در صنایعی که با تجهیزات و قطعات فلزی سر و کار دارند یکی از مسائل حائز اهمیت پوششهای صنعتی است که بر روی طیف وسیعی از ماشین آلات و قطعات فلزی اعمال می‌گردد. منظور از پوشش صنعتی، یک لایه‌ی فلزی بوده که به یک جزء اعمال می‌شود و با افزایش کارایی تجهیز و رسانایی آن، همچنین کاهش فرسودگی و اصطکاک و اثرات ناشی از خوردگی موجب بهبود بازدهی و افزایش ماندگاری قطعات می‌شود.
انتخاب متریال درست به عنوان پوشش صنعتی موضوع پیچیده و پراهمیتی می‌باشد. به دلیل تفاوت در ویژگی محیط‌ها و نوع مصارف به منظور انتخاب متریال مناسب برای پوشش باید روی فلزات مختلف، انواع فرآیندها و واکنش‌ها شناخت داشت.
پوشش کروم سخت (Hard Chrome) چیست؟
آبکاری کروم فرآیند اعمال یک لایه از کروم بر روی جزء فلزی می‌باشد. اولین قدم در آبکاری صنعتی (پوشش‌کاری صنعتی) کروم معمولاً چربی‌زدایی و تمیزکاری سطحی می‌باشد که کروم قرار است روی آن اعمال شود و به عنوان زیر لایه یا Substrate شناخته می‌شود. بسته به نوع ترکیبات، روی زیر لایه عملیات مختلفی انجام می‌شود. شخص تکنسین تا زمانی که ضخامت مورد نیازش به دست بیاید قطعه آبکاری شده را در حمام الکتروشیمیایی غوطه‌ور می‌کند. کروم سخت، که اغلب کروم صنعتی نامیده می‌شود، با کروم تزئینی تفاوت دارد و در درجه اول طراحی شده است که کاربردی باشد تا زیبا باشد. هدف اصلی کروم تزئینی بالابردن جذابیت بصری قطعه مورد نظر با اعمال پوشش کروم می‌باشد. پوشش کروم سخت مقاومت بیشتری داشته و برای محدوده‌ی وسیعی از محیط‌ها به کار می‌رود.
آبکاری کروم سخت به چه منظور انجام می‌شود؟
پس از انجام کامل مراحل آبکاری کروم سخت یک پوشش نرم که کاربردی و مقاوم است را در اختیار داریم و ویژگی‌های آن باعث می‌شود برای بسیاری از کاربردهای مختلف مهندسی ایده‌آل باشد.
در صنایع وابسته به خودروسازی از آبکاری صنعتی کروم سخت متناوباً برای قسمت‌هایی که در حرکت و تماس‌اند مانند پیستون و کمک فنر به منظور جلوگیری از سایش استفاده می‌شود. هم چنین در سفینه‌ها نیز گیربکس‌هایی که برای فرود وجود دارند هم این پوشش را دارند. کروم سخت برای بازیابی قطعات قدیمی و ساییده شده یا تعمیر قطعاتی که حین فرآیند تولید به اشتباه دچار ایراد شده‌اند کاربرد دارد.
پوشش الکترولس نیکل (Electroless Nickel Plate یا به اختصار ENP) چیست؟
در فرآیند آبکاری الکترولس نیکل، از آلیاژ نیکل فسفر برای پوشاندن زیر لایه استفاده می‌شود که این کار موجب حفاظت و بهبود کارایی آن خواهد شد. همانطور که از نام آن پیداست در فرآیند آبکاری الکترولس نیکل مانند آبکاری کروم سخت، که گاهی نیاز به الکتریسیته دارد، نیازی به جریان الکتریکی نیست. در عوض، بعد از این که قطعه تمیز و آماده شد، روش آبکاری الکترولس نیکل با استفاده از یک واکنش شیمیایی اتوکاتالیستی انجام می‌شود.
در طی فرایند آبکاری الکترولس نیکل، هیپوفسفیت به عنوان یک عامل کاهنده استفاده می‌شود، که نتیجه‌ی آن پدیدار شدن مقدار نامشخصی فسفر در فرآیند آبکاری می‌باشد. الکترولس نیکل را می‌توان در سطوح پایین، متوسط یا بالا از مقدار فسفر دسته بندی کرد. پوشش نیکل با فسفر کم دارای بین 2 تا 5 درصد، با فسفر معمولی بین 6 تا 9 درصد و با فسفر زیاد بین 10 تا 13 درصد فسفر است. معمول ترین نوع پوشش، پوشش متوسط با حدود هشت درصد فسفر می‌باشد.
میزان فسفر در آبکاری می تواند روی ویژگی‌های آن تاثیر بگذارد. پوشش با میزان فسفر پایین سخت ترین نوع پوشش را فراهم می‌کند، پوشش با میزان فسفر متوسط کمتر سخت است، اما صفحات در آن بیشترین سرعت را دارند و پوشش با میزان فسفر بالا کمترین میزان سختی را داراست اما برای حفاظت در برابر خوردگی بهترین نوع است. همه‌ی پوشش‌ها می‌توانند به منظور افزایش سختی پخته شوند، اما این عمل منجر به کاهش میزان حفاظت در برابر خوردگی می‌شود.
آبکاری الکترولس نیکل سخت به چه منظور انجام می‌شود؟
پوشش الکترولس نیکل در محدوده‌ی وسیعی از صنایع، مانند صنایع وابسته به خودرو، صنایع الکترونیکی و صنعت نفت و … بر روی بسیاری از اجزا اعمال می‌شود.
تولیدکنندگان خودرو از این پوشش به منظور حفاظت از اجزای مختلف مانند سیلندر و پیستون و … در برابر سایش و خوردگی استفاده می‌کنند. در صنعت فضایی، این پوشش به دلایل مشابه بر روی شیرآلات، شفت‌های مهندسی و دیگر اجزا اعمال شده و در صنایع الکترونیکی در سخت‌افزارها و فیبر مدار چاپی کاربرد دارد
در صنعت نفت و گاز از فرآیند آبکاری الکترولس نیکل برای تجهیزاتی که در معرض شرایط سخت و نامساعد در زیرِ زمین یا داخل آب قرار دارند استفاده می‌شود. این پوشش بخش مهمی از پمپ‌های مختلف، اتصالات لوله و همچنین مجرابند شیرآلات توپی و سماوری است.
بر اساس آخرین استاندارد شرکت ملی گاز ایران (IGS-M-PL-002-3(0)) که در سال 2017 منتشر شده است، توپی و استم بال ولو باید حداقل دارای 50 میکرون نیکل با سختی 800HV باشند.
در خصوص شیرآلات سماوری (پلاگ ولو) بر اساس استاندارد شرکت ملی گاز ایران (IGS-M-PL-002-1(4)) مجرابند و استم شیرآلات باید دارای حداقل 50 میکرون کروم سخت یا نیکل باشد. سختی پوشش اعمالی بر روی پلاگ نیز می‌بایست 800HV باشد.
تفاوت‌های اساسی پوشش نیکل و کروم سخت
سطح زیر لایه
پوشش کروم سخت و الکترولس نیکل هر دو برای بسیاری از سطوح با متریال مختلف به کار می‌روند. به دلیل این که هر دو پوشش فلزی روی سطح اجزا به طور یکنواخت قرار می‌گیرند اگر شئ دارای ظاهر غیر معمول مانند شکاف یا سوراخ باشد مشکلی پیش نمی‌آید.
الکترولس نیکل می‌تواند با سرعت بیشتری نسبت به کروم سخت پوششی یکنواخت ایجاد نماید زیرا ممکن است برای یکنواخت کردن کروم نیاز به صیقل باشد. پوشش الکترولس نیکل در مقایسه با پوشش کروم برای قطعات غیر معمول (همانطور که در بالا گفته شد دارای شکاف یا سوراخ باشند) به صرفه‌تر است زیرا مقدار کمتری از آن استفاده می‌شود.
از پوشش کروم در بسیاری از انواع فلزات مانند استنلس استیل، مس، برنج و همچنین پلاستیک استفاده می‌شود. الکترولس نیکل می‌تواند بر روی بسیاری از انواع فلزات و پلاستیک‌ها به خوبی عمل نماید.
مقایسه سختی
همان گونه که از نام کروم سخت پیداست ویژگی اصلی آن سختی می‌باشد. این ویژگی کمک می‌کند تا پوشش هارد کروم (کروم سخت) را در برابر سایش‌های صنعتی از جمله تماسهای شدید مکانیکی مقاوم کند. سختی پوشش کروم سخت بر اساس مقیاس Rockwell C بین 68 تا 72 است.
الکترولس نیکل می‌تواند از اجزا در برابر ساییدگی و از هم گسستن که به مرور زمان پدید می‌آید، جلوگیری کند. این عمل به صرفه‌جویی در پول شرکت‌ها در بخش تعمیر و تعویض قطعات کمک می‌نماید. سختی پوشش بر اساس مقیاس Rockwell C برابر 63 می‌باشد.
در هر صورت هر دو پوشش هارد کروم و الکترولس نیکل می‌توانند از تجهیز شما در برابر ساییدگی محافظت کنند اما در صورتی که اولویت، پایداری بیشتر باشد استفاده از هارد کروم مناسب‌تر است.
مقایسه ماندگاری
هر دو پوشش هارد کروم و الکترولس نیکل مدت زمان زیادی ماندگاری دارند، حتی در برخوردهای مکانیکی و دیگر عواملی که باعث ساییدگی می‌شوند. نه تنها پوشش‌کاری از زیر لایه محافظت می‌کند بلکه استفاده از این پوششهای با مقاومت بالا سبب رفع نیاز مکرر به پوشش‌کاری بخش‌های مختلف می‌شوند. در نتیجه هزینه‌ها کاهش می‌یابد.
فرآیند الکترولس کردن نیکل باعث دوام بالاتر می‌شود. نیکل زمانی که با روش‌های مرسوم الکترونیکی به سطح اعمال می‌شود دوام کمتری دارد در حالی که الکترولس نیکل دوام طولانی‌تری دارد و همین باعث مقرون به صرفه بودن آن می‌گردد.
مقایسه مقاومت خوردگی
یکی از مهمترین مزایای پوشش فلزی در کنار مقاومت سایشی که در بالا به آن اشاره شد، مقاومت در برابر خوردگی می‌باشد. هر دو پوشش کروم سخت و الکترولس نیکل در برابر خوردگی مقاومت مناسبی دارند و از متریال در برابر فرسایش و تخریبی که در اثر در معرض هوا بودن رخ می‌دهد محافظت می‌کنند. اگرچه هر دو پوشش در برابر خوردگی مقاوم‌اندبا این حال مطالعات نشان می‌دهند که به خصوص در نقاط کورالکترولسنیکل دارای برتری است.
منظور از نقاط کور نقاطی است که دسترسی به آن‌ها دشوارتر می‌باشد و بیشتر مستعد خوردگی می‌باشند. در نتیجه در این نقاط باید پوشش بیشتری قرار داده شود تا از خوردگی جلوگیری کرد. در حالی که هر دو پوشش مناسب‌اند پوشش الکترولس نیکل برای مقاومت در برابر خوردگی ارجحیت دارد.
ضریب اصطکاک
ضریب اصطکاک اشاره به این دارد که چطور یک ماده می‌تواند از روی دیگری عبور کند. این ضریب با تقسیم نیروی لازم برای حرکت دادن یک جسم بر روی جسم دیگر به نیرویی که آن دو جسم را در کنار یکدیگر قرار می‌دهد به دست می‌آید. ضریب اصطکاک پایین به معنی این است که شئ به راحتی از روی دیگری عبور می‌کند. ضریب اصطکاک به عوامل زیادی بستگی دارد، شامل سطحی که روی آن را پوشش‌کاری کردیم، ضخامت پوشش و عوامل محیطی مانند دما.
محاسبه ضریب اصطکاک کار دشواری می‌باشد اما با استناد به تعدادی تست،که در آن این عوامل ثابت باقی مانده‌اند، می‌دانیم کروم سخت و الکترولس نیکل نسبت به بسیاری از فلزات دیگر ضریب اصطکاک پایینتری دارند. با این حال کروم سخت دارای ضریب اصطکاک پایینتری از الکترولس نیکل است که باعث می‌شود روان‌کارها (مانند گریس) حرکت راحت‌تری داشته باشند. این ویژگی‌ها پوشش کروم سخت را برای اجزایی مانند پیستون‌ها و سیلندرهای هیدرولیکی که اصطکاک زیادی دارند انتخاب مناسبتری می‌سازند.
خاصیت رسانایی
زمانی که قابلیت رسانایی جریان الکتریکی برای ما اهمیت داشته باشد در بین فلزات به دنبال مس میگردیم. به دلیل این که مس جریان الکتریکی را فوراً انتقال می‌دهد، کمیسیون بین‌المللی الکترونیکی یک استاندارد برای رسانندگی مس خالص آنیل شده تنظیم کرده است که با عنوان International Annealed Copper Standard شناخته می‌شود (IACS). برای توصیف میزان رسانایی یک فلز می‌توان آن را بر اساس درصد IACS تعریف کرد.
در این مقیاس مس 100 درصد است. کروم 13 درصد است، به این معنی که 13 درصد رسانایی مس را دارد. طلا حدود 73 درصد و نقره خالص 105درصد است. پوشش هارد کروم و الکترولس نیکل معمولاً به منظور ویژگی رسانایی الکتریکی استفاده نمی‌شوند. آن‌ها رسانا هستند اما نه به اندازه‌ی دیگر فلزات.
ظاهر
اگرچه ظاهر قطعه در صنعت مسئله اساسی و مهمی نمی‌باشد، مزایایی در انتخاب پوشش هارد کروم و الکترولس وجود دارد. کروم یک ظاهر درخشان، صاف و تازه‌تری دارد بنابراین محبوب‌تر است. رنگ نیکل یک ظاهر کلایسک دارد و در اثاثیه منزل هم دیده می‌شود. پوشش الکترولس نیکل ظاهر براق‌تری نسبت به پوششهای الکترونیکی دارد.