X
تبلیغات
Engineering - آندایزنگ سخت

آلومینیوم ذاتا فلز نسبتا فعالی بوده و به آسانی در هوا اکسید  می شود و یک لایه شفاف اکسید آلومینیوم را تشکیل می دهد . بنا بر این مقاومت زیاد آن در مقابل خوردگی ناشی از مقاومت ذاتی به خوردگی نیست بلکه بیشتر در اثر لایه اکسید آلومینیوم تشکیل شده بر روی سطح آن است .

میل ترکیبی شدید آلومینیوم و آلیاز های آن با اکسیزن باعث می گردد که در شرایط طبیعی ،لایه بسیار نازکی از اکسید (AL2O3 )بر سطح قطعات آلومینیومی تشکیل شود و به مثابه سپری محکم و فساد ناپذیر ،مابقی فلز را در مقابل عوامل خورنده جوی محافظت نماید.

در مصارف صنعتی و تزیینی ،با استفاده از روشهای شیمیایی و الکترو لیتی ،لایه اکسیدی فوق را با کیفیت های متفاوت بر سطح فلز ایجاد می نمایند که اصلاحا به روش اجرای آن آندایزینگ اطلاق می گردد.

شیوه ای از آندایزینگ ، آندایزینگ سخت است که در آن پرسش ایجاد شده روی سطح آلومینیوم با تغییر محلول ، دانسیته جریان و زمان دارای سختی قابل توجهی شده ودر صنایعی که به مقاومت درمقابل سایش و خوردگی دارند کاربرد زیادی دارد .

از اثرات آندایزینگ می توان به افزایش مقاومت در مقابل خوردگی ،ایجاد نمای ظاهری مناسب در جهت دکوراسیون و تزیینات ، عایق الکتریکی ،افزایش مقاومت سایش وغیره اشاره کرد.

مکانیزم کلی آندایزینگ به این صورت است که جریان مستقیم برق از مایع الکترو لیت مناسبی می گذرد که در آن آلومینیوم (آند) برده و فلز مناسب دیگری (کاتد) می باشد ،بدین صورت بر سطح آلومینیوم لایه نازکی از اکسید ایجاد می گردد که به این فرایند آندایزینگ می گو یند.

 آلومينيم و آلياژهاي آن:

خواص و ويژگي هاي آلومينيومي كه عمدتاً مصلرف و كاربرد آن به عنوان يك ماده ي مهندسي تلقي و مورد استفاده قرار مي گيرد تراكم و فشردگي بسيار پايين آن به طور معقولي به قدرت و دوام كششي و چكش خواري بسيار بالاي آن دارد .

اين در حالي است كه تنها به عنوان يكي از اشكال آلياژي شده ي آن به كار گرفته شود . اين در حالي است كه بايد اشاره داشت تراكم مربوط به آن تنها يك سوم فولاد و آلياژهاي مربوط به آن است كه به طور گسترده اي در مهندسي ساختاري ، مهندسي آموزشي ، صنايع اتومبيل سازي و مهندسي يا صنايع هوا / فضا مورد استفاده قرار مي گيرد .

تلفيق آلياژي و عمليات حرارتي به طور توام مي تواند آلياژهايي را توليد و به وجود آورد كه از نظر وزن منطبق با مواد اوليه و يا داراي درجات متنوع در اوزان مختلف در يك كلاس همانند بسياري از فولادها به كار گرفته شده و از نظر خواص نيز تحت الشعاع قرار گيرد .

تركيب و يا تلفيق بالاي آلومينيم با اكسيژن هم داراي فوائد و مزايا است و هم داراي معايب و خصوصيات منفي مي باشد . معايب آن تاكنون با افزايش هزينه هاي استخراجي از فلز همراه بوده است كه ، در صورت ايجاب ضرورت نيز پروسه هاي استخراج الكتروليتي بسيار گزاف و گران قيمتي با آن در ارتباط است .

معمولاً يك فلز ، با عمليات حرارتي كه بر روي آن اعمال مي شود باعث استخراج اكسيد اوره ي آن مي گردد ، كه اين امر با عوامل كاهش دهنده ي ارزان قيمت نيز قابل اجرا و عملياتي مي باشد . از قبيل كربن ( در شكل كُك ) و در نتيجه عمليات فلزكاري ، حجم عظيمي از مواد ناخالص يا درجه غير خلوص آن حتي در عمليات اكسيداسيون نيز پالايش و از يكديگر تفكيك و تميز داده مي شوند . اين امر عمليات اصولي براي توليد آهن اوليه و عمليات تبديل و مراحل بعدي آن براي  فولاد سازي صدق مي كند .

تركيب بسيار بالاي شيميايي آلومينيم با اكسيژن به مفهوم آن است كه آلومينيم نمي تواند توسط اصول و مفاهيم شيميايي عادي و كربن كاهش يابد .

به طور قطع هر نوع عوامل ديگر كاهش دهنده نيز براي جداسازي آلومينيم از اكسيژن حتي به طور ترموديناميكي (ديناميك حرارتي) بسيار گران تمام خواهد شد .

به قدري كه آلومينيم مي تواند به طور شيميايي با مفاهيم الكتروليتي توليد شود كه اين امر از نظر اقتصادي مقرون به صرفه تر خواهد بود .

در كاربرد عامل كاهش دهنده ي گران قيمت به شكل پتاسيم متاليك ( فلزي ) يك فيزيك دان و شيمي دان دانماركي به نام H.C را ترغيب نمود تا براي اولين بار نمونه هاي اوليه ي از آلومينيم   را در سال 1825 توليد كند .

بعدها آلومينيم با ارزش 250 پوند در كيلوگرم در آن روزها به فروش مي رفت . حتي بعدها نيز به نقل از آن دانشمند كه اذعان كرده بود ميهمانان خارجي بسياري كه در دربار ناپلئون سوم حضور داشتند از قاشق و چنگال هاي آلومينيمي استفاده مي كردند .

بايد اشاره كرد كه در آن زمان طبقه اشراف و نجيب زادگان فرانسوي بايد از وسايل و قاشق و  چنگال هاي طلايي و نقره اي (ساخته شده از زر و سيم) استفاده مي كردند . در قرن نوزدهم نيز آلومينيم ، به خاطر طبيعت و خصوصيات پرارزش و عجيبي كه خود فلز آن در برداشت هنوز از نظر مردم مورد توجه قرار داشت .

در سال 1886 ، يك دانشجوي بيست و دو ساله يك روش ارزان قيمت مرتبط با توليد آلومينيم توسط الكتروليزه نمودن توسط يك ميكسچر ( مخلوط گر ) فيوز دار كه اكسيد آلومينيم و مواد معدني آن را كشف كرد .

هم چنين بايد اشاره كرد كه آلومينيم با دميدن هوا به داخل آن نمي تواند خالص و يا پالايش شود . همان طوري كه در آهن صدق مي كند . اين عمليات بايد با اكسيديزه نمودن آلومينيم همراه باشد و در غير اين صورت پروسه شيميايي گران قيمت بايد اجرا شود . و باعث مي شود اجزا غير خالص از آن جدا گردد . بنابراين اوره بايد قبل از الكتروليزه شدن پاك سازي و خالص شود و اين امر با پروسه شيميايي گران قيمتي همراه است . بنابراين اوره ي آلومينيم بوكسيته نام دارد . اين نام بعد از لِز بوكس Lez Boox در جنوب فرانسه كه در سال 1821 كشف شد ، نام گذاري شد . اگرچه فرانسه هنوز يك توليد كننده مهم و عمده بوكسيت محسوب مي شود .

جمهوري گينه و جامائيكا نيز بزرگترين توليد كنندگان اوره محسوب مي شوند و به دنبال آن گويانا و سورينام قرار دارند . در اروپا نيز مجارستان ، يونان ، يوگسلاوي به علاوه ي فرانسه تمام كميت و ميزان توليدي قابل توجه اوره را به خود اختصاص داده اند .

بريتانيا كه به طور  كلي وابسته به واردات اوره براي نگهداري و عملياتي نمودن يك مقياس اندكي از توليدات خود و ساير كاربردهايي كه به اوره ارتباط دارند ، مي باشد .

در هر دو مقوله نيز با دسترسي به آب و حمل و نقل و همين طور انرژي ارزان هيدرو الكتريك در مناطق كوهستاني اسكاتلند ، آلومينيم به عنوان بزگترين فلز وارداتي تحت الشعاع قرار مي گيرد . اگرچه آلومينيم داراي يك مشخصه و ويژگي عظيمي از تركيب و تلفيق آن با اكسيژن مي باشد ، اما مقاومت خوردگي آن بسيار بالا مي باشد .

اين امر به تراكم نواري است كه از اكسيد بر سطح فلز گسترده شده بستگي دارد كه از اكسيداسيون بيشتر جلوگيري به عمل آورد .

مقاومت خوردگي مي تواند آنوديزه نمودن ( اكسيد آلومينيم ) ، بهينه سازي و به عبارت بهتر بهبود يابد . اين روشي است كه طور مصنوعي نوار يا فيلم اكسيد طبيعي را ضخيم تر مي سازد ، از اين رو اكسيد آلومينيم بي نهايت سخت است . و مقاومت يا پوشش مقاومتي توسط لايه اكسيد افزايش مي يابد . و به طور نسبي سوراخ ها و حفره هايي بر سطوح نوار ايجاد مي شود كه يا با قالب هاي غير ارگانيك و يا ارگانيك ( آلي و معدني ) رنگي و داراي رنگ هاي مختلف مي شوند . در اين رابطه نهايت تفكيك اكسيژن بايد مد نظر قرار گيرد .

تركيب بالاي آلومينيم با اكسيژن باعث يك سري فوائد مي گردد ، و البته به عنوان دي اكسيد نمودن يا فاقد اكسيد نمودن در فرايندهاي فولادها و ساير پروسه هاي حرارتي جوشكاري  مفيد و حائز اهميت مي باشد .

حقيقت آن است كه آلومينيم داراي 50 درصد از رساناها و اجزاي ساختاري خاص از مس است كه به صورت اوزان مختلف قابل توليد مي باشد . آن يك رساناي بهتر در جريان الكتريسيته نسبت به مس است . از اين رو در حال حاضر يك كاربرد بسيار گسترده اي را به خود اختصاص داده است .   به طور كلي حول محور پوسته ي فولادي براي ايجاد مقاومت بيشتر نيز قابل اجرا و عملياتي است ، حتي در اين حال مي تواند خصوصيات رساناي جريان را به طور دقيق حتي در سيستم هاي سخت و پيچيده ي الكتريكي نيز قابل انعطاف مي باشد .

افزايش عظيم قيمت مس ، در چند سال قبل منجر به آن شد كه كاربرد آلومينيم به عنوان يك حامل و يا رساناي جريان الكتريكي متداول و عمومي جايگزين گردد .

با اين تفكر كه اين نوع سيم كه غالباً داراي پوشش مسي است ، رساناپذيري پوست سطح يا لايه رويي آن را افزايش مي دهد .

مس هاي غيرمشابه يا به طور احتمالي مس به عنوان يك فلز با خلوص بالا قابل دسترس تر و فراوان تر مي باشد چراكه سهولت پالايش الكتروليت آن را متمايز ساخته به علاوه گروه ها و خصوصيات تجاري آلومينيم خالص ممكن است بيش از 99 درصد از فلز را در برگيرد . اين امر منوط به مشكلات زيادي در روش هاي پالايش و حتي عمليات خالص سازي آلومينيم است كه قبلاً ذكر شده است .

اگرچه روش هاي پالايش الكتروليت در حال حاضر براي توليد آلومينيم 99/99 دردص از خلوص آلومينيم به خود اختصاص داده است . و قابليت عملياتي نمودن اين روش ها را نيز ممكن ساخته است . البته بايد اشاره داشت كه خلوص تا اين اندازه با هزينه بسيار همراه خواهد شد .

كيفيت هاي تجاري موجود توسط خصوصيات و شاخص هاي Bs بيش از 99/99 درصد را تحت الشعاع قرار داده است . هم چنين درجه ها و شاخص هايي چون 8/99 درصد و 5/99 درصد را نيز تا 5/99 درصد از آلومينيم را منجر شده است .

شاخص هاي تجاري پايين تر به طور گسترده براي فرايندهاي ترسيمي ، نقشه كشي ، پرسكاري و عمليات نوردكاري و شماري عظيم از آن نيز در توليد صنايع و ظروف آشپزخانه به كار گرفته شده است . حتي در صنايع توليدي ظروف تفلون و وسايل آشپزخانه غيرنچسب . PTFE ( پلي تترا فلوروتين ) نيز كاربرد وسيعي داشته است .

البته به كارگيري و استفاده از اين نوع فلز بستگي به ضرورت آن دارد . اما در فلز مس اين احتمال و به كارگيري عظيم وجود ندارد .

حتي در فلزات ديگر FCC نيز قابليت به كارگيري در يك طيف عظيم نسبت به آلومينيم وجود ندارد و قابليت نوكريستاليزه شدن (نوبلوري شدن) در آنها هرگز مشاهده نشده است    (البته نسبت به فلزي چون آلومينيم) .

آلومينيم خالص به طور مرتبط داراي مقاومت كنش توام با خصوصيات سبكي ، نرمي و ضعيف بودن همراه است كه قدرت كنش آن بيش از 90 N/mm2 در شرايط فلزكاري مي باشد . اين امر تا حدي است كه بيشترين اهداف و كاربردهاي مهندسي را در شكل آلياژي خود تحت الشعاع قرار داده است

مروری بر منابع :

مروری بر آلومینیوم وخواص آن:

تقریبا 7.5 درصد کل پوسته زمین از آلومینیوم تشکیل شده است که پس از اکسیزن و سیلیسیم فراوان ترین عنصر است این عنصر با وجود فراوانی ،هیچ وقت به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود ، بلکه بیشتر در ترکیب با سایر عناصر و بخصوص اکسیزن وجود دارد.

امروزه این فلز به صورت یک ماده اولیه مهم صنعتی محسوب شده و در بازار جهان ،مانند فولاد بوده ودر واقع پس از فولاد مهمترین پر مصرف ترین ماده مصرفی می باشد .

از جمله خواص آلومینیوم می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1- وزن کم

2- مقاومت زیاد در برابر خوردگی

3- نسبت استحکام به وزن بالا

4- هدایت الکتریکی  زیاد

5- هدایت الکتریکی زیاد

6- قابلیت انعکاس

7- شکل پذیری با روشهای مختلف

8- قسمت ضایعت و قراضه

9- سمی نبودن

10- استحکام بالا در درجه حرارت های کم

11- اتصال آسان

یکی از مهمترین خواص آلومینیوم که در بالا ذکر شد مقاومت زیاد آن در برابر خوردگی می باشد اگر مقاومت آلومینیوم برای بعضی محیط ها کافی نباشد ،در آن صورت روش هایی وجود دارد که بتوان مقاومت آن را افزایش داد ،برخی از این روش ها عبارت است از :

·        پوشش دادن با آلومینیوم                                     "ALCLADDHNG"

·        آندایز کردن                                                           " ANEDIZING"

·        پوشش سخت دادن                                          "HARD COATING"

·        محافظت کاتدی                           " CATHODIC PRO TECHION"

2-2- آندایزینگ

تاریخچه آندایزنگ :

در قرن بیستم بیشترین پیشرفت ها در زمینه آندایزینگ آلومینیوم صورت گرفت که تاثیر زیادی بر بخش معماری ساختمانی گذاشت. امروزه قطعاتی از جنس آلومینیوم آندایز شده در تابلوها ،قاب های پنجره ومصالح سخت ساختمان ها به طور ویزه در کشورهایی چون ایالات متحده امریکا،بریتانیا،ایتالیا،هلند،زاپن آلمان و.... به کار می رود .

بسیاری از عملیات معماری – ساختمانی در انگلیس با استفاده از قطعات آندایز شدهدر اسید سولفوریک صورت می گیرد . همچنین در این کشور حرکت در جهت به کار گیری قطعات خانگی وکاربرد آلومینیوم در جایگزینی پروفیل های اکسترود شده الومینیوم ( مانند در و پنجره های ساختمانی  ) انجام گرفته است.

معرفی آندایزنگ :

به طور کل به مجموعه عملیاتی کهبا تشکیل یک لایه نازک اسیدی بر روی قطعات آلومینیومی باعث افزایش سختی ،مقاومت در برابر خوردگی ایجاد نمای تزیینی و تغییر بعضی از خصوصیات فیزیکی انها می گردد آندایزینگ گویند.

در این فرایند آلومینیوم به عنوان آند، سرب ،گرافیت ،فولاد زنگ نزن یا مواد مناسب دیگر به عنوان کاتد عمل می نماید .

الکترولیت مورد استفاده باید قادر به تولید اکسیزن باشد.

وقتی که جریان الکتریکی از محلول آندایزینگ عبور نماید که در آن آلومینیوم آند باشد یونهای اکسیزن به سطح آلومینیوم منتقل شده ولایه اکسیدی را تشکیل می دهد

باادامه الکترو لیز ضخامت لایه اکسیدی افزایش می یابد .قابل ذکر است که اکسید شدن تدریجی آلومینیوم در زیر لایه اکسیدی اولیه و در سطح مشترک بین فلز و لایه اکسیدی انجام می گیرد بنابراین آخرین اکسیدی که تشکیل می شود زیر اکسید های قبلی و بر روی سطح آلومینیوم است. بنابراین آخرین اکسیدی که تشکیل می شود زیرا اکسیدهای قبلی و بر روی سطح آلومنیوم پر شد به علت متخلخل بودن لایه اکسیدی این نفوذ امکان پذیر می باشد قسمتهای خارجی لایه اکسیدی به علت نقش حلال بودن الکترولیت پر تخلخل ترین ناحیه می باشد پس از آنالیز کردن و قبل از خشک نمودن می توان تخلخل لایه اکسیدی را با قرار دادن آلومینیوم در آب داغ 93-89درجه سانتی گراد پر نمود . این عمل پر کردن تخلخل باعث می شود که اکسید آلومینیوم به مونو هیدرات آلومینیوم تبدیل گردد وقتی اکسید آلومینیوم هیدرات شود حجم آن انبساط یافته و فضای تخلخل را پر می کند .

مهمترین الکترولیت مورد استفاده در فرایند آندا یزینگ ،اسید سولفوریک و اسید کرومیک است.      

اسید های دیگری چون اسید فسفریک ، بوریک، سولفا میک و اگزالیک نیز گاهی استفاده می شوند .

خواص آندایزینگ :

ا-افزایش مقاومت در مقابل خوردگی

پوشش اکسیدی –آندی سیل شده آلومینیوم باعث محافظت فلز در برابر عوامل خورنده جوی و نمک ها می گردد.

2- افزایش قدرت چسبندگی رنگ ها :

 لایه اکسیدی –آندی سبب به وجود آمدن سطح فعال شیمایی شده و زمینه مناسبی را جهت رنگ آمیزی ایجاد می نماید .

3 . به عنوان یکی از مراحل آبکاری :

تخلخل موجود در پوشش اکسیدی – آندی باعث افزایش اکسید فسفریک می توان نام برد که به عنوان مثال از آندایزینگ در الکترولیت اسید فسفریک می توان نام برد که به عنوان مرحله ما قبل آبکاری به کار می رود .

4 . عایق الکتریکی :

اکسید آلومینیوم عایق می باشد که می تواند در مقابل ولتازهایی از چند تا چندین هزار ولت به عنوان عایق عمل کند که کیفیت و کمیت آن به نوع آلیاژ و ضخامت لایه اکسیدی بستگی دارد .

5 . کار برد در منابع فتو گراف و لیتو گراف :

وجود تخلخل های بی شمار در پوشش اکسیدی آندی ، باعث بالا رفتن قدرت مکانیکی صفحات لیتو گراف در نگهداری محلول های مربوط به فتو گراف می گردد .

 

6 .  افزایش قابلیت تابش  و انتشار حرارت :

لایه اکسیدی – آندی در ضخامت های بیش از 032/0 میلی متر باعث افزایش قابلیت تابش و انتشار حرارت می گردد . به طور مثال ورق آندایز شده آلومینیومی پس از رنگ آمیزی با رنگ سیاه می تواند به نحو بسیار مطلوبی جهت جذب حرارات تا حدود 230 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار گیرد.

7. افزایش مقاومت سایشی :

 با استفاده از مکانیزم آندایزینگ سخت بر روی قطعات آلومینیومی،پوششی به ضخامت 1 تا 4 میلیمتر ایجاد می شود که سختی بالایی دارد ولی می توان از آن در مواردی که نیاز به مقاومت سایشی دارند از آن استفاده نمود.

8. ردیابی و کنترل درزهای سطحی :

 پوشش اکسیدی ـ آندی حاصل از حمام اسید کرومیک می تواند به عنوان یک عامل بازرسی جهت کشف و بررسی درزهای سطحی موجود بر روی ورق یا قطعات آلومینیومی عمل نماید.به این صورت که پس از آندایزینگ قطعات آلومینیومی در حمام اسید کرومیک،آنها را سریعاً با آب شسته و خشک می کنند.اسید کرومیک بازمانده در شکاف درزها، ترک های مویی،بیرون زده می شود و موقعیت عیوب را از نظر مکان نشان می دهد.

آندایزینگ سخت :  

آندایزینگ سخت یکی از روش های آندایزینگ است که جهت افزایش مقاومت به خوردگی و مقاومت سایشی آلومینیوم انجام می گیرد.لایه پوششی سخت ایجاد شده بر روی بسیاری از آلیاژها به رنگ زیتونی تا سیاه خاکستری بوده که با تغییر ضخامت لایه،رنگ آن تغییر می نماید.تغییرات رنگ حاصل محدوده بوده و برای  رنگ های تیره به لایه های با ضخامت تا حدود 127 میکرون نیاز می باشد. چون لایه های ضخیم شدیداً تحت تنش هستند ، ممکن است با اعمال تنش های حرارتی یا مکانیکی ترک بردارند.

اثرات آندایزینگ سخت :

مقاومت عالی در برابر خوردگی

مقاومت ضعیف در برابر خوردگی شیمیایی (اسید و باز)

چون تنش موجود در آندایزینگ سخت از نوع کششی است امکان دارد در اثر افزایش درجه حرارت قطعه در اثر سنگ زدن در موقع سیل شدن و یا هنگامی که قطعه از الکترولیت خارج شده و در دمای محیط قرار می گیرد در پوشش ترک ایجاد می شود و گسترش میابد و هرچه ضخامت بیشتر شود این حالت تشدید می گردد .

در دمای بالاتر از 200 تا 300 درجه سانتی گراد ممکن است پوشش متورم شود و دلیل این امر آن است که ضریب انبساط حرارتی پوشش اکسید با ضریب انبساط حرارتی آلیاژ های آلومینیوم تفاوت زیادی دارد .

پوشش آندآیز سخت نباید سیل شوند ، مگر آنکه حداکثر مقاومت در مقابل خوردگی لازم باشد . سیل کردن سبب کاهش سختی به میزان حدود 60% می شود .

تاثیر عناصر آلیاژی روی پوشش سخت مشابه پوشش های معمولی است چون عناصر آلیاژی مس و سیلیسیم روی کیفیت پوشش تاثیر منفی دارند ، برای آلیاژ هایی که باید آندآیز سخت شوند ، حد اکثر مقدار مجموع این دو عنر 7 تا9 %  می تواند باشد . رنگ پوشش منعکس کننده عناصر آلیاژی است . گفته می شود که آندآیز سخت با استفاده از جریان پالسی سریعتر انجام می گیرد و محدودیت های ذکر شده در مورد عناصر مثل سیلیسیم را ندارد .

 بهينه سازي خواص لايه آندي بر روي آلومينيم در حمام مركب اسيد اكساليك و سولفوريك با استفاده از شيوه‌هاي آزمايشي آماري

آندايزينگ آلومينيوم و آلياژهاي آلومينيوم،‌ به طور وسيع در بسياري از كاربردها براي بهبود مقاوم سايشي و يا مقاوم خوردگي استفاده مي‌شود.

كارهاي متعدد با پرداختن به آنوش، بر شرايط عملكرد آندايزينگ و تركيب يك الكتروليت اسيدي تاكيد داشتند. يعني محلول اسيد سولفوريك، اسيد كروميك، اسيد فسفريك يا اسيد اكساليت، به اين منظور كه خواص لايه آندي مانند مقاوم خوردگي، ريزسختي و مقاوم سايشي را به حد مطلوب برسانند. در طول دهه‌هاي گذشته، الكتروليت‌هاي تغيير يافته با افزودن آكسي آنيون‌هايي استفاده شدند كه داراي دو حالت اكسايش مانند كرومات‌ها بودند (يعني مولبيدات‌ها، پرمنگنات‌ها و ....) براي اينكه به خواص لايه آندي بهبود بخشند و يا به فرآيند ديگري از آندايزينگ اسيد كروميك پي ببرند كه تا سال 2007 ممنوع بود. روش‌هاي ديگر نيز با استفاده از الكتروليت‌هاي اسيدي مركب مانند اسيد اكساليت – اسيد كروميك، اسيد نيتريك – اسيد سولفوريك و اسيد بوريك – اسيد سولفوريك، مورد تحقيق قرار گرفتند. كارهاي گذشته به مطالعه اثر هر پارامتر آندايزينگ در هر زمان پرداخته‌اند، در حاليكه ساير پارامترها براي مطالعه يك يا چند پاسخ ثابت نگه داشته شدند. بديهي است كه اين روش سنتي براي اهداف بهينه سازي، شامل تعداد زيادي از اجراهاي مستقل مي‌باشد و واكنش‌هاي احتمالي بين عوامل را در نظر نمي‌گيرد. بنابراين اين روش آزمايشي معمول مي‌تواند منجر به نتايج غلط شود. به منظور غلبه بر اين مشكل، طرح آزمايشات (DOE) را مي‌توان براي فرآيندهاي بهنيه‌سازي با داشتن متغيرهاي ورودي متفاوت به كار برد. اين روش داراي مزيت دوگانه در نظر گرفتن اثرات مركب متغيرهاي ورودي متعدد مي‌باشد و فقط نياز به تعداد متوسطي از آزمايشات دارد.

هدف از اين تحقيق بهينه سازي يك حمام اسيد اكساليك- اسيد سولفوريك مناسب براي آندايزينگ آلومينيوم مي‌باشد. به همين منظور طرح آزمايشي دهايرت براي تعيين اثر متغيرهاي ورودي (دماي حمام، شدت جريان آندي، غلظت اسيد سولفوريك و غلظت اسيد اكساليك) و واكنش آنها براساس خواص لايه اكسيد آلومينيوم استفاده شده است. يعني : سرعت رشد (Ve) سرعت انحلال (Vd) ريز سختي و يكريز (D) و كاهش وزن بعد از سايش (Wa). به علاوه به منظور يافتن بهترين توافق بين پاسخ‌هاي متعدد، يك روش تصميم چند معياري استفاده شده است.

معروف‌ترين روش شناسي به كار رفته براي بهينه سازي پاسخ چندگانه، روش تابع مطلوب‌پذيري مي‌باشد. در مطالعه ما، اين شيوه براي ماكزيمم سازي هم زمان سرعت رشد و ريزسختي و مينيمم‌سازي سرعت انحلال و كاهش وزن بعد از سايش به كار رفته است. در آخر، يك مطالعه ريخت‌شناسي از لايه اكسيد آلومينيوم از طريق آزمايش با ميكروسكوپ الكتروني (SEM) و ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) انجام شد.

اثر ولتاژ آندايزينگ بر خواص الكتريكي لايه اكسيد مركب Al-Ti بر روي آلومينيم

اخيرا يك افزايش تقاضا براي لايه‌هاي اكسيد مركب تشكيل شده بر روي آلومينيوم ثابت دي الكتريكي بالا براي جايگزيني با لايه‌هاي اكسيد آندي خالص، براي خازن‌هاي الكتروليتي كوچك با ظرفيت الكتريكي بالا وجود داشته است. در ميان اين لايه‌هاي اكسيد مركب مانند لايه‌هاي اكسيد مركب Al- (Ti , Nb, Ta, Zr) لايه‌هاي اكسيد مركب Al-Ti توجه مهمي را به خود جلب كرده‌اند، به اين دليل كه اكسيد تيتانيوم داراي ثابت دي الكتريك نسبتا بالا مي‌باشد. به گفته ويلهلمسين و هورلن، لايه‌هاي اكسيد آندي تشكيل شده بر روي تيتانيوم يك ثابت دي الكتريك حدود 60 را نشان مي‌دهند. ظرفيت لايه اكسيد مركب Al-Ti در ميان لايه‌هاي اكسيد مركب، بالاترين ميزان مي‌باشد و نسبت به ظرفيت لايه‌هاي اكسيد آندي مانع بر ورق آلومينوم، 60% بالاتر است. بسياري از شيوه‌هاي مكانيكي مي‌توانند براي آماده سازي لايه‌هاي اكسيد مركب Al-Ti استفاده شوند. آندايزنيگ پس پوشاندن 2TiO با MOCVO، آندايزينگ پس از رسوب 2TiO در حفره‌هاي لايه‌هاي اكسيد آندي متخلخل (شيوه پر كردن حفره)، آندايزينگ پس از پوشاندن 2TiO با رسوب هيدروليز و آندايزينگ در محلول با آنيون‌هاي حاوي Ti و مواردي از اين قبيل در ميان اين شيوه‌ها، شيوه رسوب هيدروليز و آندكاري منجر به ساخت لايه‌هاي اكسيد مركب Al-Ti با هزينه‌ پايين و كارآيي بالا شده است و اكنون يك تغيير از مرحله آزمايشگاه به مرحله كاربرد صنعتي را تجربه مي‌كند.

اثرات شرايط آندايزينگ بر تشكيل، ساختار و خواص الكتريكي لايه‌هاي اكسيد مركب Al-Ti به ندرت بر روي آلومينيوم آزمايش شده‌اند. در حاليكه پي بردن به اثر آندايزينگ براي كاربرد موفق تكنولوژي ساخت لايه‌هاي اكسيد مركب براي كاغذهاي آلومينيوم با ظرفيت ويژه بالا و خواص الكتريكي كامل به طور بديهي مهم است. در اين مطالعه، لايه‌هاي اكسيد مركب Al-Ti با ثابت دي الكتريك بالا از طريق رسوب هيدروليز و آندايزينگ تهيه مي‌شوند. رشد و خواص الكتريكي لايه‌هاي اكسيد مركب Al-Ti تشكيل شده در ولتاژهاي آندايزينگ متفاوت مورد تحقيق قرار مي‌گيرند.

مطالعات مربوط به آندايزينگ سفيد بر روي آلياژ آلومنيم براي كاربردهاي فضايي :

يك فضاپيما در مدار – به خاطر بار مستقيم خورشيد از يك طرف و فضاي سرد عميق از طرف ديگر، تحت چرخه دمايي بسيار زياد قرار مي‌گيرد. چنين چيزي منجر به شيب گرمايي بزرگ بين جوانب آفتابي و جوانب سايه‌دار وسيله مي‌شود. اما، سيستم‌هاي فرعي متعدد از فضا پيما مي‌توانند در بالاترين كارآيي در حدود دمايي خاص كار كنند.

در فقدان يك اتمسفر، تبادل گرمايي در فضا پيما به تابش محدود مي‌شود. دماي متعادل هر سيستم فرعي با نسبت ضريب جذب خورشيدي به گسيلش مادون قرمز (|R) سطح آن كنترل مي‌شود. پوشش‌هاي شيميايي به كار رفته براي اجزاء سازنده فضاپيما، نقش مهمي را در كنترل گرنا با ارائه خواص نوري مناسب ايفا مي‌كنند                                                                 

در اينجا T ، دماي قطعي فضا پيما، S ثابت خورشيدي،  ثابت استفان، بولتزمن، AP، ناحيه سطحي طراحي شده از فضا پيما به طور عمود بر اشعه‌هاي خورشيدي A ناحيه سطح يك فضا پيما،  ضريب جذب خورشيدي سطح طراحي شده و  گسيلش |R سطح در معرض فضا مي‌باشد. در اين موقعيت كه S و AP و A و  ثابت هستند، دماي هر سطح مشخص از فضاپيما، مستقيما با نسبت  كنترل مي‌شود. در اينجا عبارت ضريب جذب به همه تابشهاي خورشيدي اشاره دارد (اشعه x و UV، نورمرئي ، IR ، بسامد راديويي و ....) در حاليكه عبارت گسيلش فقط به IR محدود مي‌شود، چون تابش گرمايي اساساً در ناحيه |R رخ مي‌دهد.

استفاده از بازتابنده‌هاي نوري خورشيدي (OSRS) و رنگ سفيد براي حفظ دماي تعادل در سطوح بيروني خاص از فضا پيما مرسوم است، در جايي كه اتلاف گرمايي بالا وجود دارد. اگرچه رنگ‌هاي سفيد كنترل كننده گرما، داراي خواص نوري مناسب مي‌باشند. (ضريب جذب خورشيدي و 20/0 ~  و گسيلش |R و 85/0 ~ ) و به ميزان وسيع در كارهاي فضايي استفاده مي‌شوند، اما يك فروپاشي بالا در مقدار ضريب جذب آنها مشاهده شده است. تغيير در مقدار ضريب جذب خورشيدي اساساً در رابطه با فروپاشي ماده مبناي آلي آنها با حضور در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش مي‌باشد. در طول يك ماموريت مداري زمين ساكن 7 ساله، مقدار ضريب جذب خورشيدي رنگ سفيد كه تقريبا 20/0 در آغاز عمر آن مي‌باشد (BOL) در پايان عمرش در حدود 60/0 برآورد مي‌شود (EOL). ساير مشكلات مربوط به رنگ‌هاي سفيد كاهش جرم بالاي آنها، درصد ماده فرار تراكم پذير در محيط فضايي، عمر كوتاه آنها و چسبندگي ضعيف مي‌باشد. حداقل ضخامت مورد نياز رنگ براي خواص نوري مطلوب، 70-50 مي‌باشد. چنين چيزي منجر به افزايش چشمگير در كل وزن فضا پيما مي‌شود و اين رنگ‌ها را بر روي سطوح نامناسب مي‌سازد زماني كه خطاي مجاز بعدي، بحراني است.

توسعه پوشش آندي سفيد بر روي 2024 AA به عنوان يك روش ديگر براي كاربرد رنگ سفيد و OSRها در نظر گرفته مي‌شود. حجم مس افزوده براي افزايش نسبت مقاومت به چگالي آلياژ آلومينيوم يك سايه سنگين‌تر و مات را وجود مي‌آورد. زماني كه آندايزينگ مي‌شود. چنين چيزي منجر به دشواريهايي در بهينه سازي پارامترهاي حمام براي دست‌يابي به خواص نوري مطلوب مي‌شود. فلزات دينولدز، يك فرآيند آندايزينگ سفيد را براي سرپرستي فضايي و هواپيماسازي ملي (NASA) آمريكا توسعه دادند كه 70 تا 80% ضريب بازتاب را ارائه مي‌دهد. اجزا اصلي تشكيل دهنده حمام آندايزينگ، اسيدسولفوريك الكل پولي هيدريك، اسيد كربوكسيليك آلي و لاكتات آمونيوم تيتانيوم مي‌باشند. در اين رابطه، يك فرآيند آندايزينگ سفيد با اسيد سولفوريك، گليكول، اسيد لاكتيك و موليبدات سديم، مورد مطالعه قرار مي‌گيرد.

 

+ نوشته شده در  شانزدهم آذر 1387ساعت 2:4 بعد از ظهر  توسط Eng.Mostafa  |