بررسی فرآیند توزیع پوشش لاک اکتروفورتیک
بررسی متغیرهای اجزای متشکله فرآیند
1.PH تركيب حمام
در طراحی و توسعه سیستم پوشش دهی الکتریکی حق تقدم با رنگهایی است که در محدوده خنثی 7= PH قابل استفاده باشند. بعبارت دیگر در هنگام بکارگیری رنگ های مذکور هیچگونه اصلاحات و تغییراتی برای خطوط لوله تاسيسات و تجهیزات مورد نیاز نمی باشد و باعث کاهش هزینه مربوط به کنترل و حفاظت سیستم پوشش دهی الکتریکی می گردد بنابراین کمیت و کنترل پارامتر PH از اهمیت بسزایی برخوردار میباشد
PH محلول الکترولیت حمام در فرآیندهای پوشش دهی الکتریکی کاتدی در محدوده 2/5 تا ۶ باشد. در طی فرآیند الکترولیز عوامل انحلال ساز در اطراف آند تجمع یافته و در صورتی که عوامل انحلال ساز اضافی در حمام تجمع يابد، باعث کاهش PH حمام میگردد و در نتیجه اثر منفی بر روی عملکرد سیستم پوشش دهی الکتریکی خواهد داشت. عمل کنترل و تثبیت PH ترجیحاً در سیستمهای پوشش دهی الكتريكي بوسيله الكتروديالیز انجام می پذیرد. به عبارت دیگر وجود محافظهای اطراف آند (در سیستم های کاتدی مکانی برای تجمع عوامل انحلال ساز اضافی محسوب می گردد. این عوامل بوسیله غشاء با عبور دهی انتخابی ،یون از ترکیب حمام جدا می گردند.
غشاء بكار رفته در سیستمهای کاتدی برای آنیونها (عوامل انحلال ساز یونی )قابل عبور اما براى كاتيونها ذرات كلوئيدى پوشش رنگ غیر قابل عبور می باشد. از این رو غلظت عوامل بطور پیوسته از محفظه آند با زمان بطور یکنواخت افزایش می یابد محلول آنولیت بوسیله جریانی از آب بدون املاح و یون بطور پیوسته از محفظه آند خارج می گردد و در نتیجه هدایت الکتریکی حمام در محدوده ۷۵۰ تا u.s.۲۰۰۰ (ميكروزيمنس) ثابت باقی می ماند. این روش نگهداری مقدار ثابت PH حمام را برای جبران شدن با خوراک ورودی مشابه مناسب می سازد. در صورتیکه الكتروليت (حمام) بطور ناگهانی کاهش یابد، افزایش بالقوه PH در هنگام رسوب نمودن رزین غیر ممکن است. در چنین مواقعی لازم است تا اندازهای مخزن را با ترکیب پوشش الکتروفورتيک تازه مجددا پر نمائیم.
در مقادیر PH پایین راندمان کاتدی فرآیند کاهش می یابد و باعث حفره دار شدن پوشش فیلم می گردد. در صورتیکه PH محلول افزایش یابد، محلول چسبان مواد قلیایی یا مواد فلزی حل شده، در کف حمام رسوب می نمایند. مقادیر PH بالاتر سرعت ته نشینی ذرات کلوئیدی را افزایش می دهد و در صورت عدم کنترل و ممانعت از افزایش PH، ذرات کلوئیدی ترکیب پوشش الکتروفورتيک در حمام رسوب می نماید. ترکیب پوشش الکتریکی آندی در PHهای خنثی و یا کمی قلیایی به وسیله قلیاها (عوامل خنثی کننده )به صورت قابل انحلال در آب در می آیند. مقادیر PH که برای سیستمهای آندی به آنها اشاره شده است در محدوده 1/7 تا 5/8 می باشد حتی سیستم هایی با PH 5/9 هم در عمل گزارش شده.اند. PH حمام سیستم آندی با رقیق سازی افزایش می یابد اما با افزایش غلظت رزین مجدداً کاهش می یابد. بطور کلی با شروع پوشش دهی و رسوب نمودن ذرات کلوئیدی و تجمع عوامل انحلال ساز قلیایی در کاتد، PH حمام افزایش می یابد. البته به علت يکنواختی در اثر عمل همزنها حتى PH در اطراف آند هم افزایش می یابد . افزایش PH در حمام باعث کاهش کیفیت و ضخامت پوشش فیلم و کاهش در قدرت ترابری ترکیب پوشش می گردد
افزایش قلیا در حمام و بالا رفتن قدرت انحلال مجدد پوشش فیلم دلیل کاهش ضخامت پوشش فیلم در مقادیر PH بالا می باشد. شکل ۳-۱ در برخی از سیستمهای آندی زمانی که PH به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد حمام ناپایدار میگردد.کاهش PH تواند باعث انحلال پوشش فسفات روی جسم پایه در خلال فرآیند پوشش دهی الکتریکی گردد. هرچه میزان PH حمام بالاتر باشد مقدار افت پوشش فسفاته کاهش می یابد . یکی دیگر از اثرات کاهش PH حمام در سیستم های آندی افزایش پیک جریان می باشد افزایش پیک جریان در حین پوشش دهی مداوم عامل خطرناکی براى منبع جريان الكتریکی بشمار می رود.
بنابراین دست یابی به مقدار PH بهینه و کنترل آن در حمام از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. بطور کلی برای جلوگیری از افزایش PH و خنثی کردن اثرات نامطلوب آن در سیستمهای آندی میتوان از روش های ذیل استفاده نمود
1. کاهش مواد قلیایی( عوامل خنثی کننده )از طریق تبخیر آنها .
2. استفاده از مواد جبرانی با میزان کمتری از عوامل خنثی کننده
3.استفاده از محفظه های کاتدی به نحوی که عوامل انحلال ساز قلیایی در محفظه تجمع یافته و بوسیله جریان سریعی از آب بدون املاح و یون از محفظه کاتد خارج گردند
۲ - ولتاژ و جريان
شکل منحنیهای ولتاژ - زمان بينش مفیدی به عملکرد پوشش دهی الکتریکی رنگها بوجود می آورد. پوشش دهی الکتریکی عموماً در عمل به دو روش انجام می شود.
الف) روش تناوبی (ناپیوسته)
ب ) روش پیوسته
اجسام پایه ای که بوسیله روش تناوبی پوشش می یابند بعد از مورد عمل قرار گرفتن در حمام رنگ ، برای زمان یکسانی با روش پاششی شستشو می شوند. پوشش دهی بصورت تناوبی با توجه به وقفه های موجود در مجموعه انجام می پذیرد در روش پیوسته اجسام پایه آویخته شده از زنجیر سیستم حمل کننده بدون هیچ وقفه ای از میان واحدهای اصلاح سطح پوشش دهی و شستشوی پاششی عبور می.نمایند.
بسته به شکل و اندازه جسم ،پایه توان عملیاتی (تولید) مناسب و فضای قابل دسترس بخشهای مختلف روش تناوبی یا پیوسته انتخاب می گردد. از آنجائیکه مشخصه های مطلوب پوشش فیلم مانند سایه رنگ (تیرگی) جلا سختی و غیره و همچنین قدرت ترابری ضرورتاً به شرایط پوشش دهی بستگی دارد، بنابراین تعیین بهینه برنامه جريان / ولتاژ برای پوشش دهى الكتريكي بسیار مهم میباشد
جریان یا به طور دقیق تر دانسیته جریان بوسیله ولتاژ کاربردی هدایت الکتریکی رنگ، ارتباط هندسی كاتد ومقاومت سطح جسم پایه تعیین می گردد. ایجاد پوشش رنگ اثر مهمی بر جریان دارد چرا که پوشش فیلم تشکیل شده بر جسم پایه بصورت یک عایق الکتریکی عمل می نماید. بعد از ۶۰ ثانیه از فرآیند دانسیته جریان به ۱۰ تا ۲۰ درصد مقدار اولیه کاهش مییابد ولتاژ مورد نیاز برای دست یابی به ضخامت مطلوب فیلم و مواد پوشش دهنده، شکل جسم پایه و زمان در دسترس بستگی دارد. اشیاء با سطوح پیچیده نظیر یخچال ها یا بدنه خودروها نیاز به ولتاژهای بالاتری نسبت به اجسام پایه با شکل ساده دارند. بطور کلی قدرت ترابری مناسب بوسیله رنگ های الکتروفورتیک با بکارگیری ولتاژهای بالاتری بدست می آید. البته در حال حاضر سیستمهای با ولتاژ پایین همانند سیستم های با ولتاژ بالا نیز بکار میروند. در کل استفاده از ولتاژ بالاتر علاوه بر بالا بردن قدرت ترابری زمان پوشش دهی را نیز کاهش میدهد در ذیل به نوع ولتاژها و یا جریانهای اعمالی در فرآیندهای پوشش دهی الکتریکی تناوبی و پیوسته اشاره شده است.
(الف) فرآینده پوشش دهی الکتریکی تناوبی
هنگامی که پوشش دهی الکتریکی بوسیله فرآیندتناوبی انجام میپذیرد امکانات گوناگونی برای کنترل کردن جریان و ولتاژ وجود دارد.
پوشش دهی در جریان ثابت
در این روش جریان مناسب در طول فرآیند دهی ثابت نگه داشته می شود و زمانی که از این روش استفاده می شود ولتاژ بطور ثابت افزایش می یابد شكل (۳-۳)
جريان بکار رفته به جسم پایه و به هدایت الکتریکی حمام رنگ بستگی دارد. دانسيته جريان نوعاً بين ۱ تا m A/cm 6می باشد و رنگهای بکار رفته در فرآیند پوشش دهی الکتریکی دارای هدایت الکتریکی بین ۱۵۰۰ تا 7000uscm می باشند. ضخامت پوشش رنگ بدست آمده را میتوان به روش جریان کنترل شده محاسبه نمود چرا که مقدار رنگ پوشش شده به مقدار الكتريسته عبور كرده از جسم پایه بستگی دارد بسیاری از سازندگان حتی مواد پوشش رنگ را بوسيله عدد كولمب ( كولمب يا كولن واحد مقدار الکتریسیته معادل یک آمپرثانیه) مورد نیاز برای رسیدن به ضخامت um ۲۵ تعیین و مشخص می نمایند.
پوشش دهی در ولتاژ ثابت
بعلت سادگی تجهیزات الکتریکی مورد نیاز برای کارکردن در ولتاژ ثابت این تکنیک هنوز هم بطور گسترده ای مورد استفاده قرار میگیرد در هنگام پوشش دهی در ابتدا جریان با سرعت زیادی افزایش می یابد و بسرعت بعد از رسیدن به حداکثر خود کاهش می یابد و سپس بصورت مماس در بی نهایت به مقدار صفر نزدیک می گردد. (شكل ۳-۴) بطور کلی رابطه بین ولتاژ و جریان عبور کننده از جسم پایه در حین پوشش دهی از قانون اهم تبعیت می نمایند .
(1) U=(Rbatch+Rfilm).I
در رابطه فوق U ولتاژ ثابت اعمال شده Rbatch مقاومت الكتريكي حمام و Rfilm مقاومت الکتریکی پوشش فیلم در هر زمان از فرآیند می باشند. در شروع فرآیند لحظه(0=t ) بعلت عدم وجود پوشش فیلم Ralm صفرمی باشد و در نتیجه جریان بسرعت افزایش می یابد. اما بعد از مدت کوتاهی بدنبال تشكيل لایه نازکی از پوشش عایق بر روی جسم ،پایه مقاومت فیلم افزایش یافته و در نتیجه باعث کاهش جریان میگردد و این عمل با افزایش ضخامت پوشش فیلم ادامه می یابد. شکل (۳-۴) این روش از لحاظ اقتصادی به صرفه نمیباشد بعلت اینکه تمام تجهیزات الکتریکی مجبورند پیک های جریان بالایی را تحمل نمایند و قیمت تجهيزات بطور قابل مقایسه ای بالا خواهد بود. همانطوری که اشاره شد پیک بلندی از جریان بطور ناگهانی به فاصله زمانی بسیار کوتاهی بعد از اتصالات منبع جریان بوجود می آید و بعد از آن جریان بسرعت کاهش می یابد. این فرآیند در خلال روش تناوبی دوره ای گردد. هنگامیکه جسم پایه دیگری در حمام غوطه ور می شود، ممکن است خطرات جدی را برای منبع تغذیه بوجود آورد. بنابراین منابع جریان به نحوی طراحی مــی شوند که بتوانند حداكثر جريان محدود شده ای را در سیستم اعمال نمایند در شکل (۳-۵) تفاوت بین روش با کارگیری و بدون استفاده از محدود کننده جریان نشان اده شده است مطابق با شكل حداكثر جريان بطور قابل جهی با بکارگیری منبع جریان محدود کننده، کاهش یافته است. هزینه های منبع جریان هنگامیکه از محدود کننده ریان استفاده می شود کاهش می یابد.
پوشش دهی در یک برنامه کنترل شده ولتاژ
در این روش جسم پایه بدون جریان در ابتدا در حمام قرار داده میشود و فرآیند پوشش دهی در ولتاژ پایین آغاز می گردد بطوری که پیکهای جریان در این مرحله کوچکتر از پیکهای بدست آمده از ولتاژ نهایی می باشد. طبق شکل ۳-۶- بعد از مدتی ولتاژ بالاترى بكار مي رود و سیستم به ولتاژ بالاتر ارتباط می یابد پیک جریان در ولتاژ پایین تر کاهش می یابد و درصورتی که بعد از زمان کوتاهی از شروع پوشش دهی ولتاژ افزایش یابد، مقدار بیشتری از رنگ نسبت به حالتی که از همان ابتدا ولتاژ بالاتری بکار میرود برسطح جسم پایه می نشیند.
بعلت اینکه برای توان تولید معینی ضخامت فیلم به ولتاژ کاربردی بستگی دارد کنترل ولتاژ از اهمیت بالایی برخوردار است. قدرت ترابری با ولتاژ تغییر می یابد و این موضوع میتواند ضخامت فیلم را تحت تاثیر قرار دهد. تکنیک پوشش دهی بوسیله ولتاژ دقیقاً کنترل شده بعد از غوطه وری کامل جسم پایه در حمام، روش بسیار مناسبی میباشد اما کاربرد آن مستلزم صرف هزینه های بسیار بالایی بعلت بکارگیری تجهیزات کنترل ولتاژ قابل برنامه ریزی می باشد.
