بخشی از مقاله
بررسی و انتخاب بهترین روش محافظت از سطح الیاژهای منیزیم
چکیده
با افزایش کاربرد آلیاژهای منیزیم در گستره وسیعی از صنایع به خصوص صنایع هوایی، اتومبیل سازی و صنایع الکترونیک و به دلیل مات بودن ذاتی و نسبت استحکام به وزن بالا، این فلز مورد توجه قرار گرفته است. حضور این فلز در صنایع مختلف باعث شده است که روشهای بهره برداری از آلیاژهای با مقاومت خوردگی بالاتر و محافظت سطح آنها توسعه یابد. روشهای متعددی برای اصلاح سطح منیزیم مورد بررسی قرار گرفته که شامل غوطه وری شیمیایی و فرآیند آندایزینگ بوده و به منظور ایجاد پوششی جهت حفاظت بیشتر سطح می باشند. دراین مقاله دونمونه الیاژ مشابه به روشهای اسیدی و قلیایی (بر اساس استاندارد MIL-M45202C) آندایز گردیدند. پس از ارزیابی دو روش فوق در نهایت آندایزینگ قلیایی بهترین روش جهت پوشش دهی آلیاژهای منیزیم از لحاظ تشخیص داده شد.
واژه های کلیدی: آندایزینگ ، آب بندی(Sealing)، آلیاژهای منیزیم
فلز منیزیم با دانسیته ۱/۷gr/cm جزء سبکترین مواد فلزی است که به علت خواص بسیار مناسب از جمله استحکام ویژه بالا، قابلیت ریختهگری نسبتاً خوب، قابلیت ماشینکاری علی، جوش پذیری مناسب تحت اتمسفر کنترل شده و هزینه تولید پایین کاربرد وسیعی در صنایع هوافضا، اتومبیل سازی و الکترونیک پیدا کرده است. آلیاژهای ریختهگری منیزیم عمدتاً دارای آلومنییم و روی بوده که بیشترین کاربرد را در صنایع فلزی دارند ۱،۲، اگر منیزیم و آلیاژهای آن در معرض هوا قرار گیرند جلای فلزی خود را به مرور از دست میدهند و سطح آنها تیره، روشن یا سیاه می شود که این تغییر رنگ به نوع آلیاژ آن بستگی دارد. این تیرگی به علت وجود ترکیبی از آکسید، کربنات و کلرید منیزیم می باشد که به راحتی از سطح منیزیم جدا می شود. ایجاد پوشش مناسب بر روی سطوح منیزیم و آلیاژهای آن علاوه بر حفاظت از فلز، میتواند در صنعت رنگ کاری نیز به عنوان آستر، فیلم مناسبی فراهم آورد [۱] روش اکسیداسیون آندی (آندایزینگ) به عنوان یکی از روشهای محافظت از سطح آلیاژهای منیزیم بکار میرود. آندایزینگ در حقیقت، مجموعه عملیات الکتروشیمیایی است که باعث تشکیل یک لایه اکسیدی بر روی فلزاتی از قبیل آلومینیم و منیزیم و آلیاژهای آنها می گردد. هدف از آندایزنیگ فلزات، افزایش سختی، مقاومت به خوردگی و مقاومت سایشی، ایجاد نمای تزیینی و رنگ پذیری بهتر میباشد. علاوه براین آندایزینگ باعث تغییر برخی از خصوصیات فیزیکی فلز مانند افزایش مقاومت دمایی، عایق الکتریکی شدن و ... نیز خواهد شد ۳.
۲- روشهای حقاظت از سطح مثیزیم و آلیاژهای آن روشهای شیمیایی و الکتروشیمیایی (آندایزینگ) بسیاری برای حفاظت از سطح وجود دارد که تعدادی از این روشها در جدول ۱ توسط کمپانی Dow آورده شده است [۱،۴]
۱-۲- روش شیمیایی
شود و نتایج بدست آمده بستگی به ترکیب آلیاژ، شرایط سطحی آلیاژ، ترکیب محلول مورد نظر و پارامترهای دیگر دارد که باعث ایجاد خواص زیر در پوشش حفاظتی بدست آمده میگردد[۵].
۱- افزایش مقاومت به خوردگی
۲- افزایش چسبندگی پوششهای آلی ( رنگ پذیری)
۳- کاربرد تزئینی ۲- ۲- روش الکتروشیمیایی یا اکسیداسیون آندی (آندایزینگ) این روش برای محافظت آلیاژهای منیزیم در الکترولیتهای قلیایی و اسیدی با استفاده از جریان مستقیم یا متناوب انجام میگیرد. بسته به شرایط و نوع فرایند، پوششهای آندی تا ضخامت ۶۰ میکرون بدست می آید که این نوع پوشش های حفاظتی خواص زیر را فراهم می نمایند۱،۳l ا:
۱- افزایش مقاومت به خوردگی
۲- افزایش مقاومت سایشی
۳- افزایش سختی
۴- رنگ پذیری بهتر
۵- بهبود نمای تزئینی
۶- اقزایش مقاومت دمایی ۱-۲-۲-آندایز اسیدی این روش در الکترولیتهای اسیدی انجام میگیرد و پوشش حاصل دارای ترکیبات شرکت کننده فلوراید، فسفات، کرومات و یونهای سدیم میباشد که با هر دو نوع جریان AC و DC قایل انجام بوده که زمان مورد نیاز با استفاده از روش جریان DC، ۳۰ درصد کمتر از روش جریان AC می باشد. فرمولاسیون مواد برای دو روش فوق، طبق استاندارد Mil-M-45202C در جدول ۲ آمده است۱.۳l].
۲-۲-۲-آندایز قلیایی روشهای متعددی برای آندایز قلیایی که توسط کمپانی DoW ارائه شده است در جدول ۳ آمده است. پوششهایی که در محلولهای قلیایی ایجاد شده اند عمدتاً دارای اکسید منیزیم و هیدرو کسید منیزیم اند. اکسید منیزیم در محیط قلیایی غیرقابل حل بوده و تشکیل مداوم آن باعث
افزایش ضخامت می شود۱،۳l] روش تحقیق
۳- مراحل آندایزینگ سطح آلیاژ MLS منیژیم سه مرحله اصلی برای ایجاد پوشش حفاظتی در سطوح آلیاژهای منیزیم عبارتند از آماده سازی اولیه ، آندایزینگ و آببندی" که در بلوک دیاگرام زیر این سه مرحله با جزئیات بیشتر نشان داده شده است. برای آماده سازی اولیه، بسته به نوع آلیاژ، آلودگی سطح آلیاژ (میزان آلودگی و نوع آن) و میزان خوردگی سطح آن یک یا چند روش از مجموعه روشها انتخاب خواهند شد. ما برای انجام آزمایشات خود دو قطعه از آلیاژ گML منیزیم برای انجام آندایز اسیدی و دو قطعه مشابه
دیگر برای آندایز قلیایی (در مجموع ۴ قطعه) انتخاب نمودیم این دو قطعه در شکل ۱ نمایش داده شده اند. در ادامه جزئیات تحقق هرکدام از روش های آندایز اسیدی و قلیایی خواهد آمد.
۱-۳- تمیز کردن" و اکسید زدایی" در این مرحله فرآیند تمیز کردن بر روی قطعات، به روشهای مکانیکی (سنباده زنی) و سپس شستشو در محلولهای قلیایی که مناسبپ تر میباشد انجام گرقت. ترکیبات این محلول و شرایط لازم برای شستشوی قلیایی (چربیگیری) در زیر آمده است [۶
سپس اکسید زدایی در محلولهای اسیدی مناسب، صورت گرفت. به دلیل فعال بودن منیزیم در اسیدها، بهتر است از اسیدهای رقیق مانند اسید نیتریک ۵ تا ۱۰ درصد یا اسید سولفوریک ۵ درصد و یا از اسیدهای ضعیفی مانند اسید استیک، اسید سیتریک و ... استفاده نمود
۲- انجام قرآیند اکسیداسیون آندی (آندایزیتگ)
پس از تمیز شدن و اکسید زدایی و شستشوی کافی نمونه ها فرآیند آندایزینگ به دو روش اسیدی و قلیایی مطابق با فرمولاسیون و شرایط مشخص شده در جداول ۴ و ۵ انجام شدند.
۳-۳- آبیایندی (سیل کلری) نمونهها چنانچه از آلیاژهای منیزیم به صورت بدون رنگ یا قسمتی رنگ شده استفاده گردد لازم است حتماً آب بندی انجام گردد. نمونه های آندایز شده از هریک از دو روش اسیدی و قلیایی پس از شستشو در آب سرد و سپس گرم و خشک شدن طی دو روش زیر آب بندی شدهاند. الف- سیل پس از آندایز اسیدی: قطعات در محلول حاوی سیلیکات سدیم در دمای ۹۰°C در مدت ۱۵ دقیقه آب بندی شدند۱l]
بی - سیل پس از آندایز قلیایی:
قطعات در محلول آمونیوم اسید فلوئورید و دی کرومات سدیم در دمای اتاق و برای چند دقیقه
۴-| نتایج و بحث
ضخامت پوششی ایجاد شده بر روی قطعات در هر دو روش یکسان و بصورت میانگین تقریبا برابر ۲۰ میکرون بوده است. پس از عملیات فوق تستها و اندازه گیریهای زیر برای مقایسه دو روش بر روی هرکدام از جفت نمونه ها انجام گرفت و نتایج بدین صورت به دست آمد: میزان سختی برای قطعات خام اولیه برابر ۶۲ راکول (HB) بود که این میزان سختی در آندایز با روش قلیایی به ۱۱۴ راکول افزایش یافت، در حالیکه در روش آندایز اسیدی، میزان سختی ۷۸ راکول به دست آمد. برای بررسی میزان رنگ پذیری قطعات از پوشش رنگ اپوکسی دو جزئی با ضخامت ۴۵ میکرون برای همه نمونه ها استفاده شد که نشان داد از جهت رنگ پذیری هر دو روش مطلوب هستشد و چسبندگی رنگ روی آنهابالای ۹۵ درصد می باشند.
