پوشاندن یک جسم با یک لایه نازک از یک فلز با کمک یک سلول الکترولیتی آبکاری نامیده می‌شود. جسمی که روکش فلزی روی آن ایجاد می‌شود باید رسانای جریان برق باشد. الکترولیت مورد استفاده برای آبکاری باید دارای یون‌های آن فلزی باشد که قرار است لایه نازکی از آن روی جسم قرار بگیرند.
آبکاری طلا چیست؟
فرایند آبکاری معمولاً با فلزات گرانبها چون طلا و نقره و کروم جهت افزایش ارزش فلزات پایه مانند آهن و مس و غیره و همچنین ایجاد روکشی بسیار مناسب (در حدود میکرومتر) برای استفاده از خواص فلزات روکش کاربرد دارد. این خواص می‌تواند رسانایی الکتریکی و جلوگیری از خوردگی باشد. فعل و انفعال بین فلزها با واسطه‌های محیطی موجب تجزیه و پوسیدگی آنها می‌شود؛ چون فلزها میل بازگشت به ترکیبات ثابت را دارند.
پوسیدگی فلز ممکن است به‌صورت شیمیایی (توسط گازهای خشک و محلول‌های روغنی گازوئیل و نفت و مانند اینها) و یا الکتروشیمیایی (توسط اسیدها و بازها و نمک‌ها) انجام پذیرد. طبیعت و میزان خوردگی به ویژگی‌های آن فلز٬ محیط و حرارت وابسته است. روش‌های زیادی برای جلوگیری از خوردگی وجود دارد که یکی از آنها ایجاد روکشی مناسب برای فلزها می‌باشد و معمول‌ترین روش‌های روکش فلزها عبارتند از: رنگین کردن فلزات ٬ لعاب‌کاری ٬ آبکاری با روکش پلاستیک٬ حفاظت کاتدیک و آبکاری با فلزات دیگر.
- اصول آبکاری
به‌طورکلی ترسیب فلز با استفاده از یک الکترولیت را می‌توان به‌صورت واکنش زیر نشان داد:
فلز <-------- الکترون) z + کاتیون فلزی)
ترکیب فلز با روش‌های زیر انجام می‌شود:
- آبکاری الکتریکی
در این روش ترسیب گالوانیک یک فلز بر پایه واکنشهای الکتروشیمیایی صورت می‌گیرد. هنگام الکترولیز در سطح محدود الکترود / الکترولیت در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیایی الکترون‌ها یا دریافت می‌شوند (احیا) و یا واگذار می‌شوند (اکسیداسیون). برای اینکه واکنشها در جهت واحد مورد نظر ادامه یابند لازم است به طور مداوم از منبع جریان خارجی استفاده شود.
واکنشهای مشخص در آند و کاتد همچنین در الکترولیت همیشه به‌صورت همزمان صورت می‌گیرند. محلول الکترولیت باید شامل یون‌های فلز رسوب‌کننده باشد و چون یون‌های فلزها دارای بار مثبت می باشند به علت جذب بارهای مخالف تمایل به حرکت در جهت الکترود یا قطبی که دارای الکترون اضافی می‌باشد (قطب منفی یاکاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت یا آند نامیده می‌شود. به‌طورکلی سیکل معمول پوشش‌دهی را می‌توان به‌صورت زیر در نظرگرفت:
- یک اتم در آند یک یا چند الکترون از دست می‌دهد و در محلول پوشش‌دهی به‌صورت یون مثبت در می‌آید.
- یون مثبت به طرف کاتد یعنی محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت می‌کند.
- این یون الکترون‌های از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبدیل به اتم به‌صورت جزیی از فلز رسوب می‌کند.
قوانین فارادی
قوانین فارادی که اساس آبکاری الکتریکی فلزها را تشکیل می‌دهند نسبت بین انرژی الکتریکی و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان می‌دهند.
قانون اول: مقدار موادی که برروی یک الکترود ترسیب می‌شود مستقیماً با مقدار الکتریسیته‌ای که از الکترولیت عبور می‌کند متناسب است.
قانون دوم: مقدار مواد ترسیب شده با استفاده از الکترولیت‌های مختلف توسط مقدارالکتریسیته یکسان به‌صورت جرم‌هایی با اکی‌والان مساوی از آنهاست.
بر اساس این قوانین مشخص شده است که ۹۶۵۰۰ کولن الکتریسیته (یک کولن برابر استبا جریان یک آمپر در یک ثانیه) لازم است تا یک اکی‌والان گرم از یک عنصر را رسوب دهد یا حل کند.
آبکاری بدون استفاده از منبع جریان خارجی
هنگام ترسیب فلز بدون استفاده از منبع جریان خارجی الکترون‌های لازم برای احیای یون‌های فلزی توسط واکنشهای الکتروشیمیایی تامین می‌شوند. بر این اساس امکان وجود دارد:
- ترسیب فلز به روش تبادل بار (تغییر مکان) یا فرایند غوطه‌وری:
اساس کلی این روشبر اصول جدول پتانسیل فلزها پایه‌ریزی شده است. فلزی که باید پوشیده شودباید پتانسیل آن بسیار ضعیف‌تر (فلز فعال) از پتانسیل فلز پوشنده (فلزنجیب) باشد.
فلزی که باید ترسیب شود باید در محلول به حالت یونی وجود داشته باشد. برای مثال به هنگام غوطه‌ور نمودن یک میله آهنی در یک محلول سولفات مس فلز آهن فعال است و الکترون واگذار می‌کند و به شکل یون آهن وارد محلول می‌شود. دو الکترون روی میله آهن باقی می‌ماند.
یون مس دو الکترون را دریافت کرده احیا می‌شود و بین ترتیب مس روی میله آهن می‌چسبد و هنگامی که فلز پایه که باید پوشیده شود (مثلا آهن) کاملاً توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشیده شود آهن دیگر نمی‌تواند وارد محلول شود والکترون تشکیل نمی‌شود و در نتیجه عمل ترسیب خاتمه می‌یابد. موارد استعمال این روش در صنعت آبکاری عبارت است از: مس‌اندود نمودن فولاد٬ نقره‌کاری مس و برنج٬ جیوه‌کاری٬ حمام زنکات٬ روش‌های مختلف کنترل و یا آزمایش٬ جمع‌آوری فلز از حمام‌های فلزات قیمتی غیر قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روی.
- ترسیب فلز به روش اتصال:
این روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پایه با یک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ایفا می‌کند. برای مثال هنگامی که یک میله آهنی (فلز پایه) همراه یک میله آلومینیومی٬ به عنوان جسم اتصال در داخل یک محلول سولفات مس فرو برده می‌شود٬ دو فلز آهن و آلومینیوم به جهت فعالتر بودن از مس٬ به‌صورت یون فلزی وارد محلول می‌شوند و روی آنها الکترون باقی می‌ماند و چون فشار انحلال آلومینیوم از آهن بیشتر است.
از این رو اختلاف پتانسیلی بین دو فلز ایجاد شده و الکترون‌ها در روی یک سیم رابط٬ از سوی آلومینیوم به طرف آهن جاری می‌شوند. بنابراین مشاهده می‌شود که مقدار زیادی از یون‌های مس محلول روی آهن ترسیب می‌شوند. ضخامت قشر ایجادشده نسبت به روش ساده تبادل بار بسیار ضخیم‌تر است. از روش اتصال برای پوشش‌کاری فلزات پیچیده استفاده می‌شود.
- روش احیا:
ترسیب فلز با استفاده از محلول‌های حاوی مواد احیا کننده٬ روش احیا نامیده می‌شود. یعنی در این روش الکترون های لازم برایاحیای یون‌های فلزات توسط یک احیا کننده فراهم می‌شود.
پتانسیل احیاکننده‌ها باید از فلز پوشنده فعالتر باشند٬ اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسیل به دلایل منحصراً کاربردی روکش‌ها٬ نباید بسیار زیاد باشد. برای مثال هیپوفسفیت سدیم یک احیا کننده برای ترسیب نیکل است ولی برای ترسیب مس که نجیب‌تر است٬ مناسب نیست.
مزیت استفاده از این روش در این است که می‌توان لایه‌هایی با ضخامت دلخواه ایجاد نمود. زیرا اگر مقدار ماده احیا کننده در الکترولیت ثابت نگه داشته شود می‌توان واکنش ترسیب را کنترل نمود. به ویژه غیر هادی‌ها رانیز بعد از فعال نمودن آنها٬ می‌توان پوشش‌کاری کرد.
- آماده سازی قطعات برای آبکاری
برای بدست آوردن یک سطح فلزی مناسب نخستین عملی است که با دقت باید صورت گیرد٬ زیرا چسبندگی خوب زمانی به وجود می‌آید که فلز پایه٬ سطحی کاملا تمیز و مناسب داشته باشد.بدین علت تمام لایه‌ها و یا قشرهای مزاحم دیگر از جمله کثافات٬ لکه‌های روغنی٬ لایه‌های اکسید٬ رسوبات کالامین که روی آهن در درجه‌های بالا ایجاد می‌شوند را از بین برد. عملیات آماده سازی عبارتند از:
- سمباده‌کاری و صیقل‌کاری:
طی آن سطوح ناصاف رابه سطوح صاف و یکنواخت تبدیل می‌کنند.
- چربی‌زدایی:
طی آن چربی‌های روی سطح فلزات را می‌توان توسط عمل انحلال٬ پراکندگی٬ امولسیون٬ صابونی کردن و یابه روش تبادل بار از بین برد.
- پرداخت:
انحلال شیمیایی قشرهای حاصل از خوردگی روی سطح فلزات را پرداخت کردن می‌نامند که اساساً به کمک اسیدهای رقیق و در بعضی موارد توسط بازها انجام می‌گیرد.
- آبکشی٬ خنثی‌سازی٬ آبکشی اسیدی٬ خشک کردن:
خنثی‌سازی برای از بینبردن مقدار کم اسید یا مواد قلیایی که در خلل و فرج قطعه باقی می‌مانند و همچنین آبکشی اسیدی برای جلوگیری از امکان تشکیل قشر اکسید نازک غیرقابل رؤیت که موجب عدم چسبندگی لایه الکترولیتی می‌شود.