حفاظت از خوردگی بخش نخست

برای دانلود فرمت pdf این مقاله روی قسمت بارگیری پیوست ها کلیک کنید.

http://iranplating.ir/CMS/templates/jaedenite-joomlart.ir/images/dot.gif); background-origin: padding-box; background-position-x: center; background-position-y: center; background-repeat: repeat-x; background-size: auto; clear: both; color: rgb(81, 87, 86); display: block; font-family: tahoma,Arial,sans-serif; font-size: 12px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: 400; height: 30px; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: right; text-decoration: none; text-indent: 0px; text-transform: none; -webkit-text-stroke-width: 0px; white-space: normal; word-spacing: 0px;"> 

فرایندهای آبکاری انتخابی - آبکاری موضعی، اندایزینگ و الکتروپولیش کردن

از نگاه متال فینیشینگ
plating processes, procedures & solutions

CHROMATE CONVERSION COATINGS

BY FRED W. EPPENSTEINER (RETIRED) AND MELVIN R. JENKINS

MACDERMID INC., NEW HUDSON, MICH.; WWW.MACDERMID.COM

Chromate conversion coatings are produced on various metals by chemical or electrochemical treatment with mixtures of hexavalent chromium and certain other compounds. These treatments convert the metal surface to a superficial layer

containing a complex mixture of chromium compounds. The coatings are usually applied by immersion, although spraying, brushing, swabbing, or electrolytic methods are also used. A number of metals and their alloys can be treated; notably,

aluminum, cadmium, copper, magnesium, silver, and zinc.

The appearance of the chromate film can vary, depending on the formulation of the bath, the basis metal used, and the process parameters. The films can be modified from thin, clear-bright and blue-bright, to the thicker, yellow

iridescent, to the heaviest brown, olive drab, and black films. A discussion of specific formulations is not included in this article because of the wide variety of solutions used to produce the numerous types of finishes. It is intended to

present sufficient general information to permit proper selection and operation of chromating baths. Proprietary products, which are designed for specific applications, are available from suppliers.

فرایند پوشش دهی، روش ها و محلول ها

پوشش تبدیلی کروماته

پوشش تبدیلی کرومات در فلزات مختلف توسط مواد شیمیایی یا عمل الکتروشیمیایی با میکسی از کروم 3 و مواد معین دیگراست. این کارسطح فلزات را به لایه مخصوص تبدیل میکند و شامل یک مخلوط پیچیده از ترکیبات کروم است. پوشش ها معمولا به طریق غوطه وری اعمال میشود، اگرچه پاشیدن(اسپری)، قلم مو زدن، سمباده زدن swabbing))، یا روش های الکترولیتی نیز استفاده میشود. تعدادی از فلزات و آلیاژهای آنها میتواند این فرایند را داشته باشند. بویژه آلومینیوم، کادمیوم، مس، منیزیم، نقره، و روی.

ظاهر پوشش کرومات ، بسته به فرمول محلول، فلز پایه استفاده شده، و پارامترهای فرایند می تواند متفاوت باشد. پوشش می توان از نازک ، روشن روشن و آبی روشن، تا ضخیم تر، زردرنگین کمانی، به سنگین ترین قهوه ای، زیتونی تیره، و پوشش های سیاه اصلاح شود. بحث در موردفرمولاسیون خاص در این مقاله نیست به دلیل اینکه طیف گسترده ای از محلول ها برای تولید انواع متعددی از پوشش ها مورد استفاده قرار میگیرد. درنظر گرفته شده است اطلاعات کلی انتخاب مناسب و مجاز از محلول کروماته بیان شود.

PROPERTIES AND USES

Physical Characteristics

Most chromate films are soft and gelatinous when freshly formed. Once dried, they slowly harden or “set” with age and become hydrophobic, less soluble, and more abrasion resistant. Although heating below 150OF (66OC) is of benefit in hastening this aging process, prolonged heating above 150OF may produce excessive dehydration of the film, with consequent reduction of its protective value. Coating thickness rarely exceeds 0.00005 in., and often is on the order of several microinches. The

amount of metal removed in forming the chromate film will vary with different processes.

Variegated colors normally are obtained on chromating, and are due mainly to interference colors of the thinner films and to the presence of chromium compounds in the film. Because the widest range of treatments available is for zinc, coatings for this metal afford an excellent example of how color varies with film thickness. In the case of electroplated zinc, clear-bright and blue-bright coatings are the thinnest. The blue-brights may show interference hues ranging from red,

purple, blue, and green, to a trace of yellow, especially when viewed against a white background. Next, in order of increasing thickness, come the iridescent yellows, browns, bronzes, olive drabs, and blacks.

Physical variations in the metal surface, such as those produced by polishing, machining, etching, etc., also affect the apparent color of the coated surface. The color of the thinner coatings on zinc can also be affected indirectly by chemical polishing, making the finish appear whiter.

خواص و استفاده

پوشش کرومات تازه تشکیل شده نرم و ژلاتینی است. هنگامیکه خشک میشوند، آنهابه آرامی سخت و یا" مجموعه" آبگریز میشود، محلول کمتر ، و مقاومت بیشتر در برابر سایش. اگر چه حرارت زیر 150فارنهایت (66 درجه سیلسیوس) به نفع سرعت این روند است، گرمایش طولانی بالاتر از 150فارنهایتممکن است موجب کم شدن آب بیش از حد قبل از تولید این پوشش، و متعاقبا کاهش ارزش محافظ آن شود. ضخامت پوششبه ندرت بیش از0.00005 اینچ، و اغلب در حد چند میکرواینچ است. مقدار فلزحذف شده در تشکیل پوشش کرومات در فرایندهای مختلف متفاوت خواهد بود.

رنگ های متنوع به دست آمده است در کروماته، به طورعمده حاصل تداخلرنگ از پوشش های نازک تر مربوط به حضورترکیبات کروم در پوشش است.از آنجا که طیف وسیعی از رفتار برای روی در دسترس است، پوشش این فلز یک نمونه عالی از چگونگی رنگ با ضخامت پوشش متفاوت موجب شده است. در مورد آبکاری روی ، پوشش روشن روشن و آبی روشن باریکترین هستند.آبی روشن ممکن است تداخل رنگ اعم از قرمز نشان می دهد، بنفش، آبی، و سبز، اثری از زرد، به ویژه هنگامی که در برابر یک پس زمینه سفید مشاهده شده است.بعد، براساس افزایش ضخامت ،زرد رنگین کمانی،قهوه ای، زیتونی تیره، و سیاه آمده است.تغییرات فیزیکی در سطح فلز، مانند آنهایی که توسط پرداخت(پولیش)،ماشینکاری، قلم زنی، و غیره، تولید شده اند رنگ ظاهری از سطح پوشش داده شده را تحت تاثیر قرار میدهد. رنگ پوشش نازک تر در روی همچنین می توانید به طور غیر مستقیم توسط پرداخت شیمیایی(پولیش شیمیایی)تحت تاثیر قرار گیرد و در پایان سفیدتر به نظر می رسد.

Corrosion Prevention

Chromate conversion coatings can provide exceptionally good corrosion resistance, depending upon the basis metal, the treatment used, and the film thickness.

Protection is due both to the corrosion-inhibiting effect of hexavalentchromium contained in the film and to the physical arrier presented by the film itself. Even scratched or abraded films retain a greatdeal of their protective value because the hexavalent chromium content is slowly leachable in contact with moisture, providing a self-healing effect.

The degree of protection normally is proportional to film thickness; therefore, thin, clear coatings provide the least corrosion protection, the light iridescent coatings form an intermediate group, and the heavy olive drab to brown coatings result in maximum corrosion protection. The coatings are particularly useful in protecting metal against oxidation that is due to highly humid storage conditions, exposure to marine atmospheres, handling or fingerprint marking, and other conditions that normally cause corrosion of metal.

جلوگیری از خوردگی

پوشش تبدیلی کرومات فوق العاده خوب می توانید از مقاومت در برابر خوردگی جلوگیری کند، البته وابسته به فلز پایه مورد استفاده،و ضخامت پوشش است.محافظت به علت هر دو اثر خوردگی - مهار از کروم شش ظرفیتی توسط خود پوشش است.حتی خراش و یا پوشش های ساییده شده، عالی محافظ خودش استزیرا محتوای کروم شش ظرفیتی به آرامی با رطوبت در تماس است ،ارائه اثر خود شفادهی((self-healing.درجه حفاظت به طور معمول متناسب با ضخامت پوشش است.از این رو، پوشش نازک روشن، حداقل حفاظت در برابر خوردگی ارائه میکند،پوشش رنگین کمانی یک گروه واسطه تشکیل می دهند،و پوشش سنگین زیتونی تیره مایل به قهوه ای حداکثر حفاظت در برابر خوردگی دارد.پوشش ها بخصوص در حفاظت از فلز در برابر اکسیداسیونمفید هستند با توجه به شرایط نگهداری بسیار مرطوب،قرار گرفتن در معرض اتمسفر دریایی، دست زدن و یا اثر انگشت ، و دیگر شرایطی که به طور معمول باعث خوردگی فلزمیشود.

Bonding of Organic Finishes

The bonding of paint, lacquer, and organic finishes to chromate conversion coatings is excellent. In addition to promoting good initial adhesion, their protective nature prevents subsequent loss of adhesion that is due to underfilm corrosion.

This protection continues even thought he finish has been scratched through to the bare metal. It is necessary that the organic finishes used have good adhesive properties, because bonding must take place on a smooth, chemically clean surface; this is not necessary with phosphate-type conversion coatings, which supply mechanical adhesion that is due to the crystal structure of the coating.

پیوند پس از اتمام آلی (Bonding of Organic Finishes)

پیوند رنگ،لاک، پس از اتمام آلی به پوشش تبدیلی کرومات بسیار عالی است.علاوه بر ترویج چسبندگی اولیه خوب،طبیعت محافظ خود ازچسبندگی محافظت میکند با توجه به خوردگی زیر لایه. محافظت ادامه دارد حتی اگر پایان کاری (آبکاری) خراش پیدا کند و یا فلز لخت شود. خواص چسب خوب لازم است که پس از اتمام کاری آلی استفاده شود، به دلیل اتصال باید بر روی یک سطح صاف یا سطح شیمیایی پاک قرار بگیرد ؛ با پوشش تبدیلی نوع فسفات لازم نیست که چسبندگی مکانیکی با توجه بهساختار بلوری پوشش فراهم کند.

Chemical Polishing

Certain chromate treatments are designed to remove enough basis metal during the film-forming process to produce a chemical polishing, or brightening, action. Generally used for decorative work, most of these treatments produce very thin,

almost colorless films. Being thin, the coatings have little optical covering power to hide irregularities. In fact, they may accentuate large surface imperfections. In some instances, a leaching or “bleaching” step subsequent to chromating is used to remove traces of color from the film.

If chemical-polishing chromates are to be used on electroplated articles, consideration must be given to the thickness of the metal deposit. Sufficient thickness is necessary to allow for metal removal during the polishing operation.

پرداخت شیمیایی

رفتار معین کرومات برای برداشتن به اندازه کافی فلز پایه در طول فرایند تشکیل دهنده پوشش برای پرداخت شیمیایی، یا درخشندگی تولید طراحی شده است. به طور کلی برای کار های تزئینی استفاده می شود،بسیاری از این فرایندها پوشش خیلی نازک تولید میکند ،پوشش تقریبا بی رنگ.لاغر بودن پوشش ، قدرت پوشش نوری کمی برای پنهان کردن بی نظمی دارد.در واقع، آنها ممکن است عیوب سطح بزرگ بیانجامد.در برخی موارد،شسته شدن و یا "سفید کردن" گام بعدی برای حذف آثار رنگینه از رنگ پوشش است.

اگر پولیش شیمیایی کرومات ها باشند، درمقالات آبکاری استفاده می شود،ضخامت رسوب فلزی باید در نظر گرفته شود. ضخامت کافی برای حذف فلز در طول عملیات پرداخت ضروری است.

Absorbency and Dyeing

When initially formed, many films are capable of absorbing dyes, thus providing a convenient and economical method of color coding. These colors supplement those that can be produced during the chromating operation, and a great variety

of dyes is available for this purpose. Dyeing operations must be conducted on freshly formed coatings. Once the coating is dried, it becomes nonabsorbent and hydrophobic and cannot be dyed. The color obtained with dyes is related to

the character and type of chromate film. Pastels are produced with the thinner coatings, and the darker colors are produced with the heavier chromates. Some decorative use of dyed finishes has been possible when finished with a clear lacquer topcoat, though caution is required because the dyes may not be lightfast.

In a few cases, film colors can be modified by incorporation of other ions or dyes added to the treatment solution.

جذب و رنگرزی

هنگامی که در ابتدا تشکیل،بسیاری از پوشش ها قادر به جذب رنگ هستند ،بنابراین ارائه یک روش مناسب و مقرون به صرفه برای برنامه نویسی رنگ است.این رنگ مکمل آن است که می تواند در طول عملیات رنگی تولید شده،و انواع زیادی از رنگ برای این منظور در دسترس است.عملیات رنگرزی باید روی پوشش تازه تشکیل شده هدایت شود.هنگامی که پوشش خشک است،آن غیر جاذب و آبگریز می شود و نمی تواند رنگی شود.رنگ بدست آمده مربوط با رنگ نوع پوشش کرومات است.مواد رنگی با پوشش های نازک تر تولید شده، و رنگ های تیره تر با کروماتهای سنگین تر تولید شده است.برخی از استفاده های تزئینی از اتمام رنگ کاری ممکن است با یک روکش لاک روشن به پایان رسید،هر چند احتیاط لازم است به این دلیل که رنگ ممکن است مقاوم در برابر نورنباشد.در چند مورد،رنگ پوشش را می توان با اختلاط یون های دیگر و یا رنگ های اضافه شده به محلول تغییر داد.

Hardness

Although most coatings are soft and easily damaged while wet, they become reasonably hard and will withstand considerable handling, stamping, and cold forming.

They will not, however, withstand continued scratching or harsh abrasion. A few systems have been developed that possess some degree of “wet-hardness,” andthese will withstand moderate handling before drying.

سختی

اگر چه بیشتر پوشش ها نرم هستند براحتی در حالی که خیس هستند، آسیب پذیرند، آنها به طور منطقی مقاومت قابل توجهی در برابر، دست زدن و مهر زنی دارند، سخت تبدیل میشوند و سرد شکل میگیرند. به هرحال، آنها مقاومت در برابر خراش یا سایش سخت نمی خواهند،. هر چند سیستم ساخته شده دارای درجه متفاوتی از سختی در مقابل رطوبت دارد و دست زدن آرامی را قبل از خشک کردن را تحمل خواهد کرد.

Heat Resistance

Prolonged heating of chromate films at temperatures substantially above 150OF (66OC) can decrease their protective value dramatically. There are two effects of heating that are believed to be responsible for this phenomenon. One is the insolubilization of the hexavalent chromium, which renders it ineffective as a corrosion inhibitor. The second involves shrinking and cracking of the film, which destroys its physical integrity and its value as a protective barrier.

Many factors, such as the type of basis metal, the coating thickness, heating time, temperature, and relative humidity of the heated atmosphere, influence the degree of coating damage. Thus, predictions are difficult to make, and thorough performance testing is recommended if heating of the coating is unavoidable.

The heat resistance of many chromates can be improved by certain posttreatments or “sealers.” Baking at paint-curing temperatures after an organic finish has been applied is a normal practice and does not appear to affect the properties of the treatment film.

مقاومت در برابر حرارت

گرمایش طولانی مدت پوشش کرومات در دمای قابل ملاحظه بالای 150 فارنهایت (66 درجه سانتیگراد) می توانید ارزش محافظ خود را به طور چشمگیری کاهش دهد.دو اثر حرارت که تصور می شود مسئول این پدیده هستند.یکی حل شدن کروم شش ظرفیتی است،که آن به عنوان یک بازدارنده خوردگی بی اثر است.دوم موجب کاهش و ترک خوردگی پوشش میشود،که سلامت جسمی و ارزش خود را به عنوان یک سد محافظ بین می برد.

عوامل بسیاری، از جمله نوع فلز پایه،ضخامت پوشش، زمان حرارت، درجه حرارت،و رطوبت نسبی جو،میزان آسیب پوشش را تحت تاثیر قرارمیدهد.بنابراین، پیش بینی مشکل است،و تست عملکرد بطورکامل توصیه می شود اگر گرمایش پوشش غیر قابل اجتناب است.مقاومت در برابر حرارت در بسیاری از کروماتها را می توان با فرایندیخاص بهبود داد، و یا "پر کردن."پخت در دمای رنگ -پخت پس از پایان آلی استفاده شده یک عمل طبیعی استو به نظر نمی رسد تحت تاثیر خواص رفتار پوشش است.

برای خواندن ادامه مطلب روی لینک زیر کلیک کنید:

http://yon.ir/FMExC

کروم سه‌ظرفیتی به منظور افزایش محافظت به خوردگی برروی سطوح آلومینیومیTRIVALENT CHROMIUM FOR ENHANCED CORROSION PROTECTION ON ALUMINUM SURFACES
کروم سه‌ظرفیتی به منظور افزایش محافظت به خوردگی برروی سطوح آلومینیومی (از نگاه متال فینیشینگ)

پوشش‌های تبدیلی کروماته معمولا بر روی سطوح پایه آلومینیومی به منظور افزایش خصوصیات چسبندگی و مقاومت به خوردگی اعمال می‌گردند. فرایند رایج پوشش تبدیلی کروماته از ترکیبات سمی و بسیار اکسیدشونده کروم شش‌ظرفیتی (Cr+6) و فرِی‌سیانیدها استفاده می‌کند. صنعت آبکاری فلزات، در حال توسعه‌ی پوشش‌های جایگزین با سمیت کمتر به منظور تطابق با قوانین زیست‌محیطی و محدودیت مصرف مواد، مانند دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک اتحادیه اروپا (RoHS) است.

که جایگزین امیدوارکننده، پوشش تبدیلی سه‌ظرفیتی برپایه کروم سازگار با محیط‌زیست است. این مقاله یک فرایند جدید کروم سه‌ظرفیتی برای تبدیل کروماته برروی آلومینیوم با مقاومت به ‌خوردگی بالا، چسبندگی خوب رنگ، قیمت پایین، پردازش سریع و ساده را معرفی می‌کند که مقررات سخت‌گیرانه نظامی را رعایت می‌کند. این محصول توسط QPL (لیست محصولات واجد شرایط) در برنامه استانداردسازی نیروی دریایی ایالات متحده تحت عنوان Spec MIL-DTL-81706-B تأیید شده است.

برای خواندن ادامه مطلب بر روی لینک زیر کلیک کنید:

http://yon.ir/SeHO5

نمایشگاه بین المللی پوشش چین

زمان برگزاری: ۱۳ الی ۱۵ آذر ۱۳۹۷

مکان:  چین / شانگهای

www.chinacoat.net

فرآخوان دوره های آموزشی رنگ، پوشش، آبکاری و مهندسی سطح 

زمان برگزاری دوره ها: : آذر 1397
مکان برگزاری دوره ها: مرکز آموزش مهارتهای پیشرفته ، جهاد دانشگاهی صنعتی شریف

شماره های تماس جهت کسب اطلاعات بیشتر: 22321817 و 22748812

و کانال تلگرام @irancoat

"نسخه word در قسمت بارگیری پیوست ها برای علاقمندان به ثبت نام در دوره ها"

پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف در تحقیقاتی آزمایشگاهی موفق به ساخت نانوپوشش‌های هوشمندی شده‌اند که می‌توانند در صنایع رنگ و پوشش به‌کار روند. این نانوپوشش‌ها خود ترمیم شونده هستند و بدون نیاز به مداخله‌ی انسان یا هرگونه عامل خارجی، قابلیت ترمیم سطوح فلزی خورده شده را دارند.

حفاظت از سطوح فلزی توسط پوشش‌های ضدخوردگی، به‌منظور پیشگیری از خوردگی، نیازمند کنترل و بازرسی دائمی این پوشش‌هاست که بسیار وقت‌گیر، پر هزینه و تقریباً امکان‌ناپذیر است. این مشکل سبب شده تا کنترل هوشمند فرآیندها و واکنش‌های خوردگی و ترمیم آن‌ها بدون مداخله‌ی هرگونه عامل خارجی، توسط پوشش‌های خود ترمیم شونده، به یک موضوع داغ بدل شود.
دکتر احمد رمضانی سعادت آبادی، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف، در معرفی طرح انجام شده عنوان کرد: «در این پژوهش، با استفاده از روش الگوهای سیلیکایی، نانو کره‌های توخالی کربنی به‌عنوان نانو حامل‌هایی سنتز شده‌اند که قادر به ذخیره‌‌سازی عوامل ترمیم کننده‌ی فعال و ضدخوردگی هستند. در بخش بعدی مطالعات نیز ساخت پوشش‌های پلیمری حاوی این نانو حامل‌ها با موفقیت انجام شد. همچنین نتایج کلی نشان دهنده‌ی رفتار خود ترمیم شوندگی و حفاظت فعال این پوشش‌ها در محیط‌های خورنده بوده‌است.»

به گفته‌ این محقق، استفاده از این نانوکره‌ها سبب افزایش راندمان رهاسازی عوامل ضد خوردگی می‌گردد. از طرفی با توجه به استحکام مکانیکی بالای پوسته‌های کربنی استفاده شده در این نانوکره‌ها، افزودن آن‌ها به مواد پلیمری سبب افزایش چشم‌گیر استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت‌های نهایی می‌شود که این ویژگی می‌تواند سبب کاهش هزینه‌ی محصول نهایی شود؛ به دلیل آن که نیاز به تقویت کننده‌های میکرو و نانوی دیگری نخواهد بود.

وی در خصوص کاربرد نانوپوشش ساخته شده عنوان کرد: «این پوشش‌ها به طور مستقیم در صنایع رنگ و پوشش‌های هوشمند کاربرد دارند. البته نتایج این تحقیق به‌طور غیر مستقیم در صنایع دریایی به منظور ساخت رنگ‌های دریایی هوشمند و ضد خوردگی، ساخت تجهیزات رهاسازی کنترل شده‌ی دارو و همچنین حذف ترکیبات سمی از پساب‌های صنعتی نیز قابل استفاده خواهند بود.»

رمضانی در ادامه به بیان تفاوت اصلی نانوحامل ساخته شده در این طرح با دیگر تحقیقات پرداخت و گفت: «تاکنون نانوحامل‌های مورد استفاده برای ذخیره‌ی عوامل ترمیم کننده و ضد خوردگی، بیشتر از پوسته‌های پلیمری با خواص مکانیکی پایین و اندازه‌های ماکرو ساخته شده‌اند. در اکثر این نانوحامل‌ها، جنس پوسته‌ در خلال فرآیند‌های ساخت پوشش تخریب و پاره می‌شوند و سبب آزاد شدن این عوامل پیش از تکمیل ساخت پوشش‌ها می‌شوند. پوسته‌ی نانو کره‌های توخالی کربنی ساخته شده در این پژوهش، از جنس گرافن با استحکام مکانیکی بالا هستند. همچنین خلل و فرج‌های پوسته و اندازه‌ی آن‌ها به راحتی قابل کنترل بوده و درصد‌های بالایی از عوامل ترمیم کننده و ضد خوردگی را می‌توانند درون خود ذخیره کنند. با توزیع این نانوکره‌ها درون پوشش‌های پلیمری، چنانچه خراش یا نقصی در پوشش به وجود بیاید، این پوسته‌ها شکسته شده و با رهاسازی عوامل ضد خوردگی بارگذاری شده درون خراش، مانع از خوردگی زیرآیندهای فلزی می‌گردند.»

این محقق درباره‌ امکان توسعه‌ی طرح در مقیاس صنعتی نیز ابراز داشت: «تاکنون تمامی مراحل پروژه از قبیل ساخت نانوکره‌های کربنی، بارگذاری عوامل ترمیم کننده و ساخت پوشش‌های هوشمند در مقیاس آزمایشگاهی پیاده‌سازی و آزمایش شده‌اند. اما با توجه به استفاده از تجهیزات و مواد موجود در کشور، این پروژه می‌تواند در مقیاس‌های صنعتی نیز عملیاتی شود که به منظور دستیابی به تولید صنعتی، لازم است مرحله‌ی ساخت نانوکره‌های کربنی با روش‌های سریع‌تر و در دسترس‌تری جایگزین شود.»
گفتنی است، در این طرح جهت مشخصه‌یابی نانوکره‌های توخالی کربنی ساخته شده، از آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدانی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، جذب و واجذب نیتروژن، طیف‌سنجی رامان، پراش اشعه‌ی ایکس و طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه استفاده شد. بررسی عملکرد حفاظت فعال این نانوکره‌های بارگذاری شده با عامل ضد خوردگی با استفاده از آزمون‌های پلاریزاسیون الکتروشیمیایی، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و کانفوکال به صورت درجا ارزیابی شدند.

این تحقیقات ماحصل پروژه دکتری سید آرش حدادی- دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی شیمی و نفت دانشگاه صنعتی شریف- که تحت سرپرستی دکتر احمد رمضانی سعادت آبادی- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف- و با همکاری دکتر محمد مهدویان احدی- عضو هیأت علمی مؤسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش- و مشاوره‌ محققانی از دانشگاه صنعتی دلفت کشور هلند انجام شده‌است.

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