آبکاری الکترولس نیکل
آبکاری الکترولس نیکل
آبکاری الکترولس نیکل(electroless nickel plating) یا به اختصار پوشش ENP، روشی برای ایجاد پوشش نیکل بدون اعمال جریان خارجی است و الکترون مورد نیاز به وسیلهٔ واکنش‌های شیمیایی درون حمام تأمین می‌شود. فرایند آبکاری الکترولس نیکل در ایران نیکل سخت نیز نامیده می‌شود. از فرایند الکترولس نیکل با هدف ایجاد پوشش فلزی پیوسته و یکنواخت استفاده می‌شود. آبکاری الکترولس را همچنین تحت عنوان آبکاری خودکاتالیتیکی نیز می‌نامند، زیرا قابلیت تشکیل بر روی فلزات و موادی را دارد که از نظر کاتالیتیکی فعال هستند. در فرایند آبکاری الکترولس، یون‌های فلزی و عامل احیاکننده فقط در حضور کاتالیزور با یکدیگر واکنش داده و بنابراین برای شروع واکنش احیاء، مواد پایه باید فعال باشند یا اینکه سطح زیرلایه را باید توسط کاتالیزورهای مناسب فعال نمود. این روش مخصوصاً در مواردی که غیر هادی‌ها (مانند پلاستیک‌ها) به عنوان زیرلایه استفاده می‌شوند دارای اهمیت است. در حمام‌های الکترولس نیکل، عامل احیاکننده، منبع تهیه الکترون برای احیاء نمک‌های فلزی بوده و می‌تواند هیپوفسفیت، فرمالدئید، بوروهیدرید یا آمینوبوران باشد.
پوشش‌های نیکل-فسفر از طریق روش‌های الکتریکی نیز قابل حصول هستند. در روش‌های آبکاری الکترولس و نیز آبکاری الکتریکی، یون‌های فلزی موجود در محلول، احیاشده و رسوبی از فلز یا ترکیب جامد به وجود می‌آید. تفاوت این دو روش در منبع تأمین الکترون‌های لازم برای انجام عمل احیاء است. در روش آبکاری الکتریکی نیکل، الکترون‌ها توسط منبع خارجی تأمین می‌شوند در حالیکه در روش آبکاری الکترولس نیکل-فسفر این عمل توسط عامل احیاکننده شیمیایی تأمین خواهد شد. عامل احیاکننده‌ای که عموماً در روش آبکاری الکترولس، مورد مصرف قرار می‌گیرد هیپوفسفیت سدیم است. یون هیپوفسفیت دارای پتانسیل احیاکننده۰٫۹- ولت بوده و بنابراین نسبت به یون‌های نیکل با پتانسیل استاندارد ۰٫۲۵- ولت حالت احیاکنندگی دارد. سه گروه عمده از پوشش‌های نیکل- فسفر که تا به حال شناخته شده‌اند عبارتند از پوشش‌های ساده، پوشش‌های آلیاژی و پوشش‌های کامپوزیتی. گرچه پوشش‌های ساده نیکل- فسفر از خواص قابل قبولی در اکثر کاربردهای صنعتی برخوردارند با این حال تلاش‌های زیادی برای بهبود خواص آن‌ها توسط بسیاری از محققین صورت گرفته که نتیجه این تلاش‌ها، توسعه پوشش‌های آلیاژی و کامپوزیتی نیکل- فسفر بوده‌است. علت اصلی توسعه پوشش‌های آلیاژی نیکل- فسفر، دستیابی به پوشش‌هایی با مقاومت سایشی بالاتر بوده‌است. در این راستا از عناصر آلیاژی مختلفی نظیر Co, Sn, B، Cu, Fe, W و کربن استفاده گردیده‌است. خصوصیات و کارایی پوشش‌های الکترولس نیکل- فسفر تا حد زیادی متأثر از مقدار فسفر موجود در آن‌ها می‌باشد. میزان فسفر این پوشش‌ها معمولاً از ۱ تا ۱۳ درصد متغیر است. در این محدوده، پوشش‌های الکترولس نیکل به ۳ دسته پوشش‌های کم فسفر، متوسط و پر فسفر قابل تقسیم می‌باشند. گرچه حد مرزی مقدار فسفر در پوشش‌های کم، متوسط و پر فسفر به‌طور دقیق مشخص نشده اما شواهد نشان می‌دهند که حداقل فسفر لازم جهت حصول خواصی مشابه با خواص پوشش‌های متوسط فسفر، ۶–۵٪ و برای حصول خواصی مشابه با خواص پوشش‌های پرفسفر، ۹–۸٪ می‌باشد. به هر حال پوشش‌های الکترولس نیکل از لحاظ مقدار فسفر، عموماً بر اساس ساختار کریستالی پوشش حاصله (قبل از هرگونه عملیات حرارتی) به صورت زیر دسته‌بندی می‌گردند: به‌طور کلی پوشش‌های الکترولس نیکل را می‌توان از ضخامت‌های بسیار کم تا ضخامت‌های بالا بر سطح قطعات اعمال نمود. برای مصارف متداول، محدوده ضخامت پوشش نیکل- فسفر از ۵۴/۲ میکرون تا ۱۲۷ میکرون انتخاب می‌شود که در این میان، پوشش‌هایی با ضخامت ۳ تا ۱۰ میکرون از کاربرد بیشتری برخوردارند. هرگاه لازم باشد که از پوشش‌های فوق در محیط‌های خورنده تری استفاده گردد، ضخامت آن‌ها در محدوده ۲۵٫۴ تا ۷۸ میکرون در نظر گرفته می‌شود. برای ترمیم و بازسازی قطعاتی که از ناحیه سطح دچار آسیب شده‌اند به ضخامت‌های بالاتری از پوشش نیکل- فسفر (بیش از ۷۸ میکرون) نیاز است. گرچه حد بالایی ضخامت برای پوشش‌های نیکل- فسفر دقیقاً مشخص نیست اما شواهدی مبنی بر استفاده از پوشش‌های ضخیم‌تر از ۱۰۰۰ میکرون نیز وجود دارد. ایجاد چنین پوشش‌های ضخیمی مستلزم کنترل دقیق فرایند الکترولس می‌باشد.
به‌طور کلی عملیات حرارتی پوشش‌های الکترولس نیکل -فسفر به منظور حذف تردی هیدروژنی، بهبود چسبندگی و افزایش سختی و مقاومت سایشی انجام می‌گردد. حذف تردی هیدروژنی ناشی از فرایند آبکاری نیکل-فسفر، خصوصاً در مورد زیرلایه‌های فولاد پراستحکام، از اهمیت زیادی برخوردار می‌باشد. با توجه به اینکه حذف کامل این پدیده از فولادهای پوشش دهی شده امکان‌پذیر نیست، توصیه شده که ابتدا پوشش نازکی از نیکل-فسفر (به ضخامت ۳ تا ۱۵ میکرون) بر سطح فولاد، رسوب داده شده و سپس عملیات حرارتی جهت حذف تردی هیدروژنی صورت گیرد. چنانچه به ضخامت‌های بیشتری از پوشش نیاز باشد، می‌توان عملیات پوشش دهی را با وارد ساختن مجدد قطعه هیدروژن زدائی شده به حمام الکترولس، ادامه داد. به منظور بهبود چسبندگی پوشش‌های نیکل-فسفر بر روی لایه‌های آلومینیوم و فولادهای زنگ نزن نیز، از روش عملیات حرارتی استفاده می‌شود. دما و زمان عملیات برای آلیاژهای آلومینیوم ۱۴۰ درجه سانتی گراد و ۱ ساعت و برای فولادهای زنگ نزن ۱۷۵ درجه سانتی گراد و ۳ ساعت پیشنهاد شده‌است. یکی از مهم‌ترین اهداف عملیات حرارتی پوشش‌های نیکل-فسفر، افزایش سختی و مقاومت سایشی آن‌ها می‌باشد. سیکل حرارتی مناسب برای این منظور، به درصد فسفر پوشش مرتبط است. برای درک این ارتباط، ذکر دو نکته ضروری است. اول آنکه علت اصلی افزایش سختی پوشش‌های نیکل-فسفر در اثر عملیات حرارتی، کریستالیزه شدن آن‌ها یعنی استحاله محلول جامد فوق اشباع NiP به دانه‌های Ni و ذرات سخت Ni3Pمی‌باشد. دوم آنکه انرژی فعال سازی حرارتی برای تشکیل فاز Ni3P در پوشش‌های کم فسفر بیش از پوشش‌های پرفسفر می‌باشد و این بدان معناست که درجه حرارت استحاله پوشش نیکل-فسفر، با افزایش مقدار فسفر، کاهش می‌یابد. به هر حال از آنجا که پوشش‌های کم فسفر از سختی ذاتی بالاتری در مقایسه با پوشش‌های پرفسفر برخوردارند، افزایش سختی در پوشش‌های پرفسفر دارای اهمیت بیشتری می‌باشد.