تفاهم انجمن صنایع آبکاری و گروه رسانه ای « پیام آبکار» جهت ارائه خدمات به ذی نفعان صنعت آبکاری ایرانانجمن صنایع آبکاری و گروه رسانه ای «پیام آبکار» جهت ارائه خدمات به ذی نفعان صنعت آبکاری ایران، تفاهم نامه همکاری امضا کردند.اطلاع رسانی، معرفی فعالین و ارتقاء علمی و فرهنگی ذی نفعان صنعت استراتژیک آبکاری از جمله اهداف این تفاهم نامه یک ساله است.در این تفاهم نامه همچنین طرفین به انجام اموری برای اعضای انجمن صنایع آبکاری ایران از جمله معرفی محصولات آنها در مجله پیام آبکار با تخفیف ویژه متعهد شدند.گفتنی است، مجله پیام آبکار تنها مجله تخصصی فعال در صنعت آبکاری بوده که نسخه الکترونیکی آن علاوه بر دانشگاه ها و صنایع  بزرگ مرتبط، در اختیار تمامی ذی نفعان صنعت بزرگ آبکاری قرار می گیرد.

منبع: کانال انجمن صنایع آبکاری ایران

@ ipia1386

انتشار نشریه پیام آبکار - شماره 26

(زمستان 1397)

فهرست مطالب

*یادداشت سردبیر
*یادداشت خانه آبکار

فهرست مقالات

* گزارش سلسله نشستهای هم اندیشی مدیران صنایع آبکاری
* بررسی مشکلات صنعت آبکاری
* بازار جهانی صنعت آبکاری
*روشهای جلوگیری از تخریب وان های آبکاری
*معرفی محصول: پکیج آسان سنجش
*داستان یک موفقیت: آبکاری آلومینیم در کمترین زمان
*آبکاری رودیم
* گزارش دو ه های آبكاری در جهاد دانشگاهی صنعتی شریف
*اخبار آبکاری و مهندسی سطح
*معرفی کتب و نشریات تخصصی
* تقویم همایشها و نمایشگاه های د اخلی و بین ا لمللی
   پیام‌ آبکار

نشریه پوششهای سطحی - شماره ۵۷ (زمستان 1397)

فهرست مقالات

* بازار رنگ افغانستان
*بررسی وضعیت تولید و بقای تجاری در سال 1398
* گزارش دور ه های آموزشی کاربردی رنگ در جهاد دانشگاهی صنعتی شریف
*طرح تولید رزینهای سریع خشک پوششهای چوب و فلز، جایگزینی مناسب جهت رزینهای نیترات سلولز
*اخبار صنعت رنگ و پوشش
* کاربرد پوشش های نانوساختار ضدسایش اعمال شده به روش پوشش دهی در خلا
* کنترل آلودگی آب در صنایع رنگ و پوشش
*معرفی کتب و نشریات تخصصی
* تقویم همایشها و نمایشگاه های د اخلی و بین ا لمللی

**علاقمندان به تهيه و اشتراک نشريه مي توانند با تلفن 22748812 تماس حاصل فرمايند.

** این نشریه همزمان با هجدهمین نمایشگاه بین المللی رنگ، پوشش و آبکاری توزیع می گردد (سالن ۷ - غرفه ۲۳)

فهرست مطالب

12                                                    سخن سردبیر
14                                                   استفاده از نانو پوشش های تبدیلی در صنعت لوازم خانگی
16                                                    آغاز به فعالیت نخستین فروشگاه اینترنتی انواع مواد اولیه آبکاری
18                                                   رونمایی از تجهیزات جدید اعمال پوشش هایسخت بر ابزارهای صنعتی
20                                                    دوره های آبکاری در مرکز آموزش مهارتهای پیشرفته جهاد دانشگاهی صنعتی شریف
22                                                   صنعت خانه به دوش آبکاری
24                                                    اخبار آبکاری و مهندسی سطح
32                                                    پوشش زاج آبی قوس و قزح
34                                                    انواع یکسوسازها از لحاظ خنک کنندگی شکل موج خروجی و سازگاری با اتوماسیون
38                                                    ملاحظات لازم در فرآیند انتخاب تجهیزات آبکاری
42                                                    معرفی مرکز صنعتی سازی نانو فناوری کاربردی ( پلتفرم نانوپوشش)

45                                                    چالش ساخت جواهر رسانا و نارسانا برای چاپ مدارهای الکتریکی
46                                                    معرفی کتب و نشریات تخصصی
48                                                    تقویم همایشها و نمایشگاههای داخلی و بین المللی
50                                                    بخش انگلیسی

نشریه پیام آبکار – بهار ۱۳۹۵

اصول آبکاري الکترولس

(قسمت دوم)

حامد رحماني

دانشجوي کارشناسي مهندسي مواد

دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي

شيرين بقايي

دانشجوي کارشناسي ارشد مهندسي مواد

دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي

محمود علي اف خضرايي

استاديار خوردگي و حفاظت از مواد

حمام قليايي آلياژ نيکل- بور

هنگامي که بور موجود در رسوب الکترولس نيکل -بور قليايي در محدوده 0/2-4 درصد وزني باشد عامل کاهش آمينو بوران(N -آلکيل آمينو بوران) است و زماني که 4-7 درصد وزني بور باشد سديم بوروهيدرايد عامل کاهنده است.

آنها معمولا در دمايي در محدوده 20-90 درجه سانتيگراد عمل مي کنند که در اين حالت حمام سرد قليايي نيکل- بور ترجيح داده مي شود. در درجه حرارت بالا، حمام ناپايدار و مصارف صنعتي آن محدود مي شود.

اين حمام آلکيل آمين بوران به طور کلي داراي يک نرخ رسوب بسيار آهسته است که براي کنترل رسوب نيکل هيدروکسيد عوامل کمپلکس مانند اتيلن آمين استفاده مي شوند [60]. ترکيب معمولي حمام داغ قليايي شامل گرم بر ليتر 30 نيکل کلريد، 60 گرم بر ليتر اتيلن، 2/1 گرم بر ليتر سديم بوروهيدرايد، 007/0گرم بر ليتر تاليم نيترات و40 گرم بر ليتر سديم هيدروکسيد است. شرايط عملياتي pH برابر 14، درجه حرارت90 درجه سانتيگراد و نرخ رسوب 25 – 20 ميکرومتر بر ساعت است و ترکيب معمولي حمام سرد قليايي شامل 30 گرم بر ليتر نيکل سولفات، 3 گرم بر ليتر دي متيل آمين بوران، 15 گرم بر ليتر آمونيوم سيترات، 15 گرم بر ليتر آمونيوم کلريد و 0002/0 گرم بر ليتر مرکپتوبنزا تيازول مي باشد.

شرايط عملياتي آن، pH بيشتر از 5/7، درجه حرارت 35-25 درجه سانتيگراد و نرخ رسوب 12-7 ميکرومتر بر ساعت است. مزاياي اصلي بروهيدرايد حاصل از کاهش رسوب نيکل الکترولس مقاومت در برابر سختي و سايش است.

درووس و همکاران. يک روش گرمايش خلاء پيشنهاد دادن که در مدت کمتر از نيم ساعت منجر به ايجاد سختي سطحي برابر با فرايند چند ماهه با روش هاي متداول ، يعني حرارت در جو خنثي [61] است. 5 دقيقه عمليات حرارتي در محيط خلاء معادل سختي سطح کروم ،که در برخي از موارد به2000 ويکرز مي رسد و بدون خطرناک زيست محيطي و فاضلاب حاصل از آبکاري کروم سخت مي باشد.

اين روش را مي توان براي انواع صنايع بکار برد ، مثلا جايي که در آنجا نياز به جايگزين هاي آبکاري کروم سخت است.کانتا و همکاران، نيکل- بور الکترولس را بر روي فولاد نرم عمليات حرارتي شده مورد بررسي قرار دادند، از جمله عمليات حرارتي در 95 درصد آرگون و 5 درصد هيدروژن در400 درجه سانتيگراد براي 1 ساعت وعمليات حرارتي شيميايي در جو نيتروژن در500 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت ،که توسط عمليات بر پايه آمونياک ادامه پيدا مي کند.

پس ازعمليات حرارتي- شيميايي، پوشش متبلور نيکل و نيکل بوريد توليد مي شود[62]. محققان مشابه نيز مطالعاتي بر روي سيستم نيکل- فسفر و سيستم هاي نيکل– بور روي، زمينه فولاد و به خصوص تهيه زمينه آلومينيم که توسط يک لايه بيروني از رسوب نيکل- فسفر محافظت مي شد انجام دادند که منجر به سطحي صاف وترکيب الکتروشيميايي نجيب تر نسبت به نيکل- بور مي شد [63] .

علاوه بر اين رسوب نانو بلوري نيکل - بور الکترولس بر روي سطح فولاد نرم به منظور بهبود سايش و خواص مکانيکي رسوب ترکيب مي شود.

چند آلياژي ها

روش الکترولس يکي از فرآيندهاي بسيار خوب براي پوششهاي آلياژي است. آلياژهاي سه تايي و چهار تايي نوشته شده به چند آلياژي ها معروف هستند[65] برخي از آلياژهاي نيکل-کبالت- فسفر، نيکل- کبالت-آهن- فسفر به دليل خواص مغناطيسي عالي مورد استفاده قرار مي گيرند. آلياژ سه تايي نيکل – مس- فسفر (1درصد مس) مقاومت در برابر خوردگي بالا و شکل پذيري بالايي در مقايسه با آلياژ استاندارد نيکل- فسفر [67،66] دارد.

آلياژ سه تايي حاوي موليبدن (نيکل - موليبدن- بور) لحيم پذيري خوبي دارد (17درصد موليبدن،0.3درصد بور) و خواص غير فرومغناطيس، آن را در صنعت الکترونيک بسيار مفيد مي سازد. آلياژهاي سه تايي تنگستن (10درصد تنگستن) افزايش در سختي و مقاومت در برابر خوردگي نشان مي دهند و آلياژ قلع(40درصد قلع) به عنوان ماده مقاوم به خوردگي اضافه مي شود. به طور کلي، چند آلياژها در جايي که مواد شيميايي منحصر به فرد و مقاومت در برابر دماي بالا و يا خواص الکتريکي، مغناطيسي و غير مغناطيسي مورد نياز است استفاده مي شوند .

آلياژهاي مختلف براي پوشش بر روي کاربردهاي فيزيکي و مکانيکي موردنظر و انتخاب آلياژ بستگي به نوع کاربردها و مسائل اقتصادي دارد.مشخصه رسوب آلياژ الکترولس و نوع پوشش آلياژ فلزي در جدول 1 خلاصه شده است.عنصر سوم در رسوب مشترک آبکاري نيکل- فسفر الکترولس تحت تاثير خواص پوشش است. گنجاندن مس يا قلع در نيکل- فسفر الکترولس شرايط پايدار حرارتي آمورف را افزايش مي دهد و هنگامي که مقدار مس در پوشش 2/17 درصد وزني است موجب حفظ يک رفتار پارامغناطيسي و بهبود مقاومت در برابر خوردگي [68] مي شود، رسوب نيکل - مس- فسفر بهترين عملکرد ضد خوردگي [69] را دارد. علاوه بر اين مس درسيستم نيکل - مس- فسفر انحلال نيکل را تسريع مي بخشد و در نتيجه در غني سازي لايه سطحي از عناصر فسفر و مس در پوشش اثرناپذير نيکل و نفوذ Ni+2 به سوي محلول حجمي جلوگيري مي کند و در نتيجه باعث افزايش مقاومت خوردگي پوشش نيکل - مس- فسفر مي شود. اين پوشش نه تنها براي تراکم گاز خروجي بلکه براي کاربرد بالقوه در مبدل حرارتي نيز استفاده مي شود [70].

علاوه بر اين، رسوبات چند لايه هيبريدي در روي فولاد نرم نيکل - مس- فسفر- تيتانيم خواص مکانيکي از جمله ضريب اصطکاک و نانو سختي را در مقايسه با آلياژ نيکل – مس- فسفر افزايش مي يابد. از اين رو، اين نوع از پوشش هاي چند لايه هيبريدي مي تواند آينده خوبي براي بهبود همزمان مقاومت مکانيکي و خواص خوردگي [71] داشته باشد.

همچنين افزودن قلع (2-1 درصد درصد وزني ) يا مس(4-3 درصد درصد وزني ) به فسفر درصد بالا دماي تبلور رسوب نيکل- فسفر الکترولس آمورف را افزايش مي دهد. يوان و همکاران [72] موفق به ساخت نانوسيم آلياژي نيکل- تنگستن- فسفر الکترولس در مقياس بزرگ و يکنواخت در يک غشاي آلوميناي آندي براي گزارش تراکم مغناطيسي شدند. علاوه بر اين، اضافه کردن تنگستن به پوشش نيکل- فسفر به طور موثري پايداري حرارتي و خواص مکانيکي را افزايش مي دهد.

همچنين مس يا قلع در حمام نيکل- تنگستن-فسفر منجر به رسوب چهارتايي نيکل- تنگستن- مس- فسفر و نيکل-تنگستن- قلع- فسفر با افزايش تبلور [75-73] مي شود. سيستم پوشش الکترولس نيکل- تنگستن- فسفر مي تواند به عنوان يک ماده مطرح در مخزن ذخيره سازي که از حمله خورنده توسط بيوديزل محافظت مي کند[76] استفاده شود. در مطالعه ديگري، عمليات سطحي ليزر بر روي سيستم هاي نيکل- تنگستن-فسفر انجام شد که توليد يک فاز نيکل نانو بلوري و رسوب نيکل فسفيد با ساختار آمورف مي کرد. عملکرد خوردگي رسوبها تا حد زيادي با عمليات سطحي ليزر بهبود مي يابد. انتخاب پارامترهاي ليزر بستگي به ضخامت پوشش و خواص آلياژ و غيره دارد [77].

وانگ [78] با استفاده از بوريک اسيد و سديم سيترات به عنوان عامل کمپلکس آلياژهاي نيکل- آهن- فسفر را رسوب داد، او متوجه شدکه حضور آهن سولفات در حمام اثر مهارکننده بر روي رسوب آلياژ دارد و درصد آهن در رسوب هرگز افزايش نمي يابد. در واقع، مشاهده شد همواره کمتر از 6/15 درصد آهن موجود است که خواص مکانيکي پوشش را بهبود داده و درصد فسفر را کاهش مي دهد. پوشش آلياژ الکترولس سه تايي نيکل- روي- فسفر به عنوان نوع جديدي از فلز پوشاني تحت ضربه استفاده مي شود براي واکنش با لحيم بدون سرب و Ni–8Zn–8P پايداري حرارتي بهتري از لايه پوشش نيکل- فسفر نشان مي دهند.

اين لايه سه تايي نيکل-روي- فسفر ممکن است يک جايگزين مرسوم به جاي استفاده از لايه نيکل- فسفر و يا طلا يا نيکل فسفيد براي کاربرد [UBM] به کار رود[79]. دوهين و همکاران يک روش جديد به منظور تماس نيکل سيليسيد با آبکاري الکترولس ، آلياژهاي نيکل(نيکل- فسفر، نيکل- تنگستن- فسفر، نيکل - تنگستن- بور) در نوع p سيليس(100) با استفاده از آمينو پروپايل تري توکسي سالين فعال شده با پالاديم سيترات پيشنهاد دادند.آبکاري نيکل الکترولس مي تواند براي توسعه نيکل سيليسيد (NiSi) اين لايه ها استفاده شود.

رسوب الکترولس وسيلان مرتبط با فعاليت APTES مي تواند از فاز مايع باشد، اين فرايند نسبتا ساده است و نيازي به سيستم رسوب خلاء پيچيده ندارد در نتيجه راحت تر است و هزينه پايين تري نسبت به هنگامي که تبخير و روش کندوپاش باشد دارد.

با اين وجود، بهينه سازي بيشتري براي به دست آوردن لايه با خواص بهبود يافته مورد نياز است [80] پانگ و همکاران يک فرايند براي پوشش نيکل- فسفر-کبالت الکترولس با استفاده از c - آمينو پروپايل تري توکسي سالين (APTES) محيا کردندکه تداوم و يکنواختي پوششهاي آلياژي را بطور قابل توجهي بهبود مي دهد.

نرخ رسوب بستگي به نسبت غلظت نيکل سولفات به کبالت سولفات و غلظت سديم هيپوفسفيت و pH حمام آبکاري دارد و مشخص شد که ميزان آبکاري رسوب الکترولس نيکل-کبالت- فسفر نسبت به نرخ غلظت CO+2 / Ni+2 افزايش مي يابد.

افزايش غلظت سديم هيپوفسفيت و pH همچنين مي تواند نرخ آبکاري را بالا ببرد و رسوب اوليه فاز آمورف نيکل-کبالت- فسفر با افزايش دماي بازپخت تبديل به فاز بلوري شود. علاوه بر اين، خاصيت مغناطيسي کامپوزيت بهتر از درصد کبالت در رسوب ها و افزايش درجه حرارت تصفيه است[81].

روشي جديد به منظور کاهش هسته از دست رفته در آهن- 3 درصد سيليس در فولاد الکتريکي با آبکاري الکترولس ابداع شده است. اين روش شامل آبکاري الکترولس يک لايه نازک مغناطيسي بر روي سطح فولاد الکتريکي است اين لايه آمورف بي نظم بوده و متشکل از 59-56 درصد نيکل، 35-32 درصد کبالت و 10-8 درصد فسفر است.

با استفاده از پوشش الکترولس نيکل-کبالت- فسفر با ضخامت 1 ميکرو متر در0.3 تسلا (چگالي شار مغناطيسي) کاهش هسته از دست رفته مجددا به دست مي آيد[82].

چشم انداز آينده و نتايج

اين مقاله مروري بر جنبه هاي کلي پوششهاي نيکل الکترولس دارد و به طور خاص، روشهاي تشکيل نيکل- فسفر يا بور الکترولس، چند آلياژها و تاثير آنها روي ويژگيهاي پوشش، کاربردها و پيشرفتهاي اخير را بررسي کرده است. در آينده، آلياژ جديد اضافه شده با پوشش نيکل الکترولس قادر به ايجاد خواص و مزاياي جديد مي شوند وهمچنين براي پيشرفت آبکاري روي لايه هاي سخت (به عنوان مثال آلومينيم و منيزيم) به پوششهاي ضخيم و نيز سازگار با محيط زيست براي برخي از کاربردها و کاهش استفاده مواد شيميايي نيازمند کار بيشتر است.

علاوه بر اين،گرفتن حداکثر بهره وري از حمام اهميت زيادي دارد وکاهش هزينه آبکاري الکترولس روي پلاستيکهاي استفاده شده براي صنايع خودرو و به حداقل رساندن ضايعات حمام، فن آوري آبکاري زيست محيطي تر مهم خواهد بود. خواص پوششهاي نيکل الکترولس توسط عمليات سطحي مناسب بهبود مي يابد (گرما، ليزر، و غيره) و با اختلاط عناصر مختلف (مس، تنگستن، و غيره) و ذرات (سيليسيم کاربيد، تيتانيا و غيره) توسط محققان اين پوششها براي کاربردهاي مختلف مناسب مي گردند.

به عنوان سخن پاياني، آينده آبکاري الکترولس وابسته به نيازها و کاربردهاي جديدتر هم زمان با تغيير در فنآوريهاي آبکاري است.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید

نشریه پیام آبکار – بهار ۱۳۹۵

بررسي درصد يکنواختي پوشش طلا در درجه حرارت و دانسيته جريان ثابت و مقاومت خوردگي پوشش آن با آزمون خوردگي H2S بر روي رينگ آلياژ يوتکتيک Bi-45%wtPb

تهيه و تنظيم:

علي اكبر باباكوهي اشرفي

دانشجوي كارشناسي ارشد شناسايي و انتخاب مواد

دانشكده مهندسي مواد دانشگاه سمنان

علي حبيب الله زاده

دانشيار دانشكده مهندسي مواد- دانشگاه سمنان

حسين محمدي

کارشناس ارشد شناسايي و انتخاب مواد- دانشگاه صنعتي اميرکبير

بهروز قاسمي

استاديار دانشكده مهندسي مواد-دانشگاه سمنان

ابتدا نمونه هايي از جنس آلياژ يوتكتيك Bi-wt%45Pb و به شكل رينگ تهيه شدند و با كمك فرآيند آبكاري طلا-نقره-مس بر روي سطح آنان عمليات آبكاري انجام شد و سپس درصد يكنواختي پوشش طلا در دانسيته هاي جريان متفاومت در درجه حرارت ثابت60 درجه سانتيگراد و مدت زمان14 دقيقه با حداكثر ضخامت 14 ميکرون آبكاري طلا بررسي شد. در مرحله بعدي نمونه هاي رينگ در محدوده درجه حرارت20 الي70 درجه سانتيگراد با دانسيته جريان ثابت 0.7 Amp/dm2 در مدت زمان14 دقيقه ثابت با حداكثر ضخامت 14 ميکرون آبكاري طلا شدند. عامل درصد يكنواختي پوشش (ميزان توزيع پوشش طلا در واحد سطح كه باعث افزايش براقيت پوشش طلا شود) براي بررسي كيفيت پوشش طلا تعريف گرديد و نتايج درصد يكنواختي پوشش بر حسب دانسيته هاي جريان با ميكروسكوپ نوري مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج داده هاي حاصل از اين بررسي ها نشان دادند كه ماكزيمم يكنواختي پوشش در دانسيته جريان هاي (0.8-0.7) amp/dm2 و در درجه حرارت60 درجه سانتيگراد بدست مي‌آيد و با افزايش درصد يكنواختي پوشش طلا بر روي سطح، مقاومت خوردگي پوشش در محيط گازي H2S بالا مي رود.

تركيب اصلي آلياژهاي يوتكتيك فلزBi مي باشد كه فلزي با دانسيته بالا و با دانه بندي درشت است.آلياژ يوتكتيك Bi-45%wtPb با علامت بين الملي LOW 255 داراي نقطه ذوب مي باشد. دانسيته آن تقريباً برابر با است.[1] براي افزايش مقاومت به خوردگي اين آلياژها در مقابل عوامل خورنده محيطي از پوشش هاي محافظ استفاده مي گردد. تركيب هاي اصلي آلياژ يوتكتيك بيسموت و سرب مي باشد كه اين دو فلز نسبت به آلودگي هاي محيطي حساس مي باشند و همواره يك لايه اكسيدي ( و ) بر روي سطح آن تشكيل مي شود‌. [2] اين لايه هاي اكسيدي، شرايط اعمال پوشش هاي محافظ را بر روي سطح آلياژ بسيار مشكل مي سازد. بنابراين با يك عمليات مقدماتي آماده سازي سطحي، سطح آلياژ آماده آبكاري مي‌گردد. براي حذف چربي ها محلول هاي چربيگيري استفاده مي‌شود و سپس براي بر طرف نمودن اكسيدهايي سطحي كه به محض تماس اين آلياژ با محيط تشكيل مي شوند از يك مرحله اسيد شويي كمك گرفته مي شود. اين محلول عمليات اچ سطحي و برطرف نمودن اكسيدهاي آن را همزمان انجام مي دهد. بايد بعد از اسيد شويي، از پوشش واسطه اي براي ايجاد اتصال پوشش طلا بر روي رينگ آلياژ يوتكتيك Bi-45%wtPb استفاده نمود. اين پوشش واسطه ، پوشش پيش مس سيانوري مي باشد. براي بالا رفتن ميزان چسبندگي و يكنواختي بهتر كيفيت بهتر پوشش طلا از يك لايه مياني ديگر استفاده گرديد و با اعمال يك لايه پوشش مياني سيانوري نقره بين پوشش مس و طلا، پوشش نهايي با كيفيت و براقيت بالا بدست آمد. براي ساخت تركيب حمام سيانوري طلا از طلاي خالص، اسيد نيتريك، اسيد كلريدريك، آمونياك، كربنات سديم، سيانيد سديم، دي پتاسيم فسفات و كربنات سديم استفاده گرديد[3]. يكي از عوامل اصلي ايجاد پوشش براق در محلول هاي سيانوري آبكاري طلا درجه حرارت محلول مي باشد كه تاثير بسزايي در تشكيل رسوب يكنواخت بر روي سطح مي باشد. هر چه سطح از آماده سازي و صافي سطح بالايي برخوردار باشد ميزان يكنواختي پوشش و براقيت آن افزايش مي يابد. همچنين مي توان با تغيير دانسيته جريان مورفولوژي رسوب و يكنواختي توزيع آن را تحت كنترل در آورد. هدف از مطالعه حاضر بررسي درصد يكنواختي پوشش طلا با تغيير دانسيته جريان در درجه حرارت ثابت C°60 و در دانسيته جريان ثابتamp/dm2 0.7و ارتباط درصد يكنواختي پوشش با مقاومت خوردگي در محيط گازي H2S مي باشد. با كمك ميكروسكوپ نوري ارتباط يكنواختي پوشش طلا با درجه حرارت و دانسيته جريان، شكل رسوب طلا و مقاومت خوردگي آن در محيط گازي H2S مورد بررسي قرار گرفت. در اين تحقيق سعي شده است با كنترل درجه حرارت و دانسيته جريان اعمالي به محلول سيانوري طلا پوشش هاي يكنواخت، براق و با مقاومت خوردگي بالا تهيه شوند.

مواد و روش تحقيق

ابتدا 24 نمونه رينگ از جنس آلياژ يوتكتيك Bi-wt%45Pb (شكل1) تهيه شدند و با كمك فرآيند آبكاري طلا- نقره - مس بر روي سطح آنان عمليات آبكاري انجام شد. براي آبكاري طلا-نقره-مس بر روي رينگ هاي آلياژ يوتكتيك Bi-45wt%Pb ابتدا عمليات چربيگيري انجام شد. براي رفع چربي سطحي از محلول چربيگيري مخلوط اتانول و پر كلرات اتيلن (1:3) استفاده شد. سپس براي حذف سريع اكسيد هاي سطحي كه به محض تماس اين فلز با محيط تشكيل مي شوند يك محلول اسيدي شامل اسيدنيتريك، اسيد استيك و آب اكسيژنه (2:2:1) تهيه شد كه همزمان عمليات اچ سطحي و برطرف نمودن اكسيدها را انجام مي دهد. بعد از عمليات اسيد شويي، پوشش طلا بر روي سطح آلياژ اعمال گرديد. براي ساخت تركيب حمام سيانوري طلا از طلا خالص، اسيد نيتريك، اسيد كلريدريك، آمونياك، كربنات سديم، سيانيد سديم، دي پتاسيم فسفات و كربنات سديم استفاده گرديد. جنس آند مورد استفاده در محلول سيانوري گرم طلا، ورق فولادي از جنس فولاد ضد زنگ 301 مي باشد. از يك هيتر مگنت برقي براي هم زدن و گرم نمودن همزمان محلول طلا استفاده شد. با كمك يك ترمومتر الكتريكي با دقت ثبت تغييرات دمايي
C°0.01 ± ، دماي محلول اندازه گيري شد. محلول سيانوري طلا در داخل يك بشر يك ليتري تهيه گرديد. قطعات در داخل محلول طلا با كمك بك دستگاه مكانيكي به مجموعه قطعات گرفته شده در داخل محلول، يك حركت رفت و برگشتي داده شد. با كمك يك ركتي فاير ديجيتالي با تغيرات ولتاژي از صفر تا 2.8 ولت استفاده گرديد. با كمك اين ركتي فاير قابليت اعمال جريان به صورت 2 رقم اعشار به محلول و كنترل دقيق تر آن بر روي محلول سيانوري ايجاد شد. ابتدا 24 عدد رينگ آلياژ يوتكتيك Bi-45%wtPb انتخاب شدند و سپس براي بررسي درصد يكنواختي پوشش طلا، دانسيته جريان هاي (amp/dm2 (0.1-1.25 تحت درجه حرارت 60 درجه سانتيگراد و مدت زمان آبكاري14 دقيقه با حداكثر ضخامت14 ميکرون براي تهيه پوشش طلا اعمال شدند. در مرحله بعدي10 نمونه ديگر از رينگ هاي مذكور در محدوده درجه حرارت 20 الي70 سانتيگراد با دانسيته جريان ثابت0.7amp/dm2 و مدت زمان آبكاري14 دقيقه باحداكثر ضخامت14 ميکرون آبكاري طلا شدند. در اين تحقيق عامل درصد يكنواختي پوشش (ميزان توزيع پوشش طلا در واحد سطح كه باعث افزايش براقيت پوشش طلا شود) براي بررسي كيفيت پوشش طلا تعريف گرديد و نتايج درصد يكنواختي پوشش بر حسب دانسيته هاي جريان و درجه حرارت هاي متفاوت با كمك ميكروسكوپ نوري مورد بررسي قرار گرفت. يكي از آزمايش هاي بررسي مقاومت به خوردگي پوشش طلا انجام آزمون خوردگي در محيط گازي دي سولفيد هيدروژن(H2S) مي باشد[4]. 7 نمونه رينگ آلياژ يوتكتيك Bi-45%wtPb، تقريباً 2,4,6,8,10,12,16 ميكرومتر پوشش طلا و تقريباً 3 ميكرن پوشش پيش نقره و تقريباً 2 ميكرون پوشش پيش مس داده شدند. ضخامت هريك از نمونه ها بعد از اعمال پوشش طلا با كمك يك دستگاه ضخامت سنج ديجيتالي اندازه گيري شد. سپس هر يك از آنان در داخل محفظه حاوي گاز فوق گذاشته شد و به ازاي هر 6 ساعت مورد بازبيني ظاهري قرار گرفتند.

نتايج و بحث

الف) بررسي درصد يكنواختي و شكل پوشش طلا بر روي سطح رينگ آلياژ يوتكتيك Bi-45%wtPb

براي بررسي درصد يكنواختي و شكل پوشش طلا بر روي سطح رينگ آلياژ يوتكتيك Bi-45%wtPb، از دانسيته جريان هاي
amp/dm2 (0.1-1.25) در درجه حرارت ثابت استفاده شد(جدول1). با كمك اطلاعات موجود در جدول1، نمودار درصد يكنواختي پوشش طلا با دانسيته جريان در درجه حرارت ثابتC°60 بدست آمد.(شكل2)

به منظور درك بهتر ارتباط درصد يكنواختي پوشش طلا بر روي سطح رينگ تصاوير ميكروسكوپ نوري تهيه گرديد (شكل 3). تصاوير ميكروسكوپ نوري از لايه هاي طلا- نقره- مس در دانسيته جريان هاي به ترتيب(0.7-0.75)amp/dm2كه ماكزيمم يكنواختي پوشش در آن مشاهده شده تهيه گرديد (شكل4).

نتايج نشان مي دهد كه ماكزيمم يكنواختي پوشش در دانسيته جريان هاي (0.7-0.8)amp/dm2 بدست مي آيد.عوامل موثر يكنواختي پوشش طلا بر روي سطوح ميزان يكنواختي سطح، درجه حرارت و دانسيته جريان محلول آبكاري طلا مي باشند. هر چه سطح از آماده سازي و صافي سطح بالايي برخوردار باشد ميزان يكنواختي پوشش و براقيت آن افزايش مي يابد[3]. نتايج درصد يكنواختي پوشش طلا بر حسب دانسيته جريان در شكل(2) آمده است. مشاهده مي شود كه در ابتدا درصد يكنواختي پوشش با دانسيته جريان پائين، كم مي يابد. به تدريج با افزليش دانسيته جريان ميزان رسوب طلا و در نتيجه يكنواختي توزيع آن بر روي سطح رينگ افزايش مي يابد و با افزايش ميزان رسوب طلا، براقيت پوشش افزايش مي يابد. اين حالت ادامه پيدا مي نمايد تا جائيكه در يك محدوده دانسيته جريان(0.7-0.8 amp/dm2) درصد توزيع و يكنواختي پوشش به يك مقدار ثابتي مي رسد(شكل4) كه در اين محدوده دانسيته جريان، بيشترين براقيت بعد از پوشش دهي حاصل مي شود. با افزايش دانسيته جريان به بيشتر از اين مقدار دوباره درصد يكنواختي پوشش كاهش مي يابد و همچنين براقيت پوشش نهايي طلا، كاهش مي يابد كه اين تغييرا ت در شكل (3) نشان داده شده است. همانطوريكه در شكل(5) مشاهده مي‌شود به ترتيب از شكل هاي (a) الي (f) در دانسيته جريان هاي پايين، اندازه دانه رسوبات طلا ريز تر و توزيع آنان بر روي سطح يكنواخت تر مي باشد بطوريكه در دانسيته هاي بالاتر جريان به تدريج درصد توزيع افزايش مي يابد و بنابراين يكنواختي بيشتري از نشست رسوب طلا مشاهده مي شود. با افزايش دانسيته جريان ميزان رسوب طلا در بعضي مناطق بيشتر مي گردد و با درشت شدن دانه هاي رسوب طلا را به دنبال دارد و در نتيجه دوباره يكنواختي توزيع و براقيت پوشش طلا كاهش مي يابد.

علي رغم اينکه مي توان با افزايش زمان آبکاري ضخامت پوشش را افزايش داد ولي مورفولوژي و ساختار رسوب هاي حاصل از زمان هاي بالاي آبكاري، باعث تشكيل رسوب هايي دانه درشت و خشن مي شود و رسوب ها به صورت غير يکنواخت و تجمعي در نواحي خاص بر روي سطح رينگ آلياژ يوتكتيك Bi-wt%45Pb رسوب مي نمايند. در ضخامت هاي بالا رسوبات دانه درشت و خشن مي شوند.

ب) ارتباط تغييرات ضخامت پوشش طلا با درجه حرارت در دانسيته جريان ثابت 0.7amp/dm2 و زمان ثابت زمان آبكاري14 دقيقه با حداكثر ضخامت14µm.

در اين بخش ارتباط تغييرات ضخامت پوشش طلا با درجه حرارت در دانسيته جريان ثابت0.7 amp/dm2 و زمان ثابت آبكاري14minو با حداكثر ضخامت 14 ميکرون بررسي شد.10 نمونه رينگ آلياژ Bi-wt%45Pb انتخاب شدند و بعد از چربيگري و اسيد شويي درجه حرارت20 الي70 سانتيگراد با دانسيته جريان فوق آبكاري طلا شدند. آزمايشها نشان دادند كه با افزايش درجه حرارت20 الي70 سانتيگراد تغييرات ضخامت پوشش اعمالي متغيري را مشاهده مي شود.(شكل6). نتايج ارتباط تغييرات ضخامت پوشش طلا با درجه حرارت نشان دادند كه با افزايش درجه حرارت از20 الي70 سانتيگراد ضخامت پوشش ابتدا افزايش و سپس كاهش مي نمايد. با افزايش درجه حرارت، ضخامت رسوب طلا يك شيب صعودي را طي مي نمايد و اين افزايش ضخامت تا درجه حرارت60 سانتيگراد ادامه مي يابد، بطوريكه بالاترين ضخامت رسوب طلا (14 ميکرون) در اين درجه حرارت اندازه گيري شده است. با افزايش درجه حرارت منحني با كاهش ضخامت رسوب همراه مي باشد. با توجه به اينكه در اين آزمايش سعي شده است كه كليه شرايط فوق در ضمن پوشش دهي ثابت نگه داشته شود به نظر مي رسد كه عامل اصلي بروز اين پديده بالارفتن غلظت محلول در اثر تبخير سطحي آب محلول مي گردد. با توجه به رفتار محلول سيانوري طلا از درجه حرارت محيط تا درجه حرارت مي توان نتيجه گرفت كه بالاترين يكنواختي و راتدمان پوشش دهي در زمان ثابت در داخل محلول سيانوري طلا در اين درجه حرارت مي باشد و با افزايش درجه حرارت با گذشت زمان راندمان نشست رسوب پايين مي آيد و در نتيجه ضخامت رسوب طلا كاهش مي يابد.

ج) مقاومت خوردگي در محيط گازي دي سولفيد هيدروژن (H2S)

يكي از آزمايشهاي بررسي مقاومت خوردگي پوشش طلا، انجام آزمايش خوردگي در محيط گازي سولفيد هيدروژن(H2S)مي باشد.[4] بعد از قرارگيري7 نمونه رينگ آلياژ يوتكتيكBi-45%wtPb، در داخل محفظه حاوي گاز دي سولفيد هيدروژن(H2S) و بازبيني ظاهري به ازاي هر 6 ساعت مورد نشان دادند که با توجه به ضخامت پوششها، لكه هاي تيره رنگ بر روي سطح رينگ‌ها از 40 الي200 ساعت ظاهر مي شوند(شكل9). زمان شروع اولين خوردگي مشاهده رنگ تيره بعد از خورده شدن پوشش طلا مي باشد. با كمك ميكروسكوپ نوري تصويري از نمونه آبكاري شده با دانسيته جريان ثابت0.7 amp/dm2 و زمان آبكاري14 دقيقه تهيه شد. مطابق با شكل(8) مشاهده مي شود كه سطح پوشش از تخلخلهاي بسيار ريزي برخوردار مي باشد. آزمايش بررسي مقاومت به خوردگي پوشش طلا در محيط گازي دي سولفيد هيدروژن (H2S) نشان داد كه با افزايش زمان پوشش دهي طلا بر روي سطح رينگ آلياژ Bi-wt%45Pb ضخامت پوشش طلا افزايش مي يابد و با بالا رفتن ضخامت پوشش طلا، مقاومت به خوردگي در محيط گازي دي سولفيد هيدروژن (H2S) در يک دانسيته جريان ثابت0.7 amp/dm2 و زمان آبكاري 14دقيقه افزايش مي يابد(شکل7). لازم به ذكر است كه نتايج نشان دادند که تنها عامل افزايش مقاومت به خوردگي در مقابل گاز دي سولفيد هيدروژن(H2S)، افزايش ضخامت پوشش طلا نمي باشد بلكه ارتباط مستقيمي با تشکيل يکنواخت لايه طلا بر روي سطح دارد، يعني هر چه پوشش نهايي طلا به صورت يکنواخت تر بر روي سطح رينگ مورد نظر رسوب نمايد، زمان مقاومت خوردگي در اين آزمون افزايش مي يابد(شكل9). تصاويري ميكروسكوپي نشان دادند كه همواره بر روي سطح عدم يكنواختي پوشش سطحي مشاهده مي شود و سطح پوشش دهي طلا با تخلخل و حفره هاي سطحي همراه مي باشد(شكل7). با توجه به وجود اين مناطق در لايه هاي سطحي، نفوذ گاز دي سولفيد هيدروژن(H2S) آسان تر مي شود و بنابراين اين مناطق آسيب پذير تر مي باشند و سريع تر از مناطق ديگر شروع به خوردگي مي نمايند. نتايج آزمايش مقاومت خوردگي نيز وجود لكه هاي تيره رنگ در اينگونه مناطق را تائيد مي نمايد كه اين رنگ تيره به خاطر واكنش گوگرد گاز amp/dm2 با پوشش زير لايه طلا (پيش نقره) مي باشد(شكل8).

نتيجه گيري

مي توان با افزايش زمان پوشش دهي ضخامت پوشش طلا و در نتيجه مقدار وزني آن را افزايش داد ولي مورفولوژي و ساختار رسوب هاي حاصل دانه دانه و خشن مي باشند و رسوبها به صورت غير يکنواخت و دانه درشت بر روي سطح رينگ آلياژ Bi-wt%45Pb رسوب مي نمايد.

بيشترين يكنواختي و براقيت پوشش طلا در درجه حرارتC° 60 و دانسيته جريان0.7amp/dm2 حاصل مي شود.

زمان مقاومت به خوردگي با بالا رفتن ضخامت پوشش بر روي سطح رينگ آلياژ Bi-wt%45Pb، در يک دانسيته جريان ثابت0.7amp/dm2 و در درجه حرارتC° 60 افزايش مي يابد.

افزايش زمان پوشش دهي باعث ضخيم تر شدن پوشش طلا مي گردد و اين عامل زمان مقاومت خوردگي پوشش طلا را افزايش مي دهد.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید

نشریه پیام آبکار – بهار ۱۳۹۵

بررسي اثر pH ، دما و دانسيته جريان بر سرعت و بازده جريان پوشش دهي پالاديوم با استفاده از آبکاري الکتريکي

تهيه و تنظيم:

زينب تاداس

احمد ايران نژاد

گروه مهندسي مواد، خوردگي وحفاظت ازمواد

دانشگاه آزاداسلامي سيرجان

آبکاري پالاديوم در اتصالات مورد استفاده در مخابرات، حمل و نقل، مدارات چاپي و رايانه و بسياري از حوزه هاي نانوتکنولوژي مورد استفاده مي باشد. پالاديوم با قيمتي کمتر، دانسيته پائين تر، خواص مکانيکي بهتر، حفرات کمتر در آبکاري و در نتيجه خواص خوردگي بهتر جايگزين مناسبي براي فلز گران قيمت طلا مي باشد. در اين مَقاله از حمام آمونياکي با 6=pH خنثي و حمام قليايي با 12=pH استفاده شد. اين حمام ها شامل کلريد پلاديوم و نيترات آمونيوم بود. زيرلايه مورد استفاده نيز مس آماده سازي شده سنباده و پوليش شده بود. کليه پارامترهاي آبکاري شامل حمام آبکاري مناسب، دما، pH، دانسيته جريان اعمالي، پتانسيل و زمان مناسب به منظور بدست آوردن پوششي يکنواخت، براق و با کمترين تخلخل بهينه گرديدند.

فلز پالاديوم (Pd) توسط پزشک انگليسي W. H. Wollaston و با نام وي در سال 1803 درحالي کشف شد که او مشغول انجام آزمايشهايي روي جداسازي و خالص سازي پلاتين بود. دکتر Wollaston بعنوان يک دانشمند و ستاره شناس معروف نخست کشف خود را پس از شناسايي سيارک Ceres با نام سرزيوم نامگذاري نمود.

هرچند خيلي زود نظر خود را عوض کرد و نام اين فلز را به افتخار سيارک تازه کشف شده Pallas به پالاديوم تغيير داد. پالاديوم به رنگ سفيد نقرهاي است، از قابليت چکش خواري و شکل پذيري برخوردار بوده و ساختار بلورياش fcc (مکعبي با وجوه مرکز پر) است. پالاديوم داراي عدد اتمي 46 و جرم اتمي 106.4 gmol-1، چگالي 12.16 gcm-3، و نقطه ذوب 1555درجه سانتيگراد است.

بطور کلي، عناصر آلياژي قصد دارند مقاومت ويژه، سختي و استحکام کششي Pd را بهبود بخشند. مس، نيکل، طلا، ايريديوم، روديوم و روتنيوم براي توليد آلياژهاي Pd براي کاربردهاي عملي بسياري استفاده شدهاند. براي مثال، آلياژي از نقره (درصد وزني 60 به 40 براي Pd به Ag) عموماً در کنتاکتور رله هاي الکتريکي بکار ميرود [3-1]. آبکاري در حدود 4 تا 8 درصد کل مصرف پالاديوم در سطح جهان تشکيل مي دهد، پالاديوم يکي از مهم ترين فلزات براي کاربردهاي صنعتي، مانند الکتريکي و کاتاليستي به خاطر داشتن خواص سايشي بالا و قابليت لحيم کاري نرم و فعاليت هاي بالاي کاتاليستي براي واکنش هاي شيميايي مختلف مي باشد.

هزينه مصرف پالاديوم به همراه چگالي پايين تر آن صرفه جويي چشمگيري در جايگزيني طلا يا ساير فلزات گران بهايي همچون پلاتين را مهيا مي‌کند.

امروزه نه تنها مزيت هاي اقتصادي بلکه مزاياي فناوري جايگزيني پالاديوم يا آلياژهاي براي طلا شناخته شده است[7-5 ] امروزه نه تنها مزيتهاي اقتصادي بلکه مزاياي تکنولوژيک جايگزيني Pd يا آلياژهاي Pd براي طلا عموماً شناخته شده اند. خواص ماده (مثلاً سختي، داکتيليته و پايداري حرارتي) پالاديوم در بسياري از موارد از طلاي سخت برتر هستند.

براي مثال، سختي بيشتر براي مقاومت به سايش مفيد است، که مي توان آنرا با پوششي نازکي از طلاي آبکاري شده به عنوان يک روانساز جامد ارتقاء بخشيد. تخلخل کمتر آلياژهاي آبکاري شده Pd (مثلآً PdNi) مقاومت به خوردگي قطعات آبکاري شده را بهبود مي‌بخشد[8]. در کاربردهاي فناوري رسوب دهي فيلم‌هاي پالاديوم، تردي هيدروژني اهميت زيادي دارا مي‌باشد. بديهي است که اين فيلم‌ها بايد داراي يکپارچگي مکانيکي بوده و عاري از هرگونه ترک و تنش باشند.

از اين رو حذف يا جلوگيري از رسوب نشاني هيدروژن با پالاديوم مهم مي باشد. تردي هيدروژني يکي از مهم ترين چالش هاست ولي نتها چالش موجود که بايد در فرايند آبکاري پالاديوم ديده شود. پارامترهاي آبکاري الکتريکي مانند شرايط الکتروليز (ترکيب و هم زدن حمام الکتريکي، حضور مواد افزودني، دماي pH) شرايط جريان (مقدار دانسيته جريان و نوع جريان) و خواص ذره (نوع و اندازه شکل) خواص آبکاري الکتريکي و غيره، مورفولوژي و خواص پوشش‌هاي پالاديوم را تحت تاثير قرار مي دهند [12-9].

در اين پژوهش سعي شده، امکان سنجي پوشش پالاديوم و جايگزيني آن براي طلا بررسي گردد و همچنين شرايط بهينه آبکاري را مشخص شده است.

روش انجام آزمايش

در اين پژوهش با توجه به پيشينه مطالعات صورت گرفته شده، از حمام آمونياکي با محيط خنثي 6= pH و حمام قليايي با 12= pH مورد استفاده قرار گرفت.

اين حمام‌ها شامل mM PdCl2 100 و 30mM نيترات آمونيوم هستند استفاده گرديد. زيرلايه مورد استفاده براي پوشش پالاديوم از جنس مس بوده که براي آماده سازي و ايجاد پوششي براق و يکنواخت بر روي سطح اين فلز پايه ها ابتدا با سنباده 200 تا 3000 سنباده زده شده و سپس با ذرات آلومينايي مورد عمليات پوليش کاري قرار گرفت تا سطحي صاف و آيينه اي جهت آبکاري ايجاد گردد. لازم به ذکر است در اين پژوهش از روش ولتاموگرام چرخه اي گستره پتانسيل و جريان مناسب براي آبکاري پالاديوم تعيين گرديد.

براي مشخص کردن ساختارهاي شبکه پوشش‌ها اعمالي از آناليز پراش اشعه ايکس استفاده شد و همچنين از روش ميکرو سختي ويکرز با بار اعمالي 20 گرم به مدت 15 ثانيه در سطح، سختي اعمال شده ميانگين 5 نقطه توسط بار اعمالي بوده سختي پوشش ها بدست آمد.

نتايج و بحث

بررسي و بدست آوردن pH مناسب حمام آبکاري

در اين پژوهش براي انجام پوشش پالاديوم بر روي مس، از حمام هاي آبکاري با محيط هاي خنثي و قليايي استفاده شد که در اين بخش به بررسي و مقايسه اين دو محيط با يکديگر و همچنين بدست آوردن بهينه ترين شرايط پرداخته مي شود.

بررسي شرايط حمام آبکاري در pH خنثي

در شکل 1، منحني هاي ولتاموگرام چرخه اي با سرعت هاي متغير v/s 01/0، 02/0، 04/0 و 05/0 نشان داده شده است. همچنين به منظور بررسي دقيق تر اين شرايط و منحني هاي دانسيته جريان-پتانسيل دو نمودار ستوني دانسيته جريان و پتانسيل احياي پالاديوم در محلول آبکاري با pH خنثي برحسب سرعت اعمال پتانسيل به ترتيب در شکل هاي 2 و 3 نشان داده شده است.

همانگونه که مشاهده مي شود، با افزايش سرعت اعمال پتانسيل، دانسيته جريان احيايي افزايش مي‌يابد و پتانسيل احيا نيز به سمت مقادير منفي تر جابه جا مي شود. قله پتانسيل احيايي هنگامي رخ ميدهد که غلظت يون ها بر روي سطح صفر شود، گراديان غلظت حداکثر شود و در نتيجه ماکزيمم جريان احيايي ايجاد مي گردد.

بدين ترتيب با افزايش سرعت اعمال پتانسيل براي اين که غلظت يون‌ها بر روي سطح صفر شود و از نظر ترموديناميکي رسيدن يون‌ها از محلول به سطح الکترود کننده باشد و هرآنچه از يون‌ها که به سطح مي رسند احيا شوند نياز به نيروي محرکه بالاتر و در نتيجه پتانسيل بالاتري مي باشد.

در پتانسيل بالاتر دانسيته جريان بالاتري نيز ايجاد مي گردد براي بررسي و تحليل بيش تر، منحني ولتاموگرام درمنطقه آبکاري (احيايي) در سرعت پتانسيل Vs-1 05/0 شکل 4 نشان داده شده است، همانگونه در شکل 4 مشاهده مي شود اين منحني داراي يک منطقه نفوذي و منطقه احياي هيدروژن که با شماره‌هاي 1 و 2 نشان داده شده است.

در منطقه احياي پالاديوم مطابق با واکنش 1 انجام مي گردد. در اين منطقه پالاديم احيا مي شود و به صورت فلز بر روي سطح پوشش ايجاد مي گردد. در ادامه با منفي تر شدن پتانسيل در منطقه 2 احياي هيدروژن طبق واکنش 2 رخ مي دهد.

(1)

(2)

با توجه به امکان تصاعد هيدروژن در اين محدوده پتانسيل خطر تردي هيدروژني وجود دارد. بنابراين مي بايست شرايط آبکاري به گونه اي بهينه گردد که از نظر ولتاژ و جريان در محدوده آبکاري هم احياي يون پالاديوم را با نرخ و راندمان بالا داشته باشيم و هم احياي هيدروژن با نرخ پايين صورت بگيرد. کاهش احياي هيدروژن علاوه بر کاهش تردي باعث افزايش راندمان کاتدي مي گردد.

براين اساس باتوجه به منحني ولتاموگرام شکل حداقل دانسيته جريان mAcm-2 5/1 و حداکثر mAcm-2 3 مناسب مي باشد. با توجه به نتايج بدست آمده شرايط آبکاري در محدوده بالا انجام گرديد و در ادامه به بررسي راندمان کاتدي در شرايط بالا پرداخته شد که شرايط بهينه براي راندمان کاتدي نيز بدست آيد. در شکل 5 نمودار ستوني راندمان کاتدي نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه مي شود با افزايش جريان از
mAcm-2 5/1 به 2 راندمان کاتدي افزايش مي يابد.

علت اين امر افزايش جريان و افزايش نيروي محرکه جهت احياي يونهاي فلزي مي باشد که باعث مي گردد در زمان يکسان ميزان پوشش بيشتري بدست آيد. اما در ادامه با افزايش بيشتر جريان مشاهده مي شود راندمان کاتدي کاهش مي يابد، علت اين امر افزايش جريان و پتانسيل و رسيدن به منطقه احياي هم زمان هيدروژن مي باشد که باعث مي گردد بخشي از جريان صرف احياي هيدروژن شده و درنتيجه راندمان کاتدي کاهش مي يابد.

پس از جريان بيشتر از mAcm-2 2 خطر تردي هيدروژني رو به رو هستيم، براي کاهش اين خطر و افزايش راندمان کاتدي آبکاري در جريان کم‌تر از 2 انجام مي شود.

بررسي شرايط حمام آبکاري در pH قليايي

در شکل 6 منحني هاي ولتاموگرام چرخه اي با سرعت هاي متغير v/s 01/0، 02/0، 04/0 و 05/0 نشان داده شده است و همچنين به منظور بررسي دقيق تر در شکل هاي 7 و 8 اين شرايط و منحني هاي دانسيته جريان-پتانسيل دو نمودار ستوني دانسيته جريان و پتانسيل احياي پالاديوم در محلول آبکاري با pH قليايي برحسب سرعت اعمال نشان داده شده است.

در محلول آبکاري با pH قليايي نيز همچون شرايط آبکاري با pH خنثي، با افزايش سرعت اعمال پتانسيل دانسيته جريان احيايي افزايش مي يابد و پتانسيل احيا نيز به سمت مقادير منفي تر جابه جا مي شود. همانطور که گفته شد در مورد فلز پالاديوم با توجه به امکان تصاعد هيدروژن در اين محدوده پتانسيل خطر تردي هيدروژني وجود دارد. بنابراين مي بايست شرايط آبکاري به گونه اي بهينه گردد که از نظر ولتاژ و جريان در محدوده اي قرار گيريم که هم احياي يون فلز پالاديوم با نرخ بالا صورت گيرد و هم احياي هيدروژن حداقل باشد.

باتوجه به منحني ولتاموگرام در منطقه آبکاري (احيايي) يعني در محدوده جريان و پتانسيل منفي در سرعت اعمال پتانسيل Vs-1 05/0 با توجه به دو منطقه احيايي يون پالاديوم وهيدروژن حداقل دانسيته جريان بايد mAcm-2 2 و حداکثر mAcm-2 5 مناسب مي باشد (شکل 9) و همچنين مشخص است که راندمان کاتدي از mAcm-2 2 به 3 افزايش مي يابد و بعد ازآن کاهش مي يابد و در نتيجه از دانسيته جريان بيشتر از mAcm-2 3 شاهد تصاعد هيدروژن و خطر تردي هيدروژني روبه رو خواهيم بود و براي جلوگيري از اين امر از دانسيته جريان کمتر از 3 در فرآيند آبکاري استفاده خواهد شد (شکل 10).

مقايسه دو حمام آبکاري با pH خنثي و قليايي.

دراين قسمت به مقايسه شرايط آبکاري در دو محيط خنثي و قليايي پرداخته شده، در شکل 11 دو منحني ولتاموگرامي آبکاري پالاديوم در اين دو طيف اسيديته نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه مي شود با افزايش pH از 7 به 12 سطح زير منحني افزايش مي يابد.

افزايش سطح زير منحني بيانگر افزايش ميزان نشست يون فلزي و به عبارتي ميزان پوشش بيشتر در زمان يکسان است. اين مطلب تاييد راندمان بيشتر با استفاده از حمام قليايي نسبت به حمام خنثي است. در شکل 12 سختي پوشش هاي پالاديوم در دو حمام آبکاري با محيط هاي خنثي و قليايي نشان داده شده است، همانطور که ديده مي شود، پوشش بدست آمده از حمام قليايي سختي مناسب در محدوده سختي پوشش پالاديوم دارد که علت اين امر کم بودن خلل و فرج ويکنواختي پوشش بدست آمده از حمام قليايي مي باشد.

پوشش بدست آمده از حمام خنثي سخت تر از حمام قليايي است که علت اين امر افزايش تردي هيدروژني مي باشد که منجر به افزايش سختي و اين سختي مناسب نمي باشد. در شکل 13 چسبندگي اين پوشش ها با دو حمام نشان داده شده است که مشخص است در محيط قليايي چسبندگي بهتري برخوردار مي باشد.

نتايج مقايسه آبکاري در دو محيط قليايي و خنثي نشان مي دهند که در محيط قليايي باتوجه به ميزان نشست بيش تر پالاديوم، راندمان کاتدي بالاتر و کم تر بودن احيايي هيدروژن و درنتيجه خطر کم تر تردي هيدروژن، پوشش هاي يکنواخت تر مناسب تر در مقايسه با محيط خنثي بدست مي آيد.

نتيجه گيري

پوشش پالاديوم بر زير لايه مسي به روش آبکاري الکتريکي به صورت موفقيت آميز انجام شد.

باتوجه به بررسي راندمان کاتدي و مطالعه دياگرام پوربه مشخص مي شود به منظور کاهش اثر تصاعد هيدروژن و در نتيجه افزايش راندمان کاتدي و کاهش تخريب ناشي از تردي هيدروژني، آبکاري پالاديوم در حمام قليايي مي بايست در جريان کم تر از mAcm-2 3 انجام گردد.

به منظور دست يابي به پوشش يکنواختي و کيفيت بالا، خلل و فرج پائين، راندمان کاتدي، سختي و چسبندگي بالا مي بايست از حمام آبکاري قليايي پالاديوم با 12= pH و در زمان 10 دقيقه و دماي حمام 60 درجه سانتي گراد استفاده نمود.

آزمون هاي پراش پرتو ايکس بيانگر پيک پراش (111)pd در 1/38 درجه، پيک پراش (200)pd در 1/45درجه و پيک پراش فلز مس و غيره مي باشد. پيک هاي تيز و واضح بيانگر پوشش و ايجاد ساختار کريستالي يکنواخت بر روي سطح فلز پايه مسي مي باشد.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید

نشریه پیام آبکار – بهار ۱۳۹۵

مروري بر کاربرد

تکنيک اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي در مهندسي سطح

تهيه و تنظيم:

نصراله اسلام زاده

دانشجو دکتري مواد گرايش خوردگي دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجف آباد

تکنيک پوشش دهي به روش اکسيداسيون الکتروليتي پلاسما به عنوان يک تکنولوژي نسبتا جديد و مقرون به صرفه در اصلاح سطح و از طرفي سازگار با محيط زيست مطرح مي باشد که اخيرا به منظور ايجاد لايه هاي اکسيدي در سطح فلزات سبک همچون تيتانيوم، آلومينيوم و منيزيم مورد استفاده قرار مي گيرد.

پوشش هاي دو لايه حاصل از اين روش از يک طرف داراي فشردگي و اتصال خوبي به زمينه بوده و از طرف ديگر بستر مناسبي را براي پوشش هاي نهايي ايجاد مي کند که اين موضوع منجر به ايجاد خصوصيات مکانيکي ، خوردگي و حرارتي مناسب و در نتيجه کاربرد گسترده اين روش در زمينه هاي مختلف همچون حمل و نقل، هوافضا، خودرو سازي، پزشکي و ديگر زمينه ها شده است.

خصوصيات لايه هاي اکسيدي حاصل از اين روش تحت تاثير پارامتر هاي مختلفي همچون ترکيب شيميايي الکتروليت، دماي الکتروليت، ترکيب شيميايي آلياژ زمينه و پارامترهاي الکتريکي مورد استفاده در حين پوشش دهي قرار دارد که در اين مقاله ضمن معرفي اصول تکنيک اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي، به معرفي پارامتر هاي موثر در اين زمينه و نکات کليدي در حين انجام تحقيقات مربوطه به منظور رسيدن به پوشش هاي مناسب پرداخته شده است.

از مجموع عمليات سطحي کلاسيک و روشهاي مدرن طيف وسيعي از فرايندهاي سطحي براي مواد مختلف حاصل شده است. اين فرايندها به سه گروه اصلي تقسيم مي شوند. گروه اول شامل روشهايي مي شود که تغييري در ترکيب شيميايي سطح بوجود نمي آيد، بلکه تنها خصوصيات متالوژيکي سطح تغيير مي کند. اين گونه عمليات با نام عمليات حرارتي موضعي يا انتخابي، شناخته مي شود. سخت کاري شعله اي، سخت کاري القايي، سخت کاري ليزري و سخت کاري پلاسمايي جزء اين گروه مي باشند. گروه دوم شامل روشهايي است که ترکيب شيميايي سطح تغيير مي کند. عمليات حرارتي- شيميايي مانند کربن دهي، نيتروژن دهي، بوردهي از مهمترين اين روشها مي باشند. عمليات حرارتي سطحي و نيز کاشت يوني جزء اين گروه مي باشند. گروه سوم شامل فرآيندهايي است که روي سطح يک لايه يا پوشش، داده مي شوند. مهمترين اين پوششها، پوشش هاي آبکاري الکتريکي، آلي، سراميکي، گالوانيزه، رسوب شيميايي بخار، رسوب فيزيکي بخار، پاشش حرارتي و الکترولس مي باشد. انتخاب درست هريک از اين روشها براي بهبود خواص سطح قطعات مهندسي بستگي به پارامترهاي زيادي دارد. براي مثال اندازه قطعه، تلورانس ابعادي قطعه، مقاومت به سايش و خوردگي موردنياز، ضخامت پوشش، در دسترس بودن فرايند و هزينه هاي عمليات بسيار مهم است.

عمليات پلاسماي الکتروليتي جزء گروه دوم محسوب مي شود و بيشتر تحقيقات انجام شده در اين زمينه بر روي کاربردهاي آندي متمرکز است و تحقيقات کمتري بر روي کاربردهاي کاتدي انجام شده است. لذا در اين مقاله ضمن معرفي اصول تکنيک اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي، به معرفي پارامتر هاي موثر در اين زمينه و نکات کليدي در حين انجام تحقيقات مربوطه به منظور رسيدن به پوشش هاي مناسب پرداخته شده است.

تعريف پلاسما

پلاسما همان گاز يونيزه شده مي باشد. در حالت پلاسما قسمتي از اتمها و مولکولهاي گاز به اجزاء باردار تشکيل دهنده اتم يعني الکترون و يون تجزيه مي شوند. بعبارت ديگر به ترکيبي از مولکول يا اتمهاي خنثي و يون و الکترون که بر يکديگر تأثير مي گذارند، پلاسما مي گويند. حالت پلاسما در کهکشان ها بصورت طبيعي وجود داشته و بعلاوه مصنوعاً با استفاده از تخليه الکتريکي (امواج کوتاه، بمباران توسط پرتوالکتروني و غيره) قابل ايجاد مي باشد. بيش از 99/99 درصد از مواد در کهکشانها در حالت پلاسما هستند. پلاسماهاي موجود از نظر تراکم بارها و يا انرژي ذره ها بسيار متنوع مي باشند. يکي از مهمترين عواملي که چگونگي حالت پلاسما را تعيين مي کند دماي محيط است[1].

يکي از ساده ترين و متداول ترين روشهاي يونيزه کردن گاز براي توليد محيط پلاسما، استفاده از تخليه الکتريکي در گاز مي باشد. اين روش به تخليه نوراني موسوم بوده و يکي از کاربردي ترين روشهاي توليد پلاسما است. وقتي به دو قطب الکتريکي که در محيط هادي قرار دارند، ميدان الکتريکي اعمال شود، در شرايط مناسب، تخليه الکتريکي انجام مي گيرد

اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي

پديده تخليه در الکتروليز بيش از يک قرن پيش در روسيه کشف و در سال 1930 تحقيقات اوليه بر روي پارامترهاي موثر در آن صورت گرفت[2]. در سال 1970رسوب دهي اکسيد براي اولين بار در سطح آلومينيوم تحت شرايط تخليه جريان صورت گرفت و تحت عنوان فرآيند اکسيداسيون ميکروآرک يا آنودايزينگ پلاسما الکتروليتي معرفي شد[3]. اين فرآيند که تحت عنوان‌هاي PEO MAO و ADS نيز شناخته مي شود به عنوان بهترين روش تجاري براي آلياژهاي منيزيم شناخته شده است. روش هايي که با عنوان کلي پلاسماي الکتروليتي براي پوشش دهي استفاده مي شوند، داراي مشخصه بارز تخليه الکتريکي در فصل مشترک الکترود- الکتروليت در پتانسيل هاي بالا هستند. در طي اين فرايند که در ولتاژهاي بالاتر از ولتاژ شکست صورت مي گيرد، پديده تخليه اتفاق افتاده، پلاسما ايجاد و يک لايه اکسيدي رشد مي کند. اين فرايند شامل ذوب شدن، شارش ذوب، انجماد، کريستاله شدن، پخت موضعي و متراکم شدن لايه اکسيدي مي باشد. در واقع با وقوع پديده تخليه الکتريکي در اثر اينکه جريان هاي الکتريکي بصورت موضعي در لايه رشد شونده تجزيه ميشوند، لذا يکسري حفره هاي خاصي با ابعاد چند ميکرون در سطح ايجاد مي شوند. لايه هاي ايجاد شده با اين روش در مقايسه با روش تبديل شيميايي داراي پايداري و چسبندگي بالاتر و در نتيجه مقاومت به خوردگي بالاتري مي باشند[4]. اين خصوصيات، افقهاي جديدي را در توسعه مواد مؤثر بر فناوري در محدوده وسيعي از بخشهاي توليد شامل هوا فضا، صنعت خودروسازي، ارتباطات موبايل، برق- قدرت، بيومواد و مهندسي شيمي باز کرده است.

کاربردهاي اصلي روش PEO

تميزکاري

تميزکاري سطوح فلزي يکي از مراحل ابتدايي لازم براي بسياري از فرايندها مانند پوشش دهي، کشش عميق و غيره بشمار مي رود. PEO بصورت کاملاً موثري در پاک کردن روانکارها، اکسيدها، کثيفي و غيره از سطوح فلزي نقش بازي مي کند. فلزات آهني و غيرآهني و آلياژي با اين روش قابل تميزکاري مي باشد. تميز کردن با PEO مزاياي زير را دارد.

تک مرحله اي بودن فرايند: بسياري از فرايندهاي مرتبط با فلزات مانند گالوانيزه کردن بصورت غوطه وري داغ داراي چندين مرحله مي باشد. PEO انواع سطوح فلزي را در يک مرحله تميز مي کند.

سازگاري با طبيعت: روش PEO از مواد شيمايي مضري مانند اسيدها که براي تميزکاري بسيار متداول هستند استفاده نمي کند. در ضمن به علت اينکه محيط کاري الکتروليت پايه آبي است، برعکس روشهايي مانند بلاست، براي سلامتي نيز ضرري ندارد.

مورفولوژي مطلوب: PEO مورفولوژي سطح را بهبود مي بخشد و خصوصيات روانکاري و چسبندگي سطحي را افزايش مي دهد.

افزايش عمر قطعه: با توجه به رويين شدن سطح فلز اين روش عمر قطعه را نسبت به عمر قطعه مشابه تحت فرايندهاي ديگر افزايش مي دهد. با توجه به اينکه اين روش خصوصيات روانکاري را بهبود مي بخشد و در صنعت از بوجود آمدن اکسيدهاي سطحي نيز جلوگيري مي کند، در بسياري از موارد نياز به فسفاته يا کروماته کردن را از بين مي برد.

بافت دهي سطحي

خصوصيات سطحي مانند زبري و مورفولوژي پارامترهاي مهم و تعيين کننده اي براي بسياري مسايل مانند چسبندگي در پوشش و کارايي تريبولوژي دارد. روشهاي متداولي که براي اين هدف وجود دارد؛ روش بلاست و اچ شيميايي است که هر دو مشکلات زيست محيطي دارند. اخيراً روشهاي سازگار با محيط زيست مانند بافت دهي سطح با ليزر، ماشين کاري با تخليه الکتريکي و فرايندهاي پلاسمايي بوجود آمده اند. مي توان ادعا کرد که خصوصيات منحصربه فردي که روش PEO به سطح فلز مي دهد، اين روش را به يکي ازبهترين روشهاي بافت دهي تبديل کرده است.

پوشش دهي

نقش پوشش هاي فلزي مي تواند بهبود خصوصيات سطحي مانند مقاومت به سايش و مقاومت به خوردگي باشد. از اهميت اين نوع پوششها در صنعت امروزه هرچه بگوييم مبالغه نکرده ايم. پوشش هاي PEO از چسبندگي و فشردگي خوبي برخوردار هستند. رسوب دهي پوشش به روش PEO مزايايي همچون سرعت بالاي رسوب دهي، چسبندگي بالاي پوشش و ايجاد پوشش هاي نانوساختار نسبت به بقيه روش ها را داراست.

در طي بررسي که توسط Gu انجام شد، با مقايسه نتايج حاصل از آزمايشات انجام شده برروي مقاومت به خوردگي پوشش هاي حاصل از تکنيک هاي مختلف، تکنيک PEO بهترين نتايج را در کاهش سرعت خوردگي پوشش نشان داده است[5]. زنگ براي اولين بار فرآيند PEO را در سطح آلياژ منيزيم AZ91D اعمال و رفتار خوردگي آن را در محلول هانگ مورد بررسي قرار داد[6]. بنا بر نتايج حاصل، انجام عمليات PEO در سطح آلياژ منيزيم منجر به کاهش سرعت خوردگي به اندازه 15 برابر در مقايسه با آلياژ منيزيم فاقد پوشش بعد از غوطه وري در محلول آزمايش به مدت 21 روز شد. همچنين نتايج حاصل از بررسي جوو[7] که براي اولين بار بر روي مقاومت به خوردگي در محلول شبيه سازي بدن انجام شد، نشان دهنده کاهش دانسيته جريان خوردگي در اثر ايجاد پوشش PEOدر سطح ايمپلنت بود.

با گسترش کاربرد فرآيند PEO در سطح آلياژهاي منيزيم در سال هاي اخير، بررسي اثر الکتروليت بر مقاومت به خوردگي و سايش پوشش هاي ايجاد شده در فرآيند PEO موضوع تحقيقات گسترده اي واقع شده است[8]. استفاده از ذرات تقويت کننده در پوشش هاي اکسيدي براي اولين بار در سال 1996 توسط اسچوکينگ به منظور استفاده از ذرات ZrO2 در سطح آلومنيوم در محلول K2ZrF6 مورد بررسي قرار گرفت[9].

در واقع ايجاد يک پوشش با خصوصيات تريبولوژيکي مناسب از جمله روش هاي افزايش مقاومت به خوردگي محسوب مي شود و لذا کاهش عيوب و افزايش ترکيبات پايدار شيميايي در پوشش نتيجه تحقيقات صورت گرفته در اين زمينه مي باشد. به گونه اي که استفاده از ذرات اکسيدي زيست سازگار مانند ZrO2، TiO2 و يا Al2O3 در پوشش اکسيدي منجر به افزايش پايداري شيميايي و فشردگي پوشش و در نتيجه بالارفتن مقاومت به خوردگي پوشش شده است[12-10]. در واقع پوشش هاي کامپوزيتي حاصل از افزودن ذرات اکسيدي به پوشش، با جلوگيري از نفوذ يون هاي خورنده از طريق کانال هاي نفوذي به سطح فلز زمينه مقاومت به خوردگي را افزايش مي دهند[13].

آلياژسازي سطحي

از PEO براي سخت سازي سطحي استفاده مي شود. از اين سري، مي توان به نايترايدينگ، کربورايزينگ، کربونايترايدينگ و بوروسولفوکربونايترايدينگ اشاره کرد. نيروي محرکه در آلياژسازي سطحي تفاوت غلظت عنصر آلياژي در زمينه با لايه گازي پايدار مي باشد. سطوح فلزي مي توانند با نافلزاتي مانند اکسيژن، کربن، نيتروژن، بور و يا با فلزاتي مانند تنگستن، موليبدن و واناديوم و غيره آلياژ شوند.

با توجه به کاربردهاي ذکر شده، فرايند PEO در فاز گذر از مراحل تحقيقاتي به استفاده تجاري مي باشد. از مزاياي کلي روش PEO مي توان به احتياج نداشتن به فضاي وسيع و قابليت راه اندازي خط توليد در دما و فشار اتمسفر و ارزش افزوده بالا و سازگاري با محيط زيست اشاره کرد.

مکانيزم فرآيند اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي

در شکل 1، تصويري شماتيک از مکانيزم فرآيند اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي، نشان داده شده است. هنگامي که نمونه در منطقه پلاسماي پايدار قرار دارد، به وسيله يک لايه گازي سطح آن پوشيده مي‌شود. اختلاف پتانسيل به شدت بالا، باعث مي‌شود تا غلظت يون هاي مثبت در نزديکي آند و در روي حباب هاي گازي به شدت افزايش يابد. اين امر باعث مي شود تا ميدان الکتريکي بسيار قوي ميان يون هاي مثبت و آند ايجاد شود. مقدار اين ميدان مي تواند تا حدود v/m 105 افزايش يابد. هنگامي که ميدان الکتريکي ايجاد شده تا اين حد افزايش مي يابد، حباب هاي گاز يونيزه شده و تخليه پلاسمايي انجام مي شود[14].

به طور کلي در اطراف محل ايجاد پلاسما تعداد زيادي حباب گازي وجود دارد. گفته مي شود که دماي پلاسما حدود 2000 درجه سانتي گراد است ولي در بعضي از مراجع اين مقدار تا حدود 7000-6000 کلوين برآورد مي شود. از آنجايي که سيستم پلاسمايي در تماس با الکتروليت و سيستم آبگرد است دماي آن به سرعت افت نموده و تا حدود 50-35 درجه سانتي گراد سرد مي شود. در نهايت حباب هاي گازي در نزديکي سطح فلز منفجر مي شوند.

دو پديده هنگام انفجار حباب گازي اتفاق مي افتد. اول تمامي يون هاي مثبتي که در اطراف نمونه قرار دارند به سرعت به سمت آن سرازير مي شوند. دوم اينکه در اثر انفجار، انرژي زيادي تخليه مي شود. بخش انرژي پتانسيل آن در داخل لايه گازي اطراف حباب ذخيره مي شود و بخش انرژي جنبشي آن، از طريق لايه الکتروليت مايع به سطح نمونه منتقل مي شود. يون هاي توليد شده نيز که با انفجار حباب هاي گازي شتاب گرفته اند نيز به وسيله انرژي جنبشي ايجاد شده به سطح آند هدايت مي شوند. اين آزادسازي باعث مي شود تا يون هاي فلزي بيشتر به سمت کاتد و يون هاي گازي به سمت آند سوق پيدا کنند.

طبق آنچه گفته شد، برخلاف روش هاي الکتروپليتينگ در روش اکسيداسيون پلاسما الکتروليت نفوذ در مرز فازها حذف خواهد شد، اين در حالي است که هم زدن الکتروليت با سرعت بالا باعث مي شود تا يون ها به راحتي در محدوده پلاسما قرار گيرند. مکانيزم حاصل از فرآيندهاي هيدروديناميکي و انتقال يون ها در هنگام فرآيند پوشش دهي باعث مي شود تا بيشترين نرخ ايجاد پوشش در داخل سيستم وجود داشته باشد.

دماي بالا در اطراف منطقه پلاسما باعث ذوب موضعي در سطح زير لايه مي گردد. مذاب ايجاد شده به دليل تماس با الکتروليت سرد، سريعاً کوئنچ مي شود. اين رفتار باعث مي شود تا ساختاري منحصر به فرد در سطح زير لايه به وجود آيد. از طرف ديگر به دليل دماي بالا در منطقه پلاسما، تمامي ترکيبات آلي موجود مثل گريس و چربي از سطح زيرلايه تبخير مي شوند.

اصول شيميايي و فيزيکي الکتروليز پلاسما

همانطور که در شکل 2 ديده مي شود، الکتروليز محلول هاي آبي بوسيله يک سري واکنش هاي الکتروشيميايي انجام مي شود. در اين فرايند معمولاً توليد گاز اکسيژن و يا اکسيداسيون فلز در سطح آند صورت مي گيرد که با توجه به فعاليت شيميايي الکتروليت، فرايند اکسيداسيون مي تواند منجربه تشکيل لايه اکسيدي و يا انحلال سطح در الکتروليت شود. توليد گاز هيدروژن و يا احياي کاتيون نيز در سطح کاتد رخ مي دهد[1].

در مطالعه فرايندهاي متداول الکتروليز، فصل مشترک الکتروليت- الکترود به صورت يک سيستم دو فازي (فلز- الکتروليت يا اکسيد- الکتروليت) است. در اين فرايندها معمولاً از تأثير گازهاي ايجاد شده صرف نظر مي شود و يا با فاکتورهايي مثل بازده جريان و شيلدينگ الکترودي در نظر گرفته مي شود ولي در فرايند PEO با در نظر گرفتن واکنش هاي گازي، سيستم چهار فازي فلز- الکتروليت- اکسيد- گاز بوجود مي آيد که مطالعه و تحليل آن نسبت به فرايندهاي الکتروليز متداول بسيار پيچيده تر است.

رفتار جريان - ولتاژ

در شکل 3 تغييرات شدت جريان برحسب تغييرات ولتاژ رسم شده است. منحني a، سيستم فلز- الکتروليت در حضور گاز آزاد شده در آند يا کاتد را نشان مي دهد. منحني b نيز اين تغييرات را در سيستمي که شامل لايه اکسيدي است نشان مي دهد. در ولتاژهاي نسبتاً پايين، سينتيک فرايندهاي الکترود در هر دو سيستم از قانون فارادي پيروي مي کند و ولتاژ و جريان برطبق قانوني اهم تغيير مي کنند. در نتيجه افزايش ولتاژ باعث افزايش خطي شدت جريان مي شود (مناطق 0-U1 در منحني a و 0-U4 در منحني b). اما در ولتاژهايي بالاتر از ولتاژ بحراني، رفتار اين سيستم ها بطور قابل ملاحظه اي تغيير مي کند[1].

در منحني a در منطقه U1-U2، افزايش ولتاژ باعث نوسان جريان مي شود. افزايش جريان بوسيله لايه محافظتي که از محصولات واکنش هاي گازي در سطح الکترود ايجاد مي شود محدود مي شود. در مناطقي که هنوز الکترود در تماس با الکتروليت است، دانسيته جريان افزايش مي يابد که اين امر باعث بجوش آمدن موضعي الکتروليت مجاور الکترود مي شود. با رسيدن به نقطه U2، الکترود کاملاً توسط لايه اي پيوسته از گاز که هدايت الکتريکي کمي دارد احاطه مي شود. تقريباً تمام ولتاژ سل الکتروليز در اين لايه نازک عايق افت مي کند، در نتيجه در اين منطقه شدت ميدان الکتريکي به مقادير 106 تا 108 ولت بر متر مي رسد که براي يونيزاسيون لايه گازي کافي است. يونيزاسيون ابتدا با جرقه هاي سريع و پراکنده در لايه گازي شروع مي شود و در ادامه به درخششي يکنواخت در سرتاسر لايه گازي تبديل مي شود. در بين نقاط U2 و U3 جريان به دليل پايداري هيدروديناميک لايه گازي افت مي کند و در ولتاژهاي بالاتر از U3، تخليه درخشان به قوس هاي قوي الکتريکي تبديل مي شود.

رفتار منحني b تا حدودي پيچيده تر است. ابتدا لايه غيرفعال تشکيل شده در نقطه U4 شروع به حل شدن مي کند که در عمل به پتانسيل خوردگي ماده بستگي دارد. سپس در منطقه U4-U5 لايه غيرفعال متخلخل اکسيدي دوباره رشد مي کند که باز در اين منطقه به علت هدايت الکتريکي بسيار پايين، افت شديد ولتاژ حاصل مي شود. در نقطه U5 شدت ميدان الکتريکي از حد بحراني بالاتر مي رود که باعث تخريب لايه اکسيدي مي شود. در اين مرحله، جرقه هاي کوچکي که به سرعت در سطح لايه اکسيدي حرکت مي کنند ديده مي شود. در نقطه U6 تخليه هاي الکتريکي شديدتري با سرعت کمتر رخ مي دهد. اين قوس هاي الکتريکي شديد، باعث ذوب تدريجي لايه اکسيدي و ترکيب آن با عناصر موجود در الکتروليت مي شود. با افزايش بيشتر ولتاژ، قوس هاي الکتريکي از لايه اکسيدي به داخل فلز زير لايه نفوذ مي کنند و باعث تخريب لايه اکسيدي مي شوند که در اين حالت ديگر ترميم و ضخيم شدن لايه اکسيدي رخ نمي دهد.

در عمل ممکن است تعدادي از فرايندهاي ذکر شده به صورت همزمان در سطح الکترود انجام شوند که اين امر باعث مي شود سيستمي چهار فازي از فلز- الکتروليت- اکسيد- گاز با مرزهاي فازي متعددي بوجود آيد. دو فاز با هدايت الکتريکي پايين (گاز و اکسيد) تشکيل مي شوند که عامل اصلي افت ولتاژ در سل الکتروليز مي باشند.

پارامترهاي کانال تخليه

همزماني و ترکيب فرايندهاي الکتروشيميايي و شدت ميدان الکتريکي حاصله، پارامترهاي تخليه متفاوتي را براي فرايند پلاسما الکتروليز بوجود مي آورد. دماي تخليه الکتريکي بين 800 تا 3000 کلوين، 3000 تا 6000 کلوين و 10000 تا 20000 کلوين تخمين زده شده است. اين تفاوت به خاطر ساختار پيچيده کانال تخليه است. هسته مرکزي کانال تخليه نيز دمايي در حدود 6800 تا 9500 کلوين دارد که توسط محيطي با دماي 1600 تا 2000 کلوين احاطه شده است. قطر کانال تخليه و ضخامت منطقه گرم شده به ترتيب 1 تا 10 و 5 تا 50 ميکرومتر تخمين زده شده است[1].

تکنولوژي پلاسما الکتروليتي

در فناوري پلاسماي الکتروليتي از ميکروتخليه هاي قوس پلاسما در محلول آبي جهت يونيزه کردن محيط هاي گازي استفاده مي شود که اين محلول ها ترکيبات پيچيده‌اي هستند که در سطح فلز در خلال اندرکنش هاي شيميايي پلاسما ذرات نفوذي را ايجاد مي کنند. پارامترهاي فرآيند و نتايج حاصله با اين روش ها تحت يک گروه متمايز از فرآيندهاي مهندسي سطح قرار مي گيرند که اين به واسطه حضور دو پديده خاص در همگي آن ها مي باشد. اول آن که، الکتروليز يک محيط آبي با استفاده از اختلاف پتانسيل الکتريکي بين قطعه کاري و يک الکترود صورت مي پذيرد. دومين شباهت کلي، ايجاد يک تخليه الکتريکي در سطح قطعه کاري يا در نزديکي قطعه کاري مي باشد[1].

تجهيزات دستگاهي

دستگاه هاي فرايند PED شامل يک سل الکتروليز و يک منبع قوي توليد برق است. سل الکتروليز معمولاً خنک شونده با گردش آب و از جنس فولاد زنگ نزن است و نقش کاتد را هم ايفا مي کند. تجهيزات تصفيه و بازيابي الکتروليت، هم زدن الکتروليت و خروج گازهاي توليدي نيز در محفظه سل الکتروليز قرار دارد. انواع مختلف منابع توليد برق در فرايند الکتروليز پلاسمايي مورد استفاده قرار مي گيرد که در ادامه به آنها اشاره شده است. در شکل 4 شماتيک باز سيستم پوشش دهي به روش اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي و در شکل 5 نمايي از تجهيزات مربوطه نشان داده شده است [1].

منابع جريان مستقيم

اين منابع معمولاً برمبناي يک مدار پل ديودي مي باشد و امکان کاربرد در شرايط پتانسيواستاتيک را فراهم مي کند. در اين حالت که جريان تثبيت نمي شود، امکان کنترل فرآيند PEO محدود مي شود. زيرا مشکلاتي در قانونمند کردن ويژگي هاي سطح تخليه وجود دارد. به واسطه چنين عللي منابع نيرو DC تنها براي اجزاء داراي شکل ساده و پوشش هاي نازک به کار مي روند. با تغيير پارامترهاي اعمالي مي توان نانو ساختار و در نتيجه خواص نهايي را نيز تغيير داد.

منابع جريان مستقيم پالسي

استفاده از جريان مستقيم پالسي، کنترل قطع و وصل فرايند و در نتيجه مدت قوس الکتريکي را قابل کنترل ساخته است. اين دو عامل، کنترل شرايط حرارتي را در حين فرايند و در نتيجه ساختار و ترکيب لايه پوشش مقدور مي سازد. اما جريان پالسي، پلاريزاسيون اضافي الکترود را افزايش مي دهد، در نتيجه براي رسيدن به دانسيته جريان مطلوب به ولتاژهاي بسيار بالا (1000 ولت) احتياج است. جريان مستقيم پالسي معمولاً در فرايندهاي PES جايي که ولتاژ کاري خيلي بالا نيست (کمتر از 450 ولت) مورد استفاده قرار مي گيرد.

منابع جريان دوقطبي

اگر تغييرات پالس در هر دو الکترود (آند و کاتد) قابل تنظيم باشد، جريان پالسي به دست آمده، جريان پالسي دو قطبي ناميده مي شود. چنانکه فرآيند پلاسماي الکتروليتي در محدوده فرکانسي کيلوهرتز و با جريان پالسي دو قطبي اعمال شود، کنترل بهتري بر تخليه الکتريکي پلاسما در سطح نمونه اعمال مي شود. چگونگي عملکرد سيستم پالسي دو قطبي به اين صورت است که در ابتداي فرآيند پوشش نازک است و مقاومت سيستم کم است. در اين حالت لبه تيز هر پالس ولتاژ باعث پيک جريان بالايي مي شود. اين جريانها باعث تسهيل در به وجود آمدن تخليه الکتريکي ميکروپلاسما در سطح نمونه مي شود و عامل يونيزاسيون است. در اين حالت تخليه الکتريکي بزرگي توسط يونيزاسيون حرارتي با جريان DC ايجاد مي شود و عامل انتقال يون به سطح نمونه است. سرعت رشد پوشش مي تواند به10ميکرون بر دقيقه در پنج دقيقه اوليه عمليات برسد. پس در 5 دقيقه اول عمليات تشکيل لايه چگال کامل مي شود و پس از آن حالت پايداري سيستم را شاهد هستيم.

در فرآيند نيتروکربوراسيون فولاد ضد زنگ با روش پلاسماي الکتروليتي ديده شده است که در محدوده فرکانس 1 تا 3 کيلوهرتز سرعت رشد لايه از نيم تا 1 تا 6/1 تا 2/3ميکرون بر دقيقه افزايش مي يابد و حجم لايه خارجي متخلخل از 25 تا 10 درصد از کل ضخامت لايه در مقايسه با فرآيند پالسي تک قطبي کاهش پيدا مي‌کند. اين حالت، امکان کنترل بهتر فرآيندهاي شيميايي پلاسما در حد فاصل فلز- الکتروليت را ايجاد مي کند و اثرات نامطلوب ايجاد شده تحت شرايط تخليه الکتريکي را از بين مي برد.

منابع جريان متناوب نامتقارن

با استفاده از منابع توليد جريان متناوب مي توان از ايجاد پلاريزاسيون اضافي الکترود جلوگيري کرد، در حالي که امکان قطع و وصل کردن قوس الکتريکي و کنترل فرايند هنوز وجود دارد. استفاده از جريان متناوب نامتقارن(دامنه مولفه هاي مثبت و منفي نا مساوي) محدوده کنترل نشاندن پوشش را گسترش مي دهد. از اين منابع تغذيه، بيشتر در فرايندهاي PEO استفاده مي شود. محدوديت در توان اعمالي و فرکانس جريان، از معايب اين منابع تغذيه است.

منابع جريان پالسي با قطب ناهمگن

براي رسيدن به پتانسيل اعمالي بالاتر و دامنه وسيعتري از فرکانس از اين منابع جريان استفاده مي شود. اين منابع برمبناي مبدل هاي معکوس ترانزيستوري يا تريستوري مي باشند. تنها مشکل اين منابع، هزينه بالاي ساخت آنها است.

انتخاب الکتروليت

انتخاب الکتروليت مناسب يکي از مهمترين پارامترها براي رسيدن به پوشش مناسب است که با توجه به فلز زيرلايه و خواص نهايي پوشش انتخاب مي شود. محلول هاي کلوئيدي سيليکات سديم و سيليکات پتاسيم به طور گسترده اي در فرايندهاي PEO مورد استفاده قرار مي گيرند. علاوه بر سيليکات ها، ترکيباتي براي افزايش هدايت يوني محلول بکار مي روند. مثل NaF با غلظت 5/0 تا 20 گرم بر ليتر و يا KOH و NaOH با غلظت 1 تا 50 گرم بر ليتر. براي اهداف خاص نيز پودرهاي بسيار ريز از مواد سخت با نقطه ذوب بالا و يا مواد رنگي (براي خواص نوري) به الکتروليت افزوده مي شود.

انتخاب الکتروليت براي فرآيند PEO نياز به بررسيهاي عميقي دارد. به عنوان يک مثال در فرايند نيتروکربورايزينگ الکتروليت متشکل از ترکيبات آلي داراي نيتروژن و کربن و 5 الي 10 درصد محلول هدايت کننده، به عنوان مثال H2O+KCl مي باشد. بنابراين، فرم آميد، اتانول آمين و کرباميد به صورت متداول براي فرآيندهاي نيتروژن- کربن دهي مورد استفاده قرار مي گيرند. معمولاً درصد آب در محلول بر پارامترهاي الکتريکي مؤثر مي باشد، بدين شکل که کمتر از 5 درصد H2O سبب افزايش ولتاژ بحراني براي پايداري پوشش پلاسما و بيش از 10 درصد H2O منجر به افزايش شديد شيب منحني دما برحسب ولتاژ مي گردد.

در مواردي نيز الکتروليت اسيدي استفاده مي شود. اين اسيدها عموماً شامل اسيدسولفوريک، اسيدنيتريک، اسيدکلريدريک، اسيدفسفريک، اسيد کروميک، اسيداگزاليک و يا ترکيبي از آنهاست. اگر الکتروليت بازي استفاده شود، هيدروکسيد فلزاتي، همچون سديم، پتاسيم، کلسيم يا منيزيم استفاده مي شوند. به همراه آنها سيليکات فلز و آلومينات براي کاهش تخلخل، بهبود وضعيت نهايي سطح و بهبود مقاومت به خوردگي نيز اضافه مي شود. در اين موارد pH الکتروليت مي بايست، 13-8 باشد. در تمام اين موارد، مواد اضافه شده به حمام کاملاً آبي هستند و معمولاً حدود 1 تا 10 گرم در ليتر مي باشند. به همين ترتيب براي عمليات بور دهي نيز الکتروليت حاوي يونهاي بور بايد مورد استفاده قرار گيرد[1].

مراحل رسوبگذاري

با توجه به سادگي PED، اين عمليات از لحاظ اقتصادي نسبت به روش هاي الکتروپليتينگ و رسوب گذاري تخت خلا بسيار مقرون به صرفه است. آماده سازي نمونه نيز شامل تميز کردن و چربي گيري نمونه است.

مراحل ديگري مثل اچ کردن و يا آماده سازي سطح لازم نيست. براي نشاندن پوشش، نمونه ها به منبع انرژي متصل مي شوند و به داخل الکتروليت و در ارتفاع 30 تا 50 ميليمتر پايين تر از سطح الکتروليت فرو برده مي شوند.

ميله فلزي با روکش پلاستيکي براي نگهداشتن نمونه ها استفاده مي شود. بعد از فعال کردن سيستم هاي خنک کننده، هم زن و تهويه، ولتاژ کاري به پيل الکتروليز اعمال مي شود. پارامترهاي اصلي مثل جريان متوسط، ولتاژهاي آندي- کاتدي و دماي الکتروليت ثبت مي شود. با توجه به روش (PEO/PES)، نحوه کنترل و مانيتور کردن فرايند متفاوت است[1].

نحوه کنترل فرايند

دانسيته جريان پارامتر اصلي است که بايد در فرايند PEO کنترل شود. معمولاً براي رسيدن به بهترين شرايط در پلاسما الکتروليز، دانسيته جريان در محدوده 01/0 تا 3/0 آمپر بر سانتيمتر مربع تنظيم مي شود. طبق قانون اول فارادي، دانسيته جريان سرعت رشد پوشش را مشخص مي کند. با افزايش ضخامت پوشش، ولتاژ در ابتدا به سرعت افزايش مي يابد و با برقراري شرايط پايا، افزايش آن کند مي شود. سرعت بحراني تغييرات ولتاژ، متناسب با تشکيل جرقه هاي الکتريکي بر روي سطح الکترود است (U5 در شکل 3). که مقدار آن به شدت به ويژگي هاي ترکيب فلز- الکتروليت بستگي دارد و معمولاً اندازه آن بين 120 تا 350 ولت است. در مرحله اول فرايند، جرقه هايي سفيد رنگ و يکنواخت اطراف الکترود بوجود مي آيد. با ادامه فرايند، جرقه هاي زرد رنگ پراکنده اي که به سرعت در سطح الکترود حرکت مي کنند ديده مي شود (U6 در شکل 3). به تدريج دانسيته جرقه ها کمتر مي شود اما انرژي آنها افزايش مي يابد. در نهايت تعداد کمي قوس قرمز رنگ در سطح نمونه ديده مي شود (U7 در شکل 3). قوس هاي الکتريکي قوي باعث نوسانات جريان و در نهايت تخريب لايه تشکيل شده مي شوند. با رويت قوس هاي الکرتيکي قوي، فرايند سريعاً متوقف مي شود.

مکانيزم رشد لايه اکسيدي

در رابطه با رشد لايه اکسيدي با استفاده از تکنيک اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي، دو مکانيزم وجود دارد. مکانيزم اول رشد لايه بيروني به سمت سطح پوشش از طريق ميکرو جرقه ها که شامل خروج فلز مذاب و انجماد آن مي باشد و مکانيزم دوم رشد لايه داخلي به سمت زمينه که بواسطه نفوذ اکسيژن مي باشد[15].

در شکل6 شماتيک رشد پوشش در سطح منيزيم با استفاده از تکنيک اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي نشان داده شده است. با توجه به شکل، با پوشانده شدن سطح توسط لايه عايق اکسيدي، ولتاژ بين زمينه و الکتروليت با رشد لايه اکسيدي افزايش مي يابد و در طي چند ثانيه ولتاژ افزايش زيادي پيدا ميکند(b) . ولتاژ به اندازه اي افزايش مي يابد که يک تخليه پلاسما ميکروسکوپي، پوشش را شکسته و تعداد زيادي از جرقه هاي پلاسما ريز با عمر کم توليد مي شوند (c) . در واقع اين جرقه ها که در اثر تخليه جريان صورت مي گيرند، منجر به ايجاد پلاسمايي مي شوند که داراي دما و فشار بالايي بوده و منجر به رشد لايه اکسيدي مي شوند. مهمترين واکنش هاي الکتروشيميايي در فصل مشترک الکتروليت و پوشش رخ مي دهد. مکانيزم پلاسما در سطح داراي ماهيت پيچيده اي مي باشدکه از يک طرف شامل انتقال بار در فصل مشترک الکتروليت و زمينه واز طرف ديگر يونيزاسيون شديد و اثرات انتقال بار بين سطح فلز زمينه و الکتروليت اطراف لايه اکسيدي تحت پلاسما مي باشد. از جمله اثرات تخليه ناشي از پلاسما، توسعه فرايندهاي متالورژيکي در رشد لايه اکسيدي مي باشد که از طريق آزاد شدن گرما در کانال هاي تخليه ايجاد مي شود. اکسيد ذوب شده حاصل از فصل مشترک زمينه و پوشش به سطح پوشش حرکت کرده و در طي تماس با الکتروليت منجمد و کريستاله مي شود (d) .

نکات مهم در حين انجام تحقيقات:

در طي انجام تحقيقي در رابطه با افزايش مقاومت به خوردگي کاشتني هاي منيزيمي با استفاده از پوشش هاي کامپوزيتي حاصل از تکنيک پلاسما الکتروليتي، به نکاتي پي برده شد که تنها در هنگام انجام آزمايشات عملي حاصل مي شود و کمتر در منابع و مقالات به آنها اشاره مي شود. لذا در نظر گرفتن اين نکات مي تواند تا حدودي از مشکلات کار در حين پوشش دهي را کم کند که دراين قسمت به طور خلاصه به ذکر اين نکات پرداخته مي شود. اميد آنکه مورد استفاده خوانندگان محترم قرار گيرد.

ترتيب جرقه زني:

رشد پوشش با استفاده از تکنيک پلاسما الکتروليتي همراه با جرقه زني در سطح نمونه مي باشد که از طريق کانال هاي تخليه ايجاد مي گردند. ترتيب جرقه زني براي داشتن يک پوشش مناسب را مي توان بدين صورت تشريح نمود که در ابتدا با افزايش ولتاژ جرقه هاي سفيد رنگي در سطح ايجاد مي شوند. اين جرقه ها بسيار ريز بوده و عمر کمي دارند. با افزايش زمان و همچنين افزايش ولتاژ بر تعداد جرقه هاي سفيد افزوده شده و اين در حالي است که اندازه جرقه ها نيز افزايش مي يابند. به همين صورت با گذشت زمان جرقه هاي ريز نارنجي رنگ جايگزين جرقه هاي سفيد شده و بعد از گذشت زمان جرقه هاي سفيد کاملا حذف مي شوند و جرقه هاي نارنجي رنگ افزايش مي يابند. بسته به شرايط پوشش دهي با افزايش ولتاژ از دانسيته جرقه هاي کاسته شده و کلفت تر مي شوند. در اين موقع مي توان گفت که فرايند پوشش دهي کامل شده و لايه اکسيدي به حداکثر رشد مفيد خود رسيده است. از اين زمان به بعد از تعداد جرقه ها کاسته شده و لايه اکسيدي ايجاد شده در بهترين حالت خود بوده و در صورتي که با گذشت زمان ولتاژ ثابت بود، بهتر است که جريان را قطع نموده و نمونه را خارج نماييم. در واقع چنانچه اين رويه در حين پوشش دهي مشاهده شود، مي توان اطمينان حاصل کرد که دستگاه به خوبي جريان و ولتاژ را تامين مي نمايد.

نحوه اتصال نمونه به سيم:

با توجه به ولتاژ بالايي که در اين روش در حين فرايند پوشش دهي تخليه مي شود، محل اتصال سيم به نمونه مهم بوده و در صورت ناقص بودن، فرايند پوشش دهي ناتمام مي ماند. لذا از جمله روش هاي آسان براي اين کار استفاده از سيم مسي روکش دار به قطر 1 ميلي متر مي باشد. جهت اتصال سيم به نمونه مي توان با استفاده از اره آهن بر در پشت نمونه شياري به ضخامت تيغه اره ايجاد نمود. در اينصورت سيم مسي به صورت کاملا چسبيده در داخل شيار قرار مي گيرد. سپس قسمتي از سيم که بدون روکش است و در داخل شيار قرار گرفته است را مي توان با استفاده از چسب دوجزئي سخت شونده با اسپري ( اصطلاحا چسب 3،2،1 ) عايق کاري کرد تا در حين فرايند پوشش دهي تماس با محلول الکتروليت نداشته باشد.

عدم استفاده مکرر از محلول الکتروليت:

محلول الکتروليت از جمله پارامتر هاي موثر در ايجاد لايه هاي اکسيدي با کيفيت بالا مي باشد. نکته اي که در اين رابطه مي بايست در نظر گرفته شود اينکه بعد از ساخت محلول الکتروليت حتما pH آن با استفاده از دستگاه pH متر بررسي شود. بهتر است در يک محلول بيش از سه بار پوشش دهي انجام نشود. همچنين در صورتيکه محلول جديد ساخته شد و در زمان ديگري قرار است پوشش دهي انجام شود حتما محلول در ظرف دربسته نگهداري شود و مهم تر اينکه در صورت گذشت زمان بيش از 10 روز از ساخت محلول، ترجيحا از محلول استفاده نشود زيرا احتمال زيادي وجود دارد که pH آن تغيير کرده باشد و يا در هر صورت تغييري در ترکيب شيميايي محلول الکتروليت ايجاد شده باشد که نتيجتا فرايند پوشش دهي به خوبي انجام نمي شود.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید

 نشریه پیام آبکار – بهار ۱۳۹۵

نشست معرفي

کاربردهاي نانوپوشش‌ها در صنعت شيرآلات بهداشتي
 

نشست تخصصي «معرفي کاربردهاي نانوپوشش‌ها در صنعت شيرآلات بهداشتي» با هدف آشنايي صنعت‌گران فعال در حوزه شيرآلات با پتانسيل‌هاي فناوري‌نانو، در تاريخ شانزدهم خردادماه 95 در محل ستاد توسعه فناوري نانو، برگزار شد.

در ابتداي اين نشست دکتر اسدي‌فرد مدير کارگروه صنعت‌و‌بازار ستاد توسعه فناوري نانو به معرفي ستاد و دستاوردهاي حوزه فناوري‌نانو در 10 سال گذشته پرداخت.

وي با تاکيد بر رويکرد اصلي برنامه 10ساله دوم ستاد جهت توسعه صنعتي و توليد محصولات و صادرات فناوري‌ها و محصولات ايراني به بازارهاي جهاني افزود: «هدف از برگزاري نشست‌هاي تخصصي با صنايع مختلف آشنايي صنايع با فناوري‌نانو و پتانسيل‌ها و کارايي اين فناوري نوين است تا صنايع با استفاده از اين پتانسيل‌ها و ايجاد نوآوري و فضاي رقابتي سبب ايجاد تحول و نهايتا بهبود کيفيت محصولات و صنايع خود شوند.»

مدير کارگروه صنعت و بازار ستاد نانو خاطر نشان کرد: «ستاد توسعه فناوري نانو در راستاي رسوخ فناوري نانو در صنعت تاکنون 200 طرح در دوبخش شرکت‌هاي صنعتي متوسط (140 مورد از جمله بهران فيلتر، نيرومحرکه و...)  و شرکت‌هاي صنعتي بزرگ (60 مورد شامل گروه صنعتي گلرنگ، مپنا، تراکتورسازي و پتروشيمي غدير) به اجرا رسانده است.»

دکتر اسدي‌فرد خاطر نشان کرد: «يکي از مهم‌ترين عوامل توسعه صنايع در کشورها توسعه خطوط توليد و ماشين‌آلات صنعتي است، اين موضوع نيز يکي از برنامه‌هاي جدي ستاد توسعه فناوري نانو در سال‌هاي آتي است.»

وي در پايان تصريح کرد: «سرمايه‌گذاري و بودجه سالانه ايران در حوزه نانو در حال حاضر 20 ميليون دلار است در حالي که در آمريکا سالانه 2 ميليارد دلار در بحث‌هاي زيرساختي و توسعه‌اي نانو از سوي دولت اين کشور و چندين برابر اين بودجه از سوي صنايع در راستاي توسعه فناوري نانو اختصاص مي‌يابد. بنابراين بايستي صنايع بيشتر در زمينه سرمايه‌گذاري در حوزه فناوري نانو ورود کنند اين اتفاق مطمئنا سبب رقابت‌پذيري، رشد و توسعه صنايع نيز خواهد بود.»

در ادامه نشست، دکتر علم‌خواه، کارشناس صنعتي ستاد توسعه فناوري‌نانو در حوزه نانوپوشش سخنراني با موضوع «نانوپوشش‌ها در صنعت شيرآلات بهداشتي (فناوري، کاربردها و فرصت‌هاي تجاري)» ارائه نمود.

وي در خصوص عوامل خرابي قطعات در صنعت خاطر نشان کرد: «با توجه به اينکه 70 درصد خرابي قطعات در صنايع به دليل تخريب‌ سطوح، 15 درصد شکست و 15 درصد به دليل کهنگي است بايستي عوامل تخريبي را با استفاده از روش‌هاي نوين و کارامد کاهش داد.»

علم‌خواه افزود: «آلودگي محيط‌ زيست ناشي از آبکاري کروم سخت، عدم توليد محصولات با تنوع رنگي مختلف و مقاومت در برابر سايش، خراش، کدرشدگي بر اثر استفاده از محلول‌هاي شيميايي و نداشتن خواصي مانند آنتي‌باکتريال و ضداثرانگشت از جمله چالش‌هاي مهم در صنعت توليد شيرآلات صنعتي است. در راستاي رفع اين چالش‌ها استفاده از فناوري‌نانوپوشش‌ها از جمله فناوري PVD و نانوآبکاري راهکاري مناسب و کارآمد است.»

وي ادامه داد: «نانوپوشش‌ها براساس کاربردشان به چهار دسته پوشش‌هاي سخت، پوشش‌هاي تزييني، نوري و الکترونيکي تقسيم مي‌شوند. همچنين سه روش لايه‌نشاني کلي شامل حالت گازي (روش‌هاي CVD،PVD و IBAD)، حالت محلول (روش‌هاي رسوب‌دهي محلول‌شيميايي، رسوب‌دهي الکتروشيميايي و سل- ژل) و حالت مذاب يا نيمه‌مذاب (روش‌هاي ليزر، پاشش‌حرارتي و جوشکاري‌) موجود و با توجه کاربرد و خواص مورد انتظار  بهره‌برداري مي‌شوند.»

به گفته دکتر علم‌خواه، نانوپوشش‌ها در صنعت شيرآلات بهداشتي در  بخش ابزارها و قالب‌هاي ساخت شيرآلات مانند ابزارهاي ماشين‌کاري و قالب‌هاي ريخته‌گريي و در بخش ايجاد پوشش‌هاي رنگي و با دوام بر شيرآلات بهداشتي و يراق‌آلات ساختماني کاربردهاي گسترده‌اي دارند. همچنين از ديگر کاربردهاي نانوپوشش‌ها در اين صنعت مي‌توان به ايجاد خاصيت‌هايي چون ضدسايش، خودتميزشوندگي، ضد‌اثر‌انگشت و آنتي‌باکتريال اشاره نمود.

وي  در ادامه شماتيکي از دستگاه PVD و نحوه عملکرد آن را معرفي و تشريح نمود و در پايان تصريح کرد: «در مجموع بهره‌گيري از فناوري نانوپوشش‌ها در صنعت شيرآلات بهداشتي مي‌تواند سبب افزايش کيفيت سطحي مقاوم به خراش محصولات و کاهش آلودگي‌هاي زيست‌محيطي و حذف مضرات احتمالي در اين صنعت، افزايش تنوع رنگي‌شيرآلات و نهايتا افزايش جذب مشتري مي‌گردد.»

در بخش دوم اين نشست مهندس موسوي‌زاده کارشناس کارگروه صنعت‌و‌بازار ستاد توسعه فناوري نانو به تشريح برنامه‌هاي حمايتي ستاد نانو در راستاي توسعه تجهيزات و ماشين‌آلات صنعتي پرداخت.

از جمله جذابيت‌هاي اين برنامه حمايتي مي‌توان به اين موارد اشاره کرد:

   سود پايين تسهيلات نسبت به وام‌هاي بانکي (10 درصد)؛

   فرايند سريع دريافت تسهيلات (حداکثر يک ماه کاري)؛

   سقف ليزينگ: 80 درصد مبلغ دستگاه؛

   تا 4 ماه سقف استراحت جهت ساخت و تحويل دستگاه؛

   زمان بازپرداخت 24‌ماه.

همچنين ساير حمايت‌هاي اين برنامه‌ شامل «امکان پوشش‌دهي رايگان ( تحقيق و توسعه)»، «رصد آخرين فناوري‌ها (کمک هزينه تحليل پتنت)» و «امکان بهره‌مندي از خدمات پوشش دهي با تسهيلات 6 ماهه» است.

در ادامه اين نشست مهندس رشيدي مدير فني شرکت يارنيکان صالح به معرفي دستگاه ARCPVD طراحي و ساخته شده در اين شرکت پرداخت. به گفته مهندس رشيدي سازگاري با محيط‌ زيست، افزايش مقاومت در برابر خوردگي، ايجاد رنگ‌هاي مختلف و کاهش هزينه‌هاي توليد در مقياس صنعتي ازجمله ويژگي‌هاي استفاده از روش PVD در راستاي ايجاد نانوپوشش‌ها بر محصولاتي چون شيرآلات بهداشتي است.

در بخش پاياني اين نشست، حاضران سوالات و چالش‌هاي خود را در خصوص مطالب مطرح شده بيان‌کرده و مهندس نجيمي، دبير کارگروه صنعت‌و‌بازار ستاد توسعه‌فناوري نانو، مهندس موسوي‌زاده، دکتر علم‌خواه و مهندس رشيدي پاسخ‌گوي سوالات بودند.

از جمله موارد مطرح شده مي‌توان به نکات زير اشاره نمود:

    قيمت تمام شده محصولات در روش PVD و صرفه اقتصادي اين روش نسبت به روش آبکاري؛

   ظرفيت خروجي دستگاه ArcPvd شرکت يارنيکان صالح؛

   خدمات و حمايت‌هاي ستاد توسعه فناوري نانو در خصوص پوشش‌دهي قالب‌ها و فرآيندهاي توليد؛

   مشکلات تميزکاري سطوح پيش از فرآيند پوشش‌دهي و ضايعات ايجاد شده در اين فرايند؛

   ايجاد تنوع رنگي در شيرآلات؛

   تکرارپذير فرايند سيستم پوشش‌دهي.

لازم به ذکر است در اين نشست تخصصي نمايندگاني از شرکت‌هاي  فعال در حوزه ساخت شيرآلات بهداشتي از جمله شيبه، رهآب، کلارپويا، کيان، ريسکو، نوتريکا و KWC حضور داشتند.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت  نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

نشریه پیام آبکار – پاییز ۱۳۹۴

خاطرات آبکاران

آبکاري به سبک سنتي آن در کشورمان از جمله مشاغل پرخطر مي باشد چرا که با توجه به ماهيت و فرآيندهاي آن، با طيف گسترده اي از مواد شيميايي، پسابهاي سمي و آلاينده مواجه است. رعايت اصول ايمني براي کارکنان و در کنار آن حفظ محيط زيست، از جمله انتظارات همگاني از مديران اين صنعت مي باشد (عدم رعايت استانداردهاي ايمني براي کارکنان فعال در واحدهاي آبکاري باعث بروز بيماريهاي جدي در آنها مي گردد). در اين قسمت، خاطرات همکاراني که در زمينه آبکاري فعاليت مي نمايند در قالب پيامهاي علمي، فني و ايمني به ديگران منتقل مي گردد.

با رعايت و حفظ اصل گمنامي، هم براي خود و هم براي شركتي كه در آنجا مشغول بكار بودم، چنين بگويم كه اينجانب در سال 1388، پس از گزينش و مصاحبه اي مختصر كه شفاهاً صورت پذيرفت- و بيشتر جنبه  اعمال تشريفات آن نمود داشت، با امضاء درخواست نامه اي كه در آن عنوان شغلي ام "مونتاژكار" قيد شده بود، در آن شركت كه نه، كارگاه آبكاري، تحت شرايط قانون وزارت كار، بي آنكه هيچ امتياز يا پاداش و يا سختي كاري براي كاركنان لحاظ شود، جذب كار شدم.

تعداد كاركنان اين شركت 20 نفر بود. 16 نفر خانم و 4 نفر آقا كه البته تعداد كاركنان آقا مي بايست هميشه 4 نفر ثابت مي بود و من پنجمين كارگر مرد آنجا بودم.

كارگاه ما از دو سالن تشكيل مي شد: يك سالن "سيم بندي"  كه پرسنل آن خانم ها بودند، و ديگر سالن "آبكاري" كه آقايان در آن سالن مشغول بكار بودند. در اين سالن انواع قطعات خودرو، موتور، برخي قطعات صنعتي، لوازم خانگي و ... آبكاري مي شد و حيطه  كاري ما شامل انواع آبكاري از قبيل: نقره، روي، نيكل، گالوانيزه، كروم، مس سيانوري، مس اسيدي، فسفاته، كروماته و ... مي شد. كليه يوانها و مواد و آنودها و وانهاي مربوط به چربي گيري و اسيد شويي و اتصالات و رکتيفاير ها در اين سالن بودند. از همان روز نخست وظيفه ي من بيشتر در عمل جنبه ي " وسط كاري" را داشت تا " مونتا‍‍‍ژكاري" كه قطعات خام سيم بندي شده را به سالن آبكاري مي بردم و كار چربيگيري و اسيدشويي نيز بر عهده ي من بود.

همچنانكه گفته شد تعداد كاركنان آقا 4 نفر بود ولي آنطور كه من اطلاع يافتم براي يكي از آقايان مشكلي پيش آمده بود و چنين بود كه نارسايي تنفسي پيدا كرده و بي هيچ سابقه پيشبيني چند بار استفراغ خوني كرده بود و به خاطر مسئله سلامت و بهداشت جسماني ديگر نمي خواست و نمي توانست ادامه ي فعاليت داشته باشد، كه در نتيجه من به عنوان جايگزيني براي او شدم. اين مورد را نيز يادآور شوم كه از هر كدام ما تعهدنامه اي گرفته شد كه پيرو آن در صورت بروز هرگونه مشكلي نمي توانستيم به يكباره شركت را ترك كنيم و مي بايست در شركت مي بوديم تا جايگزيني براي شخصي كه قصد رفتن داشت پيدا مي شد، در غير اينصورت مشمول جريمه مي شديم.

به هر روي كارفرماي من، مرحله به مرحله انواع مواد وان و متعلقات آن و انواع اسيد، نوع، زمان و ميزان اتصالات و آندها را به من ياد داد و مسئوليت من بيشتر شستشو و آبكاري نيكل – مس سيانوري – مس اسيدي – كروم و فسفاته  برخي قطعات خاص شد.

در اين شركت تنها اقدامي كه در راستاي سلامت، بهداشت و ايمني صورت مي گرفت اين بود كه هر كارگر هفته اي يك جفت دستكش و يك عدد ماسك بسيار ساده را به عنوان سهميه دريافت مي كرد. بگويم كه در طول 5/3 سال كه در آن شركت فعاليت داشتم، تنها يكبار ما را براي چكاپ عمومي به يك مركز ارجاع دادند و آنها هم تأييد كردند كه ما مشكلي نداريم و در صحت و سلامت كامل هستيم.

كار من در اين شركت بر همين روال دو سال استمرار يافت كه پس از آن شاهد مشكلاتي در سيستم گوارشي و معده و وضعيت تغذيه  خود شدم. رنگ چهره ام به طور روز افزون به زردي مي گراييد و درصد اشتها و تغذيه ام كم و كمتر مي شد.

با رعايت جانب ادب چنين بگويم كه وضعيتم بد و بدتر شد تا جايي كه هنگام دستشويي رفتن آزرده مي شدم و در مدفوع من خون ديده مي شد و يا اينكه دستشويي رفتن من صرفاً براي دفع خون بود. از معده ام گاز ترش و بدبويي متصاعد مي شد كه بسيار آزارم مي داد.

براي درمان خود به پزشك داخلي و گوارشي نيز مراجعه مي نمودم كه داروهاي تجويزي آنها چاره ساز نبودند. كارفرمايم نيز اهميت خاصي به اين مشكل من نمي داد و بعد از دو يا سه بار كه به خاطر همين مشكل غيبت كاري داشتم گفت كه در صورت تكرار غيبت و بي انضباطي اخراج خواهم شد.

از مقطع زماني 5/2 تا 5/3 سال كاري ام مسئوليت ديگري نيز به من واگذار شد و آن امور تصفيه خانه بود. همه پسآب ها، اسيدهاي تحليل رفته، مواد واني اشباع شده و غير قابل استفاده از طريق يك لوله كه در گوشه سالن تعبيه شده بود به دو مخزن كه در بيرون سالن نصب شده بود هدايت مي شد و من مي بايست پيش از سرريز شدن اين مخزن ها، آنها را از طريق پمپ به مخزني ديگر مكش مي كردم و چند محلول و ماده  شيميايي را به مخزن سوم مي افزودم و با استفاده از همزن، آن پس آبها را مثلا و به ظاهر خنثي و شفاف مي نمودم و از طريق لوله ديگري كه به جوي بيرون شركت منتهي مي شد مي فرستادم. نكته اينكه اين جوي آب به باغهاي كشاورزان متصل مي شد و چند باري كه كشاورزان و ساكنين پيرامون اعتراض كرده بودند كارفرما گفته بود كه از سازمان محيط زيست و بهداشت تاييديه سلامت كار را دارد. گاه پيش مي آمد كه حجم ورودي پسآب ها و اسيدها به مخزن ها بيشتر از حجم خروجي شان از مخزن سوم، " مخزن به ظاهر تصفيه و خنثي شده" بود و من ناگزير مي شدم كه محتويات مخزنها را مستقيماً به چاه منتقل كنم.

همگي اين مسائل و پيرو آن استنشاق انواع اسيدها و بخار آنها و شستشوي محوطه تصفيه كه مزيد بر علت بود باعث شد وضع خونريزي من تشديد شود و استفراغ خون نيز به مشكلم افزوده گردد.

سخن كوتاه اينكه، آخرين باري كه ناراحتي معده و سيستم گوارشي ام عود كرد مجبور شدم به مدت چهل روز در خانه باشم و به زمين دوخته شوم. هنگامي كه با كارفرمايم تماس گرفتم، او به من گفت كه بهتر است به صورت كامل درمان شوم و پس از بهبودي به محل كارم برگردم. او گفت جاي من در شركت محفوظ خواهد بود. ولي پس از چهل روز كه وفادارانه به شركت برگشتم و به كارفرما گفتم كه تا حدودي بهبود يافته ام و آماده كارم، در پاسخ به من گفت كه نيازي به نيروي كار ندارد و بسيار نامنصفانه و بي تفاوت مرا نپذيرفت كه در همين مقطع پس از 5/3 سال، قطع همكاري ما رقم خورد. به قول سعدي:

دوران بقا چو باد صحرا بگذشت

تلخي و خوشي و زشت و زيبا بگذشت

پنداشت ستمگر كه جفا بر ما كرد

در گردن او بماند و برما بگذشت

البته بسيار صادقانه و حق شناسانه بگويم كه نمي خواهم از شخص بنده، گلايه يا دلخوري خاصي متوجه كارفرمايم باشد و اين نوشته هايم لحن و فرمت عريضه را به خود گيرد، ولي بايد موردي آزار دهنده را بسيار خلاصه بيان كنم و آن اين است كه همين مشكل معده و سيستم گوارشي و افزون بر آن مشكل تنفسي و ريوي براي يكي از دوستان نيك و نزديكم كه شش سال را در شركتي مشابه كار كرده بود، پيش آمد. من به عينه و به شخصه شاهد اوضاع اسف بار او بودم. او هشت ماه آخر عمرش را يا در بيمارستان تحت درمان و دارو بود، يا اينكه در خانه  مظلومانه و ساده خود زمين گير شده بود و هميشه يك رشته شلنگ باريك به بيني اش وصل بود كه آن سر ديگر شلنگ به يك كپسول اكسيژن متصل بود. جواني 31-30 ساله هنوز از ازدواجش يك سال هم نمي گذشت.

خيام بزرگ چه نيك سروده است:

افسوس كه بي فايده فرسوده شديم

وز داس سپهر سرنگون سوده شديم

دردا و ندامتا كه تا چشم زديم

نابوده به كام خويش نابوده شديم

از آمدن و رفتن ما سودي كو

وز تار اميد عمر ما پودي كو؟

چندين سر و پاي نازنينان جهان

 مي سوزد و خاك مي شود، دودي كو؟

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت  نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

نشریه پیام آبکار – پاییز ۱۳۹۴

الماس مصنوعي و كاربيدهاي سمنته و كاربرد آنها در ابزارهاي حفاري

تهيه و تنظيم:

اصغر صادق آبادي

رئيس اداره مهندسي كالاي پروژه هاي حفاري شركت ملي حفاري ايران

الماس به دليل خواص منحصر بفرد نظر صاحبان صنايع پيشرفته را به خود جلب كرده است. اولين الماس مصنوعي در 1950 ميلادي توسط شركت جنرال الكتريك ابداع گرديد. الماس مصنوعي خيلي سريع وارد بازار شد و از آن براي كاربردهاي سايش بالا استفاده گرديد. از روش‌هاي توليد پوشش هاي الماسي مي توان به روش اكسي استيلن و روش CVD توسط پلاسما اشاره نمود. كاربيدهاي سمنته دسته اي از مواد بسيار سخت و مقاوم در برابر سايش، شوك حرارتي و شوك مكانيكي مي باشند. استفاده توام از الماس مصنوعي و كاربيد سمنته، ماده‌اي بسيار مفيد براي ابزار حفاري مقاوم در برابر شوك و سايش بدست مي‌دهد.

خواص منحصر به فرد الماس به عنوان يك پوشش براي دامنه وسيعي از مواد پيشرفته هنوز تحت مطالعه و تحقيق است. با توسعه روش‌هاي جديد براي تهيه پوشش‌هاي الماسي متبلور در فشار كم به جاي روش‌هاي قبلي كه مستلزم دما و فشار بالا بودند، اين ماده قيمتي نظر محققان و صاحبان صنايع پيشرفته را شديدا به خود جلب كرده است. اين توسعه و گسترش، دامنه كاربرد جديد و وسيعي را در تكنولوژي الماس/ شبه الماس گشود. در اكثر كاربردهايي كه مستلزم استفاده از مواد پيشرفته است، از الماس و يا پوشش‌هاي الماسي مي‌توان استفاده كرد.

دليل اين امر در خواص ويژه و منحصر به فرد الماس نهفته است. از جمله اين خواص عبارت اند از الماس سخت ترين ماده شناخته شده در طبيعت است، داراي بيشترين هدايت حرارتي در دماي اتاق است، مقاوم در برابر اسيدها ، گرما و تشعشع است، عايق خوب الكتريكي است، داراي ثابت دي الكتريك كمي است و نسبت به تشعشعات مادون قرمز و مرئي شفاف است.

تاريخچه الماس مصنوعي به اواسط سال هاي 1950 ميلادي بر مي‌گردد. در اين تاريخ محققان در شركت جنرال الكتريك آمريكا و ASEA سوئد با استفاده از فشار زياد در دماي بالا موفق به تبديل گرافيت به الماس شدند. همچنين با اعمال امواج ضربه اي انفجاري بر گرافيت، ذرات ريز الماس توليد شد. شرايط محيطي لازم براي اين عمليات نسبتا سخت بوده و در محدوده پايداري ترموديناميكي فاز الماس قرار دارد. ذرات الماس توليدي خيلي سريع به بازار مصرف راه يافت و از آن براي كاربردهايي نظير ساينده ها و همچنين زينتر كردن جهت توليد الماس پلي كريستال براي ابزارها استفاده شد. ولي توليد و دست يابي به فشارهايي در حد 50 الي 150 كيلو بار و يا حتي بيشتر در دماهايي برابر با چندين هزار درجه سانتيگراد كار بسيار مشكلي بوده و نياز به تكنولوژي خاص و تجهيزات گران قيمت داشت. بنابراين در همان تاريخ در آمريكا و شوروي كوشش هايي جهت توليد الماس در ناحيه شبه پايدار نمودار تعادلي كربن در فشارهاي كم و دماي كم انجام گرفت. اين تحقيقات منجر به رسوب دادن الماس بر روي زير لايه غير الماسي توسط تجزيه حرارتي گازهاي حاوي كربن در فشارهاي كمتر از يك بار و دماهايي در حدود 1000 درجه سانتيگراد گرديد.تشكيل الماس بر روي زير لايه هاي غير الماسي به سال 1981 ميلادي و تحقيقات محققان روسي بر مي گردد. اين امر بلافاصله توسط محققان ژاپني و در انستيتوي تحقيقات ملي ژاپن تائيد گرديد. موفقيت كنوني تكنولوژي و توليد الماس مصنوعي عمدتا مديون قريب به 500 پتنت ارائه شده توسط محققان ژاپني در سال‌هاي 1983 تا 1987 ميلادي است.

در ادامه معمول ترين و متداول ترين روش‌هايي توليد پوشش‌ها الماس توسط رسوب شيميايي بخار، معرفي خواهند شد.

روش‌هاي توليد پوششهاي الماسي/ شبه الماسي

تمام روشهاي اوليه CVD براي تشكيل الماس از فاز گازي بر اساس تجزيه حرارتي گازهاي حاوي كربن نظير CBr4 ، CI4 ، CH4 و CO بوده است. اين فرايندها حاوي دماهاي گاز در حدود 600 الي 1200 درجه سانتيگراد انجام مي‌گرفتند. دماي گاز و دماي سطح زير لايه اي كه الماس بر روي آن تشكيل مي شد تقريبا يكسان بوده و سرعت رشد خطي الماس 0.01 ميكرون در ساعت بود. اولين تحول در زمينه تشكيل الماس به روش تجزيه حرارتي موقعي بود كه تجزيه گاز حامل كربن همراه با تشكيل هيدروژن اتمي در دماهايي به مراتب بيشتر از دماي زير لايه به كار گرفته شد. تحت چنين شرايطي از گرافيته شدن الماس در حال رشد جلوگيري مي شد. به علاوه تحت شرايط جديد سرعت رشد الماس در حد 1 الي 2 برابر افزايش داده شد. روش‌هاي مختلف توليد پوشش‌هاي الماسي عبارتند از:

روش فيلمان داغ

روش استفاده از شعله اكسي – استيلن

روش پلاسمايي توسط جريان مستقيم (DC ) در فشار كم.

تهيه الماس به روش CVD توسط قوس هاي مستقيم در فشار زياد، شعله و جت هاي پلاسما

تهيه الماس به روش CVD توسط پلاسماي حاصل از فركانس‌هاي راديويي(RF ) در فشار كم.

تهيه الماس به روش CVD و با استفاده از پلاسماي RF در فشار اتمسفر

تهيه الماس به روش CVD با استفاده از پلاسماي توليد شده توسط ميكروويو

كاربيد هاي سمنته

كاربيدهاي سمنته دسته اي از مواد بسيار سخت و مقاوم در برابر سايش اند كه به روش متالورژي پودر توليد مي شوند. در اروپا اين دسته از مواد فلزات سخت ناميده مي شوند. كاربيدهاي سمنته در اوايل دهه 1920 در آلمان توسعه يافت. كارل شورتر ابداع كننده اصلي اين ماده بود. اين مواد نخستين بار در سال 1927 با صرفه اقتصادي در فريد كروپ توليد شدند. كاربيدهاي سمنته اوليه شامل كاربيد تنگستن و كبالت بود كه ساختمان آن متشكل از دانه هاي كاربيد تنگستن در زمينه كبالت بود. اين تركيب شيميايي هنوز مهمترين تركيب به لحاظ توليد كمي اقتصادي كاربيدهاي سمنته است. كاربيدهاي سمنته به سبب وجود فاز كاربيدي، سختي زيادي دارند و در برابر سايش مقاوم اند. بر اثر وجود فاز فلزي كه به عنوان چسب عمل مي كند كاربيدهاي سمنته در برابر شوك گرمايي و مكانيكي به قدر كافي مقاوم اند و اين خواص آنها را در موارد بسياري زيادي قابل استفاده و سودمند كرده است. اولين كاربيدهاي سمنته به دليل نياز به ماده اي با مقاومت سايشي كافي براي تهيه قالب هاي كشش سيم تنگستن توسعه يافت. به زودي روشن شد كه اين ماده را مي توان ماشينكاري كرد و اين ماده علاوه بر سختي بيشتر نسبت به فولادهاي ابزار تندبر داراي سختي بيشتري در دماهاي زياد است. امروزه استفاده از كاربيد سمنته براي برش فلزات در برگيرنده بيش از نيمي از موارد كاربرد اين ماده است. يكي از مهمترين كاربرد كاربيدهاي سمنته براي برش فلزات به صورت نوك ابزار برش است كه با لحيم كاري سخت يا پرچ به پايه هاي فولادي متصل شده اند. ساير كاربردهاي مهم كاربيدهاي سمنته در مته هاي برش صخره، سنگ برها، ابزار شكل دادن فلزات، قطعات ساختماني، قطعات سايشي و ساينده هاست.

دسته بندي كاربيدهاي سمنته

كاربيد تنگستن – كبالت

اين نوع شامل ذرات گوشه دار بسيار ريز كاربيد تنگستن است كه با كبالت فلزي به هم متصل شده اند. مقدار كبالت از مقدار كم 3 تا 13 درصد در پودرهاي مصرفي براي ابزار برش تا 30 درصد براي قطعات سايشي متغير است. با افزايش مقدار كبالت و اندازه ذرات كاربيد تنگستن سختي كاهش ولي مقاوت در برابر شوك مكانيكي افزايش مي يابد.

كاربيد سمنته اي

كاربيد سمنته اي كه در آنها كبالت به عنوان چسب و كاربيد تنگستن جزء اصلي فازي كاربيدي تيتانيم، كاربيد تانتاليم به همراه آنهاست يا مجموعه اي از اين كاربيدها به همراه كاربيد تنگستن در آنها وجود دارد. اين نوع كاربيدهاي سمنته اصولا در ابزار برش فولاد به كار مي روند.

كاربيدهاي سمنته بر پايه كاربيد تيتانيم

كاربيدهاي سمنته اي كه TiC فاز كاربيدي آنها را تشكيل مي دهد در سال 1950 تحت عنوان سرمت ها براي كاربرد در دماي زياد توسعه يافتند. هدف توليد ماده اي بود كه استحكام زيادي در دماهاي بسيار زياد داشته باشد. اين نوع كاربيدهاي سمنته نسبت به كاربيدهاي بر پايه تنگستن تا حدي داراي مقاومت كمتر در برابر شوك مكانيكي و خستگي گرمايي هستند. به هر حال اين مواد مورد توجه اند چون در آنها به كبالت به عنوان چسب فلزي، كه منابع آن نيز محدود است نياز نيست.

كاربيدهاي سمنته كرومي

گروه ديگري از كاربيدهاي سمنته هستند كه كاربرد صنعتي پيدا كرده اند. يك نوع از اين كاربيدهاي سمنته كرومي داراي 83 درصد كاربيد كروم، 15 درصد نيكل و 2 درصد تنگستن است. كاربيدهاي سمنته كرومي مقاومت سايشي عالي و مقاومت خوب در برابر خوردگي و اكسايش دارند و در قطعاتي كه اين خواص مطلوب است استفاده مي شوند. اين مواد به دليل چقرمگي ناكافي در ابزار برش به كار نمي روند.

توليد كاربيدهاي سمنته

تا اين اواخر، توليد كنندگان كاربيدهاي سمنته، خود پودر كاربيد و كبالت را آماده مي كردند و غالبا از سنگ معدن تنگستن، اكسيد تيتانيم، دوده و اكسيد كبالت استفاده مي كردند. دليل انجام اين كار به وابستگي ديد كيفيت قطعه توليدي به خواص، به ويژه اندازه ذرات و توزيع اندازه ذرات و خلوص شيميايي پودر كاربيد و كبالت مربوط مي شد. اين وضعيت تغيير يافت زيرا پودر كاربيد و كبالتي در دسترس قرار گرفتند كه خواص آنها به قدر كافي كنترل شده بود و بنابراين بسياري از توليد كنندگان كاربيدهاي سمنته با استفاده از پودر كاربيد و كبالتي كه خريداري كرده بودند شروع به توليد كردند. پودر كبالت مصرفي براي كاربيدهاي سمنته از احياي اكسيد كبالت به دست مي آيد. درجه خلوص و توزيع اندازه ذرات پودر كبالت نيز شديدا بر كيفيت كاربيدهاي سمنته موثر است.

نخستين قدم در فرايند توليد شامل مخلوط كردن پودرها و همزدن و آسياب آنهاست. براي آسياب كردن مخلوط پودرها از آسياب گلوله اي استفاده مي‌شود. گلوله ها از جنس كاربيدهاي سمنته اند. علاوه بر آسياب‌هاي گلوله‌اي رايج، از آسياب هاي گلوله اي ارتعاشي پر انرژي و آسياب‌هاي سايشي نيز استفاده مي‌شود كه انتخاب آسياب به نوع كاربيد توليدي بستگي دارد. در طي آسياب ذرات كاملا با كبالت پوشيده مي شوند. پودر آسياب شده معمولا به روش پرس سرد منسجم مي شود. روش‌هاي ديگري براي منسجم سازي پودر وجود دارد. در يكي از روش‌ها پودر در قالب گرافيتي پرس مي‌شود كه اين قالب به طور القايي يا مقاومتي گرم مي شود. زينتر نهايي را مي توان در كوره هاي لوله اي نيمه مداوم كه به طور مقاومتي گرم مي شوند در اتمسفر هيدروژن انجام داد. عمليات مهمي كه پس از زينتر نهايي بر روي محصولات كاربيد سمنته انجام مي شود شامل فشردن ايزواستاتيك گرم و پوشش دادن است. در اين فرايند آن مقدار تخلخل اندكي هم كه در كاربيد سمنته باقي مانده است حذف مي شود و بدين ترتيب از اتصال آنها به سطح خارجي قطعه جلوگيري مي شود. فرايند پوشش دادن كاربيدهاي سمنته با كاربيد تيتانيم به روش رسوب گذاري شيميايي بخار نتيجه توسعه فرايندي است كه در ابتدا براي پوشش دادن فولاد با كاربيدها و نيتريدهاي تيتانيم ابداع شده بود.

تركيب شيميايي، خواص و آزمايش كاربيدهاي سمنته

يكي از خواص بسيار مهم كاربيدهاي سمنته، تخلخل آنهاست كه بايد در حد امكان خيلي كه باشد، به عبارت ديگر چگالي كاربيدهاي سمنته بايد نزديك به چگالي نظري باشد. انجمن آمريكايي براي آزمايش و مواد، براي تخلخل نيز دستور العملي(ASTM B276) صادر كرده است كه بر اساس آن ساختار ميكروسكوپي كاربيد سمنته با تصويرهاي ميكروسكوپي استاندارد در بزرگنمايي 200 مقايسه مي شود. دومين خاصيت مكانيكي مهم كاربيدهاي سمنته استحكام گسيختگي عرضي آنهاست.اين خاصيت به مقدار كبالت و اندازه دانه بستگي دارد. آزمايش اين خاصيت كاربيدهاي سمنته را انجمن آمريكايي براي آزمايش و مواد، به صورت استاندارد
ASTM B406 ارائه كرده است. كاربيدهاي سمنته به عنوان ابزار برش توسط افزايش استحكام گسيختگي عرضي، در آزمايشگاه‌هاي توليد كنندگان كاربيدهاي سمنته يك هدف مهم در توسعه انواع جديد بوده است. استحكام گسيختگي عرضي از يك سو به اندازه و توزيع ترك هاي بسيار ريز موجود در ماده كه اين خود در مورد كاربيدهاي سمنته به اندازه و توزيع منفذها وابسته است، و از سوي ديگر به مقاومت ماده در برابر اشاعه ترك از محل ترك هاي بسيار ريز بستگي دارد. از آنجا كه هر دو فاكتور در كارايي كاربيدهاي سمنته مهم اند، اندازه گيري استحكام گسيختگي عرضي يك آزمايش تجاري رايج است.

استفاده از الماس و كاربيدهاي سمنته در ابزار حفاري

در كل ابزارهاي الماس چند بلوره، لايه نازكي به ضخامت 0.5 تا 1.5 ميلي متر از ذرات الماس بسيار ريز دانه هستند كه با تف جوشي به يكديگر چسبيده و با پيوند متالورژيكي به زير لايه كاربيد سمنته متصل شده اند. براي اينكار فرايندي با فشار و دماي بسيار بالا نزديك به شرايط توليد الماس مصنوعي مورد نياز است. ابتدا پودر الماس نرم به درشتي 1 تا 30 ميكرون را با پرس روي ابزار كاربيد سمانته فشرده مي كنند. سپس در شرايطي از فشار و دما تقريبا مانند حالت تف جوشي در ناحيه پايدار الماس، فشردگي كامل صورت مي گيرد و پيوند محكم الماس بر قرار مي شود. سپس ابزارهاي الماس تف جوشي شده توسط اشعه ليزر به شكل، اندازه و ابعاد دقيق بريده و سنگ زني مي شوند. كاربيد سمنته زيرين تكيه گاه ارتجاعي لازم براي لايه سخت و شكننده الماس بالايي را فراهم مي كند.

از امتيازات ابزارهاي چند بلوره تف جوشي شده نسبت به نوع تك بلوره طبيعي كيفيت برتر، چقرمگي بالاتر و مقاومت سايشي بهتر به علت استقرار دانه هاي الماس به صورت اتفاقي و در جهات مختلف است. عمده مصرف الماس مصنوعي و كاربيد سمنته در ساخت مته هاي حفاري مي باشد. همچنين در ابزارهايي كه بايد از مقاومت كافي در برابر سايش برخوردار باشند مانند STABILIZER نيز از اين مواد پيشرفته استفاده مي شود. اميد است در آينده نزديك شاهد دستيابي به فن آوري ساخت اين مواد در داخل كشور باشيم.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

نشریه پیام آبکار – پاییز ۱۳۹۴

چالشهاي صنعتي مرتبط با آبکاري

مرکز توسعه نانو پوشش با انتشار کاربرگهايي، چالشها و مسائل صنعتي مورد تقاضا در زمينه آبکاري و مهندسي سطح را اعلام نمود. در ادامه چند مورد با توضيحات کامل ذکر گرديده است:

دستيابي به ضخامت يکنواخت پوشش در روش آبکاري سنتي

عنوان چالش فني: عدم يکنواختي پوشش در سراسر قالب

تقاضاي فناوري: بهبود کيفيت پوشش‌هاي آبکاري و افزايش عمرکاري قالب‌ها

صنايع مورد استفاده: شرکت‌هاي آبکاري

توضيحات فني: با توجه به گستردگي استفاده از روش آبکاري براي پوشش دهي سطوح لازم است تا با بهينه سازي پارامترهاي فرايند به يک پوشش با کيفيت مناسب دست يافت. به دليل مسائل فني و ماهيت فرايند آبکاري امکان پوشش‌دهي با ضخامت يکنواخت قالبهاي بزرگ ميسر نبوده است به طوري که در برخي مواقع در آبکاري قالبها با اشکال هندسي پيچيده، ضخامت پوشش اختلاف ده برابري داشته است. بدين ترتيب يکي از مشکلات موجود در آبکاري قالب‌ها با اشکال پيچيده، عدم دستيابي به يک پوشش يکنواخت است.

عدم يکنواختي پوشش‌هاي آبکاري باعث تحميل هزينه‌هاي زيادي به صنايع مورد نظر مي‌شود. از اين رو لازم است با توجه به نياز صنعت، با به کارگيري فناوري نانو و استفاده از منابع تغذيه کارآمد بتوان بر اين مشکل فائق آمد.

متقاضي: شرکت‌هاي آبکاري

افزايش مقاومت به سايش فلزي در ياتاقانها

عنوان چالش فني: استهلاک ياتاقانها به دليل سايش و لزوم جايگزيني پوشش آبکاري موجود با روش PVD

تقاضاي فناوري: افزايش عمرکاري اين قطعات با استفاده از فناوري نانوپوشش / پيشنهاد عمليات سطحي مناسب و يا انتخاب نانوپوشش سخت و مقاوم

صنايع مورد استفاده: صنعت حمل و نقل و لوازم موتوري

توضيخات فني: ياتاقانها از قطعات پرکاربرد در صنعت به ويژه صنعت خودرو مي باشد که معمولاً از جنس فولاد آلياژي کرم دار پر کربن ساخته مي شوند. مهمترين نکته در مورد اين قطعات مسئله سايش و خوردگي آنهاست. خوردگي در ياتاقانها ممکن است به شکلهاي مختلف و به دلايل گوناگون رخ دهد. خرابي ناشي از خوردگي با سر وصداياتاقان هنگام کارکردن آشکار مي شود. زنگ زدگي حاصل از خوردگي توسط اجزاي ياتاقان ساييده مي شوند و باعث سايش سطح ياتاقان مي شود. سايش ميان ساچمه ها و شيار ياتاقان در اثر ارتعاشات در سطح هايي از ياتاقان که ساکن هستند باعث ساييدگي شديد مي شوند. بدين ترتيب سايش و خوردگي موجب استهلاک اين قطعات مي شود.

از اين رو در اين موارد بهره گيري از پوششها سخت و مقاوم ضروري است تا بتوان هزينه هاي نگه داري و تعميراين قطعات پرمصرف را کاهش داد. بر اساس مطالعات اوليه صورت گرفته تاکنون شرکتها و صنايع با استفاده از پوشش آبکاري و همچنين انطباق محکم ميان اين سطوح سعي در افزايش عمرکاري ياتاقانها نموده اند. بصورت متداول از روش آبکاري برخي فلزات بر پايه آلومينيم با ضخامت 20 ميکرومتري را به عنوان لايه خارجي اعمال مي کنند. به دليل توجه صنعت خودرو به قطعات با مقاومت بيشتر نياز است که اين پوششهاي آبکاري با پوششهاي ديگر با روش PVD جايگزين شود. از سوي ديگر استفاده از پوشش DLC در استانداردهاي ياتاقان سازي اشاره نشده است.

متقاضي: قطعه سازان خودرو

عناوين برخي ديگر از مسائل صنعتي مورد تقاضا در ادامه آمده است که علاقمندان مي توانند جهت کسب اطلاعات بيشتر به آدرس زير مراجعه نمايند:

www.nanocoating.ir

پوشش دهي ابزارآلات متصل به بازوي حفاري
افزايش عمرکاري راکبيت هاي مورد استفاده در صنعت حفاري
بهبود خواص سطحي برخي از متعلقات قالبها
بهبود خواص سطحي گوشه هاي قالب هاي TRIM
پوشش دهي قطعات Seat & Gate مورد استفاده در صنايع نفتي
افزايش عمرکاري قالبهاي سردکار
افزايش عمرکاري قالبهاي گرم کار
لزوم ايجاد پوششهاي CrAlN برروي فولاد HSS

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید

نشریه پیام آبکار – پاییز ۱۳۹۴

ﻣﺮوري ﺑﺮ ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت اﻧﺠﺎم ﺷﺪه در زمينه

آبکاري الکتريکي فلز پالاديوم بر روي زيرلايه‌هاي فلزي

تهيه و تنظيم:

زينب تاداس

احمد ايران نژاد

گروه مهندسي مواد - خوردگي و حفاظت از مواد

واحد سيرجان، دانشگاه آزاداسلامي

هدف از انجام اين مطالعه معرفي اجمالي بر پوشش دهي فلز پالاديوم بر روي زير لايه هاي فلزي و مروري بر مطالعات انجام شده در زمينه آبکاري الکتريکي فلز پالاديوم مي باشد. سپس مطالعات آزمايشگاهي انجام شده که در آنها، پالاديوم به روش آبکاري الکتريکي و همچنين مطالعات انجام شده در زمينه بررسي خواص پوشش حاصل، مرور شده است

فلز پالاديوم (Pd) توسط پزشک انگليسي W. H. Wollaston و با نام وي در سال 1803 در حالي کشف شد که او مشغول انجام آزمايشهايي روي جداسازي و خالص سازي پلاتين بود.

دکتر Wollaston به عنوان يک دانشمند و ستاره شناس معروف نخست کشف خود را پس از شناسايي سيارک Ceres با نام سرزيوم نامگذاري نمود. هرچند خيلي زود نظر خود را عوض کرد و نام اين فلز را به افتخار سيارک تازه کشف شده Pallas به پالاديوم تغيير داد.

اولين مثال شناخته شده از Pd آبکاري شده در کلکسيون Percy واقع در موزه علم لندن است. اين قطعه شامل ورقه اي نازک از مس است که با Pd پوشش داده شده است که حوالي سال 1855 توسط T. H. Henry تهيه شده است. فرمولاسيون اوليه Henry از يک الکتروليت نيترات Smee استفاده نمود و در يک فرمولاسيون بعدي محلولي آمونياکي از موريات آمونيوم بکار رفت. جالب اينکه امروزه بيشترين فرآيندهاي بکار رفته براي آبکاري Pd و آلياژ Pd بر پايه الکتروليتهاي آمونياکي استوارند. يک مرور تاريخي عالي شامل فرمولهاي متعدد براي آبکاري Pd توسط Atkinson و Raper در سال 1933 نگارش شد (انتلر، 1987: 19-13). آبکاري در حدود 4 تا 8 درصد کل مصرف Pd در سطح جهان را تشکيل مي دهد.

شکل‏(1) مرور تاريخي کاربردهاي عمده پالاديوم بوده و نشان مي دهد که در اواسط دهه 70 ميلادي آبکاري Pd به لحاظ فني قابل توجه گرديد. از پالاديوم در محصولات ارتباطي بخصوص در اتصالهاي مخابرات، رايانه و خودرو؛ پوشش نيمه رساناها و اخيراً در صنعت مدارهاي چاپي؛ بستر پوشش ICها؛ آرايه هاي شبکه زميني؛ کارتهاي پروب ويفر IC و انواع و اقسام کاربردهاي نانوفناوري استفاده مي شود. به علاوه، از زمان وضع مقررات منع استفاده از نيکل در اروپا به دليل التهاب پوستي در اثر اين ماده، Pd مقبوليت زيادي در صنايع تزئيني پيدا کرد (گراهام، آپدگراف، 1984).

استفاده از فيلمهاي ضخيم آبکاري شده براي کاربردهاي الکترونيکي تا اواسط دهه 1970 ميلادي متداول بود. قيمت پايين طلا و فراواني و قابليت اطمينان فناوريهاي موجود آبکاري طلا مانع از استفاده از هر ماده جايگزين ديگري مي شد. هرچند، آزادسازي قيمت طلا در اوايل دهه 70 ميلادي همراه با رخدادهاي سياسي و اقتصادي آن دوره موجب رشد نجومي قيمت آن در اواخر دهه 70 و اوايل دهه 80 گرديد (شکل‏2). طي سالهاي 1981 تا 2002، طلا در محدوده قيمتي 440-320 دلار به ازاي هر TrOz مبادله شد. اما پس از 2002، دوباره صعود فضايي را تجربه نمود و به 900 دلار در هر TrOz رسيد. لذا، انگيزه براي جايگزيني طلا مقرون بصرفه بوده و باقي خواهد ماند. افزايش قيمت طلا سبب انجام تحقيقات قابل توجهي به منظور کاهش مصرف اين فلز زرد و همچنين تشويق براي جستجوي يک جايگزين اقتصادي تر شد (هدريچ، راب، 1977: 520-512). پالاديوم به عنوان جايگزيني مناسب ديده مي شود. شکل(3)، قيمت نسبي Pd را نسبت به Au مقايسه کرده و قيمت کمتر Pd را در طول دوره هاي زماني مختلف بجز بازه سالهاي 1999 تا 2002 نشان مي‌دهد. توقف تأمين اين ماده از روسيه، توليد کمتر افريقاي جنوبي، کاربرد بيشتر Pd براي کاتاليزورهاي خودکار، و فعاليتهاي احتکار انبار Pd در توطئه افزايش قيمت اين فلز مهم نقش داشته اند. البته، توليد بيشتر و برنامه هاي بازيافت فعال منجر به تأمين منابع بيشتر و متعاقباً قيمتهاي پايينتر پالاديوم شده است (جانسون متي، 1996).

قيمت Pd همراه با چگالي پايينتر آن صرفه جويي قابل توجه در جايگزيني طلا يا ساير فلزات گرانبها همچون پلاتين را پيشنهاد مي کند. امروزه نه تنها مزيتهاي اقتصادي بلکه مزاياي تکنولوژيک جايگزيني Pd يا آلياژهاي Pd براي طلا عموماً شناخته شده اند. خواص ماده (مثلاً سختي، داکتيليته و پايداري حرارتي) پالاديوم در بسياري از موارد از طلاي سخت برتر هستند. براي مثال، سختي بيشتر براي مقاومت به سايش مفيد است، که مي توان آنرا با پوششي نازکي از طلاي آبکاري شده به عنوان يک روانساز جامد ارتقاء بخشيد. تخلخل کمتر آلياژهاي آبکاري شده Pd (مثلآً PdNi) مقاومت به خوردگي قطعات آبکاري شده را بهبود مي بخشد (هدريچ، راب، 1977: 520-512).

Pd که اولين بار توسط Henry در حوالي سال 1855 آبکاري شده بود، کاربردهاي فناوري بسياري را تنها حين دو دهه پيدا کرد. تقاضا بخاطر دشواري نسبي آبکاري Pd با خواص مطلوب ماده کم بود. مطالعات اساسي زيادي روي اين موضوع در دهه 60 و 70 ميلادي صورت پذيرفته اند. از آن به بعد، فناوري آبکاري Pd آهسته پيشرفت کرده است، و در دهه 80 فرآيندهاي مناسب براي توليد بزرگ مقياس ظاهر شدند. اين موضوع بخصوص براي عمليات آبکاري سريع صحت داشت (پول، 1960).

خواص فيزيکي و شيميايي پالاديوم

خواص فيزيکي پالاديوم، پلاتين و طلا

جدول‏(1) خواص فيزيکي قابل توجه Pd را توصيف نموده و آنها را با پلاتين (معروفترين فلز گروه پلاتين) و طلا (فلز هدف) که Pd قرار است با آنها جايگزين شوند مقايسه مي کند. اين خواص ارائه شده فقط تا جايي معني دار هستند که بدست آوردن خالص ترين نمونه هاي موجود ممکن باشد چون آنها به شدت تحت تأثير حضور ناخالصيها هستند. به علاوه، از آنجا که فلزات گروه پلاتين تمايل مشخصي به جذب گازهايي همچون هيدروژن دارند، قابل فهم است که بدست آوردن دادههاي کمي درباره خواص آنها مشکل ساز است. با اين وجود، جدول(1) اطلاعات لازم بکار رفته در کاربردهاي عملي را ارائه مي دهد. براي کسب اطلاعات بيشتر درمورد خواص ساير فلزات گروه پلاتين به مراجع (ويز، 1968) مراجعه فرماييد.

خواصي همچون نقطه ذوب، نقطه جوش، سختي، يا استحکام مکانيکي را مي توان با بررسي ساختار الکترونيکي اين عناصر و ساير فلزات گروه پلاتين درک نمود که عبارتند از: ايريديوم، اسميوم، روديوم و روتنيوم. اين تحليل افت تدريجي چسبندگي يا قدرت پيوند ميان اتمها در هر گروه تناوبي از عناصر را نشان مي دهد (Ru، Rh و Pd در مقابل Os، Ir و Pt جايي که Au با گروه بعدي در ارتباط است).

براي مثال، نقاط ذوب Os، Ir، Pt و Au بترتيب عبارتند از 3050، 2443، 1768 و 1063 درجه سانتيگراد، با کاهش تدريجي تعداد الکترونهاي موجود براي برقراري پيوند در حالت جامد متناسبند که اوربيتالهاي هيبريدي از حالات s، p و d را اشغال مي کنند. مقدار هيبريداسيون نوع d فرض مي شود با جفت شدن الکترونها در اوربيتالهاي اتمي d کاهش يافته و بدين ترتيب آنها را از کمک به پيوندهاي فلزي بازدارند. اين تمايل تا اعضاي گروه هاي I B و II B ادامه مي يابد. لذا، اين ساختار الکتروني است که خواص فيزيکي و شيميايي Pd و ديگر فلزات گروه پلاتين را تعيين مي کند (ويز، 1968).

پالاديوم به رنگ سفيد نقره اي است، از قابليت چکش خواري و شکل پذيري برخوردار بوده و ساختار بلورياش fcc (مکعبي با وجوه مرکز پر) است. جدول(1)‏ خواص Pd را با دو فلز گرانبهاي ديگر يعني طلا و پلاتين مقايسه مي کند. پالاديوم به نظر ميرسد آلياژهايي با ديگر فلزات گروههاي VIII و IB تشکيل دهد که مزاياي بارزي به فلزات خالص دارند. بطور کلي، عناصر آلياژي قصد دارند مقاومت ويژه، سختي و استحکام کششي Pd را بهبود بخشند. مس، نيکل، طلا، ايريديوم، روديوم و روتنيوم براي توليد آلياژهاي Pd براي کاربردهاي عملي بسياري استفاده شده اند. براي مثال، آلياژي از نقره (درصد وزني 60 به 40 براي Pd به Ag) عموماً در کنتاکتور رله هاي الکتريکي بکار مي رود (لويز، 1967).

خواص شيميايي پالاديوم

واکنش پذيري عمومي- فلزات گروه پلاتين در برابر اثر شيميايي اکسيژن يا بسياري از اسيدها نسبتاً خنثي هستند و اين يکي از خواصي است که به آنها ارزش عملي مي بخشد. تشکيل و تجزيه اکسيدهاي اين گروه از فلزات در جدول(2)‏ آمده است (هام، 1966).

اسميوم يک اکسيد به شدت فرار و ناپايدار در دماي اتاق تشکيل داده، و Pd وقتي در معرض هوا تا حدود 350 درجه سانتيگراد حرارت داده شود به ميزان کمتري تشکيل يک اکسيد خواهد داد. البته، ديگر فلزات گروه پلاتين براي تشکيل اکسيد نياز به دماهاي بالاتر از 700 درجه سانتيگراد دارند که ديدي از ميزان نجيب بودن آنها ميدهد. هرچند بايستي خاطر نشان ساخت که واکنش پذيري فلزات گروه پلاتين به شدت تحت تأثير حالت اجزاي فرعي فلز يا اندازه ذرات (يعني سطح ويژه) مي باشد. پالاديوم اسفنجي با احتمالي بيشتر از فلز فشرده تحت اثرات شيميايي قرار مي گيرد و به راحتي در سنتز ترکيبات Pd بکار مي رود. همچنين، اگر با ساير فلزات از جمله سرب يا نقره آلياژ شود، واکنش پذيرتر است. پالاديومي که به صورت ريزدانه روي پايه اي چون سيليکاژل پخش شده هنوز واکنش پذيرتر بوده و خواص کاتاليستي قابل ملاحظه اي را به نمايش مي گذارد (هام، 1966).

نجيب بودن (بي اثر بودن) فلزات گروه پلاتين از پيوندهاي اتمي قوي در حالت جامد ناشي مي شود. افزايش واکنش پذيري که در نمونه هايي با سطح ويژه زياد در مقايسه با توده فلز نشان داده شده به تعداد بيشتر اتمها با انرژي بيشتر مکانهاي سطحي يا پيوندهاي معلق نسبت داده شده است. اين موضوع به خصوص در Pd آبکاري شده قابل توجه است که در آن اندازه دانه مي تواند در مرتبه Å 250-50 قرار داشته باشد، پس واکنش پذيري در مرزهاي دانه مي تواند با استدلال فوق به مراتب بيشتر از توده فلز باشد (کاتون، ويلکين سون، 1980).

پالاديوم در ميان همه فلزات گروه پلاتين بيشترين ظرفيت جذب هيدروژن را در اختيار دارد که تا 900 برابر حجم خودش است. انباشتگي هيدروژن تقريباً به ترکيب شيميايي Pd2H مربوط است، ولي به نظر مي رسد مطالعات پيشرفته تا حد زيادي جلوي تشکيل آن ماده مجزا را مي گيرد (شکل 4).

در عوض چنين برداشت مي شود که در زير 300 درجه دو فاز وجود دارند، که هر کدام شامل يک محلول جامد مي شوند، درحاليکه بالاي اين دماي بحراني فقط يک فاز محلول مستقل وجود دارد. در هر فاز، اتمهاي هيدروژن به صورت بين نشين طوري نگه داشته مي شوند که پيوند شيميايي واقعي را در برگيرند، همانطور که از تغييرات در رسانايي الکتريکي و مغناطيس پذيري نيز برداشت مي شود. اما تا اندازه اي کمتر، پلاتين و روديوم ويژگيهاي جذب مشابهي را به نمايش مي گذارند (کاتون، ويلکين سون، 1980).

پالاديوم واکنش پذيري بالايي داشته و در اسيد نيتريک حل مي شود. اين خوردگي در حالت توده اي آهسته بوده ولي با اکسيژن و اکسيدهاي نيتروژن شدت مي يابد. به عنوان يک ابر، Pd در حضور کلر يا اکسيژن داخل HCl حل مي شود. واکنش تيزاب سلطاني روي Pd اسيد کلروپالاديک مي سازد. هرچند، حين تبخير اين محلول دي کلريد پليمري شکل مي گيرد. لذا PdCl2 يک ماده آغازين عالي براي سنتز اکثر الکتروليتهاي مورد استفاده جهت رسوبدهي الکتريکي Pd است (کاتون، ويلکين سون، 1980).

حالات اکسيداسيون و شيمي کئورديناسيون- حالت غالب اکسيداسيون پالاديوم 2+ است، گرچه وجود قابل توجه Pd4+ رواج کمتري دارد. (اتسوکا، تاتسونو و اتاکا،1971).

شيمي کئورديناسيون Pt و Pd توجه زيادي را به خود جلب کرده اند، مخصوصاً بخاطر تعداد زياد ترکيباتي که داراي ارزش ذاتي زيادي هستند. براي نمونه، استفاده از اين فلزات به عنوان کاتاليزور و اخيراً به عنوان عوامل ضدسرطاني مزيت تکنولوژيکي قابل ملاحظه اي به اين فلزات بخشيده است. به علاوه، هندسه مسطح مربعي حالت اکسيداسيون دو ظرفيتي مطالعه ايزومراسيون سيس و ترانس را ممکن ساخته است که در مراجع تحقيقاتي بسيار مورد توجه بودهاند. شيمي کئورديناسيون (Pd(II از اين بابت اهميت دارد که رسوبدهي الکتريکي از محلول آبي اساساً شامل شيمي حالت دو ظرفيتي مي شود. از اينرو، بقيه بحث به حالت اکسيداسيون (Pd(II محدود مي گردد (سيدويچ، 1929).

پالاديوم 2+ پرکاربردترين حالت اکسيداسيون بوده که از ساختار الکتروني d8 برخوردار است. بيشتر کمپلکسهاي (Pd(II عدد کئورديناسيون 4 داشته و کمپلکسهاي پايدار 16 الکتروني را تشکيل مي دهند. از گذشته اثبات شده که تمايل فلزات واسطه به تشکيل کمپلکسهايي است که فلزات در آنها عدد مؤثري متناسب با گاز خنثي بعدي دارند. از اينرو، عناصر گروه هشت ترکيبات نسبتاً پايداري را با در اختيار داشتن 16 يا 18 الکترون ظرفيت تشکيل دادند(باسولو، پرسون، 1967). به علاوه، ساختار Pd با کئورديناسيون چهارتايي به جاي تتراهدرال بيشتر مسطح مربعي است، چون انرژي پايدارسازي ميدان ليگاند نسبتاً مهمتر از دافعه زوج الکترون لايه ظرفيت مي باشد، که بايد ساختاري تتراهدرال را ايجاد نمايد (ايزات، اتوگ و چريستن سن، 1967).

نتيجه گيري

آبکاري الکتريکي روش الکتروشيميايي است که از آن براي ساخت لايه هاي نازک فلزي بر روي زيرلايه رساناي الکتريکي استفاده مي شود. از محاسن اين روش، قابليت لايه نشاني فلزات، آلياژها، مواد کامپوزيتي و انجام فرايند لايه نشاني در دماي اتاق مي باشد. تجهيزات اين روش شامل منبع انرژي، کاتد (فلز زيرلايه)، آند (مصرفي يا غير مصرفي) و حمام الکتروليت، حاوي يونهاي لايه نازک مورد نظر، مي باشد. در اثر اختلاف پتانسيل بين کاتد وآند، يونهاي مثبت فلز که در محلول الکتروليت مي باشند، به سمت کاتد رفته و با گرفتن يک يا چند الکترون به اتم فلزي تبديل مي شوند و به صورت يک لايه روي کاتد (زيرلايه) مي نشينند. از طرف ديگر يونهاي منفي به آند رفته و با از دست دادن الکترونهاي خود به آند به يک نمک محلول تبديل مي شود و به محلول باز مي گردد. الکترونهاي جامانده در آند از طريق منبع تغذيه به کاتد مي روند و به اين ترتيب، جريان الکتريکي در مدار برقرار مي شود. نتيجه به دام افتادن اين الکترونها، لايه نشاني يک فلز روي زيرلايه است. فاکتورهاي مهم در اين روش، pH و ترکيب شيميايي حمام، چگالي جريان، دما و سرعت همزدن حمام مي باشد. اگر پارامترهاي آبکاري بدون تغيير باقي بمانند، سرعت لايه نشاني با افزايش چگالي جريان اعمالي، افزايش خواهد يافت. در نتيجه واکنشهاي جانبي نيز مي توانند اتفاق بيفتند که اين واکنشها کارايي آبکاري الکتريکي را کاهش مي دهند.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید

نشریه پیام آبکار – پاییز ۱۳۹۴
مروري بر کاربردهاي چشم‌گير EDTA

تهيه و تنظيم:

سعيده اظهري

شرکت پوياب فلز

اتيلن دي آمين تترا استيک اسيد به عنوان يک عامل کليت دهنده پرکاربرد در مصارف صنعتي و خانگي شناخته شده است. اين ماده در زمينه هاي مختلف کشاورزي، پزشکي و آبکاري قابل استفاده مي باشد. ساختار آن يک آمينو اسيد است و شرايطي را فراهم مي آورد که با اتصال به فلزات سنگين مسيري براي خارج کردن آن ها از محيط-هاي مختلف فراهم شود. در اين مقاله سعي بر آن شده است علاوه بر معرفي اتيلن دي آمين تترا استيک اسيد برخي از کاربردهاي آن در زمينه هاي مختلف مروري صورت گيرد.

اتيلن دي آمين تترا استيک اسيد به طور آماده با نام اختصاريEDTA شناخته مي شود. اين ترکيب در صنايع و علوم مختلف با نامهاي اختصاري VERSENE ACID – TRIPLEX – TRILON نيز کاربرد دارد. اين ماده يک آمينو پلي کربوکسيليک با حالت ظاهري پودري سفيد رنگ کريستالي قابل حل در آب و فرمول شيميايي C10H16N2O8 مي باشد (شکل 1) . باز مزدوج آن اتيلن دي آمين تترا استات است. اين ترکيب به طور گسترده اي براي حل کردن ترکيبات آهکي مورد استفاده قرار مي گيرد.

EDTA براي اولين بار در سال 1935 توسط فرديناند مانز از واکنش ميان اتيلن دي آمين و کلرواستيک اسيد سنتز شد. امروزه اين ترکيب به طور عمده از واکنش اتيلن دي آمين، فرمالدهيد، سديم سيانيد طبق واکنش زير سنتز مي شود (شکل2).

از ترکيبات مختلف اين ماده مي توان موارد زير را نام برد:

اسيد آزاد آن که داراي وزن مولکولي 2/292 که سفيد و بدون بو است.
EDTA دي سديک که داراي دو مولکول آب است (EDTA-NA2, 2H2O) با وزن مولکولي آن 2/372 و به صورت پودر کريستال بدون بو مي باشد اگه شرايط مساعد باشد در درجه حرارت 20 درجه سانتي گراد در آب حل مي شود.
EDTA دي پتاسيک داراي دو مولکول آب (EDTA-K2, 2H2O) داراي وزن مولکولي 404 و حلاليت بيشتر نسبت به مورد قبلي است.
EDTA دي پتاسيک (EDTA-K3) به صورت مايعي شفاف و بدون بو با وزن مولکولي 406 مي باشد که در حالت خشک به صورت پودر سفيد در مي آيد.

pH نمک هاي تري پتاسيک نزديک به pH خون و حدود 8-7 است که بالاتر از pH نمک هاي دي سديک (4.5-5.3) مي‌باشد. در تست هاي خاصي که به شرايط اسيدي يا قليايي بستگي دارد مي توانيم با توجه به pH مورد نياز يکي از اين EDTA ها را به کار گرفت.

EDTA به عنوان يک ماده آلي کاربردهاي چشم گيري در صنايع مختلف دارد که در اين مقاله سعي بر آن شده است تا بر کاربردهاي اين ماده در صنعت و آزمايشگاه اشاره شود.

بخش پزشکي

در بخش پزشکي EDTA به مواد معدني و فلزات متصل مي‌شود و به حذف آنها از بدن کمک مي کند. از EDTA براي مثال در مسموميت با سرب به مقدار 1 گرم در هر 12 ساعت به صورت تزريق داخل وريدي استفاده مي شود که ميزان سرب در بدن را به مقدار قابل توجهي کاهش مي دهد. هم چنين در دندانپزشکي براي حذف مواد معدني باقي مانده در لايه اسمير استفاده مي شود. EDTA نيز براي درمان سميت ديگوکسين استفاده شده است، اگر چه اغلب پزشکان ترجيح مي دهند از روش هاي ديگر استفاده مي شود. در اين مورد، EDTA کمک مي کند مقدار بيشتري از ديگوکسين حذف گردد. همچنين به عنوان درمان اورژانسي براي هيپرکلسمي (سطوح بيش از حد کلسيم) و کنترل آريتمي بطني (ريتم غير طبيعي قلب) در ارتباط با سميت يا ديژيتال استفاده مي شود.

بخش صنعت

EDTA در صنعت به طور گسترده اي براي جدا کردن يون‌‌هاي فلزي موجود در محلول‌هاي آبي مورد استفاده قرار مي گيرد. در صنعت نساجي، مانع ناخالصي هاي فلزي در نتيجه مانع تغيير رنگ محصولات رنگي مي شود. همچنين به عنوان عامل تبادل يوني نيز کاربرد دارد.

از ديگر کاربردهاي آن مي توان به استفاده آن در صنعت کشاورزي اشاره نمود. در بخش تجاري به عنوان ماده تميز کننده و محافظت کننده مبلمان، در جوهر و محصولات رنگي، رختشويي و محصولات ظرفشويي و در محصولات مراقبت از پوست کاربرد دارد.

EDTA به عنوان يک ماده کليت دهنده نيز کاربرد دارد. عامل کليت دهنده ترکيبي است که با يون‌هاي فلزي کمپلکس‌هاي پايدار تشکيل مي دهد.

از خواص کليت دهندگي اين ترکيب مي‌توان در موارد زير استفاده نمود:

پوشش يونهاي فلزي آزاد براي جلوگيري از اثرات منفي آنها مانند: رسوب املاح کم محلول، توليد محصولات جانبي فلزي توسط واکنشهاي کاتاليز شده با فرايندهاي اکسيداسيوني.
کنترل وضعيت اکسايش يون هاي فلزي
تنظيم غلظت يون فلزي
اصلاح کمبود فلزات کمياب

در ميان کليت کننده ها، EDTA به عنوان ماده‌اي که حلاليت فلزات را در خاک افزايش مي دهد و اثرات کافي بر واجذبي عناصر سنگين از خاک دارد معرفي شده است. يافته هاي محققان زيادي اثبات مي کند که کمپلکس فلز با EDTA در خاک مي‌تواند حلاليت فلز را به خوبي افزايش دهد و ضريب انتشار فلز را در خاک افزايش دهد. براي مثال طي يک بررسي از اين ماده براي حذف نيکل موجود در خاک آلوده استفاده شده است که نتايج حاصل بيان‌گر پايين آمدن سطح نيکل در خاک مورد بررسي است که توانايي EDTA را در اين زمينه نشان مي‌دهد. (نمودار1)

به منظور بررسي کاربردهاي اين ماده کاربرد عمده EDTA در اروپاي شرقي در جدول(1) آورده شده است.

در تمامي اين موارد به غلظت بسيار کمي (معمولا کمتر از 1 درصد) از EDTA به عنوان ماده کليت دهنده نياز مي‌باشد. به جز در آبکاري فلزات که نيازمند غلظت بالاي از اين ماده است به دليل اين که اين ماده به عنوان عنصر فعال در اين زمينه کاربرد دارد. براي مثال در آبکاري الکترولس از EDTA به عنوان عامل کمپلکس دهنده براي جلوگيري از ته نشين شدن مس به شکل هيدروکسيد، تحت شرايط آبکاري الکترولس (pH 11-13) استفاده مي شود. نکته قابل ذکر در کاربردهاي اين ماده استفاده از آن عامل بازدارنده خوردگي و عامل ضد پوسته پوسته شدن است.

نتيجه گيري

به طور کلي، EDTA به مدت 50 سال به عنوان يک ماده شناخته شده مورد استفاده قرار گرفته است. اين ماده کليت دهنده از اثرات نامطلوب يونهاي فلزي جلوگيري مي کند، استفاده از آن به عنوان ماده افزودني در صنعت غذا شناخته و براي درمان مسموميت در بدن انسان مورد تأييد قرار گرفته است. اين ماده زيست تخريب‌پذير بوده و سطح طبيعي آن در محيط زيست تأثيري بر زندگي آبزيان ندارد. همچنين مي‌توان از آن در صنعت آبکاري بهره جست. کاربردهاي فراوان آن در زمينه هاي مختلف بسيار زياد بوده و مي‌توان از آن در صنايع مختلف استفاده نمود.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید.

نشریه پیام آبکار – پاییز ۱۳۹۴

لزوم مدرنيزه صنعت آبکاري ايران  همسو با حفظ محيط زيست

تهيه و تنظيم:

سارا زمانيان

دکتراي شيمي

مدير تحقيق و توسعه شرکت فلزاب

فناوري سطح (آبکاري و پوشش دهي) به صورت گسترده تمام صنايع را در برمي گيرد و به دليل اهميت آن در افزايش دوام و ماندگاري قطعات و جلوگيري از خوردگي، موجب حفظ ميلياردها تومان ثروت ملي مي شود. از اين رو در سرتاسر دنيا اين صنعت به عنوان تکنولوژي توانمند ساز (Enabling Technology) شناخته مي شود.  جاي خوشبختي است، که زادگاه اين صنعت فراگير، در ايران باستان بوده است. اين موضوع درکتابي با عنوان زير توسط پروفسوردکترناصرکنعاني به زبان انگليسي تأليف و توسط شرکت فلزاب به چاپ رسيده است.

Surface Finishing

Through Chemical Plating

A Parthian Discovery 2000 Years Ago

توزيع اين کتاب در مجامع علمي جهان رويکردي نو را نسبت به پيشينه اين صنعت به جهانيان نشان داد. از اين رو جا دارد که نسل حاضر با استفاده از پتانسيل‌هاي عظيم فناوري سطح و سابقه تاريخي ايران در اين زمينه قدم‌هاي موثري برداشته و ايران را تا مرتبه  يکي از قطب‌هاي موثر فناوري سطح جهان سوق دهند.

وضعيت صنعت آبکاري در ايران امروز

با وجودي که پس از آن شکوه و عظمت صنعتي، پيشينيان ما اين دستاورد بزرگ را به فراموشي سپردند و تا نيم قرن اخير نيز آثاري از فناوري سطح در جامعه ملموس نبود، ليکن پيشکسوتان اين صنعت در دهه هاي اخيرتلاش زيادي براي شناسايي اين صنعت نمودند. در نتيجه  اين تلاش ها، اين صنعت فراگير از زير مجموعه صنف سماورسازان خارج شده و وزارت صنعت و معدن آن را به نام صنعت آبکاري شناسايي نمود. اکنون صنعت آبکاري به همت اين دل سوزان داراي مجلات تخصصي و سمينارهاي حرفه اي براي معرفي نوآوري‌هاي خود مي باشد.

با وجود تمامي اين تلاش ها، اين صنعت اکنون در ايران تا حدود بسيار زيادي با سازوکار سنتي در حال انجام است و عدم توجه به راه اندازي واحدهاي آبکاري با خطوط تمام اتوماتيک و نيز رقابت منفي بر پايه قيمت دستمزد آبکاري، منجر به بروز مشکلات متعددي شده است. از جمله اين مشکلات مي توان به رشد بي رويه واحدهاي کوچک آبکاري با توليدات فاقد کيفيت و آلاينده محيط زيست، تعطيلي بسياري از واحدهاي فعال در اين صنعت در طي دو دهه اخير و بروز بيماري‌هاي جدي ناشي از عدم رعايت استانداردهاي ايمني براي کارگران فعال در اين واحدها را نام برد.

لذا با توجه به نياز امروز و فرداي ايران به اين صنعت مهم و نيز گستردگي و پتانسيل اين فناوري در کشور، وقت آن رسيده است که اين صنعت با ارزش، مدرنيزه شده و با به کارگيري ماشين آلات و تجهيزات به روز شده و آخرين يافته ها در زمينه  فرايندهاي شيميايي و دانش فني مورد استفاده در خطوط آبکاري، تصفيه پساب هاي صنعتي، بازيافت آب و صيانت از نيروي کار به طور جدي مورد بررسي، تجزيه، تحليل و بازنگري ريشه اي قرار گيرد. از اين رو براي نيل به اهداف فوق راه کارهاي زير ارائه مي گردد:

تجميع واحدهاي آبکاري کوچک و متوسط

تجميع واحدهاي آبکاري کوچک و متوسط علاوه بر جلوگيري از تعطيلي و حذف آن ها باعث بالارفتن توانايي مالي واحدهاي تشکيل شده جديد مي شود. دراين صورت اين واحدهاي جديد قادر به خريد ماشين آلات مدرن براي خطوط توليدي خود، استفاده از فرآيندها و مواد شيميايي اوليه جديد و نيز راه اندازي بخش هاي تصفيه پساب خواهند بود. مسلما اين موارد موجب ارتقاِء کيفيت پوشش دهي و محصولات توليدي، فراهم آوردن ايمني بيشتر براي نيروي کار و نيز حفظ محيط زيست خواهد شد.

برگزاري نمايشگاه هاي تخصصي فناوري سطح

تغيير ديدگاه مثبت جامعه نسبت به فناوري سطح و فعاليتهاي مختلف جامعه  صنعتي در اين حوزه، برگزاري نمايشگاه هاي تخصص فتاوري سطح (آبکاري) با نام Persian Surface Technology Fair  موجبات ارتباط گسترده  صاحبان صنعت آبکاري کشور را با همه دست اندرکاران اين رشته فراهم مي کند. که در نتيجه آن تکنولوژي مورد استفاده در سطح فناوري روز جهان ارتقاء يافته و ايران را به قطب علمي، صنعتي و نمايشگاهي در منطقه خاورميانه تبديل مي نمايد.

نظارت و حمايتهاي مالي سازمانهاي حامي حفظ محيط زيست

ورود پسابهاي صنعتي تصفيه نشده و خام به جريان هاي آب و محيط هاي پذيرنده، موجب بروز بحران هاي زيست محيطي و آسيب جدي به طبيعت، حيات وحش، اکوسيستم و در نهايت سلامت افراد جامعه مي شود. لذا تصفيه، بهره برداري از ضايعات باقي مانده و بازيافت آب از اين پساب ها علاوه بر جلوگيري از بروز اين بحران ها کمک شاياني را به بهره برداري بهينه از منابع آب و حفظ آنها مي نمايد. با توجه به خصوصيات جغرافيايي ايران استفاده مجدد از پساب‌هاي صنعتي و بازيافت آب از ضرورت بيشتري برخودار است. در حال حاضر به علت وجود پاره اي از مشکلات در اين بخش، محيط زيست کشورمان با بحران هاي جدي زيست محيطي روبرو شده است، که در صورت عدم نظارت و رسيدگي هرچه سريعتر، در سال هاي آينده اين بحران  به فاجعه زيست محيطي مانند آنچه که امروز براي درياچه اروميه اتفاق افتاده است، بدل خواهد شد. لذا مقتضي است که تمام واحدهاي صنعتي فعال در حوزه آبکاري به بخش هاي تصفيه پساب استاندارد و مدرن مجهز شوند. اين امر علاوه بر تغيير ديدگاه صاحبان اين صنعت، نظارت و کمک هاي جدي سازمان حفاظت محيط زيست و سازمان هاي ديگر حامي محيط زيست را مي طلبد. اين سازمان ها علاوه بر نظارت جدي و سختگيرانه، با ابزارهاي تشويقي چون پرداخت وام هاي بلند مدت و کم بهره جهت خريد تجهيزات مدرن تصفيه پساب مانند فناوري نوين پساب صفر يا
Zero Liquid Discharge (شکل 1)، آموزش کارکنان بخش‌هاي مرتبط و نيز حمايت از بخش ها و شرکت هاي خصوصي فعال در اين زمينه مي توانند موثرترين عامل جهت حفظ محيط زيست کشور عزيزمان باشند. بديهي است که حمايت اين واحدها در کنار همکاري صاحبان صنعت موجبات خروج هرچه سريع تر از اين بحران را فراهم مي آورد. 

نظارت بيشتر سازمان ملي استاندارد در کيفيت توليدات ايران

سازمان ملي استاندارد ايران به عنوان تنها مرجع رسمي، به منظور انجام تحقيقات درجهت تدوين استاندارد در کشور مي تواند با نظارت جدي تر موجبات بالا بردن کيفيت  فناوري سطح ، بهبود روش هاي توليد و کارايي صنايع را فراهم آورد. 

اين سازمان قادر است با مجهز و مدرن نمودن آزمايشگاه هاي معتمد طرف قرارداد خود، واحدهاي صنعتي را در توليد کالاهايي مطابق با آخرين استانداردهاي روز جهان ياري نمايد. در اين صورت واحدهاي با توليدات نامرغوب يا در جهت استاندارسازي و در نتيجه مدرنيزه کردن تجهيزات، دانش و مواد اوليه خود گام خواهند برداشت و يا از صنعت کشور حذف خواهند شد. همچنين اين سازمان با صدور گواهينامه ها و حمايت هاي خود مي تواند موجبات تشويق و رقايت مثبت صاحبان اين صنايع را فراهم آورد.

مشارکت مراکز فني در هزينه هاي سرمايه گذاري توليدات جديد

توليدات به روز کارخانجات صنعتي مستلزم سرمايه گذاري مستمر در جهت نمونه سازي، طراحي و ساخت قلّاب آبکاري و ساخت وان فرايندهاي جديد آبکاري براي توليدات جديد مي باشد. تهيه اين نمونه ها از طراحي تا ساخت و اخذ تائيديه خريدار نهايي، هزينه هاي زيادي را براي واحد هاي صنعتي در بردارد. لذا  اين مراکر  فناوري سطح  با ارائه پشتيباني هاي فني به مشتريان مهم خود، آنان در عقد قراردادهاي فروش محصولات ياري مي نمايند.

در کشورهاي پيشرفته، صاحبان صنايع که قصد احداث و يا بهره گيري از فرآيند يا تجهيزات جديدي را دارند، پيش از احداث کارگاه، کارخانه و يا خريداري تجهيزات و مواد جديد به چنين مراکزي مراجعه کرده و با معرفي ديدگاه ها، طرح ها و محصولات توليدي خود از اين مراکز خدمات دريافت مي کنند. اين خدمات شامل انجام تحقيق در مورد فرآيندهاي لازم براي توليد محصولات مورد نظر مي باشد. در نتيجه انجام تحقيقات مختلف در نهايت اين مراکز جديدترين تجهيزات، دانش فني و مواد اوليه دوستدار محيط زيست را به صاحبان اين مشاغل معرفي مي کنند. همچنين براي ايجاد اعتماد و اطمينان از صحت موارد پيشنهادي، محصولات مورد نظر در قالب طرح هاي پايلوت با تجهيزات و مواد پيشنهادي توسط اين مراکز توليد مي شوند تا صاحبان صنايع به طور ملموس و از نزديک با فرايندهاي پيشنهادي، شرايط حقيقي و مشکلات کار آشنا شوند. صاحبان صنايع مي توانند به بازاريابي نمونه هاي توليدي پرداخته و پس از اطمينان کامل از سوددهي کارگاه يا کارخانه مورد نظر خود را احداث کنند.  متخصصان اين مراکز پس از احداث خطوط توليدي نيز همواره در کنار صاحبان اين صنايع خواهند بود و با ارائه مشاوره و آموزش به کارکنان مشکلات آنها را به حداقل خواهند رساند.  راه اندازي اين مراکز توسط افرادمتخصص، علاوه بر ايجاد کارگاه‌ها و کارخانجات استاندارد و دوستدار محيط زيست موجب کاهش هزينه هاي ناشي از به کارگيري روش هاي سنتي و اجراي طرح هاي اشتباه خواهد شد. از طرف ديگر احداث اين مراکز موجبات اشتغال نيروي انساني تحصيل کرده و متخصص را فراهم مي کند تا ايده هاي نوين خود را در زمينه صنعت آبکاري ارائه دهند. در کشور ما نيز وجود  مراکزي براي پشتيباني از افرادي که قصد احداث يا مدرنيزه کارگاه ها يا کارخانجات آبکاري خود را دارند، بسيار ضروري مي باشد.

ورود صاحبان صنعت آبکاري به شاخه‌هاي بيشتري از فناوري سطح

علاوه بر صنعت آبکاري عمومي، فناوري سطح داراي رشته هاي گسترده اي مي باشد. با نگاه به  ليست مشارکت کنندگان نمايشگاه هاي فناوري سطح  Surface Technology) ( در جهان به اهميت صنايع الکترونيک و پيشرفت هاي اخير جهان در  صنايع زير پي مي بريم:

   الکترونيک (PCB و IC)

   تکنولوژي توليد مواد نيمه رسانا ((Semiconductor (SC) 

   تکنولوژي آبکاري لايه نازک پيشرفته (Electrolytic Wafer Plating)

اين فناوري ها شامل راه حل هاي نوآورانه براي ايجاد صنايع الکترونيک پيشرفته بوده و بسترهاي لازم براي توليد سيستمهاي تصويربرداري، هوا فضا، پزشکي ، خودرو و مخابرات و ارتباطات و ... را فراهم مي کنند.

مسلماٌ ورود به هريک از عرصه هاي ذکر شده، مسير پيشرفت و خودکفايي کشور را هموارتر خواهد نمود، که خود نيازمند بهره گيري از تجهيزات و فرآيندهاي مدرن و نيز نيروي کار متخصص و آگاه مي باشد.

تضمين کيفيت صنعت آبکاري درخطوط تمام اتوماتيک

امروزه استفاده از خطوط تمام اتوماتيک در صنايع مختلف از جمله صنعت آبکاري به منظور بالابردن بازده و کيفيت کالاهاي توليد شده، کاهش مصرف انرژي و خطاهاي انساني، صيانت از نيروي کار، افزايش ايمني، کاهش زمان هاي مرده و نيز يکنواختي کالاهاي توليدي در کشورهاي درحال توسعه رو به افزايش است. از اين رو براي تجهيز نمودن واحدهاي صنعتي به خطوط تمام اتوماتيک مي توان به موارد زير اشاره کرد:

   تبديل خطوط آبکاري از سنتي به خطوط تمام اتوماتيک.

   تشويق و حمايت مالي صاحبان واحدهاي آبکاري جهت خريد خط تمام اتوماتيک.

   حمايت مالي و تکنولوژيکي واحدهاي ماشين سازي و ابزارسازي براي ساخت ماشين آلات و تجهيزات مطابق آخرين استانداردها.

   ايجاد واحد هاي طراحي قلاب و ابزارهاي پوشش دهي با مشارکت صاحبان تکنولوژي روز جهان

   حمايت دولت از ايجاد خطوط اعتباري درجهت نواوري در صنعت آبکاري (اين حمايت مي تواند شامل تامين خط تمام اتوماتيک آبکاري با قيمت مناسب براي همه کارگاه ها  با مشارکت صاحبان فناوري سطح داخلي و صاحبان تکنولوژي جهاني باشد).  

   به روز نمودن فرايندهاي آماده سازي وچربي گيري و عدم استفاده از روش هاي سنتي. 

   استفاده از مواد اوليه با استاندارد فني بالا و دوستدار محيط زيست در فرايندهاي آبکاري.

   احداث واحدهاي تصفيه پساب صنعتي مطابق آخرين استانداردهاي محيط زيست.

   آموزش هاي فني و حرفه اي و به کارگيري آخرين ماشين آلات و تجهيزات و روش هاي آبکاري روز دنيا جهت حفظ سلامت نيروي کار کشور.

صيانت از نيروي کار

کار آفرينان و کارکنان واحدهاي آبکاري شايسته  کار در محيطي سالم و در سطح پذيرفته شده  استانداردهاي بين المللي مي باشند. از اين رو براي صيانت از نيروي کار کشور اکنون نوبت آن است که تجهيزات و خطوط تمام اتوماتيک به کمک کارگران بيايند و سلامت دستان با ارزش نيروي کار کشور براي ارتقاء اين صنعت حفظ شود.

هم صيانت از نيروي کار صنعت آبکاري و هم رسيدن به کيفيت مطلوب قطعات آبکاري شده، نيازمند استفاده از ماشين آلات و تجهيزات به روز مي باشد.

نتيجه گيري 

ايران در شرف عضويت در سازمان تجارت جهاني مي باشد، از اين رو الزام به رقابت اجتناب ناپذير است. لذا توجه به کيفيت کالاهاي توليدي، براي حضور موثر و نافذ در بازار صنعت آبکاري در ايران نيز ملزم به تغييرات اساسي و حمايت همه جانبه ارگان ها و سازمان هاي مختلف و نيز همکاري صاحبان اين صنعت مي باشد.

اين تغييرات مي تواند منجر به نتايج مطلوب زير شود:

   کاهش ضايعات توليدي

   کاهش مصرف مواد اوليه

   کاهش هزينه انرژي و زمان

   صيانت از نيروي کار

   کاهش آلودگي هاي محيط زيست

   بهبود کيفيت پوشش

   افزايش راندمان کاري

   ايجاد توان رقابت در بازار بين المللي

   اشتغال زايي

   بالا رفتن کيفيت محصولات توليدي

   امکان رقابت با بازارهاي جهاني

در نهايت با افزايش کيفيت و توان رقابت بستري مناسب جهت صادرات محصولات صنعتي کشور فراهم مي گردد، که عملا  فناوري سطح (آبکاري )، صنايع کشور را براي حضور در بازار جهاني توانمند مي سازد.

اميد است با مشارکت همه دست اندرکاران صنعت آبکاري و با بهره گيري از مشارکت کشورهاي صنعتي پيشرفته در به روز نمودن صنعت توانمند ساز آبکاري به موفقيت دست يابيم.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت  نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید

نشریه پیام آبکار – بهار ۱۳۹۴

پوششهاي کامپوزيت نيکل الکترولس

(قسمت اول)

تهيه و تنظيم:

حامد رحماني

دانشجوي کارشناسي مهندسي متالورژي صنعتي، دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي

شيرين بقايي

دانشجوي کارشناسي ارشد مهندسي مواد، دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي

محمود علي اف خضرايي

نويسنده مسوول، استاديار خوردگي و حفاظت از مواد

دانشگاه تربيت مدرس، دانشكده فني و مهندسي

فرآيندهاي رسوب فلز بر پايه پوشش آلياژي وکامپوزيتي نيکل الکترولس، در سطوح مختلف علاقه محققان را به خود جلب کرده و امکان ساخت آنها با خواص مطلوب از وجوه قابل اشاره در اين زمينه است. اين پوششها مقاومت به خوردگي و سايش خوبي دارند و کاربردهاي آنها در سطوح محتلف توسعه يافته است. اين مقاله در مورد جزييات کامپوزيتها، ساختار و ويژگي هاي سطحي، خصوصيات وکاربردهاي جديد و مختلف پوششهاي کامپوزيتي نيکل الکترولس بحث مي کند.

هم رسوبي مواد (ذرات سخت يا غير فلزي) با پوششهاي الکترولس، به عنوان پوششهاي کامپوزيت الکترولس نامگذاري مي شود.کامپوزيتهاي مقاوم به سايش مي توانند با استفاده از هم رسوبي مواد با اندازه ريز و يکنواخت توليد شوند.

ذرات سخت مثل، الماس – کاربيد سيليسيم، آلومينيم اکسيد، روغن و روان کننده جامد هايي مثل ذرات پلي تترا فلور و اتيلن هم رسوبي شده اند. ذرات ريز ديگر اجزاء بين فلزي و کربن مي توانند در زمينه نيکل - فسفر و نيکل - بور الکترولس پخش شوند.

پوششهاي کامپوزيت الکترولس در ابتدا به راحتي رسوب نمي کردند و معمولاً موجب تجزيه ي حمام مي شدند. پخش شدن ذرات ريز سطح تماس حمام الکترولس را حدود 800-700 بار بيش تر از حمام الکترولس نرمال مي کند که اين باعث ناپايداري حمام مي شود.

با کمک پايدار سازهاي مناسب، پوشش کامپوزيت نيکل الکترولس تهيه شد. بر خلافِ رسوب همزمان الکتروليتي، پوشش هاي الکترولس، سطح زيرلايه را منعکس مي کنند و احتياجي به عمليات آماده سازي بعدي قطعه ندارند.[1.2]

اين پوشش با استفاده از ضربه و قرار دادن ذرات روي سطح قطعه کار ايجاد شده است و محيط ثانويه اين ذرات، با زمينه نيکل- فسفر، هيچ پيوند مولکولي بين زمينه فلزي و ذرات ريز غير مرتبط ايجاد نمي کند.گاگليلمي، يک مدل رياضي براي پردازش رسوب الکتروليتي پوششهاي کامپوزيتي پيشنهاد داد. نتايج تجربي با مکانيزم پيشنهادي گاگليلمي، همخواني دارند. [3] گروسجين و همکاران، از تنظيمات تجربي براي توليد پوششهاي کامپوزيت نيکل - سيليسيم استفاده کردند که در شکل 1 نشان داده شده است. [4]

در اين روش مخلوط کردن از طريق يک جريان مايع با يک پمپ گريز از مرکز به وجود مي آيد و از يک سيستم آبشاري استفاده شده است. سپس، مسير گردش حمام از بالا تا پايين يک جريان افقي مايع را روي سطح نمونه ايجاده کرده است. اين نمونه ازجريان، با مسير گردش به بالا هم زدن را انجام مي دهد و مزيت نگه داشتن ذرات به صورت معلق در محلول را دارد. ترکيبات نوعيِ نيکل الکترولس -پلي تترافلورواتيلن و نيکل الکترولس-کاربيد و نيکل الکترولس-تيتانيا و سيليکات نيکل الکترولس- حمام کامپوزيت و شرايط آبکاري در جدول 1 آورده شده است. محدوده ابعاد ذرات از زير ميکرون آلومينا و پلي تترا فلور و اتيلن تا الماسهاي µm 5 است.[5] براي بدست آوردن بهترين اختلاط بين ذرات و زمينه ي نيکل- فسفر الکترولس، اندازه ذرات بايد کوچک باشد، در اين صورت زمينه به طور محکم مي تواند آنها را در خود نگه دارد. [6]

آپاچيتي [7] نشان داد که ذرات آلومينيم فسفيد به شکل کروي اختلاط بهتري نسبت به شکلهاي بي قاعده دارند. تفاوت شکل ذرات همچنين به جهت نوع نهايي رسوب بستگي دارد. سطح هاي بسيار خشن و بسيار صاف به ترتيب در نتيجه ذرات با زاويه زياد و گرد ايجاد شده اند. ذراتي مثل کاربيد سيليسيم [8،7] و کاربيد کروم، زيرکنيا و آلومينيا، گرافيت و پلي تترا فلور و اتيلن [9] توسط محققان بررسي شده اند. نيازهاي اساسي پوششهاي کامپوزيت نيکل الکترولس در زير خلاصه شده اند:

پايداري حمام

پخش شدن ذرات ظريف، سطح تماس را افزايش مي دهد و باعث تجزيه ي حمام مي شود. [6]

تلاطم

ذرات سخت مثل الماس، کاربيد سيليسيم و آلومينا با استفاده از هم زدن معلق نگه داشته مي شوند و در رسوب پنهان مي شوند. توصيه مي شود که اشيايي که چرخيده يا وارونه شده اند به گونه اي قرار گيرند که همه قسمتهاي سطح به طور منظم رو به بالا باشند. هم زدن و مخلوط کردن يک فاکتوري کليدي در آبکاري است. [11 و 10]

اندازه ذرات

ذرات با شکل و اندازه مناسب بايد در حلا، غير قابل حل باشند و مستقل از آلودگي هاي سطحي و به طور معلق در حمام نگه داشته مي شوند. اندازه ذرات نقشي حياتي در رسوب بازي مي کند. [7]

غلظت ذرات

در غلظت هايي فراتر از غلظت هاي بحراني، امکان آگلومراسيون ذرات فاز ثانويه به خاطر کاهش فاصله جزيي بين آنها، و در نتيجه جدايش بين ذرات به وجود آمده، موجب اشباع يا کاهش ناچيز در ميزان اختلاط مي شود. غلظت در پراکندگي ذرات در رسوب خيلي مهم است. [31-12 ]

مواد فعال در سطح

اين مواد افزودني مخصوصاً دراختلاط ذرات نرم مثل پلي تترا فلورو اِتيلن (پلي تترا فلور و اتيلن ) گرافيت و دي سولفيد موليبدن، مهم هستند. مواد فعال در سطح در اختلاط ذرات فاز دوم، نقشي اساسي بازي مي کنند. [15 و 14]

همانگونه که در بالا ذکر شد، غلظت ذرات پراکنده شده در حمام نيکل الکترولس در تأثير ميزان اختلاط نقش اساسي ايفا مي کنند. هر کامپوزيتي خواص خاص خودش را دارد. 25-20 درصد حجمي سيليسيم کاربيد مي تواند منجر به ماکزيمم سختي شود که از سختي پوشش آلياژ نيکل- فسفر بيشتر است که 25-20 درصد حجمي پلي تترا فلور و اتيلن مي تواند باعث کاهش اصطکاک بين قطعات مهندسي آبکاري شده شود. اين کامپوزيتها، از نوع استانداردهاي تجاري هستند، مخصوصاً وقتي که مقاومت به سايش يا ضريب اصطکاک کم لازم باشد.

گرافيت، جايگزيني مناسب براي پلي تترا فلور و اتيلن است، اما به نظر مي رسد که پلي تترا فلور و اتيلن کاربرد صنعتي دارد [16]. سديم دودسيل سولفات براي افزايش پراکندگي و خاصيت تر شوندگي ذرات سيليسيم کاربيد استفاده شده است.گروسجن و همکاران نشان دادند که با افزودن ماده Foraface 500، حجم هم رسوبي ذرات سيليسيم کاربيد مي توانند از 19 به 53 درصد برسد.[17]

گر وهونگ پيشنهاد کردند که، افزايش مواد فعال سازسطحي، ميزان اختنلاط بيشتري از ذرات پلي تترا فلور و اتيلن را امکان پذير مي کند و غلظت آنها در حمام بحراني است. [15]

از مطالب بالا به اين نکته پي برده مي شود که چندين فاکتور در اختلاط ذرات فاز دوم در زمينه فسفر- بور نيکل الکترولس، تحت شرايط واقعي، تأثير مي گذارد.گر و همکاران [18] دو نوع مواد فعال سطح، يعني ستيل تري متيل آمونيوم بروميد و FC134 در آبکاري نيکل- فسفر - پلي تترا فلور و اتيلن را مورد مقايسه قرار دارند. تغيير ترکيب پوشش شديداً به واکنش پذيري کاتدي ذرات فعال در سطح که به زير لايه ها در مراحل اوليه بستگي دارد، مربوط مي شود.

وقتي که واکنش پذيري کاتدي مواد فعال در سطح بيشتر است، در يک زمان ذرات پلي تترا فلور و اتيلن به راحتي در محلول، نشانده مي شوند. ظرفيت حجمي پلي تترا فلور و اتيلن با رشد محلول پوشش افزايش مي يابد.

وقتي که واکنش پذيري کاتدي مواد فعال سطح روي يک لايه کمتر از آن روي لايه رسوب يافته است افزايش ظرفيت کسر حجمي پلي تترا فلور و اتيلن با رشد لايه هم رسوبي، مي تواند چسبندگي خوبي بين زير لايه و لايه هاي هم رسوبي تأمين کند.

افزودن پلي تترا فلور و اتيلن و نوع مناسب و غلظت مواد فعال سطح پراکندگي يکنواخت ذرات پلي تترا فلور و اتيلن را در زمينه نيکل- فسفر ايجاد کرده است.

ستيل تري متيل آمونيوم بروميد و پلي و نيل پرو و ليدون موجب پراکندگي همگن براي ذرات پلي تترا فلور و اتيلن در پوشش مي شوند، در حالي که سديم دودسيل سولفات، اين کار را نمي کند [19].

درصد وزني ذرات نرم و سخت هم رسوبي در نيکل- فسفر يا بورالکترولس مي تواند از طريق حل کردن يک وزن مشخص از رسوب در نيتريک اسيد و سپس فيلتر کردن ذرات از طريق يک غشاءِ 0.1 ميکرومتري تعيين شود.[20]

روشهاي بسيار ديگري براي تعيين سطح اختلاط ذرات فاز دوم در زمينه هاي نيکل / فسفر / بور الکترولس مثل آناليزور ريز کاوشگر الکتروني براي اختلاط اکسيد کروم (Cr2O3 )[21] و سطح مقطع پوشش با استفاده از آناليز تصوير توسط بوزيني و توسط بنا- مانوز و استرافيلين و همکاران پيشنهاد شده است[22و27و24].

يو و ژانگ، پيشنهاد استفاده از آناليزور يا تجزيه و تحليل نشر طيف را که به طور مستقيم، پوشش سطح را تعيين کند، مطرح کردند. همچنين لوسيوکز و همکاران روش شمارش ذره را توسط مورفولوژي سطح پوشش پلي تترا فلور و اتيلن / نيکل الکترولس-تيتانيا استفاده کرده اند[25] اين روش مي تواند براي تشخيص ميزان اختلاط ذرات در پوششهاي کامپوزيت الکترولس مفيد باشد.

ساختار

اختلاط ذرات سريا و نيتريد سيليسيم و تيتانيا، ساختار زمينه رسوب نيکل- فسفر الکترولس را تغيير نمي دهد[26]. اما، اختلاط ذرات بور کاربيد، بر جهت بلورهاي نيکل بدون تأثير بر ابعاد بلور، تأثير مي گذارد. نيکل در لايه هايي با ذرات بور کاربيد، تمايل به جهت گيري کمتري دارد. [22]

بالا راجو و رجم [27] مشاهده کردند که اختلاط ذرات نيتريد سيليسيم در زمينه نيکل- فسفر، ساختار پوشش کامپوزيتي را تحت تأثير قرار نمي دهند.

آپاچيتي و همکاران بازتاب سيليسيم کاربيد را در الگوي پراش اشعه ايکس پوشش کامپوزيت الکترولس نيکل- فسفر- سيليسيم کاربيد رسوب اوليه مشاهده کردند که مي تواند به خاطر مقدار بيشتر ذرات رسوب اوليه باشد(تقريبا 7 درصد وزني). جياقيانگ و همکاران، اختلاط ذرات سيليسيم کاربيد را در زمينه نيکل- فسفر الکترولس جايي که پوشش به صورت بلور نيکل، نيکل فسفيد و نيکل سيليسيد متبلور مي شود را مشاهده کردند. همچنين بعد از عمليات حرارتي به مدت 1 ساعت در دماي C˚400 پس از عمليات حرارتي در دماي C˚600، هيچ پيک پراش خاصي براي سيليسيد نيکل وجود ندارد. مگر سيليسيد نيکل که به شبکه نيکل خيلي نزديک باشد. [29]

محصولات نهايي تبلور، واکنش پوششهاي کامپوزيتي نيکل و نيکل فسفيد و نيکل سولفيد و کربن آزاد بودند.

سختي، اصطکاک، مقاومت به سايش و خراش

ادعا شده که اين دسته از پوششهاي کامپوزيتي، براي وسايل و ابزار استفاده شده در دماهاي محيط، مثل قالبها، اکسترودهاي تغيير شکل پلاستيک، الگوهاي مواد، جعبه هاي ريخته گري، قالبهاي آهنگري و قالب ريخته گري آلياژهاي روي، از نظر خواص سختي پيشرفتهاي بسياري داشته اند. سختي متوسط پوششهاي کامپوزيتي نيکل- فسفر در جدول 2 ارائه شده است.

ميزان ذرات هم رسوبي، مقدار فسفر زمينه و عمليات حرارتي، سختي اين پوشش ها را تعيين مي کنند. سختي پوشش، با افزايش ذرات سختي مثل (سيليسيم کاربيد و سليسيم نيتريد) افزايش مي يابد [22.27.29] اگرچه سختي با ذرات نرم مثل پلي تترا فلور و اتيلن کاهش مي يابد [30]. در اصل ذرات سخت مسئول افزايش سختي، در همه مقادير فسفر [14-2] هستند.

تأثير عمليات حرارتي روي سختي در پوشش کامپوزيتي، روندي شبيه به رسوب معمولي الکترولس نيکل- فسفر دارد. افزايش سختي تا دمايC˚400 به خاطر رسوب سختي و تشکيل فاز ميان فلزي نيکل فسفيد است. در بالاي C˚410 سختي به خاطر کاهش عيوب شبکه و درشت شدن ذرات نيکل فسفيد کاهش مي يابد[31].

دانگ و همکاران گزارش مي دهند که ذرات نانو سيليکا باعث ارتقا محسوسي در خواص مکانيکي پوشش الکترولس نيکل- فسفر و عمدتاً باعث افزايش زياد در سختي (در دماي C ˚400) و مقاومت سايشي شدند. [32]

چن و همکاران [20] روش جديدي براي پوشش کامپوزيتي نيکل -فسفر-تيتانيا از طريق اضافه کردن سل تيتانيا به محلول آبکاري الکترولس قراردادي ايجاد کردند. ريز سختي به طور مشخص از HV 710 پوشش قراردادي نيکل -فسفر -تيتانيا به HV1025 ارتقا پيدا کرد.(جدول 2)

پوششهاي کامپوزيتي TiO2-Ni-Zn-P ، ريز سختي بيشتري نسب به آلياژ نيکل- فسفر- روي خالص نشان مي دهند.[ 33]

اصطکاک، مقاومت در مقابل حرکت است، وقتي که قطعات روي هم مي لغزند [34] به وسيله پوششها، سطح مي تواند روان سازي خشک شود. در رسوب الکترولس نيکل- فسفر خاصيت روان سازي طبيعي فسفر، يک خاصيت خوب روانسازي را تعيين مي کند.

با اين حال تحت شرايط غير روان کاري شده، اصطکاک طولاني مدت باعث شکست در اثر سائيدگي در رسوب هاي الکترولس نيکل- فسفر مي شوند. اما رسوب هاي کامپوزيتي نيکل الکترولس مي توانند چنين شکست هايي را کاهش دهند. ذرات سخت مثل سيليسيم کاربيد، در رسوب الکترولس نيکل- فسفر خاصيت روانکاري ضعيفي از خود نشان مي دهد.

اين به خاطر زبري بالاي صفحه و نيروهاي در هم پيچيده مکانيکي ذرات سخت است [62] . از طرف ديگر زمينه هم رسوبي ؛ نيکل- فسفر الکترولس با ذرات نرم مثل پلي تترا فلور و اتيلن و گرافيت، روانکاري خوبي را تحت شرايط روانسازي شده به خاطر جلوگيري از سايش بين صفحات مجاور، تأمين مي کنند.

ابدون [36، 35] گزارش داد که ضريب اصطکاک کم به خاطر انتقال پلي تترا فلور و اتيلن به سطح مواد است. رسوب هاي نيکل- فسفر-پلي تترا فلور و اتيلن [38-37] ميانگين ضريب اصطکاک کمتري در مقايسه با رسوب هاي الکترولس نيکل- فسفر دارند. در هر دو شرايط رسوب اوليه و عمليات حرارتي شده (C˚400/ 1 ساعت) ضريب اصطکاک متوسط، تابع عکس مقدار پلي تترا فلورواتيلن است.

رسوب هاي داراي خواص روانکاري عالي از محدوده دماي خيلي پايين تا C˚290 هستند. اگر چه، رسوب هاي نيکل- فسفر-گرافيت الکترولس (6 درصد حجمي)، در تأمين روانسازي مؤثردر مقابل سطح فولادي با شکست رو به رو مي شوند. [16]، ضريب اصطکاک متوسط وقتي کم است که رسوب کامپوزيتي نيکل- فسفر-گرافيت الکترولس در مقابل خودش مي لغزد.

بور نيتريد هگزاگونال، دي سولفيد موليبدن، فولدين- سولفيدتنگستن و نانو لوله هاي کربن، ديگر اجزايي هستند که در ارتباط با زمينه نيکل- فسفر الکترولس، ضريب اصطکاک متوسط را تعيين مي کنند [39و14]. استفاده ي اوليه از رسوب کامپوزيتي نيکل- فسفر الکترولس براي کاربردهايي است که به بيشترين مقاومت به سايش و خراش نيازمندند. [12]

متزگر و فلوريان [40]، پارکر [41] و فلدستين و همکاران، مقاومت سايش رسوب هاي کامپوزيتي نيکل- فسفر الکترولس را با ذرات سخت مختلف بررسي کردند. (شکل2)

مشاهده شده است، که مقاومت سايش رسوب کامپوزيت الکترولس مانند کروم سخت است. همانند سختي، مقاومت سايشي رسوبهاي کامپوزيتي نيکل- فسفر الکترولس همچنين تحت تأثير انواع ذرات سخت هم رسوبي و ميزان اختلاط و اندازه قرار است.

استرافليتي و همکاران [24] پيشنهاد کردند که سايش رسوبهاي کامپوزيتي نيکل- فسفر الکترولس در 2 مرحله اتفاق مي افتد. در مرحله اول، رسوبهاي سايش خراشان کمي را تحمل مي کنند. اما در مرحله دوم، سايش بسيار شديد است. مقاومت سايش رسوبهاي کامپوزيتي الکترولس نيکل- فسفر- سيليسيم کاربيد توسط بسياري از محققان مطالعه شده و گزارش شده است که مقاومت سايشي با افزايش درصد سيليسيم کاربيد، افزايش پيدا مي کند.

اثر استحکام بخشي توزيع ذرات سيليسيم کاربيد و زمينه نيکل- فسفر، موجب مقاومت سايشي به اين پوشش مي شود. علاوه بر اين، زمينه نيکل- فسفر بايد مقادير بيشتري از فسفر ( >7درصدوزني) را دارا باشد، تا ذرات سيليسيم کاربيد را در هر دو شرايط هم رسوبي و عمليات حرارتي شده براي تأمين مقاومت سايشي عالي حمايت کند . اثر عمليات حرارتي بر رسوبهاي کامپوزيتي الکترولس نيکل- فسفر- سيليسيم کاربيد موجب افزايش مقاومت سايشي با افزايش دماي عمليات حرارتي تا C˚350 مي شود. [42] افزايش بيشتر در دما تا C˚600 باعث افزايش نرخ کرنش با تخريب بيشتر در دماهاي بالاتر (C˚800 ) مي شود. امکان واکنش بين نيکل و سيليسيم کاربيد، در حدود C˚580 و ذوب جزيي يوتکتيک نيکل- فسفر در C˚880، باعث مقاومت سايش ضعيف در دماهاي بالاست.

تشکيل سيليسيد نيکل متأثر از نفوذ اتم هاي نيکل در شبکه سيليسيم کاربيد است و در سطح مشترک زمينه نيکل- فسفر/ سيليسيم کاربيد با عمليات حرارتي در دماي C˚500 و به مدت 1 ساعت اتفاق مي افتد. تشکيل Ni3Si، چسبندگي بين ماده تقويت کننده و زمينه را افزايش مي دهد، اما مقاومت سايشي کاهش مي يابد[43، 63] هم رسوبي ذرات اکسيد کروم (27درصد حجمي) در زمينه نيکل- فسفر مقاومت سايشي را افزايش مي دهند. عمليات حرارتي در C˚500 براي 1 ساعت، مقاومت سايشي رسوبها را افزايش مي دهد.

رسوبهاي کامپوزيتي رسوب اوليه الکترولس نيکل- فسفر- بور نيتريد هگزاگونال مقاومت سايشي بيشتري از رسوب عمليات حرارتي شده در C˚400 و زمان 1 ساعت دارند.[44] وقتي که ذرات 33 درصد حجمي بور نيتريد هگزاگونال، در زمينه ي نيکل- فسفر اختلاط يافتند، سايش نزديک به نصف کاهش يافت[45].

در C˚400، يک مکانيزم مختلط از خستگي و سايش همراه با تغيير شکل پلاستيک شديد رسوبها و انتقال رسوب به سطح مواد، مورد توجه قرار گرفت[46].

رفتار تريبولوژيکي رسوب هاي کامپوزيتي در دماهاي بالا مربوط به خواص مکانيکي زمينه نيکل- فسفر است و به رفتار آن در تنش هاي اعمال شده با افزايش دما بدون در نظر گرفتن ماهيت و خواص ذرات تقويت کننده باز مي گردد.

ردي و همکاران [6] مقاومت سايشي زمينه نيکل- فسفر الکترولس با ذرات الماس را در اندازه هاي مختلف (40-3 ميکرون) گزارش کردند. پوششهايي با ذرات ظريف تر الماس، (6-3 ميکرون) مقاومت سايشي بهتري در مقايسه با پوششهايي که ذرات بزرگتر الماس (40-20 ميکرون) در آنها پخش شده است، نشان مي دهند. [60].

اين برتري تابع درجه هم رسوبي ذرات کربن براي يک ضخامت خاص پوشش است که براي ذرات ظريف تر، بالاتر است. در مطالعه ي اخير باز هم اين مطلب تاييد شده است. اين پوششها مقاومت به سايش بهتري (براي 8-4 ميکرون) نسبت به زماني که پوشش با ذرات درشت تري از الماس پخش شده است، دارند.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید

نشریه پیام آبکار – بهار ۱۳۹۴
آبکاري پوششهاي کامپوزيتي به کمک امواج التراسونيک در حضور ذرات معلق

تهيه و تنظيم:
هيوا مجيدي
دانشجوي کارشناسي ارشد خوردگي و حفاظت از مواد
محمود علي اف خضرايي
نويسنده مسوول، استاديار خوردگي و حفاظت از مواد
دانشگاه تربيت مدرس

آبکاري پوشش کامپوزيتي چند منظوره در دهه گذشته با توجه به خواص مکانيکي بهبود يافته و مقاومت خوردگي در پوشش کامپوزيتي در مقايسه با آبکاري تک فلز و رسوب هاي آلياژي به سرعت ظهور يافته است. بسياري از مطالعات نشان داده اند که انجام امواج التراسونيک در فرآيندهاي آبکاري کامپوزيتي مي تواند بسياري از مزاياي را به همراه داشته باشد، که نه تنها به عنوان يک ابزار براي بهبود پراکندگي ذرات در حمام آبکاري الکتريکي، بلکه همچنين موجب پراکندگي خوب ذرات مي‌شود و توزيع يکنواخت در زمينه فلزي را افزايش مي دهد. در اين مقاله، اصول استفاده از امواج التراسونيک و کويتاسيون صوتي و چگونگي تاثير آن روي آبکاري پوششهاي کامپوزيتي با ذرات همراه با بررسي برخي از مهم ترين آثار در اين موضوع توسط جامعه علمي در 10 سال گذشته ارائه شده است. در اين مقاله چگونگي اثر پارامترهاي امواج التراسونيک روي پراکندگي ذرات در الکتروليت و اثر آن روي مشخصات پوششهاي کامپوزيتي بحث خواهد شد، به طور کلي موجب بهبود خواص مکانيکي و مقاومت خوردگي پوششهاي کامپوزيتي مي شود. علاوه بر اين، در اين مقاله برخي از مسائل که هنگام استفاده از امواج التراسونيک در چنين فرآيندهايي ممکن است، اتفاق بيافتند و جوانب مثبت و منفي سيستمهاي مبدلهاي مختلف در دسترس، برجسته نمودن نياز براي اطلاعات دقيق در مورد پارامترهاي امواج التراسونيک و تجهيزات مورد استفاده در هنگام استفاده از فراصوت بررسي خواهد شد.

از زماني که فينک و پرينس براي اولين بار رسوب همزمان مس و گرافيت را مورد مطالعه قرار دادند[1]، آبکاري کامپوزيتهاي پايه- فلز با ذرات خنثي، توجه گسترده اي از جامعه علمي را به خود اختصاص داد. ذرات، هنگامي که به طور مناسب در پوشش آبکاري شده پراکنده شوند، خواص عملياتي مشخصي از پوشش مانند سختي، سايش و يا مقاومت به خوردگي بهبود قابل ملاحظه اي مي يابند، ضمن اين که خواص جديدي به آنها مي بخشد[2]. اهميت توسعه چنين پوششهاي کامپوزيت آبکاري شده چند منظوره در دهه گذشته را مي توان با اين واقعيت مشاهده کرد، که چندين نشريه در اين موضوع در سالهاي اخير وجود داشته است.

در ميان اينها، مقاله لاو و همکاران[3] روي پارامترهاي مختلف عملياتي مورد استفاده در طول فرآيند آبکاري و استفاده از روشهاي مختلف به منظور افزايش محتواي ذرات در پوشش متمرکز بوده است:
1) غلظت بالاي ذرات در حمام آبکاري
2) استفاده از ذرات با اندازه کوچک
3) غلظت پايين اجزاء الکتروفعال
4) تکنيکهاي آبکاري-پالسي
5) بکارگيري امواج التراسونيک.
سه روش نخست فقط ذکر شده ممکن است براي بسياري از صنايع آبکاري با توجه به مسائل مختلف نامناسب به نظر برسند: الف) چگالي بالا، ويسکوزيته بالا و ناپايداري پراکندگي در غلظت هاي ذرات بالا انتظار مي رود، ب) افزايش هزينه هاي مربوط به ذرات استفاده شده، بهداشت و ايمني و عمليات پساب که هنگام استفاده از ذرات بسيار ريز انتظار مي رود، و ج) مشکلات مربوط به انتقال جرم ضعيف و تصاعد هيدروژن که در آبکاري از الکتروليتهاي با ضريب هدايت پايين تر پيش بيني شده است. با اين حال، دو مورد آخر پتانسيل فراواني براي اهداف صنعتي فراهم مي کنند. با اين مفهوم، روش آبکاري پالسي توجه بيشتري به خود اختصاص داده است و از بسياري از مقالات بازبيني شده اخير، قابل دسترس براي چنين روشهايي از جمله استفاده از آن براي آبکاري کامپوزيت وجود دارند. با اين حال، مقالات بازنگري در استفاده از التراسونيک در آبکاري پوششهاي کامپوزيتي[4, 5] در دسترس نيستند. هدف اين مقاله بازنگري معرفي استفاده از التراسونيک در آبکاري پوششهاي کامپوزيتي و چگونگي تاثير اين تکنولوژي، که نه تنها پراکندگي ذرات در حمام آبکاري را فزايش مي دهد، بلکه همچنين مي تواند اختلاط ذرات در پوششهاي فلزي آبکاري شده را بهبود بخشد و اثر آن روي خواص پوشش بررسي شده است.

استفاده از امواج التراسونيک در آبکاري

هنگامي که امواج التراسونيک به محيط هاي مايع اعمال مي شود، پديده کويتاسيون صوتي[6] رخ مي دهد.
همانطور که هر موج مکانيکي، موج التراسونيک از ميان يک مايع توسط يک سري از چرخه هاي بهم فشرده (فشار مثبت) و کاهش فشار (فشار منفي) انتشار يافته است، مولکول هاي محيط را تحريک مي کند، که موج عبور کند.
هنگامي که توان به اندازه کافي بالا باشد، حفره يا "حباب" ممکن است در مايع در طول چرخه هاي فشار منفي تشکيل شود، به طوري که نيروهاي"انبساطي" در طول چرخه کاهش فشار بزرگتر از نيروهاي "جاذبه" مولکول هاي مايع مي شوند.
هنگامي که حباب به اندازه بحراني رشد مي کند، ناپايدار مي شود و سريعا منهدم مي شود، همانطور که در شکل 1[7] نشان داده شده است. در اين نقطه، که به عنوان يک " نقطه داغ " شناخته شده، درجه حرارت و فشار بالا (به ترتيب حدود5000 کلوين و 1000 آتمسفر) مي توانند به دست آيند (که به فرکانس و توان اعمالي بستگي دارد)، نرخهاي گرمايش و سرمايش درگير از درجه بزرگي K ⁄ s 1010 و تشکيل جريانهاي جت مايع اطراف 400 km ⁄ h همراه است.

رويدادهاي مکانيکي و شيميايي که نتيجه وجود اين حبابهاي کويتاسيوني(شکل 2[9]) هستند، اساس استفاده از امواج التراسونيک، به طور کلي در زمينه هاي مختلف شيمي[10] و به طور ويژه در الکتروشيمي[11] هستند.

پديده هاي کاويتاسيون متنوعي همچون جريانهاي صوتي و ميکروجهش[12]، امواج شوکي[13]، افزايش انتقال جرم از/ به الکترود[14] و تميز کردن سطح[15] را مي توانند به عنوان نتيجه ايجاد يک ميدان التراسونيک در يک الکتروليت مايع مشاهده کرد، بسياري از فرآيندهاي مختلف الکتروشيميايي قابل ملاحظه اي بهبود مي بخشد[16].

با اين مفهوم، استفاده از امواج التراسونيک در آبکاري فلزات ممکن است مزاياي بسياري[17] نه تنها از نظر خود فرآيند آبکاري (افزايش انتقال جرم در آبکاري کنترل شده -نفوذي)[18]، بهبود انتقال بار[19]، بازده جريان کاتد بالاتر[20]، بلکه از نظر مشخصات نهايي رسوب ها مانند اندازه دانه[21] نشان دهد. اين تاثير مفيد امواج التراسونيک بر بازيابي اندازه دانه هاي توسط واکر بررسي شده است و واکر به عنوان فاکتور کنترل کننده در افزايش سختي و کاهش تخلخل پوششهاي آبکاري در نظر گرفته است.
با توجه به اين، افزايش در سختي فلزات مختلف آبکاري شده به کمک امواج التراسونيک مانند کروم[22, 23]، مس[24-26] و آهن[10] به طور گسترده اي در طول اين سالها گزارش شده است. ساير خواص مکانيکي نيز با استفاده از امواج التراسونيک در طول آبکاري مي توانند بهبود يابند، پوششهاي نيکل بهترين مثال هستند، در نتيجه فراصوت در طول آبکاري رسوب هاي نيکل، سختي فزايش يافته[27]، تنش پسماند کاهش يافته، سايش[28] و استحکام خستگي[29] بهبود يافته است.

ساير اثرات مفيد استفاده از امواج التراسونيک در آبکاري فلزات، افزايش مقاومت به خوردگي روي[30]، افزايش در بازده جريان کاتدي و کاهش تشکيل ترک و رافنس سطح ايريديم[31, 32] و کاهش غبار سمي در آبکاري کروم[33] هستند.

استفاده از امواج التراسونيک در آبکاري پوششهاي کامپوزيتي با ذرات

در دهه گذشته، بسياري از گروه هاي تحقيقاتي مختلف، چگونه تاثير امواج التراسونيک در کمک به پراکندگي ذرات در حمامهاي آبکاري و تاثيري که امواج التراسونيک در طول فرايند آبکاري روي مشخصات پوشش هاي کامپوزيتي ممکن است داشته باشد، را مطالعه نموده اند.
جدول 1 برخي از جزئيات اثر امواج التراسونيک در پراکندگي ذرات و/ يا در طول مرحله آبکاري و خواص پوششهاي کامپوزيتي که پس از آن به دست مي آيد. نيکل و آلياژهاي آن، مواد فلزي عمده مورد استفاده هستند و معمول ترين الکتروليت به کار رفته محلول واتس است.
در بسياري از کارها که در آن ذرات که در الکتروليت با امواج التراسونيک در الکتروليتهاي پايه-نيکل هيچ سورفاکتانتي نياز نبوده است، که نشان دهنده اين است که هنگامي که ذرات با امواج التراسونيک پراکنده شده اند، استفاده از سورفاکتانت ضروري نيست.

اثر امواج التراسونيک بر روي پراکندگي ذرات

استفاده از امواج التراسونيک براي پراکندگي ذرات به طور گسترده اي با توجه به ويژگي هاي منحصر به فرد بکار رفته است، که حفره التراسونيکي به منظور پراکندگي آگلومره هاي بزرگ و هم زدن سوسپانسيون هاي آبي و غير آبي ايجاد مي کند. در آبکاري پوشش هاي کامپوزيتي، تابش امواج التراسونيک به الکتروليت، در بسياري از موارد، مرحله ضروري قبل از خود فرآيند آبکاري است، که به منظور ريز پراکنده کردن ذرات و کاهش ميزان آگلومره است و در برخي از مطالعات با افزودن سورفاکتانت براي بهبود بيشتر پراکندگي ذرات ترکيب شده است.
بازدهي امواج التراسونيک براي پراکنده شدن ذرات در حمامهاي آبکاري بدون سورفاکتانت توسط گارسيا-لسينا و همکاران[34] به وضوح نشان داده شده است. در مطالعه خود، که روي آبکاري پوششهاي کامپوزيتي پايه نيکل با افزودن ذرات Al2O3 متمرکز بودند، نويسندگان گزارش نمودند، که تنها 10 دقيقه تابش امواج التراسونيک براي دستيابي به توزيع بهتر اندازه ذرات قابل توجه با آگلومره هاي کوچکتر در حمام واتس به کار رفته مورد نياز بود (شکل 3).

در واقع، نشان داده شده است که امواج التراسونيک مي تواند در پراکنده نمودن ذرات در الکتروليت مي تواند بسيار موثر باشند، که پوشش هاي کامپوزيت توليد شده از حمام آبکاري که قبلا تحت امواج التراسونيک بودند، ممکن است محتواي ذرات بالاتري حتي اگر امواج التراسونيک در طول فرايند آبکاري استفاده نشده باشد[35]، را نشان دهند.
اين اثر پراکندگي بهتر با امواج التراسونيک به دلايل مختلف است[36]: 1) حضور ميکرو تلاطم ناشي از فشار صوتي نوسان کننده و ميدان هاي کويتاسيوني، 2) شکسته شدن نيروهاي وان دروالس شکسته توسط برخوردهاي ذرات با سرعت بالا ناشي از جريان صوتي، ميکرو جت و مواج شوکي.
با اين وجود، اگر چه حضورامواج التراسونيک پراکندگي ذرات در حمام آبکاري را بهبود مي بخشد، ممکن است به اندازه کافي نباشد تا به طور کامل از آگلومره شدن ذرات براي تشکل خوشه هاي بزرگ در برخي از موارد جلوگيري کند[37]
استفاده از امواج التراسونيک در طول فرايند آبکاري نيز اختلاط پراکندگي خوب را ارتقا مي دهد، ذرات به طور يکنواخت در پوشش هاي آبکاري شده توزيع کرده است[34, 38-44]. توزيع يکنواخت تر از ذرات در رسوبات نيز توسط ديتريش و همکاران[45] مشاهده شده است، هنگامي که ذرات Al2O3 در پوششهايي نيکل-کبالت تحت امواج التراسونيک قرارگرفتند. در مطالعات قبلي، همان گروه تحقيقاتي مزاياي اجرايي امواج التراسونيک براي دستيابي به توزيع يکنواخت تر ذرات در رسوبات فلزي مشاهده کرده اند، که آنها ذرات TiO2 و SiC در مقياس ميکرو و نانو در پوشش نيکل[46, 47] افزودند. آنها مشاهده نمودند، که استفاده از امواج التراسونيک در طول مرحله آبکاري پوششهاي خيلي همگن تر بدون توده هاي بزرگ را موجب شده است (شکل 4).

امواج التراسونيک همچنين در افزايش دادن مقدار ذرات گنجانيده شده در پوششهاي کامپوزيتي موفق بوده است[34, 38, 41, 45, 48, 49]. زنالا و همکاران[50] مشاهده نمودند، که اگرچه امواج التراسونيک اثر معني داري بر محتواي ذرات در Ni / SiC توليد شده با آبکاري جريان-پيوسته نداشت، اما گنجاندن ذرات در پوششهاي رسوب داده شده با روش آبکاري-پالسي به طور قابل توجهي افزايش يافته است. با اين وجود، همچنين همان نويسندگان ذکرکردند، که در برخي موارد، کاهش در محتواي ذرات در پوششهاي کامپوزيتي آبکاري شده با امواج التراسونيک ممکن است انتظار برود، با توجه به اين واقعيت باشد که آگلومره هاي بزرگ در رسوبات گنجانده نشده اند[50].

اثر امواج التراسونيک بر روي مورفولوژي و ريزساختار

مورفولوژي و ريزساختار پوششهاي کامپوزيتي آبکاري شده نه تنها توسط گنجاندن ذرات در پوششها، بلکه با حضور امواج التراسونيک در طول فرايند آبکاري تحت تاثير قرار گرفتند. بسياري از کارها، اثر مفيد امواج التراسونيک در بازيابي اندازه دانه پوششهاي کامپوزيتي[34, 38, 41, 45, 46, 51]، دستيابي به يک پرداخت صاف تر گزارش کرده اند، که تا حدودي به دليل توزيع خيلي يکنواخت ترذرات به خوبي پراکنده شده است.
به عنوان مثال، چاي و همکاران[40] نشان دادند که با ترکيب تلاطم مکانيکي و فراصوت، پوششهاي کامپوزيتي نيکل / SiC با مورفولوژي سطح ظريف (شکل 5) توليد شدند، تلاطم مکانيکي مانع از رسوب ذرات SiC شده است، درحاليکه امواج التراسونيک مانع از آگلومره شدن آنها شده است.
شيا و همکاران همچنين مشاهده نمودند، هنگامي که نانوذرات تيتانيم نيتريد به طورهمگن با امواج التراسونيک پراکنده شده بودند و در پوششهايي پايه نيکل گنجانده شده اند، پوششهاي خيلي صافي به دست آمده است.
با توجه به جهت گيري بلوري رسوبات، اگر چه برخي موارد وجود دارند، که در آن امواج التراسونيک واقعا اختلافي در شرايط جهت ترجيحي پوششهاي کامپوزيت آبکاري شده ايجاد نمي کند[34, 52]، حالت رشد بلور ها در پوششهاي کامپوزيتي ممکن است تحت تاثير امواج فراصوت باشند[41, 51, 53].
اين اثر توسط زو و همکاران روي پوششهاي کامپوزيتي Ni/CeO2 گزارش شده است[53].
نويسندگان حالت رشد آزاد (بيش از 90 از (200) صفحات بلوري) در پوششهاي نيکل خالص مشاهده کردند، درحاليکه افزودن ذرات CeO2 30 نانومتر به حمام وات منجر به تغيير قابل توجهي از بافت بلور در رسوب شده است: نه تنها حضور صفحات بلوري (111) افزايش يافته است و نسبت مشابه صفحات بلوري (111) و (200) مشاهده شده اند، بلکه آن بلوري شدن صفحات (220)، (311) و (222) نشان دهنده بلورهاي نيکل را افزايش داده است.
با اين حال، زماني که امواج التراسونيک در طول آبکاري مورد استفاده قرار گرفت، اين اثر ذرات در پراکندگي به عنوان يک نسبت بالا از بافتهاي (200) دوباره مورد توجه قرار گرفته است، خنثي ميکند و با افزايش در تعداد بلورهاي (220) و کاهش قابل توجهي در حضور صفحات بلوري (111) و (311) همراه شده است. اثر مشابه امواج التراسونيک روي جهات بلوري توسط شيا و همکاران مورد توجه قرار گرفته است.
در پوششهاي کامپوزيت Ni/TiN [52] به عنوان يک کاهش نسبي در شدت پيک مربوط به وجود صفحه هاي بلوري (111) در مقايسه با شدت پيک مربوط به حضور صفحه هاي بلوري (200) مشاهده شده است، هنگامي که امواج التراسونيک در طول آبکاري مورد استفاده قرار گرفته است.

اثر امواج التراسونيک بر روي خواص مکانيکي

واضح است که گنجاندن ذرات سخت در پوششهاي آبکاري شده، به طور کلي باعث افزايش سختي و بهبود ديگر خواص مکانيکي همچون مقاومت در برابر سايش و/ يا ضريب اصطکاک مي شود. استفاده از امواج التراسونيک در طول آبکاري پوشش هاي کامپوزيتي داراي اثر افزايش سختي بيشتر است[35, 41, 44, 50, 51]، همچنانکه در ارتباط با اثر امواج التراسونيک بر روي اندازه دانه و سختي فلزات و آلياژهاي آبکاري شده انتظار مي رود.
زو و همکاران[53] نه تنها بهبود در سختي رسوبات نيکل خود را با افزودن ذرات CeO2 مشاهده نمودند، بلکه همچنين افزايش بيشتر در سختي و افزايش مقاومت سايشي در آن پوشش هاي کامپوزيتي که تحت امواج التراسونيک آبکاري شده اند، را مشاهده نمودند. نتايج مشابهي توسط گارسيا-لسيا و همکاران[34] به دست آمده است، در پوشش هاي کامپوزيتي Al2O3/Ni که آنها دريافتند که هر دو امواج التراسونيک و غلظت ذرات در الکتروليت داري اثري رو سختي پوشش ها داشتند (شکل 6).
آنها پيشنهاد کرند که ترکيب دو پديده (همانطور که قبلا توسط لمپک و همکاران[46] پيشنهاد شده است.) مي تواند افزايش سختي پوشش هاي کامپوزيتي آبکاري شده تحت امواج التراسونيک توضيح دهد:
1) حضور نانوذرات ريز آلومينا، و به خوبي توزيع شده در زمينه نيکلي که مي توانند به عنوان موانعي براي حرکت نابجاييها عمل مي کنند
2) اندازه دانه ريزتربلورهاي نيکل به دليل به اثر بازيابي دانه التراسونيک. در اين مورد، مقاومت در برابر سايش نيز افزايش يافته است، با افزايش دادن غلظت ذرات در الکتروليت و حضور امواج التراسونيک، عملکرد پوشش را بيشتر بهبود داده است.
نتايج مشابه توسط همان نويسندگان مشاهده شده است، هنگام گنجاندن ذرات WS2 در رسوبهاي نيکل[52] که در آن کامپوزيت‌ها تحت امواج التراسونيک توليد شده اند، افزايش بيشتري در هر دو عملکرد سختي و تريبولوژيکي را در مقايسه با زمانيکه با پوشش کامپوزيت WS2/Ni توليد شده در غياب امواج التراسونيک، نشان دادند.
در مورد رسوب هاي Ni-Co با Al2O3 با حضور امواج التراسونيک در طول رسوب[45] نه تنها سختي، بلکه تغيير شکل پلاستيک پوششها را افزايش داده است.

اثر امواج التراسونيک بر مقاومت در برابر خوردگي

به طور کلي، گنجاندن ذرات در پوششهاي فلزي آبکاري شده موجب بهبود مقاومت در برابر خوردگي پوشش مي شود[3]. اين تاثير در بسياري از مقالات که در آن امواج التراسونيک قبل از مرحله آبکاري به منظور دستيابي به پراکندگي بهتر ذرات در الکتروليت آبکاري استفاده شده است، گزارش شده است[35, 58, 60, 62]. با اين حال، چند محقق اثر استفاده از امواج التراسونيک در طول مرحله آبکاري را مطالعه کرده اند، که ممکن است داراي اثري روي مقاومت در برابر خوردگي بدست آمده از پوششهاي کامپوزيت داشته باشد، چنانچه اغلب مطالعات تنها تمرکز روي آن پوشش هاي کامپوزيتي توليد شده با حضور امواج التراسونيک متمرکز بوده اند، که بهترين کيفيت و سطح نهايي را نشان داده اند[40, 47]. گياوالي و همکاران[41] تاثير امواج التراسونيک بر روي رفتار خوردگي پوششهاي کامپوزيتي Ni/SiC را مطالعه نمودند. در کار خود، جريانهاي خوردگي، پتانسيلهاي خوردگي، شيبهاي تافلي آندي/ کاتدي، مقاومت خوردگي و نرخ هاي خوردگي اندازه گيري شده نشان داد که با وجود اينکه پوشش هاي کامپوزيتي Ni/SiC آبکاري شده تحت شرايط سکون رفتار بهتري نسبت به رسوب هاي نيکل خالص نشان داند، حضور امواج التراسونيک در طول فرايند آبکاري منجر به افزايش بيشتر مقاومت در برابر خوردگي پوشش ها شده است.
اين اندازه گيري ها در توافق با نتايج ديگر به دست آمده با مطالعات طيف‌سنجي امپدانس الکتروشيميايي در تحقيقات مشابه که تاييد کننده بهبود در مقاومت در برابر خوردگي پوشش کامپوزيتي Ni/SiC آبکاري شده با امواج التراسونيک بوده است. زانلا و همکاران[50] همچنين تاثير فراصوت در طول آبکاري پوشش هاي کامپوزيتي Ni/SiC ارزيابي نمودند و پي بردند که رسوب هاي نيکل خالص و Ni/SiC به مستعد به خوردگي حفره اي بودند، درحاليکه رسوبات نيکل خالص و Ni/SiC توليد شده با امواج التراسونيک رفتار پايدارتري نشان دادند.
اين بهبود در هر دو سوب نيکل و Ni/SiC آبکاري شده در يک ميدان التراسونيک مشاهده شده است، که به تخلخل کمتر و فشردگي بالاتر رسوبات توليد شده تحت چنين شرايطي مربوط شده اند، و با اين ايده که بازيابي دانه با امواج التراسونيک باعث تخلخل کمتر پوشش هاي آبکاري شده مي شود در توافق است[67].
هنگامي که التراسونيک در مرحله آبکاري اجرا شده است، افزايش مقاومت در برابر خوردگي پوششهاي کامپوزيتي آبکاري شده نيز براي پوششهاي کامپوزيتي ديگر گزارش شده است[44, 56, 57, 68] که در آن دوباره يک ارتباط قوي بين بازيابي دانه، محتواي ذرات و رفتار خوردگي مشاهده شده است.
با اين حال، استفاده از امواج التراسونيک در طول رسوب هميشه موجب بهبود مقاومت در برابر خوردگي نخواهد شد. زانلا و همکاران[48] هيچ اثر قابل توجهي از امواج التراسونيک روي مقاومت در برابر خوردگي Al2O3/Ni آبکاري شده گزارش ندادند، چون تابش امواج التراسونيک اعمالي در اين مطالعه براي اجتناب کامل تراکم ذرات به اندازه کافي نبوده است.

برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید

کلیک کنید