیتری

· پیت 10 میلی لیتری

· استوانه مدرج 50 میلی لیتری

روش انجام آزمایش

· 10 میلی لیتر از محلول را توسط یک پیپت داخل ارلن مایر 300 میلی لیتری بریزید. (در دمای 20 درجه سانتیگراد)

· حدود 50 میلی لیتر آب مقطر اضافه نمایید

· 50 میلی لیتر محلول کلرید باریم بیافزیید

· 3-2 قطره معرف فنل فتالئین اضافه نمایید

· بوسیله اسید کلریدیرک 1 مولار محلول را تیتر نمایید تا رنگ آن از صورتی به بی رنگ تبدیل گردد.

محاسبه:

غلظت نمک چربیگیری بر حسب گرم برلیتر AK مساوی 7.28 * حجم مصرفی اسید کلریدریک 1 مولار

گرد آوری و ترجمه واحد تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان شهریور 94

هول سل چیست؟

یک محلول آبکاری که دارای تعدادی مواد شیمیایی است که هر کدام یک اثر معین بر روی ویژگی های پوششی که به شیوه ی الکتریکی بر روی سطح فلز می نشینند دارند. بنابراین برای رسیدن به یک پوشش با ویژگی های مورد نظر که

به روش الکتریکی روی سطح فلز می نشیند، نیاز به دانستن ترکیب الکترولیت دارد. از جمله موارد مهم، غلظت فلز و دیگر نمک ها در داخل محلول است. امروزه یک تعداد کافی روش های تجزیه ای شناخته شده وجود دارد که با استفاده از یک تکنیک ساده، مقدار کمی تجربه و دقت در انجام کار می توان به نتایج با صحت لازم رسید. اما برخی از این روش ها زمان بر هستند، از طرفی هم این روش ها به طور کلی برای کنترل و تعیین افزودنی های آلی مناسب نیستند. اگرچه نوع ترکیب های به کار گرفته شده برای این هدف توسط مقالات و پتنت ها تعیین شده اند، اما به ندرت شخص آبکاری وجود دارد که ترکیب شیمیایی دقیق را بداند و همچنین بسیار نادرند روش های در دسترس تجزیه ای برای تعیین غلظت ها در محلول آبکاری. از دیدگاه عملی این خطر وجود دادر که یک انحراف کوچک از غلظت بهینه ی عوامل افزودنی به طور معمول تغیرات چشمگیری در پوشش نشسته به روش الکتریکی تحت شرایط معمول آبکاری تولید نخواهد کرد و این باعث می شود شخص آبکار به هشدارهای خیلی حساس در ارتباط با نامناسب بودن محلول آبکاری دست پیدا نکند. با این حال خوشبختانه تغییرات به آسانی در پوشش نشسته به روش الکتریکی قابل رویت هستند و هول سل یک ابزار خیلی مناسب است برای برخی از تست های آبکاری. تست هول سل برای اولین بار توسط R.O.Hull طراحی شد. بزرگترین مزیت هول سل این است که برای شخص آبکار این امکان را فراهم می آورد که ویژگی های پوشش را در همه ی دانسیته جریان های مختلف بر روی یک پنل بسنجد.

اثرات زیر می تواند با استفاده از هول سل بررسی شود:

1. تغییر در اجزای اصلی محلول و عوامل افزودنی

2. اعمال تغییرات شرایط آبکاری همانند تغییر دما و دانسیته جریان

3. اثر ترکیبات آلی و معدنی مزاحم در داخل محلول

4. بررسی جنس تانک همانند اینکه لاستیک باشد یا پلاستیک

طراحی هول سل:

هول سل یک ظرف آبکاری کوچک شده است که دارای یک شکل ذوزنقه ای ویژه است. شکل ظرف و قطرهای آن اهمیت دارن و در شکل زیر اشکال آن نشان داده شده است. ظرف هول سل در ابعاد 250، 267، 320، 534 و 1000 میلی لیتری برای انجام کار مناسب هستند. هم می توان تنها ظرف های هول سل را تهیه نمود هم می توان همه ی اجزای هول سل را در یک مجموعه شامل منبع تغذیه، وسایل نگهدارنده ی پنل ها و حمام آب گرم تهیه نمود. از ظرف های هول سل، ظرف 267 میلی لیتری بیشتر قابل استفاده است چرا که محاسبه ی مقدار مواد افزودنی به آن آسانتر است. اما این ظرف دارای مشکلاتی از قبیل؛ مشکل بودن شرایط کنترل دمایی آن و همچنین ظرفیت کم محلول می باشد. ظرفیت ورق گذاری در ظرف 267 میلی لیتر 3 بار و در ظرف 534 میلی لیتری 5 بار می باشد و کنترل دمایی ظرف 534 میلی لیتری نیز آسان تر است. به طوری که برای شرایط تست های 5 دقیقه ای و دمای 25-30 درجه سانتی گراد و با جریان 1 تا 3 آمپر در ظرف 534 میلی لیتری تغییر دمای چندانی نیست و همچنین ظرف های 534 میلی لیتری قابلیت استفاده از چند آند را نیز دارا می باشند. از سل 1000 میلی لیتری برای زمانی که کنترل دمایی خیلی مهم است استفاده می شود. ظرف های 250،267 و 320 میلی لیتری یک ظرف و با یک ابعاد است فقط سطح محلول حمام در آن ها تعیین کننده ی حجم حمام است.

هول سل 11

آند در هول سل:

آند در هول سل کاملا مسطح و دارای ابعاد 2.25 * 2.5 اینچ است و به طور کامل قسمت انتهایی ظرف را پر میکند همانطور که در شکل نشان داده شده است. ضخامت آند نباید بیشتر از 0.2 اینچ باشد و ارتفاع آن به گونه ای باید باشد که مقداری از آن برای اتصال الکتریکی بیرون از محلول باشد. در همه ی تست ها باید از یک آند استفاده کرد تا دقت بیشتری وجود داشته باشد. جنس آندی که در حمام هول سل به کار گرفته میشود به محلول آبکاری وابسته است.

هول سل 12

33

کاتد در هول سل:

ترکیب و شرایط مناسب حمام آبکاری از ظاهر کاتد پس از انجام تست مشخص می شود. در صورتی که درخشندگی برای ما اهمیت داشته باشد نیاز است که از قبل کاتد پولیش مکانیکی داده شود. که این نشان می دهد ترکیبات و شرایط سطح کاتد می تواند یک اثر قابل ملاحظه بر روی پوشش داشته باشد. R.O.Hull استانداردهای کاتد را معرفی کرد؛ ورقه های استیل نیمه براق که با روی پوشش داده شده اند به عنوان کاتد برای پوشش های روی و کادمیم مناسب هستند. ورقه های برنج که خوب پولیش داده شده اند و دارای یک پوشش محافظ هستند به عنوان کاتد برای پوشش مس براق و نیکل براق مناسب هستند. پوشش روی بر روی کاتد برای محافظت در مقابل خوردگی استفاده می شود و برداشته می شود به واسطه ی غوطه ور کردن آن در یک محلول 50% از هیدروکلریک اسید و سپس شسته می شود و با استفاده از یک دستمال تمیز پاک می شود و قبل از استفاده نیز شسته می شود. برای ورقه های برنجی ابتدا پوشش آن با یک جسم تیز برداشته می شود و قطعه به مدت 20 ثانیه در یک پاک کننده ی داغ مخصوص ورقه های برنجی خیسانده می شود و باید دقت داشت اثر انگشت بر روی آن باقی نماند. کاتدی که استفاده می شود باید دارای ابعاد 7*10 سانتی متر باشد و ضخامت آن نزدیک به 0.5 میلی متر باشد. از هر کاتد یک بار بیشتر به صلاح نیست استفاده شود.

هول سل 13

تست هول سل و تفسیرش

توزیع جریان روی ورقه ی تست

برای اینکه توزیع جریان روی ورقه ی تست موثر باشد باید یک رنج وسیعی از دانسیته جریان ها را که محلول تحت تست با آن مواجه می شود را پوشش دهد. دانسیته جریان در هر نقطه از کاتد در هول سل از رابطه ی زیر به دست می آید.

که در اینجا I جریان کل بر حسب آمپر

C1, C2 این مقادیر به سل بستگی داشته که برای هر حجم آن این مقادیر محاسبه شده است لازم به ذکر است این مقادیر از یک الکترولیت به الکترولیت دیگر تغییر چندانی ندارد.

در اینجا L فاصله بین انتهای پانل تا انتهای قسمت دانسیته جریان بالای سل بر حسب سانتی متر است.

در روش دیگر از جدول زیر به منظور پیدا کردن دانسیته جریان نقاط مختلف بر حسب میزان جریان اعمال شده بر روی نقاط مختلف سطح پوشش گرفته ورق هول سل استفاده می شود.

برای استفاده از این جدول ورق هول سل را در محل قرارگیری ورق هول سل (ما بین دو جدول) قرارداده و از نقطه ای که می خواهیم دانسیته جریان آن را پیدا می کنیم خطی به بالا (آمپر بر فوت مربع) یا به پایین (آمپر بر دسی متر مربع) می کشیم، سپس خطی دیگر از میزان جریانی که به سل اعمال کرده ایم به صورت عمود بر خط فوق می کشیم.

محل تلاقی این دو خط بیانگر دانسیته جریان در نقطه موردنظر خواهد بود.

هول سل 14

روش تست هول سل

اگر از حمام های متفاوت آبکاری استفاده شود باید از ظرف های متفاوت استفاده شود. همچنین حداکثر آزمایشاتی که بدون اصلاح pH می توان در هول سل 267 میلی لیتری انجام داد 3 بار می باشد و بعد از سه بار باید از محلولی دیگر استفاده کرد. برای انجام تست هول سل مراحل زیر را به ترتیب انجام می دهیم:

مقداری از محلول آبکاری که از قبل در دمای مورد نیاز گرم شده است را داخل ظرف هول سل می ریزیم ( این مقدار از محلول باید به گونه ای باشد که سطح حمام پایین تر از سطح مشخص شده برای حجم مورد نیاز باشد)، ظرف هول سل باید دمای آن توسط یک حمام آب گرم (water jacket) در دمای از قبل تعیین شده تنظیم شود.
قبل از قرار دادن کاتد در داخل محلول، بین کاتد و آند یک مقدار کوچک از جریان اعمال می کنیم.
محلول آبکاری را به ظرف هول سل اضافه میکنیم تا سطح محلول به آنچه که مورد نظر ما است برسد.
جریان را به جریان مورد نظر می رسانیم و زمان لازم را می دهیم (برای اعمال جریان مستقیم (DC) از یک رکتیفایر آزمایشگاهی، 10 آمپر، 15ولت استفاده شود).
پس از پایان زمان آنالیز جریان را قطع نموده، کاتد را خارج کرده و کامل شسته و خشک می کنیم. راه خشک کردن کاتد غوطه ور کردن آن در الکل و سپس خشک کردن آن در معرض هوا است.

زمان انجام تست هول سل به محلول آبکاری و دانسیته ی جریان بستگی دارد و بهترین راه آن تعیین آن به صورت تجربی است.

هول سل 15

تفسیر نتایج تست هول سل:

یک تست بر روی یک حمام نیکل سرد با استفاده از یک براق کننده ورقه ای همانند شکل زیر به دست می دهد. دانسیته جریان بالا در ورقه در سمت چپ قرار دارد. ناحیه ی A تیره و زبر است، ناحیه ی B مات است، ناحیه ی C براق است، نایحه ی D یا پوشش بسیار کمی دارد یا اصلا پوشش نگرفته است. از ناحیه ی A به سمت ناحیه ی D به سمت دانسیته جریان پایین می رویم. یک طرح مناسب برای تفسیر نتایج با استفاده از مراجع، استفاده از قسمتی از ورقه ی بعد از تست کاتد است که در ناحیه ی بین خطوط نقطه چین قرار گرفته است.

هول سل 16

برای راحتی در ساختن مدل هایی که در آن ها تست های مختلف هول سل معرفی شده است از یک سری علایم برای نشان دادن ظاهر نواحی مختلف ورق تست استفاده شده است که در شکل زیر به نمایش گذاشته شده اند.

هول سل 17

اگر هدف از تست محاسبه ی اثر غلظت عوامل افزودنی در یک حمام جدید است، جریان کل باید به گونه ای باشد که محدوده ی وسیعی از پوشش براق را ایجاد کند.

رفع عیوب وانهای نیکل

مرجع: کتاب هند بوک آبکاری 92

گردآوری: علیرضا خلجزاده

رفع عیوب در حمام های آبکاری و محلول آبکاری نیکل

رفع عیوب حمام سیانید مس

مرجع: کتاب هندبوک 92

گردآوری: علیرضا خلج زاده

حمام مس سیانیدی

رفع عیوب حمام مس اسیدی

منبع: کتاب هند بوک 1392 انجمن صنایع آبکاری

گردآوری: علیرضا خلجزاده

.