بخشی از مقاله
چکیده
پوشش نانو ساختار آلومینا روی آلومینیوم با استفاده از جریان پالسی مستقیم در الکترولیت قلیایی تنگستاتی توسط فرآیند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی ایجاد شد. تاثیر پارامترهای الکتریکی از جمله جریان و چرخه کاری بر ریزساختار و رفتار خوردگی پوشش ها مورد بررسی قرار گرفت. مورفولوژی سطح پوشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و شناسایی فازی توسط پراش اشعه ایکس بررسی شدند.
بررسی مورفولوژی سطح توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص ساخت که در چرخهکاری % 65 با افزایش جریان درصد تخلخل از % 3/4 به %17 رسید و در چرخهکاری % 35 افزایش جریان باعث افزایش درصد تخلخل از % 3/4 به % 6/6 شد. شناسایی فازی توسط پراش اشعه ایکس نشان داد که پوشش عمدتا از فاز -Al2O3 تشکیل شده است. رفتار خوردگی پوشش-های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی به کمک آزمون پلاریزاسیون در محلول 3/5 NaCl درصد وزنی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان دادند که در اثر افزایش جریان و چرخهکاری مقاومت به خوردگی ، حدود 1/5 برابر بیشتر شد.
مقدمه
آلیاژهای آلومینیوم کاربرد گستردهای در صنایع خودروسازی و هوافضا دارند. ازجمله دلایل این کاربردها را میتوان به مواردی چون ن سبت ا ستحکام به وزن بالا، مقاومت به خوردگی منا سب، سیالیت و قابلیت ریختگی عالی، مقاومت به ترک گرم، قابلیت جوشکاری مناسب و همچنین ضریب انبساط حرارتی پایین اشاره نمود. با این حال در مقای سه با فولاد و چدن، آلیاژهای آلومینیوم ن سبتا نرم ه ستند و دارای خواص سای شی ضعیف ه ستند. همچنین مقاومت به خوردگی آنها به دلیل حضور عناصر و فازهای غیر مقاوم در برابر خوردگی و همچنین نقص ریز ساختاری - مانند منافذ - به اندازه کافی منا سب نیست
برای رفع این م شکلات نیازمند ایجاد عملیات اصلاح سطحی هستیم. هدف از اصلاح سطحی، بهبود ویژگیهای کاربردی سطح زمینه میباشد. روشهای پو ششدهی زیادی برای ا صلاح سطحی آلومینیوم وجود دارد از جمله : سل-ژل1، ر سوب گذاری بخار فیزیکی2، رسوب گذاری بخار شیمیایی3، کاشت یون و پوشش تبدیلی. با این حال بسیاری از این روشها مستلزم دمای بالا در طول پردازش و یا بعد از عملیات - سل-ژل - ه ستند که ممکن ا ست به پو شش یا سطح آ سیب بر ساند. علاوه براین فرآیند سل-ژل به علت چسبندگی سطحی ضعیف، انقباض و اکسیداسیون لایه استفاده از آن محدود شده است. پوشش تبدیلی به طور عمده بر ترکیبات کروم میباشد که مقاومت به خوردگی خوبی دارد اما گزارش شده به شدت سمی و سرطانزا میباشد
روش دیگر برای اصلاح سطح وجود دارد به نام اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی4، عملیات الکتروشیمیایی با کمک پلاسما که نسبتا جدید است و به عنوان یک تکنیک مهندسی سطح مقرون به صرفه و سازگار با محیطزیست در نظر گرفته شده است . فرآیند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی ، شامل غوطهوری زمینه فلزی در یک الکترولیت آبی میباشد.
فلرات آلومینیوم، تیتانیوم ومنیزیم بیشترین کاربرد را دارند ، اما روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی منحصر به این فلزات نمیباشد. سل پوششدهی ، توسط یک الکترود کمکی که غالبا از فولاد زنگ نزن میبا شد تکمیل می شود. از یک منبع تغذیه با ولتاژ بالا برای اعمال ولتاژ بین زمینه و الکترود کمکی استفاده میشود. برای هدفهای مختلف عملیات اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی ، معمولا بین 3 تا 180 دقیقه با چگالی جریان بین 500 تا 2000 آمپر بر متر مربع و ولتاژ تا 800 ولت انجام می شود. . اعمال ولتاژ باعث حرکت جریان بر روی سطح میشود و اکسید ذاتی زمینه در اثر فرآیندی شبیه به آندایزینگ بهوجود میآید.
با افزایش ضخامت لایه اکسیدی ، ولتاژ به سرعت افزایش مییابد و وقتی اختلاف پتانسیل اعمالی به حدود چند صد ولت برسد شکست الکتریکی اکسید در حال رشد به صورت جرقههای مرئی روشن روی سطح زمینه ظاهر میشود. در نتیجه باعث شکلگیری یک فیلم اکسیدی محافظ به منظور افزایش مقاومت در برابر سایش، خوردگی، خستگی و فرسایش میشود
این فرآیند میتواند یک پوشش متراکم و بسیار سخت روی سطح آلومینیوم بهوجود آورد. یک ویژگی مهم این پوشش این است که لایه اکسید سخت در واقع به سمت داخل از سطح فلز رشد میکند، بنابراین چسبندگی خوب و ثبات ابعادی زیادی خواهد داشت. بر خلاف دیگر روشهای پوششدهی مانند رسوب گذاری بخار فیزیکی، رسوب گذاری بخار شیمیایی، اکسیداسیون آندی سخت، پوشش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی پوششی سازگار برای ضخامتهای تا چند صد میکرومتر است. به دلیل این ویژگیهای جذاب، به تازگی پوشش اکسیداسون الکترولیتی پلاسمایی برای کاربردهای زیادی مورد توجه صنعت واقع شده است 2] و .[6
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از آلومینیوم خالص با ابعاد 15 × 10 × 2 میلی متر مکعب استفاده شد. سطح نمونهها به وسیله کاغذ سنباده تا شماره 2000 صاف شد و سپس در آب مقطر تمیز شده و در هوای محیط قبل از فرآیند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی خشک شدند. فرآیند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی با استفاده از یک منبع تغذیه جریان م ستقیم پال سی تک قطبی انجام شد. از یک فولاد زنگنزن به عنوان کاتد و از یک سی ستم آبگرد و یه همزن برای حفظ درجه حرارت و پایداری الکترولیت استفاده شد. الکترولیت یک محلول آبی شامل 10 گرم بر لیترسدیم تنگستات و 1 گرم بر لیتر پتاسیم هیدروکسید در 1 لیتر آب مقطر بود. تمام نمونههای پوشش داده شده به طور کامل بعد از عملیات با آب مقطر شسته شده و در هوای گرم خشک شدند. پارامترهای دقیق در جدول1 آورده شده است.
جدول -1 پارامترهای اعمالی فرآیند
