بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روش های بهبود مقاومت به خوردگی و سایشی آلیاژهای آلومینیوم، انجام فرآیند آندایزینگ میباشد. فرآیند آندایزینگ میتواند به دو روش چگالی جریان ثابت و پتانسیل ثابت انجام شود. گرچه استفاده از جریان متناوب نیز برای انجام آندایزینگ مرسوم است. فرآیند آندایزینگ در الکترولیتهای مختلفی از قبیل اسید سولفوریک، اسید اگزالیک، اسید کرومیک و ... انجام میشود. همچنین استفاده از اسیدهای ترکیبی نیز برای انجام آندایزینگ گسترش زیادی یافته است. عوامل مختلفی از قبیل دما، چگالی جریان، پتانسیل، نوع و غلظت محلول الکترولیت و... بر فرآیند آندایزینگ و خواص لایهی اکسیدی-آندی اثر میگذارند. در این پژوهش به مطالعهی تأث یر چگالی جریان فرآیند آندایزینگ بر مقاومت به خوردگی آلیاژ آلومینیوم 1050 در الکترولیت 1M H2SO4 در دمای 25 0C پراخته شده است. مقاومت به خوردگی نمونههای آندایز شده توسط طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی - EIS - مورد بررسی قرار گرفته است. با بررسی نمودارهای ولتاژ-زمان و طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی مشخص شد که نمونهی آندایز شده تحت چگالی جریان 1/5 A/dm2 بهترین مقاومت به خوردگی را ارائه میدهد.
واژههای کلیدی: آندایزینگ، آلومینیوم 1050، اسید سولفوریک، چگالی جریان، طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی - - EIS
مقدمه
ریز ساختار غیرهمگن آلیاژهای پایه آلومینیوم، آنها را مستعد خوردگی موضعی میکند که موجب محدودیت کاربرد آنها، مخصوصاً در دریا و سایر محیطهایی که مقاومت به خوردگی در آنها مهم است، میشود. پوششهای تبدیلی در پرداخت فلزات به منظور ایجاد محافظت خوردگی و افزایش چسبندگی رنگ به فلز زیرین استفاده میشود. عموماً محافظت خوردگی برای قطعات آلیاژهای پایه آلومینیوم از طریق ترکیب پوششهای تبدیلی کروماتی، پرایمرها و رنگها تهیه میشود که هر یک نقش مشخصی در ساز و کار محافظت ایفا میکنند.[1] یکی از بهترین و گستردهترین روشهای مورد استفاده که کیفیت و تکرارپذیری بالایی را در مورد آلیاژهای پایه آلومینیوم ایجاد میکند، فرآیند آندایزینگ میباشد.[2]
با انجام فرآیند آندایزینگ، خواص ضدخوردگی آلومینیوم به طور قابل توجهی بهبود مییابد، که به دلیل سلولهای هگزاگونالی ستونی متخلخلی میباشد که عمود بر سطح زیرلایه و به طور جداگانه از لایهی مانع ایجاد شدهاند. فرآیند آندایزینگ معمولاً در اسید سولفوریک و توسط منبع جریان خارجی صورت میگیرد.[3]
ساختار متخلخل لایههای آندی، آلومینومی با مشخصههای جذبی ایجاد میکند که سبب افزایش کاربردهای آن میشود - برای مثال آلومینیوم آندایز شده میتواند به منظور استفاده در کاربردهای تزئینی و خانگی با روشهای مختلف رنگکاری شود - .[4] انواع مختلفی از لایه اکسیدی را میتوان از فرآیند آندایزینگ به دست آورد که به دو د ستهی کلی طبقهبندی می شوند: یک د سته بر ا ساس واکنش لایهی ت شکیل شده با الکترولیت و دیگری بر ا ساس قدرت حلالیت الکترولیت روی آلومینا میبا شد.[5] بنابراین، اگر الکترولیت قوی نبا شد، مانند بوریک ا سید، لایهی اکسیدی متراکم و یکنواخت خواهد بود. در طرف مقابل، برای الکترولیتهای اسید سولفوریک، کرومیک و ف سفریک، لایهی حا صله از دو بخش لایهی یکنواخت متراکم در سطح فلز که لایهی مانع نامیده می شود، و لایهی متخلخل که در تماس با الکترولیت است، تشکیل میشود .[6] پارامترهای آلومینای آندی متخلخل را که شامل قطر حفره، فاصلهی بین حفرهای، تخلخل، چگالی حفره و ضخامت میباشد، به راحتی به وسیلهی شرایط آندایزینگ از قبیل نوع الکترولیت، پتانسیل آندایزینگ، چگالی جریان، دما و زمان فرآیند میتوان کنترل کرد.[7]
مقاومت به خوردگی به ضخامت لایهی اکسیدی بستگی دارد، بنابراین کنترل کیفی مناسب بر پارامترهای حمام اهمیت حداکثری دارد. تکنیکهای سنجش آزمایشگاهی بسیار متنوعی وجود دارد که اطلاعات جالبی را ارائه میدهند. همهی آنها محدودیتهای خاص خود را دارند.[8] استفاده از طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی - EIS - برای م شخ صهیابی لایهی اک سیدی مزایای ب سیاری دارد. نتایجی که تاکنون به د ست آمده ا ست ن شان میدهد که EIS یک ابزار قدرتمند برای تهیهی اطلاعات دقیق از خواص الکتروشیمیایی لایههای اکسیدی-آندی میباشد.[9] در این پژوهش، با آندایزینگ نمونههای آلومینیوم 1050 تحت چگالی جریانهای 0/5 A/dm2، 1، 1/5 و 2 به بررسی مقاومت به خوردگی نمونهها از طریق طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی پرداخته میشود.
مواد و روش تحقیق
ابتدا نمونههای آلومینیوم 1050 با ترکیب شیممیایی Al %99/5، و %0/5 از ناخال صیهایی نظیر Cu، Mg، Mn، Si و... به طول و عرض و ضخامت، به ترتیب 50، 30 و mm 3 برش داده شد. سپس به منظور آماده سازی جهت آندایزینگ نمونهها مراحل زیر به ترتیب مراحل زیر انجام شد.
آمادهسازی نمونهها: به منظور حذف ناهمواریهای سطحی حاصل از مرحلهی برش و ایجاد سطحی هموار برای انجام آندایزینگ، نمونههای آلومینیومی با ا ستفاده از سمبادههایی با شمارههای 80، 200، 400، 600، 800، 1000 و 1500 پرداخت شدند. سپس نمونهها به مدت 10 دقیقه درون محلول استون در حمام اولتراسونیک قرار گرفتند. سپس به منظور حذف آلودگیهای سطحی به مدت 2 دقیقه در دمای 60 0C درون محلول 1M NaOH قرار گرفتند. در مرحلهی بعد دوباره به مدت 10 دقیقه دون محلول استون در حمام اولتراسونیک شستوشو داده شدند. و در انتها به منظور حذف کامل آلودگیهای سطحی به مدت 3 دقیقه در دمای 60 0C درون محلول 1M HNO3 قرار داده شدند. بعد از هریک از مراحل ذکر شده ، نمونهها با آب مقطر شسته میشوند.
فرآیند آندایزینگ: پس از طی مراحل ذکر شده، نمونهها در محلول 1M H2SO4 حاوی 1/5 gr/l آلومینیوم سولفات - - Al2 - SO4 - 3 در دمای 25 0C به مدت 30 دقیقه تحت شرایط مختلف فهر ست شده در جدول1 آندایز شدند. آلومینیوم سولفات به منظور افزایش رسانایی محلول افزوده میشود.
حین انجام فرآیند آندایزینگ در چگالی جریانهای مشخص، تغییرات ولتاژ طی زمان آندایزینگ، با استفاده از یک مولتیمتر بر روی رایانه ثبت میشود تا نمودار ولتاژ-زمان برای هر یک از نمونههای آندایز شده استخراج شود.
