مقاله کامل آندايزينگ آلومينيوم

مقدمه
بسم الله الرحمن الرحيم
آلومينيم فلزي است سبك با رنگ سفيد متمايل به آبي كه بعد از سيليسيوم فراوان تريس درصد از عناصر پوسته زمين را تشكيل مي دهند اين فلز را در صنعت با استفاده از روش الكتروليتي از بوكسيت يا آلومين هيدراته ( AL203,2H2O) بدست مي آورند . قابليت چشم گير آلومينيوم در هدايت جريان الكتريكي ، درخشندگي ، تورق پذيري و نيز استحكام قابل توجه برخي از آلياژهاي آن در مقايسه با فولاد ، آن در رديف پر مصرف ترين فلزات در زمينه هاي صنعتي ، تزئيني و ساختماني قرار داده است ميل تركيبي شديد آلومينيوم و آلياژهاي آن با اكسيژن باعث مي گردد كه در شرايط طبيعي لايه بسيار نازكي از اكسيد ( AL203) بر سطح قطعات آلومينيومي تشكيل شود و به مثابه سپري محكم و فساد ناپذير مابقي فلز را در مقابل عوامل خورنده جوي محافظت نمايد . در مصارف صنعتي و تزئيني نيز با استفاده از روشهاي شيميايي و الكتروليتي لايه اكسيدي فوق را با كيفيت هاي متفاوت بر سطح فلز ايجاد مي نمايند كه اصطلاحا به روش اجرائي آن آندايزينگ اطلاق مي گردد . اين عمل باعث افزايش كيفيت آلومينيوم ، گسترش دامنه مصرف و مقاومت بيشتر آن در برابر خوردگي مي شود .
مفاهيم كلي آندايزينگ آلومينيوم
اندايزينگ آلومينيوم، مفاهيم و كاربردها:
به مجموعه عملياتي كه با تشكيل يك لايه نازك اكسيدي بر روي قطعات آلومينيومي باعث افزايش سختي، مقاومت در برابر خوردگي، ايجاد نماي تزئيني و تغيير برخي از خصوصيات فيزيكي آنها مي گردد آندايزينگ اطلاق مي شود.
مكانيزم كلي عمل بدين صورت است كه جريان مستقيم برق از مايع الكتروليت مناسبي مي گذرد كه در آن آلومينيوم آند بوده و فلز مناسب ديگري كاتد مي باشد. در اين صورت بر سطح آلومينيوم لايه نازكي از اكسيد ايجاد مي گردد كه ضخامت آن به عوامل گوناگوني بستگي دارد.
آلومينيوم در شرايط معمولي نيز اكسيدي مي شود بطوري كه در مجاورت هوا و بطور معمول لايه اي از اكسيد به ضخامت 01/0 ميكرون و به صورت غيرمتخلخل بر روي سطوح قطعات آلومينيومي تشكيل مي گردد كه وظيفه حفاظت از سطح فلز را در محيط برعهده دارد اما برتري و مزيت اكسيد ايجاد شده در روش آندايزينگ نسبت به شرايط طبيعي مقاومت بيشتر آن در مقابل خوردگي است.
قطعات و سطوح آلومينيومي را به دلايل زير اندايزينگ مي نمايند:
الف – افزايش مقاومت در مقابل خوردگي.
پوشش اكسيدي – آندي سيل شده آلومينيوم باعث محافظت فلز در برابر عوامل خورنده جوي و نمكها مي گردد.
ب – افزايش قدرت چسبندگي رنگها:
لايه اكسيدي- آندي سبب به وجود آمدن سطح فعال شيميايي شده و زمينه و بستر مناسبي را جهت رنگ آميزي ايجاد مي نمايد.
ج – به عنوان يكي از مراحل آبكاري:
تخلخل موجود در پوشش اكسيدي – آندي باعث افزايش قابليت آبكاري قطعات آلومينيومي مي شود. (بطور مثال از آندايزينگ در الكتروليت اسيد فسفريك ميتوان نام برد كه به عنوان مرحله ماقبل آبكاري بكار مي رود).
د – ايجاد نماي ظاهري مناسب جهت دكوراسيون و تزئينات:
لايه اكسيدي – آندي آلومينيوم بطور طبيعي درخشان بوده و مقاومت خوبي در مقابل خوردگي دارد. لذا ميتوان از آن به عنوان سطح نهايي مورد نظر جهت تزئينات و نماسازي استفاده نمود. درخشندگي و براقيت سطح مزبور به نوع آلياژ، روش اچ كاري و براق كاري و ساير شرايط مناسب بستگي دارد.
ه – عايق كاري:
اكسيد آلومينيوم عايق مي باشد و ميتواند در مقابل ولتاژهايي كه از چند تا چندين هزار ولت به عنوان عايق عمل كند كه كيفيت و كميت آن به نوع آلياژ و ضخامت لايه اكسيدي بستگي دارد.
و – كاربرد در صنايع فتوگراف و ليتوگراف:
وجود حفره ها و تخلخل هاي بي شمار در پوشش اكسيدي – آندي باعث بالا رفتن قدرت مكانيكي صفحات ليتوگراف در نگهداري محلول هاي مربوط به فتوگراف و ليتوگراف مي گردد.
ز – افزايش قابليت تابش و انتشار حرارت:
لايه اكسيدي – آندي در ضخامت هاي بيش از 032/0 ميليمتر باعث افزايش قابليت تابش و انتشار حرارت مي گردد. بطور مثال ورق آندايز شده آلومينيومي پس از رنگ آميزي با رنگ سياه مي تواند به نحو بسيار مطلوبي جهت جذب حرارت تا حدود 230 درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار گيرد.
ح – افزايش مقاومت سايشي:
با استفاده از مكانيزم آندايزينگ سخت بر روي قطعات آلومينيومي پوشش به ضخامت حدود 1 تا 4 ميليمتر ايجاد مي شود كه داراي سختي بالايي است و ميتوان از آنها جهت ساخت ياتاقانها و قطعات دوار و يا ساير مواردي كه نياز به مقاومت سايشي دارند استفاده نمود. تمام پوششهاي اكسيدي – آندي نسبت به خود آلومينيوم سخت تر هستند اما در برخي از موارد (مانند لايه اكسيدي – آندي حاصل از آندايزينگ در حمام اسيدكروميك) نرم بوده و جهت كاربري در شرايطي كه به مقاومت سايشي نياز دارد مناسب نمي باشد.
ط – رديابي و كنترل درزهاي سطحي:
پوشش اكسيدي – آندي حاصل از حمام اسيد كروميك ميتواند به عنوان يك عامل بازرسي جهت كشف و بررسي درزهاي سطحي موجود بر روي
ورق يا قطعات آلومينيومي عمل نمايد. بدين صورت كه پس از آندايزينگ قطعات مزبور در داخل اسيد فوق الذكر آنها را سريعا” با آب شسته و خشك مي كنند .
اسيد كروميك باقيمانده در شكاف درزها و ترك هاي مويي، بيرون زده مي شود و موقعيت عيوب را از نظر مكاني نشان مي دهد. در بخشهاي بعدي كتاب روشهاي مختلف آندايزينگ آلومينيوم، خواص و ويژگي هاي بوجود آمده در فلز بعد از اجراي عمليات و نيز تجهيزات مورد نياز بطور مشروح بيان خواهد گرديد.
مكانيزم تشكيل لايه اكسيدي – آندي:
حمام اسيدسولفوريك به غلظت 10% حجمي را در نظر گرفته و در آن يك قطعه آلومينيومي را به قطب مثبت منبع الكتريسيته (آند) وصل كنيد و فلز مناسب ديگري مانند قلع را به عنوان كاتد به قطب منفي منبع الكتريسيته تصال دهيد دانسيته جريان مستقيم ( DC ) مورد نياز در اين پروسه حدود 1 تا 6/1 آمپر بر دسيمتر مربع مي باشد كه از پتانسيلي حدود13 تا 17 ولت ايجاد مي شود. در دماي معمولي اتاق وقتي كه جريان برق برقرار مي گردد اسيد سولفوريك شروع به تجزيه مي كند، در اثر اين فعل و انفعالات در قطب منفي (كاتد) هيدروژن ايجاد مي گردد و به موازات يون هاي اكسيژن و سولفات – (آنيون ها) توسط قطب مثبت (آند) كه آلومينيوم به آن اتصال است جذب مي گردند.
شارژ الكتريكي در داخل سيستم فوق باعث مي گردد كه يون هاي مثبت آلومينيوم (كاتيون ها) به سمت كاتد هدايت شوند و در همان حال در سطح آند ، كاتيون ها يا آلومينيوم با آنيون هاي اكسيژن تركيب شده و تشكيل اكسيد آلومينيوم را مي دهند. مقداري از يون هاي آلومينيوم نيز قادر به تركيب با اكسيژن نبوده و به صورت نامحلول در الكتروليت باقي مي مانند.
پوشش اكسيدي – آندي آلومينيوم از تعداد زيادي حفره هاي شش ضلعي ساخته شده است كه اندازه آنها در يك اينچ مربع حدود چند ميليون عدد مي باشد. در وسط هر كدام از اين شش ضلعي ها سوراخي وجود دارد كه اطراف و قسمت تحتاني ن توسط لايه اي اكسيدي از فلز مبنا جدا شده است. ابعاد حفره ها در الكتروليت هاي مختلف تفاوت دارد و بطور تقريبي به شرح زير مي باشد:
– قطر داخلي : Ao 250 – 100 ( 1 Ao = 1x 10-10 m)
ضخامت ديواره اطراف حفره : Ao 200 – 100
ارتفاع حفره يا ضخامت پوشش : 5000 تا 25000 برابر قطر داخلي حفره.
چنين حفره هايي به خصوص در محلول الكتروليت اسيد سولفوريك بدين دليل تشكيل مي گردند كه در دقايق اوليه شروع پروسه آندايزينگ لايه نازكي از اكسيد تشكيل مي شود كه ضخامت آن با ولتاژ اعمال شده متناسب است،‌ برخي از محلول هاي الكتروليت (مانند اسيد سولفوريك) در حين عمليات آندايزينگ پوشش اكسيدي مزبور را در خود حل مي نمايد.
مكانيزم اين عمل بسيار پيچيده است اما به نوبه خود نوعي كشمكش را در رابطه با ايجاد و رشد اكسيدي و انحلال و خوردگي آن بطور همزمان در ميليونها نقطه يا حفره در هر اينچ بوجود مي آورد كه در نهايت به نوعي تعادل ختم مي گردد.
يك حوزه الكتريكي نيز در همه حفره ها وجود دارد كه باعث به وجود آمدن فواصل مساوي حفره ها نسبت به يكديگر و نيز ابعاد يكنواخت و هم اندازه ديواره هاي اكسيدي اطراف آن مي گردد. بدين ترتيب تمامي حفره ها دقيقا” مشابه يكديگر و به موازات هم قرار مي گيرند. در طول پروسه آندايزينگ سطح قطعه آلومينيومي با لايه اي از اكسيد آلومينيوم پوشيده مي شود ضخامت لايه اكسيدي مزبور تقريبا” معادل دو برابر صخامت آلومينيومي است كه از سطح قطعه كار برداشته مي شود. تفاوت سطح آلومينيوم قبل و بعد از عمليات آندايزينگ در شكل كاملا مشخص مي باشد.

فایل : 54 صفحه

فرمت : Word