بخشی از مقاله
آندايزينگ آلومينيوم
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.
تركيب شيميايي لايه اكسيدي حاصل از آندايزينگ:
محققين در رابطه با تركيب شيمياي لايه اكسيدي حاصل از آندايزينگ بر روي آلومينيوم نظرات متفاوتي را ابراز داشته اند كه عمده ترين آنها به صورت زير است.
الف: عمومي ترين ديدگاه و نظريه در اين رابطه عبارت است از:
الف 1 – بنانبر اعتقاد برخي از پژوهشگران 13 درصد وزن لايه اكسيدي – آندي ايجاد شده در علميات آندايزينگ را S O3 تشكيل مي دهد كه با انجام عمل شستشو و آب كشي ميتوان حدود 5 درصد از اين نسبت كاست. نمودار زير رابطه بين حرارت جريان اعمال شده و درصد S O3 توليد شده در پورسه آندايزينگ با محلول الكتروليت اسيد سولفوريك به غلظت 165 گرم در ليتر را نشان مي دهد.
به نظر مي رسد وجود سولفات در لايه اكسيدي باعث حركت دادن پروتون ها از سطح لايه مزبور گرديده و علاوه بر تسهيل در امر آندايزينگ سبب كاهش ولتاژ مورد نياز عمليات نيز مي شود.
الف 2 – در پوشش اكسيدي – آندي آب بندي نشده به ميزان زيادي AL2 O3 به همراه هيدرات وجود دارد كه مقدار آن در برخي آزمايشهاي انجام شده با شدت جريان 2/1 آمپر بر دسيمتر مربع برابر 1/86 درصد وزن لايه اكسيدي گزارش شده است.
الف 3 – ميزان آب موجود در پوشش اكسيدي – آندي آب بندي نشده (سيل نشده) تقريبا” 5/0 تا 5/12 درصد وزن كل لايه مزبور مي باشد.
ب : برخي از پژوهشگران مانند Byalobzhenskii و Tomashov فرمول Al2 O3 و 0.9H2O را به عنوان مشخصه شيميايي لايه اكسيدي سيل نشده حاصل از آندايزينگ در محلول الكتروليت اسيد سولفوريك مطرح كرده اند.
ج – نتايج زير كه از آزمايشات صورت گرفته در محلول الكتروليت اسيدسولفوريك با غلظت 32 گرم در ليتر، در داي 12 تا 20 درجه سانتيگراد و ولتاژ 12 ولت حاصل شده است نيز روايتي ديگر از تركيب شيميايي لايه اكسيدي – آندي را بيان مي دارد.
آلومينيوم آزاد 56/4 درصد
Al (OH)3 14/27 درصد
AlOOH 3/68 درصد
در بررسي مورد فوق اولا” هيچ نشاني از اكسيد آلومينيوم (Al2 O3) مشهود نيست و ثانيا” ظهور و تشكيل يون هاي آلومينيوم به ميزان 56/4 درصد نيز غيرمنتظره و ناخوشايند به نظر مي رسد.
به گفته برخي از محققين لايه اكسيدي شكل گرفته در محلول الكتروليت اسيد سولفوريك داراي توازن تركيبي مشخصي نيست و تعداد يونهاي آلومينيوم نيز به موازات رشد و افزايش ضخامت لايه اكسيدي كاهش مي يابد. حضور يون هاي آلومينيوم در لايه اكسيدي – آندي مزبور ميتواند در تصحيح و توجيه برخي زمينه هاي تئوريكي پيچيده فيزيكي و شيميايي منطقي و مفيد به نظر آيد.
د – دو تن از محققان بنامهاي Baker و Brace با استفاده از تكنيك راديو شيميايي به كمك تراشه S35 دريافتند كه در تركيب پوشش اكسيدي حاصل از آندايزينگ در محلول الكتروليت اسيدفسفريك مقادير S O4 نيز همزمان با آغاز پروسه تشكيل مي گردد كه عمليات آب كشي و شستشو جهت كاهش ميزان آن بي نتيجه است. اما با رشد و افزايش ضخامت لايه اكسيدي بر روي فلز، ميزان سولفات به مرور كاهش مي يابد.
ه – تركيب پوشش اكسيدي – آندي ايجاد شده بر روي آلومينيوم با استفاده از الكتروليت هاي ديگر نيز مشابه موارد قبل مي باشد.
برخي از تحقيقات نشان مي دهد كه حدود 3 درصد از وزن لاي اكسيدي آندي ايجاد شده بر سطح قطعه آلومينيومي در الكتروليت اسيد اگزاليك را خود اسيد اگزاليك تشكيل مي دهد و مابقي آن نيز Al2 O3 بي شكل و غير متبلور و مقداري آب به صورت H2O و 2Al2O3 مي باشد.
همچنين حدود 4/0 تا 7/0 درصد وزن لايه اكسيدي – آندي حاصل از پروسه آندايزينگ در الكتروليت اسيد كروميك نيز مربوط به خود اسيد كروميك مي باشد و در تركيب لايه اكسيدي مزبور كه Al2 O3 بدون آب است جاي مي گيرد.
ضخامت لايه اكسيدي – آندي:
ضخامت لايه اكسيدي – آندي ايجاد شده بر روي آلومينيوم به مدت زمان حضور قطعه در داخل حمام بستگي دارد مشروط بر اينكه تمام شرايط انجام كار استاندارد باشد. در اين صورت براي به دست آوردن ضخامتي معادل 5 ميكرون با دانسيته جريان 6/1 آمپر بر دسيمتر مربع حدود 10 دقيقه و براي ضخامتي برابر 10 ميكرون حدود 20 دقيقه زمان مورد نياز است.
به عبارت ديگر هر چه ضخامت بيشتري مدنظر باشد زمان بيشتري مورد نظر مي باشد، اما در برخي موارد حتي با افزايش زمان عمليات ممكن است هيچ نوع افزايش صخامتي ايجاد نشود. شكل زير نشان دهنده ضخامت لايه اكسيدي حاصل از آندايزينگ برخي از آلياژهاي مختلف الومينيوم نسبت به زمان مي باشد. (محلول الكتروليت اسيدسولفوريك با غلظت 165 گرم در ليتر و دانسيته جريان نيز 2/1 آمپر بر – دسي متر مربع است).
دليل محدوديت در ايجاد ضخامت دلخواه و بالا در لايه پوشش اكسيدي هنوز مشخص و قطعي نيست اما ميتوان آن را ناشي از تعادل بين دو عامل زير دانست:
الف- قابليت جريان الكتريكي در انتقال يون هاي آلومينيوم از لايه ها به منظور ايجاد و تشكيل اكسيد تازه.
ب – قابليت حل آلومينيوم توسط محلول الكتروليت (اسيدسولفوريك)..
از جمله دلايل ديگر محدوديت ضامت لايه اكسيدي قال تشكيل مي تواند گرماي ايجاد شده در پروسه آندايزينگ باشد زيرا اگر جرياني معادل 6/1 آمپر و ولتاژ 16 ولت را جهت هر دسيمتر مربع از سطح آنداليز شده مناسب بدانيم در آن صورت به ازاي جريان فوق گرمايي معادل 240 وات ايجاد خواهد شد.
از سوي ديگر، تشكيل اكسيد آلومينيوم نيز گرمازا بوده و به ازاي هر گرم از اكسيد تشكيل دشه 400 كيلوكالري گرما آزاد ميگردد. هر چند كه اين گرما مي تواند با استفاده از هم زن و يا جريان باد از داخل حمام خارج شود . اما به نوبه خود مانع از رشد و افزايش صخامت لايه اكسيدي – آندي مي شود. هچنين در پروسه آندايزينگ سخت، با اعمال دانسيته جريان 5/2 آمپر بر دسيمتر مربع در صفر درجه سانتيگراد زماني كه اكسيژن در آندها ظاهر مي شود به صورت پلاريزاسيون عمل كرده و مقاومت را در لايه آندي افزايش مي دهد.
اين عمل نيز باعث محدوديت در رشد لايه اكسيدي مي گردد. در تقابل با اين پديده اگر ولتاژ افزايش يابد به نحوي كه بتواند مقاومت مزبور را در هم شكند سوختگي فلز پيش خواهد آمد كه مشكل آفرين مي باشد.
اهميت مواد در آندايزينگ :
نتايج حاصل از آندايزينگ در آلياژهاي مختلف آلومينيوم يكسان نيست و هر آلياژي پس از انجام عمل آندايزينگ كييت ويژه اي خواهد داشت. دسته اي از آلياژهاي بهترين قابليت را در رابطه با براق كاري و انعكاس نور دارا مي باشند در حالي كه دسته اي ديگر به عكس هيچگونه قابليتي را براي براق كاري ندارند و جهت سخت كاري و يا اهداف ديگر مناسب مي باشند.
جداول بعد استانداردهاي بين المللي آلياژهاي مختلف آلومينيوم را در مقام تطبق قرار داده و سپس قابليت هر كدام از آنها را جهت آندايزينگ (با هداف مختلف از قبيل براق كاري، ايجاد سختي و رنگ آميزي) به صورت امتياز بيان مي دارد به صورتي كه امتياز 5 عالي ترين و بهترين نتيجه و امتياز 1 پايين ترين قابليت و نتيجه را در آندايزينگ پذيري آلياژ مربوطه نشن ميد هد. مابقي امتيازات (4، 3 و 2) به ترتيب مبين كيفيت بسيار خوب ، خوب و متوسط مي باشد.
نكات زير در رابطه با آلياژهاي ريختگي سري LM قابل ذكر مي باشد:
الف – هيچكدام از آلياژهاي فوق قابليت خوبي را جهت براق شدن ندارند.
ب – به منظور آندايزينگ هر كدام از آلياژهاي فوق مي بايست تكنيك و روشهاي خاصي را از نظر غلظت الكتروليت، ولتاژ و غيره در نظر گرفت.
بطور مثال، جهت آندايز كردن آلياژهايي كه داراي درصد زيادي از سيليس مي باشند مي بايست ولتاژ باايي را به آنها اعمال نمود( تا 24 ولت) و آلياژهاي شامل مس بهتر است كه در محلول الكتروليت اسيد سولفوريك با غلظت 7 N – 4 N آندايز شوند.
ج – رنگ ايجاد شده بر روي قطعات آندايز شده آلياژهاي فوق تحت تاثير درصد عناصر تشكيل دهنده آلياژ بوده و معمولا” تيره مي باشند.
6 مراحل اجرايي آندايزينگ آلومينيوم :
هدف از آندايزينگ آماده سازي سطوح خارجي قطعات آلومينيومي براي كاربردهاي مختلف و گوناگون مانند سخت كاري، مصارف ساختماني، تزئيني و درخشندگي مي باشد. جهت دستيابي به كييت مورد نياز لازم است كه تمامي مراحل عملياتي آندايزينگ به ترتيب و به صورت دقيق انجام پذيرد.
مراحل اجرايي آندايزينگ
تجهيزات مورد نياز در عمليات آندايزينگ
دستيابي به كيفيت عالي در آندايزينگ قطعات آلومينيومي به عوامل مختلفي همچون كامل بودن تجهيزات و استفاده صحيح و درست آن ، بالانس بودن ظرفيت مراحل مختلف پروسه عملياتي و مهمتر از همه مديريت ذيصلاح و آگاه نسبت به دانش و تكنولوژي آندايزينگ بستگي دارد. در اين ميان تجهيزاتي كه جهت آندايزينگ مورد استفاده قرار مي گيرد حائز بيشترين اهميت مي باشند كه عمدتا” عبارتند از:
تانك آندايزينگ :
مهمترين موردي كه در جريان عمليات آندايزينگ بايد مد نظر قرار گيرد تانك و تجهيزات جانبي آن است كه عمليات آندايزينگ در داخل آن انجام مي شود. بدنه تانك مي بايست در مقابل خوردگي اسيدسولفوريك مقاوم باشد. روشهاي مختلفي براي نيل به اين منظور وجود دارد كه انتخاب هر كدام از آنها به قيمت ، نوع مواد و قابليت مقاومت آن در مقابل خوردگي بستگي دارد. مانند پوشش سرب ، لاستيك سخت ، انواع پلاستيكها ، آجرهاي ضد اسيد ، در رابطه با روشهاي فوق بطور مختصر توضيحاتي ارائه مي گردد:
الف – پوشش سربي :
ساليان زيادي از سرب به عنوان يك لايه محافظ در تانكهاي كوچك و متوسط آندايزينگ استفاده مي شد كه از مزاياي آن سهولت و سرعت در نصب و تعمير آن بود اما در حال حاضر اين روش جهت پوشش دادن به بدنه تانك كاربرد كمتري دارد
.
علاوه بر اين در برخي از كارگاهها لايه سربي فوق به عنوان كاتد مورد استفاده قرار مي گيرد كه مشكلاتي را نيز به وجود مي آورد. بطور مثال گاهي در هنگام در آوردن و يا جاي گذاردن قطعات كار به علت بي دقتي اپراتور اتصال كوتاهي بين كار و بدنه تانك ايجاد مي شود كه باعث خرابي قطعه كار و صدمه زدن به پوشش سربي تانك اسيدسولفوريك در معرض خوردگي قرار مي گيرد كه هزينه زيادي را جهت تعمير به دنبال خواهد داشت
. از مشكلات ديگري كه ضمن استفاده از لايه سربي به عنوان كاتد به وجود مي آيد قدرت پرتاب ناهماهنگ در جريان داخل تانك مي باشد كه باعث ايجاد ضخامت هاي نامتناسب پوشش در قسمت هاي مختلف قطعه كار مي گردد.
ب – پوشش لاستيكي:
در برخي از صنايع استفاده از پوشش لاستيكي در بدنه تانكها با توجه به هزينه مناسب و ويژگيهاي خاص آن رواج دارد. مهمترين خصوصيتي كه مواد لاستيكي بايد دارا باشند تا به عنوان پوشش مورد استفاده قرار گيرند عبارتند از:
- مقاومت در مقابل خوردگي اسيد در غلظت هاي نرمال و معمولي.
- مقاومت در مقابل حرارتي ناشي از عمليات ، به خصوص هنگامي كه مايع الكتروليت جديد در حال ساخت مي باشد، زيرا در چنين حالتي حرارت معمولا” به 50 تا 60 درجه سانتيگراد مي رسد.
- مقاومت مكانيكي در مقابل ضربه هاي ناشي از برخورد قطعه با بدنه تانك.
- مقاومت در مقابل سايش به خصوص هنگامي كه قطعات را در داخل حمام قرار مي دهند يا از آن خارج مي كنند، زيرا در چنين حالتي احتمال تماس قطعه با بدنه تانك وجود دارد.
بطور معمول ضخامت پوشش لاستيكي در سطوح جانبي تانك حداقل 5/1 ميليمتر و در لبه ها و گوشه ها حدود 3 ميليمتر توصيه شده است تا در برابر ضربه هاي مكانيكي ، تنش هاي حرارتي و فعل و انفعال حرارتي مقاومت نمايد.
ج – آجرهاي مقاوم در مقابل اسيد:
برخي از حمامهاي بزرگ آندايزينگ و همچنين كف سالن هاي عملياتي را با آجرهاي ضد اسيد مي پوشانند. با توجه به مقرون به صرفه بودن آن از نظر اقتصادي و مقاومت آجرها در مقابل خوردگي اسيد ، در مواقعي كه نصب تانك آندايزينگ در داخل زمين الزامي است استفاده از آجرهاي ضد اسيد بهترين و مطلوبترين روش مي باشد. سيماني كه جهت اتصال آجرهاي مزبور بكار مي رود نيز مي بايست در مقابل اسيد مقاومت باشد.
د – پوشش پلاستيك (PVC ) :
استفاده از مواد PVC به عنوان پوشش داخلي تانك كاربرد وسيعي پيدا كرده است و از لحاظ قيمت و كارآيي نيز با ديگر مواد پوششي قابل رقابت مي باشد.
كاتد:
برخي از عناصر و فلزات مي توانند به عنوان كاتد در داخل تانك آندايزينگ قرار گيرند كه عمده ترين آنها سرب ، آلومينيوم و گرافيت است.
الف – ورق آلومينيوم معمولي ترين فلز در ساخت كاتد مي باشد كه توسط پيچ و مهره و يا هر وسيله ديگري به ميله حامل جريان منفي (كاتد) وصل مي شود وقتي كه جريان الكتريسيته برقرار مي گردد ورق آلومينيومي يا كاتد در مقابل خوردگي محافظت خواهد شد و در حالتي كه جريان برقرار نيست ورق فوق الذكر در داخل محلول الكتروليت به مرور حل مي شود ولي مقدار آن بسيار كم و جزيي است و به شرايط محلول داخل تانك بستگي دارد.
در صورتي كه از اسيد سولفوريك با غلظتي كمتر از 250 گرم در ليتر به عنوان محلول الكتروليت استفاده شود و حرارت حمام نيز كمتر از 25 درجه سانتيگراد باشد ورق اكسترود شده آلومينيومي به ضخامت 3 ميليمتر ساليان دراز مي تواند بعنوان كاتد مورد استفاده قرار گيرد و راندمان خوبي را نيز به همراه داشته باشد.
ب – گرافيت از ديگر موادي است كه ميتوان از آن به عنوان كاتد استفاده نمود. ورق گرافيت قابليت انتقال مقدار زيادي از جريان را دارا مي باشد اما حمل و نقل و جابجايي آن مشكل بوده و جهت نصب نيز نياز به دقت زيادي دارد.
توجه به اين نكته الزامي است كه ميله هاي حامل جريان منفي كه از يك سو به صفحات كاتدي و از سوي ديگر به قطب منفي منبع تغذيه متصل اند مي بايست حتما” از جنس آلومينيوم انتخاب گردند زيرا در صورتي كه از مس به عنوان ميله هاي انتقال جريان استفاده شود بطور قطع باعث ايجاد اشكالاتي در محل اتصالات شده و خوردگي الكتروليتي را بر روي آلومينيوم ايجاد خواهد نمود.
علاوه بر آن خورده شدن مس در جو اسيدي و تشكيل نمك مس در محلول الكتروليت باعث خرابي كار نيز مي گردد. (در صورتي كه بنابه دلايلي استفاده از ميله مسي الزامي باشد مي يابد روي آن را با رنگ يا مواد ضد اسيدي پوشاند تا مانع خوردگي و يا تركيب آن با محلول الكتروليت گردد)
تلاطم در محلول الكتروليت :
جهت يكنواخت نگهداشتن دماي تمام نقاط داخل حمام مي توان از لوله هاي باد، هم زن و حركات نوساني استفاده نمود. اما عمومي ترين روش استفاده از لوله هاي باد است كه نازل هاي آن با دهانه اي به قطر حدود 3 ميليمتر و به فواصل 100 تا 150 ميلمتر نسبت به يكديگر در ته تانك آندايزينگ نصب مي شوند. هواي فشرده و تنظيم شده با استفاده از لوله يافته و از دهانه آنها خارج مي شود.
استاندارد خاصي جهت مشخص نمودن ميزان فشار هواي خارج شده از نازلها وجود ندارد و هر واحد تاسيسات آندايزينگ مي بايست بر اساس شرايط كاري و با استفاده از روش سعي و خطا نسبت به يافتن حالت بهينه اقدام نمايد به گونه اي كه كمترين تغيير ممكن در شدت جريان قابل اعمال در پروسه آندايزينگ ايجاد شود.
نتايج آزمايش صورت گرفته در حرارت 21 درجه سانتيگراد و ولتاژ 18 ولت نشان مي دهد كه متناسب با شدت تلاطم ايجاد شده توسط فشار هوا در محلول الكتروليت دانسيته جريان مورد نياز جهت انجام عمليات آندايزينگ كاهش مي يابد.
نتايج فوق مبين اين واقعيت است كه تلاطم و به هم خوردن محلول در جريان عمليات آندايزينگ نقش به سزائي دارد. جريان هواي دميده شده به نازل هاي ته تانك آندايزينگ مي بايست تا حدي افزايش يابد كه شدت جريان ثابت مانده و هيچگونه كاهشي در آن مشاهده نشود. از سوي ديگر تلاطم و به هم خوردن محلول الكتروليت بر ميزان ولتاژ ، ضخامت لايه اكسيدي و انحلال مجدد لايه مزبور در داخل حمام آندايزينگ در حين عمليات موثر مي باشد.
اين رفتار نشان مي دهد كه از آزمايشات مختلف استنتاج گرديده است دانسيته جريان در طول مدت انجام اين آزمايش ثابت و برابر 5/1 آمپر بر دسيمتر مربع در نظر گرفته شده است.
به نظر مي رسد كه نوعي تمايل ذاتي و دروني در محلول الكتروليت وجود دارد كه در طول عمليات آندايزينگ ، درجه حرارت آن افزايش مي يابد. اين امر ناشي از عبور جريان الكتريسيته و همچنين گرماي ايجاد شده به ميزان تقريبي 400 كيلو كالري به ازاي هر گرم از لايه اكسيدي تشكيل شده بر سطح فلز مي باشد.
دماي مزبور بر روي ضخامت ، سختي و نرمي لايه اكسيدي و همچنين ايجاد حفره هاي ريز روي آن تاثير مي گذارد. به همين جهت منطقي است كه دماي حمام آندايزينگ ثابت نگهداشته شود. يكي از روش هاي مورد استفاده در اين رابطه گردش آب خنك سير كوله شده در جداره تانك مي باشد كه دماي آن با استفاده از ترمومتر كنترل مي شود . برخي از كارخانجات محلول الكتروليت را پمپاژ نموده و بعد از خنك كردن توسط مبدل حرارتي خارجي ، آن را به تانك باز مي گردانند در اين حالت فرمان پمپاژ مي تواند با استفاده از يك ترموستات عملي گردد.
كنترل شدت جريان :
جهت آندايزينگ آلومينيوم در حمام اسيد سولفوريك به جريان مستقيمي معادل 12 تا 24 ولت نياز مي باشد كه ميزان دقيق آن به نوع آلياژ و ضخامت مورد نظر لايه اكسيدي بستگي دارد. در برخي از موارد با در نظر گرفتن جنس آلومينيوم و نوع آندايزينگ (سخت يا رنگي) به ولتاژي معادل 20 تا 24 ولت و براي آلياژهاي سخت به 75 تا 120 ولت نياز مي باشد.
به دليل اهميتي كه شدت جريان عمليات بر كيفيت لايه اكسيدي ايجاد شده دارد مي بايست به صورت دستي يا مكانيزه نسبت به كنترل و تثبيت شدت جريان اقدام نمود. سيستمهاي مختلفي در اين رابطه وجود دارند كه بر اساس مكانيزم ثبوت ولتاژ و يا ثبوت جريان عمل نموده و كنترل جريان و ثبوت آن را محقق مي سازند.
قلابها :
تمامي قطعات جهت آندايز شدن مي بايست به طريقي به ميله جريان مثبت (آند) وصل شوند. بنابراين قلابها نقش موثري را در اين رابطه عهده دار مي باشند. انتخاب و ساخت قلاب مناسبي كه بتواند از سويي قطعه كار را محكم نگهداشته و اتصال اين خود و تسمه حامل جريان را به نحو مطلوب و محكمي برقرار نمايد و از سوي ديگر جريان و ولتاژ مورد نياز را از خود عبور دهد. بيشتر به يك هنر مي ماند كه از تجربه زياد و مدنظر قرار دادن مباني علمي ناشي مي گردد.
آلومينيوم و آلياژهاي آن در ساخت قلابها و بست ها معمولا” بيشترين كاربرد را دارند (هر چند كه فلز تيتانيوم نيز اخيرا” در اين زمينه مطرح گرديده است) دليل آن نيز شايد قابليت انعطاف قلابهاي آلومينيومي باشد كه با انجام تغييراتي بر روي هر قلاب مي توان آنها را جهت اتصال قطعات با ابعاد متفاوت مورد استفاده قرار داد.
براي قطعات كوچك مي توان قلابها را به صورت چنگه هايي درست كرد و بر روي هر كدام از آنها چندين قطعه را آويزان نمود در صورتي كه نتوان قطعات را به علت كوچكي بيش از حد روي قلابها آويزان كرد استفاده از گردونه مخصوص الزامي است. در هر صورت موارد زير در انتخاب و ساخت قلابها و همچنين كاربري آن مي بايد مدنظر قرار گيرد.
الف – تركيب آلياژهاي آلومينيوم مورد استفاده جهت ساخت قلابها نبايد داراي بيش از 5% مس و 7% سيليسيوم باشد.
ب – ابعاد قلابها بايد طوري انتخاب گردد كه بطور كامل بتواند جريان مناسب را به هر كدام از قطعات برساند.
ج – جنس قلابها بايد به گونه اي باشد كه در مقابل فشار مكانيكي ، خوردگي و گرما مقاومت كافي را دارا باشد.
د – قلابهاي چنگه اي كه چندين قطعه بر روي آن نصب مي شوند مي بايست طوري طراحي گردند كه هر كدام از قطعات به نحو مستحكمي بر روي آن قرار گرفته و به مقدار كافي مايع الكتروليت و جريان هوا در بين فواصل قطعات جريان داشته باشد و نيز بتواند جريان برق را به طور مساوي به همه قطعات برساند.
ه – اگر از آلومينيوم و آلياژهاي آن در ساخت قلابها استفاده شود معمولا” همراه با قطعات متصل به آن آندايز شده و قشري از اكسيد بر روي آن مي نشيند.
اين اكسيد عايق الكتريكي بوده و جريان را از خود عبور نمي دهد. بنابراين جهت هدايت بهتر جريان الكتريسيته مي بايست لايه اكسيدي فوق را (به خصوص در بخشهايي از محل اتصال به تسمه حامل جريان يا به قطعه كار است) از بين برد بدين منظور كافي است كه قلاب هاي اكسيد شده را در يكي از تركيبات زير غوطه ور نمود.
سود سوز آور 5% وزني
ب بقيه حجم تانك
درجه حرارت 38 – 65 درجه سانتيگراد
1- ي :
اسيد سولفوريك 37 گرم در ليتر
اسيد فسفريك 37 گرم در ليتر
آب بقيه حجم تانك
درجه حرارت 88 – 176 درجه سانتيگراد
