למה צריך ציפויים

מטרתם העיקרית של ציפויים היא לשפר תכונות קימות של חומרים, לתת להם עמידות בתנאים מסוימים, ליצור צרופים ותכונות שאי אפשר להשיג ממתכת אחת, לבנות מוצרים שקשה ליצרם בצורה אחרת.
נתחיל בציפויים להקטנת נזקי קורוזיה (שיתוך בעברית). שיתוך נוצר כאשר המתכת מאבדת את התכונות שלה והופכת לתרכובת אחרת, למשל ברזל מתחמצן והופך לחלודה.
כדי שיתקיים שיתוך צריכים להתקיים כמה תנאים בסיסיים: סביבה הגורמת לשיתוך, בדרך כלל רטיבות. אזורים אנודיים בהם נוצר השיתוך. אנו נגדיר אנודה כאזור הנותן זרם לתמיסה (לסביבה הקורוזיבית) . הזרם הוא יוני מתכת.חייב להיות קשר מתכתי בין האזורים האנודיים לקתודיים כדי שיזרום זרם ויהיה שיתוך.
פעולות המניעה של השיתוך נעשות בכמה דרכים :

1. מניעת מגע בין המתכת לסביבה המאכלת, למשל צביעה.
2. חסימת הקשר המתכתי בין האנודה לקתודה כאשר ישנן שתי מתכות.
3. בידוד בין המתכת לסביבה ע"י מתכת אצילה. דבר זה מסוכן אם העובי לא גדול ואז אזורים קטנים (נקבוביות) ללא ציפוי יותקפו קשות, כי האזורים הקטנים יתנו זרם גדול לאזורים המצופים ( ראה ציור א). על ידי כך יגרמו לחורים במתכת הבסיס.
4. ציפוי במתכת פחות אצילה שתקריב את עצמה כדי להגן על מתכת הבסיס למשל אבץ או קדמיום על פלדה. האזורים הקטנים של אי רציפות יקבלו הגנה טובה של הסביבה האנודית.

ככל שהציפוי עבה, משך ההגנה יגדל. ישנה שיטה שנקראת ההגנה קתודית שבה למשל צינור פלדה המונח בקרקע מקבל זרם חשמל ישר, כנגד איזשהו גוש ברזל, זרם זה מקטין את השיתוך. אפשר לעשות זאת על ידי גושי מגנזיום או אבץ היוצרים לבד את הזרם הדורש להגנת הצנרת.

ציור א: ציפוי אציל מתכת(פלדה)


הציפוי משמש לשיפור מולכות חשמל.
כאשר בחלק עובר חשמל בתדר גבוה, רוב הזם עובר על פני השטח מה נקרא – אפקט עור – ככל שתדר גבוה יותר הוא מתרכז יותר על פני השטח ועובי השכבה בה עובר הגל קטן.
בתהליך זה משתמשים בעיקר בציפוי כסף שהיא מתכת בעלת המוליכות הגבוהה ביותר.
כאשר יש צורך במגע חשמלי, מעבר זרם בין שני חלקים שנוגעים אחד בשני, צריך חומר שפני השטח שלו יתחמצנו, כלומר מתכת אצילה. בד"כ משתמשים לכך בזהב קשה.
רודיום, למרות שהוא הרבה יותר יקר גם כן משמש במקומות בהם יש חשיבות מאד גבוהה למגע.
כאשר מחירי הזהב האמירו השתמשו בסגסוגות פלדיום שהיו כמובן פחות טובות.
בתכשיטים משתמשים במתכות יקרות כדי להגן על מתכת הבסיס וליצור מראה יפה . זהב משמש לכך. בעיקר זהב טהור.
את אחוז הזהב מודדים בקראט כאשר 24 קראט זה זהב טהור.
זהב  טהור הוא זהב רך ולא עומד טוב בשחיקה.
לחלקים העשויים כסף או מצופים כסף עושים לפעמים ציפוי דק של רודיום המגן על הכסף בפני שחיקה בחיתוך והשחרה. לניקל המכיל זרחן ישנן תכונות טובות של עמידה בשחיקה וכן יש לו עמידה בפני כימיקלים שונים. קיים ציפוי של ניקל עם חלקיקי טפלון , ציפוי שעומד טוב בפני שחיקה ומשמש בעיקר במקומות שלא ניתן לשמנם. כאשר יש צורך בעמידות מאד גבוהה בפני שחיקה. משתמשים בציפוי ניקל עם חלקיקי קרמיקה.
לחיתוך והשחזת חומרים קשים משתמשים בחלקיקי יהלום אשר חלקם בולט מהציפוי ובסיסם מחוזק בשכבת הניקל. חלקים כאלו משמשים במקדחים לרופאי שיניים. הציפוי משמש גם כחומר מפריד, כאשר למשל צריך להשתיל בגוף בעל – חי חלק מפלדה שאסור לו לבוא במגע עם הגוף, מצפים אותו בזהב עבה. ציפוי זה גם מאפשר לראות חלקים הנמצאים בגוף בעל חי בצורה טובה על ידי קרני X או מכשיר אולטרא סוני.



 כיצד נעשה הציפוי
ציפוי נעשה בד"כ על ידי זרם חשמלי, מתמיסה המכילה יונים חיוביים של אותה מתכת.
יון הוא חלקיק חומר הנמצא בתמיסה מימית וחסר לו אלקטרון אחד או יותר.
כאשר היונים המתכתיים מקבלים אלקטרונים הם הופכים להיות מתכת. תהליך כזה הנקרא חיזור, מתרחש במוצר שהוא הקתודה, המחובר לצד השלילי של מקור זרם.
כדי שיזרום זרם חייבת להיות בתמיסה אנודה. ברוב תהליכי הציפוי, האנודה עשויה מהמתכת המצפה. בגלל הזרם, היא הופכת ליוני מתכת ומחזירה לתמיסה את המתכת שיוצאת בצד השני. אולם לא תמיד התמיסה מאפשרת ליוני המתכת לצאת מהאנודה. במקרים אלה משתמשים באנודה אינרטית מחומר שאינו נמס בתמיסה. במקרה זה חייבים להוסיף לתמיסה את המתכת החסרה על ידי מלח מתאים שבו המתכת קשורה לחומר המאפשר לה להתמוסס בתמיסת הציפוי.
ישנן שיטות ציפוי ללא חשמל חיצוני הנקראות שיטות כימיות או שיטות ללא זרם (אלקרולס). בציפויים אלה, בקרבת החלק שמצפים נוצרת תגובה היוצרת אלקטרונים שמחזרים את היונים ויוצרים ציפוי מתכת הנדבק לחלק המצופה.
כמות הציפוי בציפוי חשמלי נקבעת על ידי מכפלת הזרם בזמן. ככל שיותר זרם ויותר זמן עברו, הציפוי יותר גדול. הכמות נקבעת בהתחשב ביעילות  אמבט בציפוי. היעילות משתנה מאוד מאמבט ציפוי אחד למשנהו. בכסף ציאנידי היעילות היא 100% לעומת ציפוי כרום שבו היעילות היא כ – 10% .
הכנה לציפוי
הדבר החשוב ביותר בציפוי, זו ההצמדות של הציפוי לחומר הבסיס.
עובי דק מדי או עבה מדי יכולים לפגוע בתפקוד החלק המצופה, למשל עי הקטנת ההגנה כאשר מצפים בציפוי הגנה מסוג אבץ או קדמיום.
הקטנת זמן השחיקה פגיעה במוליכות החשמלית ופגיעה  במידות.
קילוף הציפוי הוא הדבר ממנו צריך להיזהר יותר מכל.
כדי להצליח בזאת צריך להכין בצורה יסודית את השטח המיועד לציפוי.
לחומרים השונים ישנן דרכים שונות להכנת פני השטח, אך דבר אחד משותף – כאשר השטח מחוספס גדלים פני השטח האמתיים וחוזק הציפוי ליחידת שטח גדל.
השלב הראשון הוא סילוק שומנים וחומרים אחרים שנמצאים על פני השטח.
השלב השני הוא הכנת החומר הספציפי לציפוי.
ההכנה יכולה לכלול ניקוי מכני, כימי, חשמלי, סילוק תחמוצות וכו'.
לפעמים המתכת שרוצים לצפות אינה מסוגלת להידבק אל חומר הבסיס ואז נאלצים להשתמש בציפויי ביניים שחלקם עם חשמל וחלקם בלי, כדי ליצור את הקשר הדרוש.
לדוגמא – הכנת חלקים מבודדים לציפוי יכולה להיעשות רק בתהליכים כימיים ללא חשמל.

הכותב: יאיר אסף יו"ר  העמותה לטכנולוגיות ציפוי וגימור (ע"ר)