ما هو طلاء النيكل الكهربائي

طلاء النيكل الكهربائي هو عملية تشكيل طبقة من النيكل على سطح ركيزة عن طريق الترسيب الكهروكيميائي. يستخدم هذا تيارًا كهربائيًا خارجيًا لاختزال أيونات النيكل من الإلكتروليت وترسيبها على سطح قطعة العمل التي تعمل ككاثود . تتميز طبقة النيكل الناتجة عن هذه العملية بنقاء عالٍ (عادةً ما يزيد عن 99.96٪) وتتميز بقوة ميكانيكية ومقاومة للتآكل وخصائص مغناطيسية ممتازة. يستخدم طلاء النيكل الكهربائي الصناعي نظام إلكتروليت يكون فيه كبريتات النيكل أو كبريتات النيكل هي الملح الرئيسي، ويتم التحكم بدقة في كثافة التيار ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة لضمان تبلور الطبقة بدقة وبشكل متساوٍ. بخلاف طلاء النيكل الكيميائي (حيث لا يتضمن أي تيار)، يوفر طلاء النيكل الكهربائي طبقة أكثر كثافة ومناسبًا لحالات مقاومة التآكل العالية والموصلية العالية. يتبع الإنتاج العالمي للنيكل الكهربائي عالي النقاء معايير صارمة مثل ASTM B39-79 لضمان اتساق التركيبة، على سبيل المثال، تتطلب درجة Ni9996 إجمالي النيكل والكوبالت ≥ 99.96٪، والكوبالت ≤ 0.02٪.

استخدام طلاء النيكل الكهربائي

تغطي التطبيقات الأساسية لطلاء النيكل الكهربائي مجالات رئيسية في الصناعة:

الفضاء والسيارات: يُستخدم طلاء النيكل على مكونات المحركات، وشفرات التوربينات، وأجزاء أخرى في بيئات ذات درجات حرارة وضغط عاليين لتوفير الحماية من الأكسدة والتآكل. يشترط موردو بوينغ وإيرباص طلاء النيكل الخالي من الكهرباء المتوافق مع معيار AMS 2423 لضمان سلامة الطيران.

صناعة الإلكترونيات: في إطارات الرصاص وأشباه الموصلات، يتم استخدام طبقة الطلاء بالنيكل الكهربائي كطبقة أساسية أو سطحية لتعزيز التوصيل الكهربائي ومنع انتشار النحاس. ومن المتوقع أن يصل حجم سوق المواد الكيميائية المستخدمة في طلاء أشباه الموصلات على مستوى العالم في عام 2025 إلى 691 مليون دولار أمريكي، منها 47% من حصة محلول الطلاء والمواد المضافة، والتي تهيمن عليها بشكل رئيسي شركات MacDermid وAtotech وغيرها.

بطارية طاقة جديدة: طورت شركة Lotte Energy Materials الكورية الجنوبية رقائق نحاسية مطلية بالنيكل على الوجهين لمجمع البطاريات ذات الحالة الصلبة، من خلال تقنية طلاء النيكل الكهربائي لتعزيز التوصيل السطحي، مع منع تآكل إلكتروليت الكبريتيد، بحيث زادت عمر البطارية بنسبة 20%.

يتميز طلاء النيكل الكهربائي بمرونة عالية في المعالجة، إذ يُمكن ترسيبه على أسطح ذات هندسة معقدة، ويسمح بتعديل صلابة ولمعان الطبقة المطلية باستخدام مواد مضافة (مثل المُبيضات وعوامل التسوية). على سبيل المثال، يُستخدم طلاء النيكل الكهربائي عالي الفوسفور في صمامات البترول، التي تتحمل التآكل الناتج عن بيئة حمض كبريتيد الهيدروجين (H₂S).

الفرق بين طلاء النيكل الكهربائي وطلاء النيكل الكهربائي بحمام واط

طلاء النيكل الكهربائي هو مصطلح عام لتقنية النيكل بالترسيب الكهربائي، ويغطي مجموعة واسعة من أنظمة سوائل الطلاء؛ ويُعدّ حمام واط للطلاء الكهربائي للنيكل (حمام واط) تركيبته الأكثر كلاسيكيةً ودقةً. طوّر أو. بي. واتس هذا النظام عام ١٩١٦، وهو مُركّب من كبريتات النيكل (٢٥٠-٣٠٠ جم/لتر)، وكلوريد النيكل (٦٠ جم/لتر)، وحمض البوريك (٤٠ جم/لتر) عند درجة حرارة تشغيل تتراوح بين ٥٠-٦٠ درجة مئوية وقيمة pH تتراوح بين ٣ و٤. يُوفّر كلوريد النيكل التنشيط الأنودي لأيونات الكلوريد لمنع التخميل، بينما يُخفّف حمض البوريك التخميل، بينما يُوفّر كلوريد النيكل التنشيط الأنودي لأيونات الكلوريد لمنع التخميل، بينما يُخفّف حمض البوريك التخميل. التخميل، وحمض البوريك ينظم تقلبات الرقم الهيدروجيني لضمان انخفاض الإجهاد وارتفاع ليونة الطبقة المطلية.

تُشكل أحواض النيكل المطلية بالكهرباء أكثر من 70% من التطبيقات الصناعية، وهي منخفضة التكلفة ومستقرة في عملياتها، ومناسبة للطلاء الزخرفي والحماية العامة. ومع ذلك، تتطلب سيناريوهات الطلب الوظيفي بدائل:

طلاء النيكل بدون كهرباء باستخدام الأمينوسلفونات: يستخدم في التشكيل الكهربائي ولوحات الدوائر المطبوعة ، مع ضغوط داخلية منخفضة تصل إلى 10 ميجا باسكال وتشقق أقل للطبقة؛

طلاء النيكل الخالي من الكهرباء باستخدام البيركلوريدات: يسمح بكثافات تيار أعلى (>8 أمبير/ديسيمتر²) وهو مناسب للترسيب السريع للطبقات السميكة.

على الرغم من تنوع حمامات وات النيكل المستخدمة في الطلاء الكهربائي، فإن الطلاء الكهربائي بالنيكل الخالي من الفوسفور العالي لا يزال لا يمكن الاستغناء عنه على الركائز غير الموصلة (مثل البلاستيك)، وسوف يشكل الطلاء الكهربائي بالنيكل الخالي من الفوسفور المنخفض 62% من سوق الطلاء الكهربائي العالمي الذي تبلغ قيمته 4.8 مليار دولار في عام 2024.

قيمة إعادة تدوير طلاء النيكل الخالي من الكهرباء

إن النقاء العالي لطلاء النيكل الخالي من الكهرباء يمنحه جدوى اقتصادية كبيرة لإعادة التدوير. يُعد النيكل نفسه معدنًا استراتيجيًا يتميز بتقلبات سعرية عالية (ستبلغ تكلفة النيكل الكهربائي حوالي 18,000 دولار أمريكي للطن في عام 2025)، ويمكن إعادة تدوير بقايا الطلاء، والطلاء المُزال، والأجزاء المطلية المُهملة. تستخدم إعادة التدوير الحديثة التكرير الكهربائي أو المعالجة المعدنية المائية: تُذاب الخردة المحتوية على النيكل وتُنقى عن طريق الاستخلاص، ثم تُحلل كهربائيًا لإنتاج صفائح نيكل نقية، بنسبة نقاء تصل إلى 99.9%، والتي يمكن استخدامها مباشرةً في خزانات الطلاء الكهربائي أو صهر السبائك.

يُعد النيكل المُعاد تدويره أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بنسبة 60-80% من تكرير الخام. على سبيل المثال، يُمكن لإعادة تدوير بقايا النيكل في مصانع الفولاذ المقاوم للصدأ أن تُخفض التكاليف بنسبة 30%. وقد أنشأت شركات السيارات الأوروبية، مثل BMW، نظامًا مُغلقًا لإعادة تدوير طبقة طلاء النيكل من الأجزاء القديمة لإنتاج أجزاء جديدة. تُقدم شركة MacDermid (الولايات المتحدة الأمريكية) خدمات تجديد محاليل الطلاء، وإزالة أيونات الشوائب من خلال راتنجات التبادل الأيوني، وإطالة عمر حوض الطلاء، وتقليل انبعاثات النيكل. يتوافق نموذج إعادة التدوير هذا مع لائحة البطاريات الجديدة للاتحاد الأوروبي (معدل إعادة تدوير بطاريات النيكل بنسبة 95% اعتبارًا من عام 2027)، والتي تُعزز طلاء النيكل الكهربائي كجزء أساسي من التصنيع المُستدام.