آبكاري برقي

آبكاري برقيElectroplating

تعريف آبكاري

 يك فرآيند شيميايي يا برقي- شيميايي سطحي مي‌باشد. در اين فرآيند يك لايه فلزي (به ندرت غير فلزي) روي ماده اصلي مي‌نشيند. در اصل دو نوع فلز مختلف (الكترودها) در يك مايع رسانا (الكتروليت) غوطه‌ور و از خارج به وسيله يك منبع جريان مستقيم به يكديگر متصل مي‌شوند. كاتيون‌هاي داراي بار مثبت الكتروليت (براي مثال مس دو ظرفيتي) به طرف كاتد منفي مي‌روند و در آن جا دو الكترون جذب و احياء و تبديل به فلز خنثي مي‌شود (مس 2 ظرفيتي + 2الكترون ! مس). اين فلز روي كاتد (ماده‌اي كه بايد آبكاري شود) به شكل يك پوشش نازك رسوب مي‌كند. در عوض، در آند با بار مثبت، به وسيله اكسيد شدن به شكل كاتيون‌هاي با بار مثبت وارد مايع رسانا مي‌شود (مثلاً، مس! مس 2 ظرفيتي با بار مثبت + 2الكترون).

مصارف

آبكاري اجزاء و دستگاه‌ها در تمام زمينه‌هاي فن‌آوري مورد استفاده قرار مي‌گيرد. هدف از آبكاري سه مورد است:

الف) حفاظت از مواد در برابر خوردگي (براي مثال به وسيله يك پوشش نيكلي)

ب) بهبود خصوصيات سطح (براي مثال به وسيله پوشش با كروم سخت)

ج) دستيابي به زيبايي مطلوب (براي مثال به وسيله آبكاري با نقره يا طلا)

به مفهوم محدودتر گالوانيزه كردن دو زمينه اصلي آبكاري (رسوب الكتروليتي لايه‌هاي فلز) و هنر گالوانوپلاستيك (توليد الكتروليتي اشياي فلزي) را در برمي‌گيرد. در فرآيند دوم قالب‌ها (براي مثال گچ يا پلاستيك) با به كار گيري گرافيت رسانا مي‌شوند و به عنوان كاتد متصل مي‌شوند به طوري كه فلز بتواند روي آن‌ها رسوب كند. در سال‌هاي اخير روش آند كردن آلومينيوم (Eloxation) خيلي مهم شده است. در اين فرآيند قطعات آلومينيومي در اسيد سولفوريك رقيق غوطه‌ور مي‌شوند و به عنوان آند به كار مي‌روند. در اين حالت به جاي تشكيل يون‌هاي مثبت آلومينيوم به وسيله اكسيد شدن، رسوب اكسيد آلومينيوم هنگام پيدايش اتم‌هاي اكسيژن در آند مانند لايه اكسيد مي‌چسبند. با استفاده از اسيد سولفوريك به عنوان الكتروليت قسمتي از اكسيد تشكيل شده حل و سطح لايه متخلخل مي‌شود. مواد رنگي يا مواد حساس به نور را مي‌توان در اين سوراخ‌ها رسوب داد (توليد صفحات اساسي).

فرآيند‌ها

براي دستيابي به رسوب گالوانيكي مطلوب قطعات كار بايد به طور كامل تميز شوند. اين كار را مي‌توان به روش مكانيكي سايش، برس زدن و براق كردن و يا به روش شيميايي يا الكتروشيميايي يا حلال‌هاي چربي آلي يا محلول‌هاي آبي قليايي، يا چربي‌زدايي الكتروليتي انجام داد. در اين فرآيند آخر چربي موجود روي قطعه كار را در ظروفي كه حاوي(قسمتي) سيانيد و قليايي غليظ هستند، به وسيله هيدروژن يا اكسيژني مي‌زدايند كه از طريق الكتروليتي تشكيل مي‌شود. نتيجه نهايي سطوح فلزي عادي از اكسيد و چربي است (مرسوم به سطوح فلزي سفيد) بعد از مراحل شستشو گالوانيزه كردن واقعي انجام مي‌شود. محلول‌هاي الكتروليت ممكن است اسيدي، قليايي يا سيانيدي/قليايي باشند.

اصول فرآيند گالوانيزه كردن به اين قرار است: تميز كردن مكانيكي قطعه كار!چربي زدايي كلي با هيدروكربن‌هاي آلي! پاك‌شويي در اسيدهاي غليظ يا قليايي! شستشو، خنثي‌سازي!گالوانيزه كردن ! شستشو (شستشوي اوليه و شستشوي نهايي) !خشك كردن.

يك روش موثر همراه با صرفه‌جويي در مصرف آب، مثلاً با استفاده از اصل برگت آب داراي اهميت زياد است، زيرا فرآيند محلول‌هاي رقيق بسيار مشكل‌تر از محلول‌هاي غليظ مي‌باشد. اثر شستشو را مي‌توان با دميدن هوا زيادتر كرد.

مخاطرات و پيشگيري از آن‌ها

در هر يك از مراحل فرآيند گالوانيزه كردن خطرهاي مختلفي به علت استفاده از محلول‌هاي مواد محرك و شيميايي سمي، اسيدهاي غليظ و قليايي‌ها و همچنين بخارهاي آن‌ها وجود دارد. به علاوه تماس با گردوغبار مواد و گازها و بخارهاي حلال‌هاي آلي مورد استفاده براي تميز كردن نيز خطر آفرين هستند. خطر ديگر جريان برق مي‌باشد. قاعده بر اين است كه وسايل گالوانيزه كردن در اتاق‌هاي بالا نصب شوند و مجهز به تهويه خوب باشند. دستگاه تهويه بايد طوري باشد كه هواي خارج شده به طرف پايين رانده شود و هواي تازه از بالا وارد شود.

هنگام تميز كردن مكانيكي قطعه كار، مثلاً صيقلي كردن و پرداخت با خميرهاي مخصوص، يا چرخ‌هاي ساييده غبار فلزي يا اكسيدي تشكيل مي‌شود كه بايد به وسيله مكش مستقيماً از منبع توليد برداشت شوند. غبار آلومينيوم بايد در يك محفظه مرطوب جمع‌آوري تا از انجار احتمالي جلوگيري شود. آهن و آلومينيوم را بايد در واحدهاي جداگانه نرم كرد. افرادي كه در فرآيند مكانيكي كار مي‌كنند، غالباً به علت كار كردن در حالت ايستاده و اثر جريان هوا از دردهاي روماتيسمي شكايت دارند. به علاوه جراحت مكانيكي دست‌ها و چشم‌ها، همچنين آثار محرك و سمي روي پوست يا بروز حساسيت پوستي را بايد انتظار داشت. بايد از عينك و مواد محافظ پوست استفاده كرد. اصول كلي مهندسي انساني، بخصوص در طراحي واحدهاي صيقل‌كاري و پرداخت بايد رعايت شود.

در چربي‌زدايي قطعات كار، كه قسمتي با حلال‌هاي آلي كرم(مثلاً، هيدروكربن‌هاي كلردار) انجام مي‌گيرد، خطر مسموميت از راه تنفس بخارها تماس با پوست يا از راه‌ دهان وجود دارد. آثار تجمع در بدن بخصوص خطرناك است. در مورد مسموميت حاد ابتدا آثار بيهوشي ظاهر مي‌شود و در مرحله نهايي منجر به فلج شدن دستگاه تنفس مي‌شود. در مسموميت مزمن آثار دستگاه اعصاب مركزي و آسيب كبدي آشكار مي‌شود. حفاظت بايد به وسيله مكيدن بخارهاي حلال، كه سنگين‌تر از هوا هستند، از پايين يعني محل تجمع آن‌ها انجام شود. حمام‌هاي چربي‌زدايي بايد طوري نصب شوند كه يك ناحيه ايمن 80 تا 100 سانتي‌متري بين منطقه تنس كارگر و لبه ظرف وجود داشته باشد. تهويه ريوي روي ميز براي انجام عمليات بعد از زدايش چربي ضروري است. اثر تماس مواد زداينده چربي را با پوست بايد در نظر داشت. به هيچ عنوان نبايد از بنزن براي از بين بردن چربي استفاده شود.

در فرآيند اسيد شويي خطر اصلي را اثر خورندگي اسيدهاي غليظ و قليايي‌ها روي پوست و مخاط به وجود مي‌آورند. گازهاي ازت حاصل از اسيد نيتريك بعد از يك دوره نهايي چندين ساعته مي‌توانند سبب مسموميت جدي همراه با برونشيت، پنوموني و ورم ريوي شوند. در چنين مواردي درمان در بيمارستان هميشه ضروري است.

اثر خورندگي اسيد فلوئوريك روي پوست و مخاط، كه اغلب تا چند ساعت بعد از تماس حس نمي‌شود، مي‌تواند منجر به جراحت خيلي جدي شود.

كمك‌هاي اوليه هنگام سوختگي با اسيد يا قليا، حتي سوختگي چشم‌ها هميشه شامل شستشو با آب فراوان است و درمان اختصاصي بايد فوري شروع شود.

معمولاً قليا‌ها بيشتر از اسيدها سبب ضايعات پوستي مي‌شوند. براي جلوگيري از آسيب‌هاي اسيدها و قلياهاي غليظ بايد متوجه گرماي ناشي از واكنش بود. هميشه بايد اسيد را در آب ريخت و دائماً به هم زد، نه برعكس. اين كار بخصوص شامل اسيد سولفوريك غليظ مي‌شود.

حمام‌هاي حاوي سيانيد در چربي‌زدايي الكتروليتي زياد به كار برده مي‌شود. سيانيدها با اسيدها واكنش مي‌كنند و اسيد پروسيك فرار با سميت بالا توليد مي‌كنند. غلظت كشنده آن در هوا 300 تا 350 پي‌پي‌ام است. جذب سيانيدها از راه پوست يا دهان نيز ممكن است مسموميت ايجاد كند. كمك‌هاي اوليه شامل انتقال فرد مسموم به هواي آزاد، بيرون آوردن لباس‌هاي آلوده، شستشوي پوست با آب و در صورت امكان استنشاق اكسيژن و شكستن آمپول نيتريت‌آميل و گرفتن جلوي بيني بيمار مي‌شود.

براي جلوگيري از مسموميت اتفاقي با سيانيد لازم است كار به طور دقيق و و رعايت شرايط ايمني انجام شود. غذا نبايد رور ميز كار خورده شود. دست‌ها و لباس‌ها بايد هميشه كاملاً تميز باشند.

در خود حمام‌هاي گالوانيك خطرهاي زيادي وجود دارد. آثار اسيد كروميك و نمك‌هاي آن و همچنين تركيب‌هاي نيكل بايد فوري درمان شود. در آبكاري با كروم بايد بين آبكاري تزئيني با كروم(0.5-0.1 ميكرون) به وسيله لايه واسطه مس ي نيكل و آبكاري سخت با كروم (ضخيم‌تر از 10 ميكرون) بدون لايه واسطه تفكيك قائل شد. كروم از الكتروليت‌هاي حاوي تركيبات كروم شش ظرفيتي رسوب مي‌كند. اين تركيب‌ها سبب سوختگي، زخم و اگزماي پوست و مخاط و سوراخ شدن ديواره بيني مي‌شوند. آسم ريوي نيز ممكن است بروز نمايد. تا به حال به طور واضح ثابت نشده كه خطر سرطان در صنعت آبكاري با كروم افزايش مي‌يابد يا نه. در ظاهر خطر تماس با كرومات در آبكاري سخت با كروم بيشتر از آبكاري با كروم براي تزيين است.

نمك‌هاي نيكل نيز مي‌تواند سبب آلرژي دير علاج با تحريك سمي پوست بشوند و بعضي از تركيبات نيكل براي انسان‌ها به عنوان سرطان‌زا در نظر گرفته مي‌شوند. البته تا به حال افزايش تومورهاي بدخيم در كارخانه‌هاي گالوانيك مشاهده نشده است، اگر چه تراكم نيكل در ادرار كارگران وجود تماس را مشخص مي‌سازد. به طور كلي اشخاصي كه داراي سابقه آلرژي و بيماري ريوي هستند نبايد در كارگاه‌هاي آبكاري كار كنند.

موقع كار كردن در حمام‌هاي آبكاري، بايد از لباس‌هاي ضد اسيد و دستكش‌ها، كفش‌هاي ايمني و عينك‌هاي دوردار استفاده شود. استفاده مرتب از مواد محافظ پوست توصيه مي‌شود. براي بهبود كيفيت هواي مجاور حمام‌هاي آبكاري، روش انتخابي تهويه خارج كننده قوي همراه با پوشاندن حمام‌ها براي كاهش سطح آن‌ها مي‌باشد. در صورت امكان تهويه خارج‌كننده حمام‌هاي سيانيد، اسيد قليا بهتر است به طور جداگانه نصب شوند.

موثرترين روش، تهويه در لبه حمام است. اثر مكش را مي‌توان به وسيله دمش هوا در لبه حمام افزايش داد. ارزش متوسط مقدار هواي خارج شده در هر دسي‌متر مكعب سطح حمام 2700-1800 متر مكعب در ساعت است. در بسياري از موارد، مي‌توان حمام‌ها را به وسيله اجسام كروي پلاستيكي شناور يا گذاردن لايه‌هاي فوم پوشاند. در نتيجه تجزيه آب هنگام تجزيه الكتريكي، هيدروژن مخلوط با هوا روي سطح حمام جمع و مي‌تواند ايجاد انفجار كند. در اين‌جا هم تهويه مكنده بادي به عنوان يك اقدام حفاظتي ضروري در نظر گرفته شود.

كارگاه‌هاي گالواتيك محل‌هاي مرطوبي هستند، بنابراين در موقع طراحي آن‌ها، كف‌ها را بايد غير لغزنده انتخاب كرد، و بهترين راه‌حل استفاده از كف‌هاي پلاستيكي است. قطعات كار بايد به داخل حمام‌ها چكه كنند تا كف كارگاه لغزنده نشود. براي پيشگيري از حوادث الكتريكي، مقررات محلي بايد بايد اكيداً رعايت گردد. از كليه‌هاي دستگاه‌هاي الكتريكي به طور صحيح نگهداري شود. به علاوه نظارت بر محيط و در صورت امكان نظارت زيست‌شناختي توصيه مي‌شود.