بررسي چسبندگي پوشش الكترولس به زير لايه پلاستيكي در فرآيند آبكاري پلاستيكها

چکیده :
در اواخر دهه ۱۹۷۰ استفاده از پلاستیکهای آبکاری شده به منظور کاهش وزن و ایجاد پوششهای تزئینی بر روی برخی از قطعات خودرو اهمیت یافتند. هم زمان با آن توسعه صنعت الکترونیک استفاده از پلاستیکهای آبکاری شده در ساخت صفحات مدارهای چاپی به منظور ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی اهمیت یبشتری یافت، به طوری که با پیشرفت روز افزون این صنعت، بررسی خواص چسبندگی پوششهای فلزی به زیر لایه پلاستیکی مهم به نظر می‌رسند.

در این تحقیق ضمن معرفی فرآیند آبکاری پلاستیکها به بررسی برخی از عوامل موثر بر چسبندگی پوشش به زیر لایه پرداخته شده، به طوری که عواملی نظیر خواص فیزیکی و شیمیایی پوششهای فلزی، چگونگی آماده ساختن زیرلایه پلاستیکی و خواص فیزیکی و شیمیایی زیر لایه پلاستیکی به عنوان مهم ترین عوامل موثر بر چسبندگی پوششهای فلزی به زیر لایه پلاستیکی ارزیابی شده اند.

۱- اهمیت آبکاری پلاستیکها
استفاده از قطعات پلاستیکی آبکاری شده در اواخر دهه ۱۹۷۰ در صنایع مختلف گسترش چشمگیری یافت، به طوری که به سرعت در صنایعی نظیر خودرو سازی، الکترونیک و مصارف تزئینی به ویژه تولید وسایل خانگی کاربرد وسیعی یافتند[۱]. مثالهایی که از این کاربردها در ادامه آورده شده است.

الف – صنعت خودرو
پلاستیکهای آبکاری شده هم به منظور زیبایی و هم به منظور افزایش مقاومت به خوردگی در قسمتهای مختلف خودرو استفاده می‌شوند. به عنوان مثال برخی از پلاستیکهای آبکاری شده مقاوم به سایش نظیر پلی اورتان در قسمت‌های داخلی اتومبیل استفاده شده‌اند، ضمن این که از قطعات پلاستیکی آبکاری شده که دارای خاصیت مقاومت به ضربه باشند نیز می‌توان در سپرهای خودرو استفاده کرد. در شکل (۱) نمونه ای از این کاربرد نشان داده شده است.

ب – صنعت الکترونیک
در صنعت الکترونیک ، آبکاری پلاستیکها به منظور ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی انجام می شود که نمونه بارز این کاربرد در ساخت صفحات مدارهای چاپی (P.C.B) Printed Circuit Board می‌باشد [۲] .
شکل (۲) نمونه ای از این کاربرد را در ساخت صفحات مدارهای چاپی نشان می‌دهد.

ج – جنبه های تزئینی
استفاده از پلاستیکهای آبکاری شده به دلیل خاصیت مقاومت به خراش و خواص زینتی پوششهای ایجاد شده به طور وسیع در تولید وسایل خانگی مورد توجه قرار گرفته اند.[۱]
درشکل (۳) نمونه‌ای از این کاربرد نشان داده شده است.

۲- معرفی پوشش الکترولس
آبکاری الکترولس عبارت است از احیاء شیمیایی با اتوکاتالیتیکی یونهای فلزی موجود در وان الکترولس بر روی سطح قطعات. در این فرایند پوششی یکنواخت از فلز مورد نظر به وسیله یک سری واکنشهای شیمیایی بر روی سطح قطعه ایجاد می‌شود.

پرمصرف ترین پوشش‌های فلزی که در آبکاری الکترولس مورد استفاده قرار می‌گیرند، مس و نیکل می‌باشند. که درادامه به مکانیزم اصلی عملیات آبکاری الکترولس نیکل اشاره می‌شود[۳].
۳- اجزاء حمام الکترولس

به طور کلی در حمام الکترولس هشت جزء وجود دارد:
۳-۱- منبع یونهای نیکل
متداول‌ترین نمکهای به کار رفته در فرایند الکترولس نیکل، سولفات نیکل و کلرید نیکل می‌باشند، به طوری که غلظت یونهای نیکل در حمام‌های اسیدی بین ۴ تا ۱۰ گرم در لیتر می‌باشند. [۴و۵]

۳-۲- هیپوفسفیت سدیم
این ماده یونهای نیکل را در محلول به شکل عنصر، احیاء می کند به طوری که در طی فرایند احیاء آنیونهای هیپوفسفیت به ارتوفسفیت تجزیه شده و گاز هیدروژن ایجاد می‌گردد. ضمن آن که درصد فسفر تا حدود ۱۵ درصد نیز در رسوب نیکل ظاهر می‌شود. [۳]

۳-۳- بافرها
وظیفه بافرها جلوگیری از تغییرات PH در حمام می‌باشد به طوری که از افزایش بیش از حد اسیدیته محلول در طی رسوب گذاری جلوگیری می‌کنند.[۳]

۳-۴- کمپلکس کننده ها
این اجزاء تقریباً اسیدهای آلی بوده که معمولاً دی کربوکسیلاتها می‌باشند. این مواد تاثیر دو گانه ای دارند زیرا اولا باعث کاهش نرخ رسوب گذاری شده، ثانیاً همانند یک بافر عمل می کنند[۳].
۳-۵- شتاب دهنده ها
شتاب دهنده‌هایی نظیر ترکیبات فلوئوریدی و تیواوره در حد ppm2 تا ۲۰ باعث افزایش نرخ رسوب گذاری می‌شوند [۴].

۳-۶- پایدار کننده ها
وظیفه پایدار کننده‌هایی نظیر ترکیبات سرب، کادمیم و روی یا ترکیبات سیانیدی در حد ppm1 تا ۱۰ این است که از تجزیه خود به خودی حمام در اثر حرارت اضافی یا وجود عناصر ناخالصی (ذرات گرد وغبار) جلوگیری می‌کنند.[۳]

۳-۷- عوامل تر کننده :
این مواد باعث کاهش کشش سطحی حبابهای گازی ایجاد شده در حمام می شوند و از ایجاد حفرات گازی بر روی رسوب جلوگیری می‌کنند[۳].

۳-۸- متعادل کننده ها:
این مواد باعث افزایش نرخ رسوب گذاری به وسیله تبدیل یون ارتوفسفیت به هیپوفسفیت می شوند[۳].

۴- معرفی پروسه آبکاری پلاستیکها
عمده فرایند آبکاری پلاستیکها مربوط به عملیات پیش از آبکاری است، به طوری که از هفت مرحله پروسه مربوط به آبکاری پلاستیکها به روشهای متداول (مانند الکتروپلیت یا الکترولس) امکان پذیر گردد[۱].

این مراحل عبارتند از :
الف – آمده سازی اولیه
در این مرحله عملیات تمیز سازی سطح و چربی زدایی به وسیله محلول‌های اسیدی و قلیایی انجام می‌شود [۶].

ب- اچ کردن
هدف از این مرحله افزایش انرژی سطحی قطعه پلاستیکی و ایجاد زیری میکروسکوپی و تغییرات شیمیایی در سطح پلاستیک می‌باشد که در نهایت قطعه پلاستیکی آماده پذیرش رسوب فلزی با چسبندگی مناسب می شود. درواقع وظیفه ماده اچ کننده جدا کردن یک ماده پلیمری فعال از سطح پلاستیک و یا تغییر در شیمی سطح پلاستیک می‌باشد. به عنوان مثال در مورد پلیمر اکریلونیتریل بوتادین استایرن (A.B.S) ‏ ،

ذرات بوتادین به وسیله محلول اچ اکسید شده و در محلول حل می‌شوند و درنهایت حفرات میکروسکوپی در سطح قطعه به وجود می آیند. محلول اچ کننده مورد استفاده در این حالت ترکیبی از اسید سولفوریک واسید کرمیک می‌باشد[۱و۶].

ج – اچ کردن
در این مرحله به منظرو برطرف کردن یونهای کرم شش ظرفیتی باقی مانده ناشی از مرحله اچ کردن، از اسید کلریدریک رقیق استفاده می شود[۱و۶].
د- کاتالیز کردن ( فعال سازی)
در این مرحله مقدار کمی پالادیم یا نقره همراه با ترکیبات قلع روی سطح پلاستیک به صورت شیمیایی رسوب می کند.

پالادیم ممکن است به روش تک مرحله ای یا دو مرحله ای روی سطح رسوب کند. در روش دو محرله ای از دو حمام جداگانه حاوی ترکیبات قلع و ترکیبات پالادیم استفاده می شود،

ولی در روش تک مرحله ای عملیات فعال سازی در یک حمام جداگانه حاوی ترکیبات قلع و ترکیبات پالادیم اسفتاده می شود، ولی در روش تک مرحله ای عملیات فعال سازی در یک حمام حاوی ترکیبات قلع و پالادیم انجام می‌شود. [۱و۶]

ه- شتاب دادن
در این مرحله عامل هیدروکسید قلع از روی سطح پلاستیک به وسیله محلول اسید کلریدریک رقیق یا یک نمک اسیدی جهت آماده سازی برای مرحله بعدی پوشش دهی برداشته می شود.

و- ایجاد پوشش الکترولس
پس از عملیات شتاب دهی، عملیات پوشش دهی در حمام الکترولس قلیایی انجام می شود که در این حالت ضخامت ۲۵/۰ تا ۵/۰ میکرون از پوشش نیکل یا مس به طور یکنواخت بر روی سطح قطعه تشکیل می‌شود[۱و۶]

ز- آبکاری ثانویه
پس از ایجاد یک پوشش بسیار نازک هادی بر روی سطح قطعه می‌توان ضخامت پوشش را به روش‌های آبکاری متداول نظیر الکتروپلیت با الکترول