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

چكيده :
در اواخر دهه ۱۹۷۰ استفاده از پلاستيكهاي آبكاري شده به منظور كاهش وزن و ايجاد پوششهاي تزئيني بر روي برخي از قطعات خودرو اهميت يافتند. هم زمان با آن توسعه صنعت الكترونيك استفاده از پلاستيكهاي آبكاري شده در ساخت صفحات مدارهاي چاپي به منظور ايجاد خاصيت هدايت الكتريكي اهميت يبشتري يافت، به طوري كه با پيشرفت روز افزون اين صنعت، بررسي خواص چسبندگي پوششهاي فلزي به زير لايه پلاستيكي مهم به نظر مي‌رسند.

در اين تحقيق ضمن معرفي فرآيند آبكاري پلاستيكها به بررسي برخي از عوامل موثر بر چسبندگي پوشش به زير لايه پرداخته شده، به طوري كه عواملي نظير خواص فيزيكي و شيميايي پوششهاي فلزي، چگونگي آماده ساختن زيرلايه پلاستيكي و خواص فيزيكي و شيميايي زير لايه پلاستيكي به عنوان مهم ترين عوامل موثر بر چسبندگي پوششهاي فلزي به زير لايه پلاستيكي ارزيابي شده اند.

۱- اهميت آبكاري پلاستيكها
استفاده از قطعات پلاستيكي آبكاري شده در اواخر دهه ۱۹۷۰ در صنايع مختلف گسترش چشمگيري يافت، به طوري كه به سرعت در صنايعي نظير خودرو سازي، الكترونيك و مصارف تزئيني به ويژه توليد وسايل خانگي كاربرد وسيعي يافتند[۱]. مثالهايي كه از اين كاربردها در ادامه آورده شده است.

الف – صنعت خودرو
پلاستيكهاي آبكاري شده هم به منظور زيبايي و هم به منظور افزايش مقاومت به خوردگي در قسمتهاي مختلف خودرو استفاده مي‌شوند. به عنوان مثال برخي از پلاستيكهاي آبكاري شده مقاوم به سايش نظير پلي اورتان در قسمت‌هاي داخلي اتومبيل استفاده شده‌اند، ضمن اين كه از قطعات پلاستيكي آبكاري شده كه داراي خاصيت مقاومت به ضربه باشند نيز مي‌توان در سپرهاي خودرو استفاده كرد. در شكل (۱) نمونه اي از اين كاربرد نشان داده شده است.

ب – صنعت الكترونيك
در صنعت الكترونيك ، آبكاري پلاستيكها به منظور ايجاد خاصيت هدايت الكتريكي انجام مي شود كه نمونه بارز اين كاربرد در ساخت صفحات مدارهاي چاپي (P.C.B) Printed Circuit Board مي‌باشد [۲] .
شكل (۲) نمونه اي از اين كاربرد را در ساخت صفحات مدارهاي چاپي نشان مي‌دهد.

ج – جنبه هاي تزئيني
استفاده از پلاستيكهاي آبكاري شده به دليل خاصيت مقاومت به خراش و خواص زينتي پوششهاي ايجاد شده به طور وسيع در توليد وسايل خانگي مورد توجه قرار گرفته اند.[۱]
درشكل (۳) نمونه‌اي از اين كاربرد نشان داده شده است.

۲- معرفي پوشش الكترولس
آبكاري الكترولس عبارت است از احياء شيميايي با اتوكاتاليتيكي يونهاي فلزي موجود در وان الكترولس بر روي سطح قطعات. در اين فرايند پوششي يكنواخت از فلز مورد نظر به وسيله يك سري واكنشهاي شيميايي بر روي سطح قطعه ايجاد مي‌شود.

پرمصرف ترين پوشش‌هاي فلزي كه در آبكاري الكترولس مورد استفاده قرار مي‌گيرند، مس و نيكل مي‌باشند. كه درادامه به مكانيزم اصلي عمليات آبكاري الكترولس نيكل اشاره مي‌شود[۳].
۳- اجزاء حمام الكترولس

به طور كلي در حمام الكترولس هشت جزء وجود دارد:
۳-۱- منبع يونهاي نيكل
متداول‌ترين نمكهاي به كار رفته در فرايند الكترولس نيكل، سولفات نيكل و كلريد نيكل مي‌باشند، به طوري كه غلظت يونهاي نيكل در حمام‌هاي اسيدي بين ۴ تا ۱۰ گرم در ليتر مي‌باشند. [۴و۵]

۳-۲- هيپوفسفيت سديم
اين ماده يونهاي نيكل را در محلول به شكل عنصر، احياء مي كند به طوري كه در طي فرايند احياء آنيونهاي هيپوفسفيت به ارتوفسفيت تجزيه شده و گاز هيدروژن ايجاد مي‌گردد. ضمن آن كه درصد فسفر تا حدود ۱۵ درصد نيز در رسوب نيكل ظاهر مي‌شود. [۳]

۳-۳- بافرها
وظيفه بافرها جلوگيري از تغييرات PH در حمام مي‌باشد به طوري كه از افزايش بيش از حد اسيديته محلول در طي رسوب گذاري جلوگيري مي‌كنند.[۳]

۳-۴- كمپلكس كننده ها
اين اجزاء تقريباً اسيدهاي آلي بوده كه معمولاً دي كربوكسيلاتها مي‌باشند. اين مواد تاثير دو گانه اي دارند زيرا اولا باعث كاهش نرخ رسوب گذاري شده، ثانياً همانند يك بافر عمل مي كنند[۳].
۳-۵- شتاب دهنده ها
شتاب دهنده‌هايي نظير تركيبات فلوئوريدي و تيواوره در حد ppm2 تا ۲۰ باعث افزايش نرخ رسوب گذاري مي‌شوند [۴].

۳-۶- پايدار كننده ها
وظيفه پايدار كننده‌هايي نظير تركيبات سرب، كادميم و روي يا تركيبات سيانيدي در حد ppm1 تا ۱۰ اين است كه از تجزيه خود به خودي حمام در اثر حرارت اضافي يا وجود عناصر ناخالصي (ذرات گرد وغبار) جلوگيري مي‌كنند.[۳]

۳-۷- عوامل تر كننده :
اين مواد باعث كاهش كشش سطحي حبابهاي گازي ايجاد شده در حمام مي شوند و از ايجاد حفرات گازي بر روي رسوب جلوگيري مي‌كنند[۳].

۳-۸- متعادل كننده ها:
اين مواد باعث افزايش نرخ رسوب گذاري به وسيله تبديل يون ارتوفسفيت به هيپوفسفيت مي شوند[۳].

۴- معرفي پروسه آبكاري پلاستيكها
عمده فرايند آبكاري پلاستيكها مربوط به عمليات پيش از آبكاري است، به طوري كه از هفت مرحله پروسه مربوط به آبكاري پلاستيكها به روشهاي متداول (مانند الكتروپليت يا الكترولس) امكان پذير گردد[۱].

اين مراحل عبارتند از :
الف – آمده سازي اوليه
در اين مرحله عمليات تميز سازي سطح و چربي زدايي به وسيله محلول‌هاي اسيدي و قليايي انجام مي‌شود [۶].

ب- اچ كردن
هدف از اين مرحله افزايش انرژي سطحي قطعه پلاستيكي و ايجاد زيري ميكروسكوپي و تغييرات شيميايي در سطح پلاستيك مي‌باشد كه در نهايت قطعه پلاستيكي آماده پذيرش رسوب فلزي با چسبندگي مناسب مي شود. درواقع وظيفه ماده اچ كننده جدا كردن يك ماده پليمري فعال از سطح پلاستيك و يا تغيير در شيمي سطح پلاستيك مي‌باشد. به عنوان مثال در مورد پليمر اكريلونيتريل بوتادين استايرن (A.B.S) ‏ ،

ذرات بوتادين به وسيله محلول اچ اكسيد شده و در محلول حل مي‌شوند و درنهايت حفرات ميكروسكوپي در سطح قطعه به وجود مي آيند. محلول اچ كننده مورد استفاده در اين حالت تركيبي از اسيد سولفوريك واسيد كرميك مي‌باشد[۱و۶].

ج – اچ كردن
در اين مرحله به منظرو برطرف كردن يونهاي كرم شش ظرفيتي باقي مانده ناشي از مرحله اچ كردن، از اسيد كلريدريك رقيق استفاده مي شود[۱و۶].
د- كاتاليز كردن ( فعال سازي)
در اين مرحله مقدار كمي پالاديم يا نقره همراه با تركيبات قلع روي سطح پلاستيك به صورت شيميايي رسوب مي كند.

پالاديم ممكن است به روش تك مرحله اي يا دو مرحله اي روي سطح رسوب كند. در روش دو محرله اي از دو حمام جداگانه حاوي تركيبات قلع و تركيبات پالاديم استفاده مي شود،

ولي در روش تك مرحله اي عمليات فعال سازي در يك حمام جداگانه حاوي تركيبات قلع و تركيبات پالاديم اسفتاده مي شود، ولي در روش تك مرحله اي عمليات فعال سازي در يك حمام حاوي تركيبات قلع و پالاديم انجام مي‌شود. [۱و۶]

ه- شتاب دادن
در اين مرحله عامل هيدروكسيد قلع از روي سطح پلاستيك به وسيله محلول اسيد كلريدريك رقيق يا يك نمك اسيدي جهت آماده سازي براي مرحله بعدي پوشش دهي برداشته مي شود.

و- ايجاد پوشش الكترولس
پس از عمليات شتاب دهي، عمليات پوشش دهي در حمام الكترولس قليايي انجام مي شود كه در اين حالت ضخامت ۲۵/۰ تا ۵/۰ ميكرون از پوشش نيكل يا مس به طور يكنواخت بر روي سطح قطعه تشكيل مي‌شود[۱و۶]

ز- آبكاري ثانويه
پس از ايجاد يك پوشش بسيار نازك هادي بر روي سطح قطعه مي‌توان ضخامت پوشش را به روش‌هاي آبكاري متداول نظير الكتروپليت با الكترول