Pelapisan logam: Proses, aplikasi dan prospek masa depan

Elektroplating adalah suatu proses pelapisan lapisan tipis logam atau paduan lain pada permukaan logam tertentu dengan menggunakan prinsip elektrolisis. Prinsipnya adalah benda kerja berlapis emas digunakan sebagai katoda, logam berlapis listrik digunakan sebagai anoda (kadang-kadang logam yang tidak larut dalam larutan pelapisan listrik digunakan sebagai anoda), dan cairan pelapisan listrik adalah senyawa logam pelapisan. dan garam konduktif, aditif, dll. Ketika kutub-kutub tersebut dihubungkan dengan sumber listrik (arus searah), ion-ion logam dalam larutan pelapis berpindah ke katoda, dimana diperoleh elektron-elektron yang direduksi dan diendapkan pada permukaan katoda hingga menjadi pelapis.

Pelapisan logam mempunyai sejarah perkembangan yang panjang. Literatur elektroplating yang paling awal diterbitkan adalah proses pelapisan perak yang diusulkan oleh Profesor Brugnatelli di Italia pada tahun 1805, dan kemudian ia mengusulkan proses pelapisan emas. Pada tahun 1840, Elkington, Inggris, mengajukan paten pertama untuk perak berlapis sianida dan menggunakannya dalam produksi industri, yang menandai dimulainya industri pelapisan. Pada tahun yang sama, Jaeobi menerima paten pertama untuk pelapisan tembaga dari larutan asam.

Pada tahun 1840-an mulai bermunculan paduan elektroplating, seperti paduan tembaga-seng (kuningan) dan pelapisan paduan logam mulia. Pada tahun 1850-an, teknik seperti pelapisan listrik dengan nikel, tembaga, timah, dan seng dikembangkan satu demi satu. Pada awal abad ke-20, orang menyadari penggunaan galvanisasi asam sulfat pada permukaan strip baja, Proctor mengusulkan elektrogalvanisasi sianida, Fink (C.G. tinta) dan Eldridge (C.H.Eldridge) mengusulkan metode industri pelapisan kromium, dan pelapisan listrik secara bertahap berkembang menjadi sistem teknik elektrokimia yang lengkap.

Dua perang dunia berikutnya dan berkembangnya industri penerbangan mendorong pengembangan lebih lanjut dan peningkatan elektrodeposisi, pengembangan teknologi komersial seperti pelapisan kromium keras dan paduan tembaga pelapisan listrik, dan peralatan pelapisan listrik dikembangkan dari operasi manual ke operasi jalur perakitan modern yang sepenuhnya otomatis.

Karena pelapisan paduan memiliki kinerja yang lebih baik daripada pelapisan logam tunggal, maka telah dikembangkan dari tujuan awal untuk memperoleh pelapisan paduan dekoratif hingga studi tentang pelapisan paduan dekoratif, pelindung dan fungsional. Elektroplating Setelah lebih dari 200 tahun penerapan dan pengembangan, material pelapisan listrik baru dan metode teknologi proses pelapisan listrik terus bermunculan, dan bidang aplikasi terus berkembang. Bahan pelapis dapat berupa logam, paduan, semikonduktor, dll, dan bahan matriks juga diperluas dari logam menjadi bahan keramik dan polimer.

Tahap pra-perawatan

Pembersihan permukaan merupakan langkah penting dalam pretreatment pelapisan logam. Metode umum termasuk pembersihan kimia, pembersihan mekanis, dan pembersihan ultrasonik. Pembersihan kimiawi menghilangkan minyak dan kotoran dari permukaan dengan menggunakan bahan kimia tertentu; Pembersihan mekanis dengan menggunakan penggilingan, sandblasting dan cara lain untuk menghilangkan permukaan lapisan oksida dan kotoran; Pembersihan ultrasonik menggunakan getaran akustik frekuensi tinggi untuk meningkatkan efek pembersihan. Tujuan dari metode pembersihan ini adalah untuk memberikan permukaan yang bersih untuk proses pelapisan selanjutnya, memastikan daya rekat dan keseragaman lapisan.

Pengawetan terutama digunakan untuk menghilangkan oksida dan karat dari permukaan logam. Larutan pengawetan yang umum meliputi asam sulfat, asam klorida, dll. Proses pengawetan dapat mengaktifkan permukaan logam dan meningkatkan kekuatan pengikatan antara lapisan dan substrat.

Perawatan pra-pelapisan juga mencakup aktivasi, pasivasi, dan langkah lainnya. Perlakuan aktivasi dapat meningkatkan aktivitas permukaan logam dan membuat proses pelapisan listrik menjadi lebih lancar. Perlakuan pasif membentuk lapisan pelindung pada permukaan logam untuk meningkatkan ketahanan korosi pada lapisan.

Tahap elektroplating

Dalam proses pelapisan listrik, penyesuaian parameter seperti arus dan suhu sangatlah penting. Kepadatan arus secara langsung mempengaruhi kecepatan deposisi dan kualitas lapisan. Kepadatan arus yang rendah menyebabkan laju deposisi lambat dan kristalisasi lapisan menjadi kasar. Namun, rapat arus yang terlalu tinggi dapat menyebabkan lapisan terbakar dan permukaan menjadi kasar. Oleh karena itu, perlu untuk memilih kerapatan arus yang sesuai sesuai dengan komposisi bak mandi dan persyaratan pelapisan.

Suhu juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap efek pelapisan listrik. Peningkatan suhu dapat mempercepat laju difusi ion dan meningkatkan keseragaman dan kepadatan lapisan. Namun, suhu tinggi dapat menyebabkan penguraian komposisi bak mandi dan mempengaruhi kualitas lapisan.

Persiapan larutan pelapisan adalah kunci untuk memastikan kualitas pelapisan. Bahan pelapis yang berbeda memerlukan formulasi rendaman yang berbeda, dan proporsi serta konsentrasi berbagai komponen harus dikontrol secara ketat saat persiapan. Pada saat yang sama, faktor-faktor seperti pH dan konduktivitas bak mandi harus dipertimbangkan untuk memastikan stabilitas bak mandi dan mencapai hasil pelapisan listrik yang baik.

Tahap pasca pemrosesan

Pembersihan merupakan langkah awal pasca perawatan, yang dapat menghilangkan sisa larutan pelapis dan kotoran pada permukaan lapisan serta mencegah lapisan dari perubahan warna dan korosi.

Poles dapat meningkatkan kerataan permukaan dan kilap lapisan serta membuat tampilannya lebih indah.

Pengeringan membantu menghilangkan kelembapan dari permukaan lapisan, mencegah bekas air dan karat.

Perawatan penyegelan membentuk lapisan pelindung padat pada permukaan lapisan, selanjutnya meningkatkan ketahanan korosi dan ketahanan aus lapisan, serta memperpanjang masa pakai lapisan. Metode pasca perawatan ini bekerja sama satu sama lain untuk memastikan kualitas dan kinerja lapisan.

Keuntungan:

Pelapisan logam memiliki banyak keuntungan signifikan. Pertama, pelapisan listrik dapat sangat meningkatkan ketahanan korosi logam. Dengan membentuk lapisan pelindung pada permukaan logam, ini secara efektif menghalangi kontak antara logam dan oksigen, air, dan zat korosif lainnya di lingkungan luar, sehingga secara signifikan memperpanjang masa pakai logam. Misalnya, ketahanan korosi pada produk baja galvanis di lingkungan yang keras telah meningkat pesat.

Kedua, pelapisan listrik dapat meningkatkan kekerasan logam secara signifikan. Beberapa logam berlapis seperti kromium dan nikel memiliki kekerasan yang tinggi, yang dapat meningkatkan ketahanan aus logam setelah pelapisan pada permukaan logam, sehingga lebih tahan lama dalam lingkungan gesekan dan keausan.

Selain itu, pelapisan listrik juga dapat meningkatkan konduktivitas listrik logam. Misalnya, pelapisan emas, pelapisan perak, dan proses lainnya dapat membentuk lapisan konduktif yang baik pada permukaan logam, mengurangi hambatan, dan meningkatkan efisiensi konduksi arus, yang sangat penting dalam peralatan elektronik dan pembuatan sirkuit.

Selain itu, pelapisan listrik juga dapat memperbaiki penampilan logam, menjadikannya lebih halus, cerah, dengan dekorasi yang lebih baik, untuk memenuhi kebutuhan estetika yang berbeda.

Kekurangan

Namun pelapisan logam juga memiliki beberapa kekurangan yang tidak bisa diabaikan. Pertama, proses pelapisan listrik akan menghasilkan pencemaran lingkungan yang serius. Air limbah elektroplating biasanya mengandung sejumlah besar ion logam berat, seperti kromium, nikel, kadmium, dll, serta berbagai zat asam basa dan polutan organik. Jika air limbah dibuang langsung tanpa pengolahan yang baik, maka akan menimbulkan pencemaran serius terhadap tanah dan sumber air, sehingga membahayakan lingkungan ekologi dan kesehatan manusia.

Kedua, perawatan yang tidak tepat selama pelapisan listrik dapat menimbulkan efek kontraproduktif. Misalnya, masalah penggetasan hidrogen dapat menyebabkan lapisan dan logam dasar menjadi rapuh sehingga mengurangi sifat mekaniknya. Jika langkah pasca perawatan dalam proses pelapisan tidak sempurna, hal ini dapat menyebabkan cacat pada lapisan, sehingga mempengaruhi kinerja dan masa pakainya.

Selain itu, pelapisan listrik perlu menghabiskan banyak energi dan sumber daya, dan prosesnya relatif rumit dan biayanya tinggi. Pada saat yang sama, bagi beberapa usaha kecil, peralatan dan teknologi pengendalian polusi mungkin kurang efektif, dan sulit untuk memenuhi persyaratan perlindungan lingkungan.

Bidang dekorasi pelindung

Di bidang dekorasi pelindung, pelapisan logam memiliki beragam aplikasi. Keran sanitasi biasanya dilapisi dengan tembaga/nikel/kromium, yang tidak hanya memberikan tampilan cerah, tetapi juga memberikan sifat pelindung tertentu untuk mencegah karat dan keausan pada permukaan keran. Perhiasan tiruan juga merupakan aplikasi yang umum, seperti pelapisan emas imitasi, emas, perak dan pelapis logam lainnya, atau penggunaan proses anodisasi aluminium, sehingga memiliki warna dan tekstur yang mirip dengan logam mulia, untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan kecantikan. dan dekorasi. Selain itu, perangkat keras yang sering bersentuhan sehari-hari, seperti kenop pintu, sering kali dilapisi listrik untuk meningkatkan keindahan dan daya tahan.

Bidang perlindungan korosi

Dalam bidang proteksi korosi, pelapisan logam memegang peranan penting. Lembaran galvanis adalah bahan anti korosi yang umum, pelapisan lapisan seng pada pelat besi dapat secara signifikan meningkatkan ketahanan korosi pada pelat besi, dan banyak digunakan dalam konstruksi, otomotif, dan industri lainnya. Pelapisan kromium juga merupakan lapisan anti korosi yang umum, dan proses ini sering digunakan pada pelek roda sepeda tua di masa lalu. Selain itu, proses seperti pelapisan nikel tanpa listrik dan anodisasi juga dapat secara efektif meningkatkan ketahanan korosi pada logam, memberikan perlindungan yang andal untuk produk logam di lingkungan yang keras seperti industri dan luar ruangan, serta memperpanjang masa pakainya.

Peningkatan area kinerja

Dalam hal meningkatkan kinerja, pelapisan logam mempunyai kinerja yang baik. Kita tahu bahwa plastik pada awalnya bersifat non-konduktif, namun dengan beberapa persyaratan khusus, lapisan logam konduktif dilapiskan pada permukaan plastik melalui proses khusus, seperti pelapisan perak atau tembaga, yang dapat membuat plastik memiliki sifat konduktif, sehingga sebagai untuk digunakan dalam peralatan elektronik, sirkuit terpadu dan bidang lainnya. Metode pelapisan ini memberikan sifat baru pada material dan memperluas jangkauan penerapannya.

Bidang persyaratan kinerja khusus

Untuk persyaratan kinerja khusus, pelapisan logam juga dapat dipenuhi. Jika diperlukan kondisi tahan aus, seperti permukaan beberapa bagian mekanis, lapisan bahan tahan aus dapat dilapisi, seperti lapisan tungsten karbida atau lapisan karbon seperti berlian (DLC), yang secara signifikan meningkatkan keausan. ketahanan suku cadang, mengurangi keausan dan kerusakan, dan memperpanjang masa pakai. Dalam hal pelumasan sendiri, lapisan lapisan nanokomposit grafit dapat dilapisi pada permukaan material untuk mengurangi koefisien gesekan, mencapai efek pelumasan sendiri, dan meningkatkan efisiensi pengoperasian dan stabilitas peralatan.

Prospek pasar

Dengan terus berkembangnya industri otomotif, permintaan pelapisan logam akan terus meningkat. Otomotif komponen eksterior dan interior, seperti bumper, roda, dasbor, dll., untuk mencapai estetika yang lebih tinggi dan ketahanan terhadap korosi, terdapat peningkatan permintaan akan proses pelapisan listrik berkualitas tinggi. Pada saat yang sama, munculnya kendaraan energi baru, persyaratan untuk komponen baterai, komponen elektronik, dan pelapis pelindung lainnya juga semakin ketat. Di dalam industri peralatan rumah tangga , produk-produk kelas atas dan cerdas telah menjadi arus utama, dan kebutuhan konsumen akan penampilan dan daya tahan produk telah mendorong produsen peralatan rumah tangga untuk mengadopsi teknologi pelapisan listrik yang lebih canggih, seperti pelapisan nano, untuk meningkatkan daya saing produk. Dalam bidang luar angkasa , dengan kemajuan eksplorasi ruang angkasa dan peningkatan berkelanjutan dalam kinerja pesawat, persyaratan yang lebih tinggi diajukan untuk karakteristik ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus, dan ketahanan korosi pada suku cadang, yang akan mendorong pengembangan teknologi pelapisan logam ke tingkat yang lebih halus dan arah kinerja tinggi. Permintaan pelapisan logam di industri-industri ini diperkirakan akan terus mempertahankan tren pertumbuhan yang kuat di masa depan.

Inovasi teknologi

Dalam hal bahan pelapisan listrik baru, penerapan material nano dan material komposit diharapkan menjadi fokus penelitian dan pengembangan . Teknologi pelapisan nano akan semakin meningkatkan sifat-sifat lapisan, seperti kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan terhadap korosi. Pada saat yang sama, material paduan baru, seperti paduan tembaga dengan sifat khusus, paduan nikel, dll., juga akan dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan industri yang berbeda. Dalam hal inovasi proses, lini produksi pelapisan listrik yang cerdas dan otomatis akan menjadi tren perkembangan, yang dapat meningkatkan efisiensi produksi, memastikan konsistensi kualitas produk, dan mengurangi biaya tenaga kerja. Selain itu, pengembangan dan penerapan proses pelapisan listrik bebas sianida dan pelapisan kromium rendah berdasarkan konsep perlindungan lingkungan hijau akan lebih luas untuk mengurangi pencemaran lingkungan.

Perlindungan dan keberlanjutan lingkungan

Dalam proses pengembangan pelapisan logam, perlindungan lingkungan dan penghematan energi serta pengurangan emisi sangat penting. Persyaratan pemerintah dan masyarakat terhadap perlindungan lingkungan semakin ketat, dan perusahaan perlu meningkatkan investasi pada peralatan dan teknologi perlindungan lingkungan untuk memastikan bahwa air limbah, gas buang, dan residu limbah dibuang sesuai standar. Penelitian dan pengembangan serta penggunaan proses pelapisan yang lebih ramah lingkungan, seperti teknologi pelapisan tanpa emisi larutan pelapisan, akan menjadi arah pengembangan di masa depan. Sekaligus dengan mengoptimalkan proses produksi, meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi, mengurangi konsumsi sumber daya, dan mencapai pembangunan berkelanjutan. Memperkuat daur ulang dan penggunaan kembali limbah pelapisan listrik tidak hanya dapat mengurangi pencemaran lingkungan, tetapi juga menciptakan nilai ekonomi tertentu. Singkatnya, hanya dengan berfokus pada perlindungan lingkungan dan pembangunan berkelanjutan, industri pelapisan logam dapat memiliki masa depan yang luas.