رنگ‌آمیزی الکتروشیمیایی فلزات کیست؟ توضیح بده.
رنگ‌آمیزیِ الکتروشیمیاییِ فلزات، فرایندی است که در آن رنگِ سطحِ فلز به‌وسیلهٔ تکنیک‌های الکتروشیمیایی، یعنی قطبشِ کاتدی یا آندی، تغییر می‌کند. اولین روشِ رنگ‌آمیزیِ الکتروشیمیاییِ فلزات، بدون شک، حلقه‌های رنگی نوبیلی بود که توسط لئوپولدو نوبیلی، فیزیکدانِ ایتالیایی، در سال ۱۸۲۶ کشف شد . علاوه بر پوشش‌های چندرنگِ ذکرشده، او همچنین توانست پوشش‌های تک‌رنگ تولید کند و آن تکنیک را متالوکرومیا نامید.فرایندهای رنگ‌آمیزیِ الکتروشیمیاییِ فلزات شامل آبکاریِ نیکلِ سیاه، سبز و آبی، آبکاریِ کرومِ سیاه، آبکاریِ رودیومِ سیاه و آبکاریِ روتنیمِ سیاه هستند. اکسیداسیونِ آندیِ آلومینیوم، مس و آلیاژهای مس، منیزیم، روی، تیتانیوم، نیوبیوم، تانتالوم، فولاد و فولاد ضدزنگ نیز از جمله فرایندهای رنگ‌آمیزیِ الکتروشیمیایی محسوب می‌شوند.پتینه‌های الکترولیتیِ چندرنگ و سبز برای مس و آلیاژهای آن نیز اهمیت دارند.تاریخچه.علاوه بر لئوپولدو نوبیلی، که در سال ۱۸۲۴ اولین آزمایش‌های خود را مرتبط با ظهور حلقه‌های نوبیلی انجام داد، لئونارد السنر، الکساندر وات، آنتوان سزار بکرل (۱۷۸۸-۱۸۷۸) و رودولف کریستین بوتگر (۱۸۰۶-۱۸۸۱) یز در آن دورهٔ اولیه به موضوع رنگ‌آمیزیِ الکتروشیمیاییِ فلزات پرداختند. همچنین شایان ذکر است که در سال ۱۷۶۸T، جوزف پریستلی (۱۷۳۳-۱۸۰۴) پدیده‌ای مشابه را ثبت کرد و این پدیده به «حلقه‌های پریستلی» یا «حلقه‌های پری» معروف شد، اما پریستلی از یک بطری لیدن و یک میخ فلزی استفاده می‌کرد و حلقه‌ها به‌صورت هم‌مرکز روی یک صفحهٔ فلزی در اطراف نقطهٔ تخلیهٔ انفجاریِ الکتریکی شکل می‌گرفتند. همچنین می‌دانیم که جورج ریچاردز الکینگتون (۱۸۰۱-۱۸۶۵)، که به خاطر ثبت اختراعش در زمینهٔ آبکاری طلایی و نقره‌ای در سال ۱۸۴۰ شناخته می‌شود، حداقل یک فرایند رنگ‌آمیزیِ الکتروشیمیاییِ فلزات را ثبت اختراع کرد (و ج. ا. استارک آمریکایی حدود سال ۱۹۳۷، ده نسخهٔ مختلف از فرایند او را توسعه و ثبت اختراع کرد).آ. او. ماتهی اولین مقالهٔ شناخته‌شده دربارهٔ کاربرد صنعتی رنگ‌آمیزیِ الکتروشیمیاییِ فلزات را در سال ۱۸۵۶ منتشر کرد.در پایانِ قرن نوزدهم، آ. لیزمان (DRP. 93543 / 1898) و در آغازِ قرن بیستم، ستلیک، نخستین فرایندهای الکترولیتی برای تولید پتینهٔ سبز روی مس را توسعه دادند (۱۹۰۳).این فرایندها بین دو جنگ جهانی و بار دیگر پس از جنگ جهانی دوم، توسعهٔ بیشتری یافتند.در همان زمان، نخستین فرایندها برای برنزه‌کردن و سیاه‌کردن الکترولیتی فولاد توسعه یافتند (ثبت اختراع آ. دِ مریتورز D.R.P. 375 961 / 1886، ثبت اختراع‌های آ. ا. و آ. ج. هاسول DRP 56720 و 54847 / 1889، ثبت اختراع H.L. Hollis USPT 621,084 از سال ۱۸۹۹ که نخستین تلاش‌ها در این زمینه بود، اما بکرل پیش‌تر در سال ۱۸۴۳ دربارهٔ آن گزارش داده بود!). در حالی که موارد مذکور عمدتاً به این موضوع برای محافظت در برابر خوردگی می‌پرداختند، ثبت اختراع انگلیسی ۱۰۶,۷۷۴ از سال ۱۹۱۶ و ثبت اختراع آمریکایی توسط T. Rondelli و Q. Sestini USPT 1,386,076 از سال ۱۹۲۱ نیز به رنگ‌آمیزی شیمیایی فولاد و آهن به‌عنوان هدف فرایند، توجه دارند.آبکاری نیکل سیاه حدود سال ۱۹۰۵ توسعه یافت و بین دو جنگ جهانی، آبکاری کروم سیاه (نخستین ثبت اختراع آلمانی ۱۹۲۹، GP 607,420) معرفی شد، که استفادهٔ گسترده از آن تنها از اواسط دههٔ ۱۹۵۰ آغاز گردید. پس از جنگ جهانی اول، نخستین فرایندها برای اکسیداسیون آندی و رنگ‌آمیزی آلومینیوم اکسیدشده آندی توسعه یافتند (۱۹۲۳، ۱۹۲۴، DRP. 413876).در دههٔ ۱۹۶۰، فرایندهایی برای اکسیداسیون آندی تیتانیوم توسعه یافت، کمی بعد برای نیوبیوم و تانتالوم و کمی قبل‌تر برای فولاد ضدزنگ (حدود سال ۱۹۵۷، ثبت اختراع US 2957812 A). بر خلاف آلومینیوم اکسیدشده آندی، این فرایندها شامل لایهٔ اکسیدی که بتوان آن را با رنگ‌های خاص رنگ‌آمیزی کرد نمی‌شوند، بلکه شامل رنگ‌های تداخلی (Interference colors) هستند.چندین فرایند مهم نیز پس از جنگ جهانی دوم در شوروی سابق توسعه یافتند. آ. پ. ایچیس اهل اوکراین، چندین فرایند پیچیده و در عین حال اصیل را توسعه داد که شامل رنگ‌آمیزی الکتروشیمیایی فلزات می‌شد (کریستالیت، ایسکریت، اسلویت، تکستوریت – کار او به‌شدت تحت تأثیر ج. ا. استارک ذکرشده قرار داشت). فرایندهای کریستال کروم (Chrome agate) و اکسید کروم (Chrome oxide) نیز در اتحاد جماهیر شوروی توسعه یافتند؛ این‌ها نسخه‌های ویژه‌ای از آبکاری کروم سیاه بودند.تقسیم‌بندیِ پایه‌ای پوشش‌های رنگیِ به‌دست‌آمده به روش الکتروشیمیایی.پوشش‌های شکل‌گرفته توسط رسوب‌گذاری روی کاتد.آبکاری نیکل سیاه، آبکاری نیکل آبی، آبکاری نیکل سبز، کروم سیاه، کریستال کروم (Chrome agate)، اکسید کروم، مولیبدن سیاه، منگنز سیاه، روی سیاه، پلاتین سیاه، پالادیوم سیاه، رودیوم سیاه، رودیوم آبی، رودیوم قرمز، روتنیم سیاه، محلول الکینگتون، فرایند الکتروکلر (Electrocolor process)، و آبی بنکروفت (Bancroft's Blue).از میان پوشش‌هایی که به دلیل سمیت و مقررات اروپایی ROHS دیگر استفاده نمی‌شوند، می‌توان به پوشش‌های مبتنی بر آرسنیک (که به آن اکسید خاکستری درخشان گفته می‌شود) و سرب اشاره کرد.پوشش‌های تشکیل شده روی آند.حلقه‌های نوبیلی، پتینهٔ سبز لیزمان برای مس و آلیاژهای آن، اکسیداسیون آندی آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم، نیوبیوم، تانتالوم، تنگستن، فولاد کربنی و فولاد ضدزنگ، نقره، مس و آلیاژهای آن، قلع، کروم و روی.شرح مختصری از چندین فرآیند.۱. حلقه‌های رنگی نوبیلی.۳۹ گرم استات سرب۱۰۰ میلی‌لیتر آب مقطرکاتد ساخته شده از پلاتین یا فولاد ضدزنگ (سوزنی)، آند از مس یا برنج آبکاری‌شده با نیکل یا طلا یا فولاد صیقل داده شده، مدت زمان: ۱۰ ثانیه، فاصله بین کاتد و آند: ۳ میلی‌متر. همچنین می‌توان از الکترولیت شامل ۱۰۰ گرم اکسید سرب (II) حل‌شده در ۰.۵ لیتر آب استفاده کرد که در آن ۱۰۰ گرم NaOH نیز حل شده باشد.بکرل (Becquerel) از محلولی شامل ۲۰۰ واحد آب، ۲۰ واحد هیدروکسید پتاسیم و ۱۵ واحد اکسید سرب (II) استفاده کرد.آ. روزلر از محلولی بسیار ملایم‌تر شامل ۲۰۰ واحد آب، ۱۰ واحد هیدروکسید پتاسیم و ۱ واحد لیتارج استفاده نمود ۲. رنگ‌آمیزی الکتروشیمیایی مطابق روش الکینگتون.سولفات مس ۷۵ گرم در لیترهیدروکسید سدیم ۷۵ گرم در لیتراسید لاکتیک ۱۲۶ میلی‌لیتر در لیترآندها: مسچگالی جریان: ۰.۲۵ آمپر به ازای هر فوت مربعاین روش رنگ‌های مختلفی روی مس و آلیاژهای آن ایجاد می‌کند، که بسته به مدت زمان انجام فرایند متغیر هستند.تعداد زیادی روش از این فرایند توسعه یافته است؛مشهورترین آن فرایند آمریکایی الکتروکلر (Electrocolor process) است که توسط ج. ا. استارک توسعه یافته است.ادبیات روسی بیش از ۱۰ روش مختلف را ذکر می‌کند و آ. پ. ایچیس اوکراینی نیز روش‌هایی برای فولاد آبکاری‌شده با قلع، قلع و مسوار توسعه داد (بر اساس کارهای ج. ا. استارک).۳. رنگ‌های متنوع روی تیتانیوم (اکسیداسیون آندی).می‌توان از محلول ۳٪ فسفات سدیم تری‌پتاسیم (Trisodium phosphate) به‌عنوان الکترولیت ساده استفاده کرد، کاتد از فولاد ضدزنگ و جسم موردنظر به‌عنوان آند قرار می‌گیرد.رنگ‌ها به ولتاژ جریان مستقیم (DC) بستگی دارند.استفاده از تعداد زیادی الکترولیت دیگر نیز ممکن است – ظاهراً حتی کوکا-کولا نیز قابل استفاده است.اجباری است که این فرایند با دستکش لاستیکی انجام شود – زیرا ولتاژ پتانسیل خطرناک است.۴. آبکاری نیکل سیاه.سولفات نیکل ۷۵ گرم در لیترسولفات آمونیوم نیکل ۴۵ گرم در لیترسولفات روی ۳۷.۵ گرم در لیترتیوسیانات آمونیوم ۱۵ گرم در لیترpH 5.6 - 5.9، دما 55 درجه سانتیگراد، 0.5 - 1.5 ولت، 5 - 20 آمپر بر فوت مربع، آندهای نیکل کربن.۵. رنگ‌های متنوع روی فولاد ضدزنگ ۱۸ کروم / ۸ نیکل (اکسیداسیون آندی).اسید سولفوریک ۲۵۰ میلی‌لیتر در لیتربی کرومات سدیم ۶۰ گرم در لیترآب ۱ لیترچگالی جریان: ۰.۶ آمپر به ازای هر فوت مربع، دمای محلول: ۷۰–۹۵ °C، کاتد: سرب، این فرایند بسته به مدت زمان انجام آن، رنگ‌های قهوه‌ای، آبی، بنفش و سبز ایجاد می‌کند و روش‌های متعددی از آن وجود دارد. بر اساس ادبیات روسی، پس از پردازش، اجسام باید در محلول بی‌کرومات پتاسیم (۵–۱۰٪) به مدت ۵–۱۵ دقیقه و در دمای محلول ۷۰–۹۰ °C خیسانده شوند. بر اساس ثبت اختراع چینی، اجسام می‌توانند پس از آن با محلول گرم سیلیکات سدیم (۱–۵٪، ۹۵–۱۰۰ °C، ۳–۱۰ دقیقه) نیز پردازش شوند. با توجه به اینکه ترکیبات کروم شش‌ظرفیتی به دلیل سمیت و سرطان‌زایی در EU بر اساس مقررات ROHS ممنوع شده‌اند، محلول‌های مبتنی بر مولیبدات به‌عنوان جایگزین پیشنهاد می‌شوند (به‌عنوان مثال: مولیبدات ۳۰–۱۰۰ گرم / اسید بوریک ۱۰–۱۸ گرم / سولفات منگنز ۰.۵–۵ گرم در ۱ لیتر آب، چگالی جریان ۰.۱–۲۰ A/dm²، مدت زمان ۰.۱–۱۵ دقیقه).۶. رنگ سیاه روی فولاد کربنی (اکسیداسیون آندی).هیدروکسید سدیم ۷۰۰ گرمآب ۱ لیتر۵ تا ۱۰ آمپر بر دسی‌متر مربع، دمای ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتیگراد، ۳۰ تا ۴۰ دقیقه۷. رنگ سیاه روی مس و آلیاژها (اکسیداسیون آندی).هیدروکسید سدیم ۱۵۰ تا ۲۰۰ گرمآب ۱ لیترتا ۲ آمپر بر دسی‌متر مربع، ۸۰-۱۰۰ درجه سانتیگراد، ۱۰ تا ۳۰ دقیقه۸. کروم آهات (خطوط خاکستری روی زمینه سیاه).انیدرید کروم ۳۰۰ تا ۴۰۰ گرماستات باریم ۵ تا ۱۰ گرماستات روی ۲ تا ۵ گرماستات کلسیم ۴ تا ۸ گرمآب: ۱ لیتر، دما: ۳۰–۴۰ °C، چگالی جریان: ۳۰–۱۰۰ A/dm²، مدت زمان: ۱۰–۲۰ دقیقه، ولتاژ: ۶–۹ V، فاصلهٔ جسم تا آند: ۳۰–۱۰۰ mm.یک واریانت از این روش، روش اکسید کروم نامیده می‌شود که شامل ۲۵۰–۳۰۰ گرم انیدرید کروم، ۱–۵ گرم فروسیانید پتاسیم، چگالی جریان ۲۰–۱۰۰ A/dm² و دمای حداکثر ۲۵ °C است.