بررسی فرآیند توزیع پوشش لاک الکتروفورتیک

۵ . پارامتر زمان

زمان یکی از عوامل بسیار مهم برای تعیین ضخامت نهایی پوشش فیلم می باشد در رزینهای پلیمری ضخامت پوشش فیلم در یک ولتاژ معین بعد از گذشت زمان مشخصی به یک مقدار حداکثر می رسد و بعد از آن تحت ولتاژ معین ضخامت افزایش نمی یابد. پوشش بدست آمده در این مرحله از لحاظ استحکام و چگالی بالا بوده و دارای کمترین مقدار تخلخل می باشد . زمان پوشش دهی برحسب میزان دانسیته جریان برای دستیابی به ضخامت پوشش فیلم و قدرت ترابری ترکیب پوشش تغییر می یابد.

 در شکل( ۳-۱۱) تاثیر ولتاژ بكار رفته و زمان غوطه وری بر ضخامت پوشش فیلم نشان داده شده است. مطابق با شکل، ماکزیمم پوشش فیلم در ولتاژهای گوناگون بعد از ۱۲۰ تا ۱۵۰ ثانیه بدست می آید. البته مقدار حداکثر زمان برای سیستم های گوناگون متفاوت می باشد. [۳ و ۲] معمولاً زمان پوشش دهی الکتریکی در حمام از یک تا سه باشد. برای برخی از اجسام پایه خاص مانند سیم ها نوارهای استیل و غیره زمانهای پوشش دهی پائینی در حد ۶ ثانیه نیز گزارش شده است. [۵]

شکل (3-11) : نحوه تغییرات ضخامت پوشش فیلم در ولتاژهای کاربردی متفاوت برحسب زمان غوطه وری  جسم در پایه

6. سرعت تشکیل پوشش

هنگامی که شرایط لايه مرزى اطراف الكترود (جسم پایه) برای تشکیل فیلم مناسب باشد فیلم ته نشین شونده بر روی جسم پایه بر طبق قانون فارادی رشد یافته و ضخامت آن افزایش می یابد سرعت تشکیل پوشش فیلم از رابطه ذیل بدست می آید:

D&/ dt = C.i

(1)

بر طبق رابطه فوق سرعت تشکیل پوشش به راندمان کولمب (C) برحسب سانتيمتر مكعب / كولمب و به دانسیته جریان عبوری (i) از پوشش فیلم بستگی دارد در رابطه فوق 6 ضخامت پوشش فیلم تشکیل شده میباشد که خود تابعی از زمان غوطه است و مقدار d/dt نرخ (سرعت تشکیل پوشش فیلم می باشد

 بنابراین نحوه تغيير دانسیته جریان در حین پوشش دهی یکی از عوامل بسیار مهم در تعیین سرعت تشکیل پوشش فیلم است. رابطه عمومی بین دانسیته جریان و قدرت میدان فیلم پوشش شده توسط رابط ذیل ارائه شده است

i= A sinh (B.v/8)

در این رابطه A و B مشخصه های پوشش فیلم i دانسیته جریان و نسبت ولتاژ به ضخامت فیلم 7/V قدرت میدان می باشد. در قدرتهای میدان پایین تر سینوس هیپربولیک با آرگمانت برابر شده و در نتیجه

i= AB. v/8= df. v/8

(2)

بر طبق رابطه ،فوق دانسیته جریان با قدرت میدان و حاصلضرب AB هدايت الكتريكي فيلم، متناسب می باشد. در قدرتهای میدان بالا مشخصه هدایت فیلم و یا دانسیته جریان فیلم با قدرت میدان رابطه نمایی دارد.

i=A/۲ exp(B. v/6)

(3)

بر طبق رابطه ،فوق دانسیته جریان با قدرت میدان و حاصلضرب AB هدايت الكتريكي فيلم، متناسب می باشد. در قدرتهای میدان بالا مشخصه هدایت فیلم و یا دانسیته جریان فیلم با قدرت میدان رابطه نمایی دارد.

i=A/۲ exp(B. v/6)

(4)

در قدرتهای میدان متوسط دادههای مربوط به هدایت فیلم با شكل تابع سينوس هیپریولیک رابطه (۲) تطابق بیشتری دارد. مطابق با روابط فوق ۱ تا ۴ در ابتدای پوشش دهی بعلت ضخامت بسیار ناچیز، فیلم 6 کوچک و بالا بودن دانسیته جریان پوشش فیلم، سرعت تشکیل پوشش فیلم بالا می باشد. اما با گذشت زمان پوشش دهی و افزایش ضخامت پوشش عایق فیلم دانسیته جریان و بدنبال آن سرعت تشکیل پوشش فیلم کاهش می یابد البته روند تغییرات سرعت تشکیل پوشش فیلم به نوع تابعیت i بستگی دارد. در شکل (۳-۱۲) رابطه بین ضخامت کاهش یافته پوشش فیلم ŋو زمان کاهش یافته ϴ نشان داده شده است همان طوریکه از شکل مشخص است سرعت تشکیل فیلم شیب منحنی با گذشت زمان پوشش دهی کاهش می یابد.[۴]

7. نفوذ و تحرک یونی

در هنگام فرآیند پوشش دهی الکتریکی همان طوريكه قبلاً اشاره شد یونهای هیدروکسیل در کاتد و یونهای هیدروژن در آند تولید شده و به میدان الکتریکی اطراف الکترود (جسم  پایه) نفوذ و مهاجرت می نمایند و در آنجا با ذرات کلوئیدی بطریق شیمیایی واکنش می نمایند. بطور همزمان ذرات کلوئیدی و رنگدانه حمام بطرف جسم پايه (الكترود مهاجرت و نفوذ کرده و با یونهای H+ (روش آندی یا OH_( روش کاتدی )واکنش نموده و بدنبال آن برای تشکیل پوششی بر روی جسم پـایـه رسـوب مینمایند در ارتباط با ذرات کلوئیدی و رنگدانه، شار نفوذ به مراتب از شار مهاجرت ذرات مذکور کوچکتر می باشد.

بنابراین عواملی که باعث کند شدن و یا متوقف شدن نفوذ و مهاجرت یونها و ذرات کلوئیدی می باشد میتوانند مانع از تشكیل پوشش فیلم شوند بعنوان مثال برای رسوب نمودن ذرات کلوئیدی میبایست غلظت_ OH در میدان الكتريكي اطراف الكترود (كاتد )به یک مقدار بحرانی برسد و به همین منظور باید یون های OH_ تولید شده در کاتد بتوانند به طرف میدان الکتریکی اطراف الكترود نفوذ نمایند همچنین نفوذ و مهاجرت ذرات کلوئیدی در حمام نیز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و در صورتی که برخی از عوامل مانند ويسكوزيته بالای حمام و دمای پایین حمام باعث کاهش تحرک ذرات کلوئیدی شوند، مهاجرت و نفوذ ذرات کلوئیدی و رنگدانه به طرز چشمگیری کاهش می یابد و می تواند حتی مانع از تشکیل پوشش فیلم گردد. [۴ و ۳]

8. همزدن

يكنواختى غلظت و دما در حمام تاثیر مهمی در راندمان پوشش دهی دارد بکارگیری پمپ های سیرکولاسیون از جمله وسایل و تجهیزات مهم برای یکنواختی غلظت و دما در حمام پوشش دهی الکتریکی محسوب میگردند. همچنین حضور سيركولاسيون و اختلاط دائم در حمام مانع از رسوب نمودن ذرات جامد میشود برای انجام تبادل حرارتی و یکنواختی دمای حمام عملکرد پمپ های سیرکولاسیون و سایر تجهیزات اختلاط کننده باید به نحوی باشد که جریان مواد برای تبادل حرارتی مناسب از اطراف هیترهای الکتریکی عبور نماید. [۸ و ۷ و ۶]