Akımsız Nikel Kaplama Yöntemi ve Seramik Partiküllerine

More documents

Recommendations

Info

Teknik yazı Akmsz nikel kaplamalar, otomotiv uygulamalarnda diferansiyel kutularnn anma ve korozyon direncini artrmak amacyla kullanlmaktadrlar. Ayn zamanda bu yöntemle birçok elektronik ve bilgisayar bileenleri kaplanmaktadr[25]. ekil 2’de akmsz nikel kaplamalarn otomotiv ve bilgisayar uygulamalarna örnekler gösterilmitir. 2. Akmsz nikel kaplamalar Tipik bir akmsz kaplama banyosu, metal tuzu, redükleyici ajan, kompleks ajan ve stabilizatörden olumaktadr. Akmsz nikel kaplama banyolarnda nikel kayna olarak yaygn olarak kullanlan metal tuzlar; nikel klorür ve nikel sülfatlardr. Nikel iyonunun indirgenmesi için kullanlan redükleyiciler ise, hipofos t, borhidrür, aminoboranlar ve hidrazindir. Bunlarn yan sra, akmsz nikel kaplama banyolarnda, uygun kompleks oluturucular, stabilizatörler, hzlandrclar, tamponlayclar, frenleyiciler, pH ayarlayclar ve slatlabilirlik ajanlar kullanlmaktadr [1,2]. 2.1 Hipofos tli Banyolarda Akmsz Nikel Kaplama (Ni-P Kaplamalar) Ticari olarak kullanlan akmsz nikel kaplamalarn büyük bir ksm sodyum hipofos tli banyolardan elde edilir. Bu banyolarn en temel avantaj bor bileikleri ve hidrazin içeren banyolara göre maliyetinin düük olmasdr [23]. 2.1.1.Akmsz Ni-P Kaplama Mekanizmas Hipofos tli banyolarda nikel iyonunun redüklenmesi aadaki üç reaksiyondan birindeki gibi gerçekleir [1]. 3NaH 2 PO 2 + 3H 2 O + NiSO 4 3NaH 2 PO 3 + H 2 SO 4 + 2H 2 + Niº (1) - 2+ 2H PO + Ni + 2H2O 2H PO + H + 2H 2 2 2 3 2 + + Niº (2) Ni2+ - - + + H PO + H2O Niº + H PO + 2H (3) 2 2 2 3 Reaksiyonlar, yüksek scaklklarda (60ºC T 95ºC) katalitik aktif yüzeylerde gerçekleir [1,2]. Reaksiyonlar sonucunda, metalik nikel ile birlikte bir miktar moleküler hidrojen oluur. H + iyonunun olumas banyonun asidiklemesine neden olur. - H PO + Hads H O + OH 2 2 2 - + P (4) - - 3H PO H2PO + H2O + 2OH 2 2 3 - + 2P (5) Ayrca (4) ve (5) nolu eitliklerde görüldüü gibi nikel ile 34 birlikte bir miktar fosfor (P) da olumaktadr. Hipofos t kullanlarak elde edilen kaplamalar yaklak % 3-15 P içeriine sahip Ni-P alam eklindedir [1]. 2.1.2.Asidik Hipofos t Banyolar Asidik hipofos t banyolar, Ni kayna olarak nikel sülfat veya nikel klorür içerirler. Ortalama nikel konsantrasyonlar 6-7 g/l, sodyum hipofos t konsantrasyonlar 20 g/l, organik asitler ve tuzlarnn konsantrasyonlar 10 ve 40 g/l arasndadr. Bu banyolarn tercih edilen pH deerleri, 4.6-5.0; ilem scaklklar da 85-95 ºC arasdr. Kaplamadaki fosfor miktar pH deerine bal olarak kontrol edilebilir. Genellikle pH yükseldikçe fosfor miktar azalr ve kaplamann özellikleri buna bal olarak deiir [12]. Kaplama hzlar oldukça yüksek olup, 20 -25 m/ saat arasndadr [2]. 2.1.3.Alkali Hipofos t Banyolar Alkali banyolarn en önemli dezavantaj 90ºC’n üzerindeki scaklklarda stabilitesini kaybetmesi ve pH’ yükseltmek için kullanlan amonyan bu scaklklarda sistemden uzaklamasdr. Dolaysyla 90 ºC’n üzerindeki scaklklarda pH’ kontrol etmek zordur [2]. Alkali banyolar düük scaklk kaplamalar için ideal olup, genellikle plastiklerin kaplanmas için kullanlr [1,12]. Bu banyolarn nikel ve hipofos t konsantrasyonlar asidik banyolarla benzerdir [1]. Ancak, asidik banyolardan fakl olarak, nikelin kaplanma hz hipofos t konsantrasyonu ile artar. Çok yüksek hipofos t konsantrasyonlarnda banyonun kararll ve kaplamann homojenlii bozulur [2]. 2.2. Bor Bileikleri çeren Banyolarda Akmsz Nikel Kaplama (Ni-B Kaplamalar) Akmsz nikel kaplama banyolarnda en çok kullanlan bor bileikleri, sodyum bor hidrür (NaBH 4 ) ve aminoborlardr. Aminoborlar, sodyum bor hidrürlerden daha zayf redükleyicilerdir [1]. 2.2.1. Akmsz Ni-B Kaplama Mekanizmas Sodyum bor hidrürlerin ideal kullanm koullar alkali solüsyonlarda 90-95 ºC iken, amino borlar zayf asidik banyolarda düük scaklklarda kullanlrlar [1]. Sodyum bor hidrür, asidik ve nötral çözeltilerde kolayca hidrolize olur ve nikel iyonlar ile birleerek nikel borür meydana getirir (Eitlik 6, 7, 8) [1,2,23].
- - BH + 4H2O B(OH) + 4H2 4 4 (6) - BH + H3O 4 + + 2H O H BO + 4H 2 3 3 2 (7) - 2+ 8BH + 4Ni +18 H2O 2Ni B + 6H BO + 25 4 2 3 3 2 8) 4Ni2+ - - - + BH + 8OH 4Niº +BO2 + 6H2O 4 (9) pH deeri 13’ün üstünde olan alkali solüsyonlarda borhidrür oluumu önlenir ve metalik nikel oluur (Eitlik 9). 3.Akmsz nikel kaplamalarn seramik partiküllere uygulanmas Akmsz nikel kaplama teknii, yalnz metalik malzemelere deil, plastik, cam ve seramiklere de uygulanabilen bir yöntemdir. Bu tür malzemelere akmsz nikel kaplamak için baz ön yüzey ilemlerine gereksinim vardr. Bu ilemlerin amac malzemenin yüzeyini katalitik hale getirmektir. Seramik malzemelerin akmsz nikel kaplanabilmesi için yüzeylerine paladyum, gümü gibi katalist bir metal ile ön ilem uygulanmaldr. Katalist metalin seramik altlk yüzeyine uygulanmasnda en yaygn kullanlan yöntem, seramik altln, katalist metali içeren sulu çözeltiye daldrlmas eklindedir. Katalist metal bileiklerinin pahal olmas yöntemin maliyetini yükseltmektedir [26]. Akmsz nikel tekniinde son gelimeler, partikül, ber ve tüpleri kaplamaya yöneliktir [7-9]. Bu tür malzemelerin etkili bir ekilde akmsz nikel kaplanmasnda, kaplama öncesi uygulanan ön yüzey ilemleri önemli rol oynamaktadr [27]. Genel olarak bu ilemler, malzeme yüzeyinin hassaslatrlmas ve aktivasyon aamalarn kapsamaktadr. Seramik partikül yüzeylerinin hassaslatrmasnda genellikle SnCl 2 ve HCl çözeltileri kullanlr [7–9,28]. Kaplanmak istenen partiküller SnCl 2 ve HCl çözeltisinde yeterli süre çalkalanr. Bu esnada çözeltiden ayran Sn 2+ iyonlar partikül yüzeyine geçerek tercihli bölgelere tutunurlar [7,8]. Aktivasyon aamasnda ise PdCl 2 ve HCl çözeltileri kullanlr. Pd 2+ iyonlar, Sn 2+ iyonlarn, Sn 4+ ’ya oksitleyerek kendileri Pd º ’a dönüürler (Eitlik 10) [29]. Bu Pd º atomlar, katalitik merkez rolünü üstlenerek akmsz nikel kaplamann balamasn salarlar. Akmsz kaplama srasnda oluan Ni º iyonu da katalitik etki gösterdiinden proses otokatalitik olarak devam eder [7,8]. PdCl + SnCl Pd 2 2 º HCl + SnCl (10) 4 Seramik partiküllerinin akmsz nikel kaplanmasnda yüzey hassaslatrma ve aktivasyon aamalarndan sonra metalizasyon aamas gelir. Yaplan ön ilemlerle yüzeyleri katalitik hale gelen partiküller akmsz nikel kaplanmaya hazr durumdadr. Kaplama ilemi, uygun bileimde nikel kayna, redükleyici, kompleks oluturucu ve stabilizatör içeren banyoda gerçekletirilir. Kaplama esnasnda partiküllerin askda kalmasn salamak amacyla banyo uygun bir hzda kartrlmaldr. Tablo 1. Örnek bir akmsz nikel kaplama banyosu bileimi ve kaplama koullar [27] Banyo Bileimi Mol/L NiSO 4 .6H 2 O 0,079 C 2 H 8 N 2 NaBH 4 Kaplama Koullar 0,237 0,079 pH 12-14 Scaklk 85±2 Akmsz kaplama banyosunun çalma parametreleri de kaplamann baarl olabilmesi açsndan oldukça önemlidir. Bunlar, scaklk, pH, kartrma hz ve kaplama süresidir. Tablo 1’de örnek bir akmsz nikel kaplama banyosu bileimi ve proses parametreleri gösterilmitir. ekil 3. BC partikül yüzeyine akmsz nikel kaplanmasnn 4 ematik gösterilii [27] Banyonun pH’, amonyak, sodyum hidroksit ve sül rik asit gibi solüsyonlarla istenilen deere ayarlanabilir. ekil 3’te bir B 4 C partikülünün, kaplama öncesi ön ilemler ile birlikte akmsz nikel kaplanmas ematik olarak gösterilmitir. 35 Teknik yaz›
Page 1: Teknik yaz› Ayfer KILIÇARSLAN Fa
Page 5: 8- Zhu, X., Dong H., Lu, K.,Morphol

Akımsız Nikel Kaplama Yöntemi ve Seramik Partiküllerine

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?