بخشی از مقاله
چکیده
پوشش آلومینیوم خالص به روش رسوبدهی الکتریکی در الکترولیت مایع یونی بر زیرلایه فولاد در دانسیته جریانهای متفاوت و دمای محیط اعمال شد. ساختار، ریزساختار و ریزسختی پوششهای بدست آمده بررسی شد. آنالیز ساختاری پوشش نشان داد که با افزایش میزان دانسیته جریان اندازه بلوری پوششهای تولیدی تا محدوده نانومتر کاهش مییابد. همچنین آنالیز ریزساختاری نشان داد که افزایش دانسیته جریان در ابتدا سبب بهبود فشردگی و یکنواختی سطح میشود و پس از آن با افزایش بیشتر دانسیته جریان از کیفیت پوششهای تولیدی کاسته میشود. علاوه بر این نتایج نشان داد که افزایش دانسیته جریان باعث بهبود قابل توجه ریزسختی میگردد. بر اساس نتایج حاصل شده از دادههای آزمایشگاهی مقدار بهینه دانسیته جریان 15 میلی آمپر بر سانتی متر مربع تعیین شد.
-1 مقدمه
آلومینیوم به عنوان فراوانترین عنصر فلزی موجود در پوسته زمین، غیرسمی بودن، قیمت پایین، خواص شیمی فیزیک عالی و زینتی بودن، به طور گسترده برای آمادهسازی پوششهای مقاوم به خوردگی مورد استفاده قرار میگیرد. اگرچه آلومینیوم بسیار فعالتر از فلزات نیکل و کروم به عنوان پوششهای ضدخوردگی و زینتی میباشد، اما به دلیل تشکیل لایه فیلم اکسیدی محافظ طبیعی دارای مقاومت به خوردگی مناسبی میباش1]و.[2 این عنصر همچنین به دلیل دارا بودن خواص فیزیکی و مکانیکی عالی، نقش بسزایی در چندین صنعت همچون، صنعت اتومبیل، هوافضا، کاربردهای خانگی، تبادل حرارتی و غیره دارد.[3]
رسوبدهی الکتریکی آلومینیوم بدلیل خواص منحصر به فرد آلومینیوم، در سالهای گذشته به طور چشمگیری افزایش یافته است و سبب شده است تحقیقات گستردهای به منظور بهبود این فرآیند انجام پذیرد. استخراج آلومینیوم به وسیلهی فرایند هال-هرولت1 به خوبی توسط محققین شناخته شده است. این فرآیند به دلیل الکترولیز در دمای 1000 درجه سانتی گراد برای کاربرد در پوششدهی فلزات مناسب نمیباشد4]و.[5 از طرفی آلومینیوم به دلیل واکنش-پذیری بالا - E°= -1.67 V vs.NHE - از محلولهای آبی به دلیل آزادسازی گاز هیدروژن در سطح کاتد قادر به رسوبدهی الکتریکی نمیباشد. در نتیجه آلومینیوم تنها از محلولهای فاقد هیدروژن، قابلیت رسوبدهی الکتریکی را دارد.
متأسفانه خصوصیت متداول تمام حلالهای آلی مورد استفاده نیاز مطلق به اجرای فرآیند در اتمسفر خنثی میباشد و در نتیجه نگهداری آنها نسبتاً مشکل میباشد. مشکل اصلی حمام نمک مذاب فشار بخار بالای AlCl₃ است که منجر به انفجار در دمای بالا میشود. همچنین خورندگی بیش از حد مذاب در این حمامها مشاهده شده است. لذا مایعات یونی دمای پایین به عنوان یک پیشنهاد مناسب مطرح گردیدند.[6]
مایعات یونی دستهی نسبتاً جدیدی از ترکیبات با مشخصاتی همچون رسانایی بالا، فشار بخار به شدت پایین، ویسکوزیته کم، سمّیت کم، غیر آتشزایی، پایداری حرارتی بالا، گسترهی الکتروشیمیایی2 وسیع و مایع بودن در رنج وسیعی از دماها هستند. چنین خواصی این ترکیبات را محیطهایی ایدهال برای احیاء الکتریکی در دمای پایین - نزدیک دمای اتاق - برای فلزاتی که خیلی فعال هستند و از محیطهای آبی توانایی رسوبدهی الکتریکی ندارند میسازد.[3]
در سال 2006 لیو1 و همکارانش[6] از مایع یونی [EMIm]Cl به منظور دستیابی به لایهای چسبنده و متراکم از آلومینیوم بر فولاد استفاده کردند و نحوهی آمادهسازی فولاد را به منظور دستیابی به پوششی با چسبندگی عالی بررسی کردند. آنها مشخص کردند که در دانسیته جریان 20 میلی آمپر بر سانتی متر مربع، رسوبیکاملاً متراکم بدست میآید. اما به دلیل تشکیل لایه اکسیدی نازک بر سطح بعد از آماده سازی اولیه فولاد، چسبندگی رسوب تشکیل شده به زیرلایه کم بود. لذا آنها با انجام یک مرحله آمادهسازی الکتروشیمیایی قبل از انجام فرآیند رسوبدهی الکتریکی آلومینیوم چسبندگی پوشش را به طور قابل ملاحظهای افزایش دادند.[6]
در مطالعات قبلی انجام شده توسط محققین این مقاله [7] در سال 1394 پوشش آلومینیوم خالص با استفاده از مایع یونی AlCl₃/[EMIm]Br با نسبت مولار 2:1 در دمای اتاق بر سطح فولاد رسوبدهی الکتریکی شد و خواص خوردگی پوششهای تولیدی در دانسیته جریانهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. با این حال بر اساس اطلاعات نویسندگان این مقاله، تاکنون هیجگونه بررسی به منظور تعیین اثر دانسیته جریان بر ریزسختی پوششهای تولید شده به این روش انجام نشده است، از این رو در این پژوهش علاوه بر مشخصهیابی پوششهای تولیدی به بررسی ریز سختی پوششهای تولیدی نیز پرداخته میشود.
-2 مواد و روش تحقیق
به منظور سنتز ترکیب مورد نظر، مقدار 1/5 میلی مول - معادل 0/11 میلی لیتر - -1 متیل ایمیدازول2 و 3 میلی مول برمواتان3 - معادل 0/34 میلی لیتر - در دمای 50 درجه سانتی گراد و شرایط رفلاکس قرار داده شد. پیشرفت واکنش با استفاده از کروماتوگرافی لایه نازک4 دنبال شد و مشاهده گردید که بعد از گذشت 48 ساعت واکنش مورد نظر به صورت کامل انجام شده است. بعد از اتمام واکنش، بلور سفید رنگی حاصل می شود که با توجه به طیفهای NMR5 سنتز مایع یونی مورد نظر مورد بررسی قرار گرفت. تمامی مراحل آزمایشگاهی انجام پذیرفته در این پژوهش مطابق با مرجع [7] انجام پذیرفت. بدین ترتیب فولاد آلیاژی CK75 با ترکیب ارائه شده در جدول 1 و ابعاد 0/3×1×3 سانتیمتر به عنوان کاتد در فرآیند رسوبدهی الکتریکی آلومینیوم مورد استفاده قرار گرفت.
