విద్యుత్ లేపనం

పొరలు గల PCBల కోసం రాగి విద్యుత్ లేపన యంత్రం

విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా ఎక్కువ ధర ఉన్న లోహాలను లేదా, త్వరగా క్షయం కాని లోహాలను ఒక వేరే లోహంపై పచ్లగా పూత పూయటాన్ని "విద్యుత్ లేపనం" అంటారు.దీనిని ఆంగ్లంలో ఎలక్ట్రో ప్లేటింగ్ అంటారు. విద్యుత్ లేపనం ఉపయోగించి లోహపు పూత పూయవలసిన లోహాన్ని కాథోడ్ (ఋణ ధ్రువం) గాను, పూతకు ఉపయోగించే లోహాన్ని ఆనోడు (ధన ధ్రువం) గాను తీసుకుని విద్యుత్ విశ్లేష్యంగా పూతకు అవసరమైన లోహం కలిగియున్న ద్రావణాన్ని తీసుకుని దానిని వలయములో విద్యుత్ ప్రవాహానిని సంధానం చేస్తారు. విద్యుత్ విశ్లేషణ ప్రక్రియలో ద్రావణం రెండు అయాన్లుగా (కాటయాన్, ఆనయాన్) గా విడిపోతుంది. కాటయాన్ అనగా ధన అయాన్. ఆనయాన్ అనగా ఋణ అయాన్. ధన అయాన్లు ఋణ పలక అయిన కాథోడ్ పైకి చేరి ఎలక్ట్రాన్లను గ్రహించి లోహపు పూత యేర్పడుతుంది. ఋణ అయాన్లు (ఆనయాన్లు) ధన పలక (ఆనోడు) పైకి చేరి ఆ పలకలో గల పూత పూయుటకు ఉపయోగించే లోహపరమాణువుకు ఎలక్ట్రాన్లను అందించి మరల విద్యుత్ విశ్లేష్యంగా తీసుకున్న ద్రావణ అణువుగా తయారై ద్రావణంలో కలిసి పోతుంది. ఈ ప్రక్రియలో విద్యుత్ విశ్లేష్యం (తీసుకున్న ద్రావణం) యొక్క గాఢత మారదు. కానీ కాథోడ్ నుండి విడుదలయిన ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య, ఆనోడు గ్రహించిన ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యకు సమానమవుతుంది. ఈ విద్యుత్ విశ్లేషణ ప్రక్రియ జరిపే కాలం, ఉపయోగించే విద్యుత్ ప్రవాహం పై పూత ఆధారపది ఉంటుంది. ఎక్కువ సమయం విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియ జరిపినా లేదా, హెచ్చు విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని పంపించినా లోహంపై యేర్పడిన పొర మందం పెరుగుతుంది. ఈ ప్రక్రియను కృత్రిమ ఆభరణములపై బంగారుపూత లేదా వెండి పూత వేయుటకు, త్వరగా క్షయం అయిన లోహాలపై క్షయం కాకుండా అరికట్టేందుకు, మలినాలతో కూడిన ఏదైనా లోహం నుండి శుద్ధ లోహం వేరు చేయు విధానంలో లోహ సంగ్రహణ శాస్త్రంలో ఉపయోగిస్తారు., సూక్ష్మ భాగాల్లో దృఢత్వాన్ని పెంచటానికి ఉపయోగిస్తారు.

విధానం

ఒక కాపర్ సల్ఫేట్ విద్యుద్విశ్లేష్యం లోని కాపర్‌తో లోహ (Me) యొక్క విద్యుత్ లేపనం.

విద్యుద్విశ్లేషణ చేసే ఘటం (వాల్టా ఘటం) లో విద్యుద్విశ్లేష్యంగా కాపర్ సల్ఫేట్ ($CuSO_{4}$) తీసుకుంటాం. దానిలో పటంలో చూపబడినట్లు కాథోడ్ గా పూత పూయ వలసిన లోహాపు పలక (Me), పూతకు ఉపయోగించు రాగిపలకను ఆనోడుగా తీసుకుని వాటికి విద్యుత్ వలయంతో అనుసంధానం చేస్తారు. విద్యుత్ ప్రవహించినపుడు విద్యుద్విశ్లేష్యం అయిన $CuSO_{4}$ ద్రావణం రెండు అయాన్లుగా విడిపోతుంది. అవి$Cu^{2+}$, ${SO_{4}}^{2-}$.ద్రావణంలో గల ${SO_{4}}^{2-}$ అయాన్ల రెండు ఎలక్ట్రాన్లు కోల్పోయి ఆక్సీకరణం చెంది ఆనోడు లోని రాగితో కలిసి మరల కాపర్ సల్ఫెట్ అణువు ఏర్పడుతుంది. ద్రావణం లోని $Cu^{2+}$ అయాన్లు కాథోడు అయిన లోహం నుండి రెండు ఎలక్ట్రాన్లు గ్రహించి క్షయకరణం చెందటం ద్వారా ఆ లోహంపై రాగి పూతగాఅ యెర్పడుతుంది. ఈ విధం ఆనోడు పలక నుండి కాథోడుకు రాగి బదిలీ అవుతుంది.

ఈ లేపనానికి ఒక మిశ్రలోహాన్ని కాకుండా, సాధారణంగా ఒకే ఒక లోహ పదార్ధాన్ని ఉపయోగిస్తారు. అయితే, ప్రత్యేకంగా ఇత్తడి, టంకం వంటి కొన్ని మిశ్రలోహాలు విద్యుత్ విశ్లేషణలో ఆనోడుగా వాడుతారు.

పలు లేపననాలు చేయటానికి విద్యుద్విశ్లేష్యాలుగా లోహంలోని సైనేడ్‌లు (ఉదా: పోటాషియం సైనేడ్), ఇతర లోహాల్లోని సైనేడ్‌లు కూడా ఉపయోగపడతాయి. ఈ సైనేడ్‌లు యానోడ్ కోతకు కారణమవుతాయి, ఇవి ఒక లోహపు అయాన్ స్థాయి స్థిరంగా ఉంచటానికి, విద్యుత్ వాహకాన్ని పెంచటానికి దోహద పడతాయి. ఇంకా, వాహకతను పెంచడానికి అలోహ రసాయనాయైన కార్బోనైట్‌ లు, పాస్పేట్ లు కూడా కలుపుతారు.

లోహంపై నిర్దిష్ట ప్రాంతాల్లో లేపనం అవసరం లేనప్పుడు, అధస్తరాలతో లోహపు పూతను యెర్పడకుండా ఆ ప్రాంతాల్లో టేప్, రేకు,, మైనం వంటివి వాడతారు.

స్ట్రయిక్

ప్రారంభంలో, అధస్తరానికి అధిక నాణ్యత, మంచి అపారదర్శకత గల ఒక సన్నని లేపనం (సాధారణంగా 0.1 మైక్రోమీటరు మందం కంటే తక్కువగా) కోసం ఒక "స్ట్రయిక్" లేదా "ఫ్లాష్" అని పిలిచే ఒక ప్రత్యేక లేపన పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు. ఇది తదుపరి లేపన విధానాలకు ఒక ఆధారం వలె ఉపయోగపడుతుంది. ఒక స్ట్రయిక్ అధిక విద్యుత్ సాంద్రత, ఒక అత్యల్ప అయాన్ గాఢతతో విద్యుద్విశ్లేషణకు ఉపయోగపడుతుంది. ఈ విధానం చాలా నెమ్మిదిగా జరుగుతుంది, కనుక కావలసిన స్ట్రయిక్ మందాన్ని పొందే వరకు మరిన్ని సమర్థవంతమైన లేపన విధానాలను ఉపయోగిస్తారు.

స్ట్రయికింగ్ పద్ధతిని వేర్వేరు లోహాల లేపనంతో కలిపి కూడా ఉపయోగిస్తారు. క్షయం నిరోధకాన్ని మెరుగుపర్చడానికి ఒక లోహంపై ఒక రకం నిక్షేపణాన్ని లేపనం చేయాల్సి వచ్చినప్పుడు, కాని ఆ లోహం అధస్తరానికి అంతర్గతంగా బలహీనమైన సంశ్లేషణ అయినప్పుడు, ఈ రెండింటితో అనుకూలంగా ఉండే ఒక స్ట్రయిక్‌ను మొట్టమొదటిగా నిక్షేపించబడుతుంది. ఈ పరిస్థితికి ఒక ఉదాహరణగా, జింక్ మిశ్రమ లోహాల్లో విద్యుద్విశ్లేష్య నికిల్ యొక్క బలహీనమైన సంశ్లేషణను చెప్పవచ్చు, ఇటువంటి సందర్భంలో రెండింటికీ మంచి నిబద్ధతను కలిగి ఉన్న రాగి స్ట్రయిక్‌ను ఉపయోగిస్తారు.

బ్రష్ ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్

దీనికి సంబంధించిన మరో విధానంగా బ్రష్ ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్‌ను చెప్పవచ్చు, దీనిలో లేపన ద్రావణంతో నింపిన ఒక బ్రష్‌ను ఉపయోగించి స్థానీకరణ భాగాలు లేదా మొత్తం అంశాల్లో లేపనం చేస్తారు. సాధారణంగా ఒక లేపన ద్రావణాన్ని కలిగి ఉండి, లేపనం చేసిన అంశంలో ప్రత్యక్ష సంబంధాన్ని నిరోధించే ఒక వస్త్రంతో చుట్టిన ఒత స్టెయిన్లెస్ స్టీల్ అయిన బ్రష్‌ను అత్యల్ప వోల్టేజ్ గల ప్రత్యక్ష విద్యుత్ వనరులోని ధనాత్మక అంత్యానికి అనుసంధానిస్తారు, లేపనం చేసిన అంశాన్ని రుణాత్మక అంత్యానికి అనుసంధానిస్తారు. ఆపరేటర్ బ్రష్‌ను లేపన ద్రావణంలో ముంచుతుంది, తర్వాత దాని అంశానికి వర్తింప చేస్తుంది, బ్రష్ లేపన పదార్థం సమంగా అందుకోవడానికి నిరంతరంగా కదిలిస్తూ ఉంటుంది. ఈ బ్రష్ యానోడ్ వలె పనిచేస్తుంది, కాని సాధారణంగా ఏదైనా లేపన పదార్ధానికి సహాయపడదు, అయితే కొన్నిసార్లు లేపన ద్రావణం జీవితాన్ని పెంచడానికి బ్రష్‌ను లేపన పదార్థంతో లేదా పదార్ధాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

బ్రష్ ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ అనేది ట్యాంక్ లేపనంతో పలు ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది, వీటిలో ట్యాంక్‌ను కొన్ని కారణాల వలన లేపనం చేయలేని వాటికి సౌలభ్యం, సామర్థ్యం, (ఒక నిర్మాణ పునరుద్ధరణలో పలు భారీ అలంకార మద్దతు వరుసల్లోని భాగాలకు లేపనం చేయడం ఒక అనువర్తనం) అత్యల్ప లేదా ఎటువంటి మాస్కింగ్ అవసరాలు, అత్యల్ప లేపన ద్రావణ మొత్తం అవసరాలను ఉన్నాయి. ట్యాంక్ లేపనంతో పోల్చినప్పుడు అననుకూలతల్లో, భారీ ఆపరేటర్ కాలమ్‌లు వాడకం (ట్యాంక్ లేపనాన్ని తరచూ అత్యల్ప సావధానతతో నిర్వహిస్తారు), ఒక లేపన మందాన్ని సాధించడంలో అసమర్థతలు ఉన్నాయి.

ఎలక్ట్రోలెస్ నిక్షేపణం

సాధారణంగా ఒక విద్యుద్విశ్లేషణ ఘటం (రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌లు, ఎలక్ట్రోలైట్, విద్యుత్ కోసం బాహ్య వలయాన్ని కలిగి ఉంటుంది) అనేది విద్యుత్ నిక్షేపణం కోసం ఉపయోగిస్తారు. దీనికి విరుద్ధంగా, ఒక ఎలక్ట్రోలెస్ నిక్షేపణ విధానంలో ఒక ఎలక్ట్రోడ్‌ను ఉపయోగిస్తారు, విద్యుత్ ప్రసారం కోసం ఎటువంటి బాహ్య వనరు అవసరం లేదు. అయితే, ఎలక్ట్రోలెస్ విధానంలోని ద్రావణంలో ఒక క్షీణించే కారకం ఉండాల్సిన అవసరం ఉంది ఎందుకంటే ఎలక్ట్రోడ్ ప్రతిచర్య క్రింది రూపంలో ఉంటుంది:

$M^{z+}+Red_{solution}{\stackrel {\text{catalytic surface}}{\Longrightarrow }}M_{solid}+Oxy_{solution}$

ఉదాహరణకు, ఒక ఎలక్ట్రోలెస్ విధానాన్ని ఎలక్ట్రోలెస్ నికెల్ లేపనం కోసం ఉపయోగిస్తారు.

నిర్మలత

నిర్మలత అనేది విజయవంతమైన విద్యుత్ లేపనం కోసం తప్పక అవసరం, ఎందుకంటే నూనె యొక్క అణు పొరలు లేపనం యొక్క సంశ్లేషణను నిరోధిస్తుంది. ASTM B322 అనేది విద్యుత్ లేపనానికి ముందు లోహాలను శుభ్రం చేయడానికి ఒక ప్రాథమిక మార్గదర్శకం వలె ఉపయోగిస్తారు. శుభ్రపరిచే విధానాల్లో ద్రావక శుభ్రత, వేడి ఆల్కాలైన్ డిటర్జెంట్ శుభ్రత, ఎలక్ట్రోక్లీనింగ్, ఆమ్ల శుభ్రతలు మొదలైనవి ఉన్నాయి. శుభ్రత కోసం సాధారణ పారిశ్రామిక పరీక్ష అనేది జల నిర్మూలన పరీక్షగా చెప్పవచ్చు. దీనిలో ఉపరితలాన్ని బాగా శుభ్రం చేసి, నిలువుగా ఉంచుతారు. నూనెలు వంటి జలంలో కరగని మలిన కారకాలు శీఘ్రంగా నీరు కారిపోయేలా అనుమతిస్తూ నీటిని తగ్గిస్తుంది. బాగా శుభ్రమైన లోహ ఉపరితలాలు జలపరాగ సంపర్కాలు, ఇవి నీరు తగ్గిపోయేలా చేయని అవిచ్ఛిన్న నీటి పలకను కలిగి ఉంటుంది. ASTM F22 ఈ రకం పలకను సూచిస్తుంది. ఈ పరీక్ష జలపరాగ సంపర్క పదార్ధాలను గుర్తించదు, కాని దీనిని విద్యుత్ లేపన విధానం తొలగించగలదు ఎందుకంటే ద్రావణాలు నీటి-ఆధారంగా తయారు చేయబడతాయి. సబ్బు వంటి సర్ఫాక్టంట్స్ పరీక్ష యొక్క సున్నితత్వాన్ని తగ్గిస్తాయి, తప్పక బాగా శుభ్రపర్చాలి.

ప్రభావాలు

విద్యుత్ లేపనం లోహ భాగం యొక్క రసాయన, భౌతిక, యాంత్రిక లక్షణాలను మారుస్తుంది. ఒక రసాయన మార్పుకు ఉదాహరణగా నికెల్ లేపనం క్షయ నిరోధాన్ని పెంచుతుంది. ఒక భౌతిక మార్పుకు ఉదాహరణగా, బాహ్యంగా కనిపించే రీతిలో మార్పును చెప్పవచ్చు.ఒక యాంత్రిక మార్పుకు ఉదాహరణగా, టెన్సైల్ శక్తి లేదా ఉపరితల కాఠిన్యంలో మార్పును చెప్పవచ్చు.

పరిమితులు

విద్యుత్ లేపనంతో ఒక ఏకరీతి మందాన్ని సాధించడం అనేది లేపనం చేసిన వస్తువు యొక్క జ్యామితిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. లేపన లోహం అనేది బాహ్య మూలలు, ఉబుకులకు ఉత్తమంగా ఆకర్షించబడుతుంది, కాని అంతర్గత మూలలు, మాంద్యాలకు ఆకర్షించబడదు. ఈ ఆటంకాలను పలు యానోడ్లు లేదా భాగం యొక్క జ్యామితిని పోలి ఉండే ఒక ప్రత్యేక ఆకార యానోడ్‌చే నిరోధించవచ్చు, అయితే ఈ రెండు రకాల పరిష్కారాలు వ్యయాన్ని పెంచతాయి.

చరిత్ర

నికిల్ లేపనం

పార్థియాన్ బ్యాటరీ అనేది విద్యుత్ లేపనానికి ఉపయోగించిన మొదటి వ్యవస్థ అని నిర్థారించబడింది.

ఆధునిక విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రం అనేది 1805లో ఇటాలియన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త లుయిగి V. బ్రుగ్నాటెల్లీ కనిపెట్టాడు. బ్రూగ్నాటెల్లీ మొట్టమొదటి ఎలక్ట్రో నిక్షేపణం కోసం ఐదు సంవత్సరాలు ముందు అతని సహచరుడు అలెసాండ్రో వోల్టా యొక్క సృష్టి వోల్టాయిక్ పైల్నును ఉపయోగించాడు. బ్రూగ్నాటెల్లీ యొక్క ఆవిష్కరణలు "ఫ్రెంచ్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్" చే పునరుద్ధరించబడ్డాయి, తర్వాత ముప్పై సంవత్సరాలు వరకు సాధారణ రంగంలో ఉపయోగించలేదు.

రష్యా లోని ఎలక్ట్రో టైపింగ్, విద్యుత్ లేపనంని విస్తరించిన బోరిస్ జాకోబి

1839 నాటికీ, బ్రిటన్, రష్యాల్లోని శాస్త్రవేత్తలు బ్రుగ్నాటెల్లీ యొక్క ముద్రణ సంస్థ పలకల యొక్క రాగి విద్యుత్ లేపనం వలె లోహ నిక్షేపణ విధానాలను స్వతంత్రంగా కనిపెట్టారు. కొంతకాలం తర్వాత, ఇంగ్లాండ్, బిర్మింగ్హమ్‌లోని జాన్ రైట్ బంగారం, వెండి విద్యుత్ లేపనానికి పొటాషియం సైనేడ్ ఒక అనుకూలమైన విద్యుద్విశ్లేషణ పదార్థంగా గుర్తించాడు. రైట్ యొక్క సహచరులు జార్జ్ ఎల్కింగ్టన్, హెన్రీ ఎల్కింగ్టన్‌లు 1840లో విద్యుత్ లేపనానికి మొట్టమొదటి పేటెంట్లను అందుకున్నారు. వీరిద్దరూ బిర్మింగ్హమ్‌లో విద్యుత్ లేపన పరిశ్రమను ప్రారంభించారు, ఇది తర్వాత ప్రపంచవ్యాప్తంగా వ్యాపించింది.

హాంబర్గ్‌ లోని నార్డెట్చే ఆఫినెరై అనేది మొట్టమొదటి ఆధునిక విద్యుత్ లేపన సంస్థగా చెప్పవచ్చు, ఇది 1876 నుండి దాని ఉత్పత్తిని ప్రారంభించింది.

విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రం అభివృద్ధి చెందుతున్న కారణంగా, విద్యుత్ లేపనంతో దాని సంబంధాన్ని అర్ధం చేసుకున్నారు, అలంకారరహిత లోహ విద్యుత్ లేపన విధానాల ఇతర రకాలు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. నికెల్, ఇత్తడి, టిన్, జింక్ యొక్క వాణిజ్య విద్యుత్ లేపనాలు 1850ల్లో అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ఎల్కింగ్టన్ యొక్క పేటంట్ల ఆధారంగా విద్యుత్ లేపన స్నానాలు, పరికరాలు పలు భారీ స్థాయి అంశాలకు లేపనానికి సరిపోయేలా, నిర్దిష్ట తయారీ, ఇంజినీరింగ్ అనువర్తనాల కోసం తయారు చేయబడ్డాయి.

19వ శతాబ్దం చివరిలో అభివృద్ధి చేసిన ఎలక్ట్రిక్ జనరేటర్ ల ఆవిష్కరణతో మంచి ఊపందుకున్నాయి. అత్యధిక విద్యుత్ ప్రసారాలు, లభ్యమయ్యే లోహ యంత్ర భాగాలు, హార్డ్‌వేర్, క్షయ సంరక్షణ అవసరమైన ఆటోమేటివ్ భాగాలు, మెరుగుపర్చిన దుస్తుల లక్షణాలు, ఉత్తమ కనిపించే తీరుతో సహా అన్ని అధికమొత్తంలో తయారు చేయబడ్డాయి.

రెండు ప్రపంచ యుద్ధాలు, అభివృద్ధి చెందుతున్న విమానయాన రంగాలు మరిన్ని అభివృద్ధులు, నవీకరణలకు ప్రేరణను అందించాయి, వీటిలో పలు ఇతర లేపన విధానాలతోసహా క్రోమియం లేపనంస కాంస్య మిశ్రలోహ లేపనం, సల్ఫామేట్ నికెల్ లేపనం ఉన్నాయి. మాన్యువల్‌గా అమలు చేసే టార్ పంక్తి చెక్క ట్యాంక్‌ల నుండి ఆటోమేటడ్ పరికరం వరకు ఆవిష్కరించిన లేపన పరికరాలు గంటకు కొన్ని కిలోగ్రామ్‌ల భాగాలకు ప్రాసెస్ చేయగల సామర్థ్యం ఉంది.

అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త రిచర్డ్ ఫేన్మ్యాన్ యొక్క మొదటి ప్రాజెక్ట్‌ల్లో ఒకటి ప్లాస్టిక్ పై విద్యుత్ లేపన లోహానికి సాంకేతిక ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేయబడింది. ఫేన్మ్యాన్ అతని స్నేహితుని యొక్క ఒక విజయవంతమైన ఆవిష్కరణ నుండి ఈ ఆలోచనను అభివృద్ధి చేశాడు. అతను అంగీకరించిన వాణిజ్య అవసరాలు కోసం అతని యజమాని (, స్నేహితున్ని) అనుమతించాడు, లేనట్లయితే అతను తన ఆశను సాధించలేకపోయేవాడు.

మూలాలు

గ్రంథ పట్టిక

• Dufour, Jim (2006). An Introduction to Metallurgy, 5th ed. Cameron.
• Mohler, James B. (1969). Electroplating and Related Processes. Chemical Publishing Co. ISBN 0-8206-0037-7.
• Todd, Robert H.; Dell K. Allen and Leo Alting (1994). "Surface Coating". Manufacturing Processes Reference Guide. Industrial Press Inc. ISBN 0-8311-3049-0.

బాహ్య లింకులు

• ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ ఎన్‌సైక్లోపీడియా కథనం