بخشی از مقاله
چکیده
سطح وسایل و ابزارها همواره دارای اهمیت بسیار بالایی بوده است. ترشوندگی یکی از مهمترین خواصی است که به طور گسترده بر کیفیت سطح تاثیرگذار است. در شناورها، سطوح با آبگریزی بالا میتواند سبب کاهش خوردگی، کاهش نیروهای بین سطحی و کاهش تنش گردد. دستیابی به ویژگیهای تر شوندگی منا سب با ا ستفاده از مواد مختلف مورد برر سی قرار گرفته ا ست که در این بین قلع با توجه به ویژگیهایی نظیر گپ انرژی بالا و امکان استفاده در قطعات الکترونیکی، مقاومت خوردگی بالا و همچنین پوشش دهی آسان، دارای اهمیت بسیار بالایی بوده است.
الکترودیپازیشن یکی از روشهای شایع در پوششدهیهاست. غلظت قلع، غلظت اسید در محلول اولیه، ولتاژ لایهنشانی و زمان از مهمترین پارامترهای عملیاتی فرآیند الکترودیپازی شن میبا شند. نتایج ن شان میدهند، زمان و غلظت قلع دارای تاثیر بی شتری میبا شند. زاویهی تماس بالای 160 درجه نیز در حالت بهینه قابل دستیابی است.
مقدمه
تر شوندگی از خواص ب سیار مهم در ابزارها به خ صوص صنایع دریایی میبا شد. با توجه به وجود م شکلاتی نظیر ا صطکاک و خوردگی در سطوح تجهیزات دریایی، پوششها میتوانند مشکلات بسیاری را رفع کنند. تلاش های زیادی برای تولید پوششهای مقاوم صورت پذیرفته است. پوششهای پلیمری در ابتدا به عنوان یکی از مناسبترین پوششها مورد اشاره قرار گرفتهاند. این پوششها غالبا با مشکل عدم استحکام ساختاری مناسب روبرو میباشند. از این رو پوششهای فلزی به عنوان جایگزینی مناسب مورد بررسی قرار گرفتهاند. با دستیابی به پوششهایی با آبگریزی بسیار زیاد، تماس و تمایل آب و سطح بسیار کم خواهد شد و از این رو کمترین اصطکاک و خوردگی حاصل میگردد
ترشوندگی با استفاده از زاویهی تماس مورد بحث و بررسی قرار میگیرد. سطوح با توجه به زاویهی تماسی که با قطرهی آب خواهند داشت به چهار دسته تقسیم بندی میشوند. فوق آبدوست - زاویه ی تماس بین صفر تا 30 درجه - ، آبدوست - زاویه ی تماس بین 30 تا 90 درجه - ، آبگریز - زاویه ی تماس بین 90 تا 150 درجه - و فوق آبگریز - زاویه ی تماس بین 150 تا 180 درجه - . لازم به ذکر است که از نظر تئوری، زمانی آبدوستی حاصل می شود که نیروی بین ذرات آب و سطح بیشتر از کشش سطحی آب باشد
انرژی سطح و میزان زبری دو پارامتر مهم در بیان تر شوندگی سطوح ه ستند. کم بودن انرژی سطح سبب جلوگیری از پخش قطره به روی سطح میگردد. همچنین اگر زبری بر روی یک سطح به طوری باشد که هنگام تماس آب با سطح جامد، بستههایی از هوا بین سطح و قطرهی آب محصور بماند، افزایش زاویهی تماس را به دنبال خواهد دا شت. باید توجه دا شت که میزان زبری به همراه میزان انرژی سطح بر روی رفتار تر شوندگی تاثیر گذارند. تحقیقات ن شان داده اند، بر روی سطح صاف و بدون زبری حتی در کمینهی انرژی سطحی، زاویهی تماس بالاتر از 120 درجه قابل ت صور نمیباشد
روشهای بسیاری برای ساخت پوششهای فوق آبگریز در دستور کار قرار گرفتهاند. از جملهی این روشها میتوان به هیدروترمال بٌٌ×،ًٌب، نشست شیمیایی بخار بٌٍب، نشست حمام شیمیایی بٌَب و سل ژل بٌِ×،ٌُب اشاره کرد. الکترودیپازیشن از روش های رایج در پوششدهی است. این فرآیند، از روشهای پوششدهی در فاز محلول میباشد. از این رو، روش الکترودیپازیشن از نظر عملکردی دارای سادگی قابل قبولی میباشد.
فلز قلع در مقای سه با دیگر موادی که برای ر سیدن به سطوح فوق آبگریز نظیر نقره، مس، طلا و پلاتین مورد ا ستفاده قرار میگیرند، دارای مزایای بی شتری ا ست و منا سبتر میبا شد. از ویژگی های مهم قلع باید به ارزان بودن آن در مقای سه با دیگر فلزات ا شاره کرد. همچنین این ماده دارای مقاومت خوردگی مناسبی میباشد
در این پژوهش پارامترهای ا صلی تاثیرگذار بر روی فرآیند پو ششدهی الکترودیپازی شن با ا ستفاده از طراحی آزمایش مورد برر سی قرار میگیرند. برای این منظور، از چهار پارامتر اصلی میزان غلظت قلع در مواد اولیه - Cs - ، غلظت اسید سولفوریک - Ch - ، ولتاژ الکترودیپازیشن - V - و زمان فرآیند پوششدهی - T - به عنوان پارامتر های اساسی و اصلی یاد شده است.
روش کار
الکترودیپازیشن به عنوان یکی از روشهای اساسی در فرآیند ساخت پوششها، به صورت گسترده برای تولید پوششهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. در سال 2013، کائو1 و همکارانش بٌْب بر روی ایجاد پوشش اکسید قلع به روش الکترودیپازیشن کار کرده اند - نتایج این پژوهش در جدول شمارهی 1 آورده شده است - . این پژوهش به عنوان پایهی بررسیهای طراحی آزمایش در نظر گرفته شده است. بررسیها در این پژوهش با روش یک فاکتور در یک زمان2 صورت پذیرفته است. لذا ساختاری برای تعیین پاسخ در سطوح پیشنهادی طراحی آزمایش باید در نظر گرفته شود. پس از بد ست آوردن مقادیر پا سخ مورد نیاز وهمچنین را ستی آزمایی آنها، برر سی مدل و همچنین تاثیر پارامترهای مختلف در د ستور کار قرار خواهد گرفت.
جدول .1 اطلاعات مربوط به تاثیر پارامترهای عملیاتی پوششدهی بر روی زاویهی تماس
نتایج و بحث
طراحی آزمایش مربوط به الکترودیپازیشن قلع با استفاده از روش سطح پاسخ با آلفای برابر 1 صورت پذیرفته است. با توجه به عدم وجود دیتاهای مورد نیاز، از میانگینگیری دیتاهای مربوط به بررسیهای یک فاکتور در یک زمان استفاده شده است. همانطور که در جدول شمارهی 2 دیده می شود، نرم افزار طراحی آزمایش، تعداد 31 آزمایش را برای سیستم پوششدهی پیشبینی کرده است که برای دستیابی به نتایج مورد نیاز، باید پاسخهای یکایک آنها که همان میزان زاویهی تماس میباشد گزارش کردند.
روش میانگینگیری بدون در نظر گرفتن را ستیآزمایی دیتاهای ا ستخراج شده از میانگین گیری میتواند یک روش کاملا ا شتباه با شد. لذا، برای راستیآزمایی نتایج حاصل شده از میانگینگیری، مکانیسمی در نظر گرفته شده است. از این رو، پس از استخراج دادههای مورد نیاز با استفاده از روش میانگینگیری، مدل پیشنهادی طراحی آزمایش بدست آمد. همانطور که در جدول شمارهی 3 نشان داده شده است، معادلهی پیشنهادی نرم افزار طراحی آزمایش به راحتی در دسترس می باشد.
مکانیسم راستی آزمایی مربوط به سیستم حاضر، استخراج دیتا از مدل پیشبینی کننده میباشد. بدیهی است که پس از پیشبینی مدل، میتوان برای نقاط مختلف با ا ستفاده از آن مقادیری را بد ست آورد. این مقادیر باید همپو شانی خوبی با مقادیر تجربی حا صل از آزمای شات دا شته با شند. مقادیر تجربی و همچنین مقادیر حاصل از مدل پیشبینی کننده در جدول شماره ی 4 نشان داده شده اند. همانطور که در این جدول و از اختلاف بین دادهها نمایان است، مدل پیشبینی مناسبی از سیستم داشتهاست.
شکل شمارهی 1 ن شان دهنده ی دادههای پیشبینی شده با ا ستفاده از مدل در مقابل دادههای آزمای شگاهی میبا شد. این شکل برای هر چهار پارامتر در نظر گرفته شده است. همانطور که پیش از این نیز گفته شده است، آزمایشات برای هر کدام از این پارامترها به صورت یک فاکتور در یک زمان مورد بررسی قرار گرفتهاند.
بنابراین برای هر کدام از دیتاهای آزمایشگاهی، یک پیشبینی مدل نیز استخراج شده است. در قسمت الف از این شکل، نمودار غلظت قلع بر حسب زاویهی تماس آورده شده است. همانطور که نشان داده شد، در قسمتهای ابتدایی بازهی آزمایش شده، میزان خطا کمی بیشتر می باشد. دلیل این موضوع نیز بررسی غلظت برای طراحی آزمایش در بازه ی 20 تا 60 است. از این رو، میزان خطا در بازهی صفر تا 20 که خارج از بازهی بررسی طراحی آزمایش است، کمی بیشتر شد.
در شکل های دیگر نیز نشان داده شده است که مدل همخوانی مناسبی با دیتاهای آزمایشگاهی دارد. برای دیگر پارامترها نیز میزان همخوانی در ابتدای بازه کمتر از اواسط آن بوده است. بدیهی است با توجه به بازههایی که در نظر گرفته شده است - با توجه به جدول شمارهی - 2، میزان خطا در خارج از این بازهها کمی بیشتر خواهد بود. اما به هر حال میزان همخوانی شرایط مناسبی را دارد.
جدول .2 طراحی آزمایش و نتایج حاصله
جدول .3 مدل پیش بینی شده با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش
