بخشی از مقاله
چکیده
فرایند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی با جریان های پالسی تک قطبی و پالسی دوقطبی بر آلیاژ 7075 آلومینیوم در یک حمام الکترولیتی سیلیکاتی در حضور افزودنی پتاسیم تیتانیوم اگزالات انجام شد. نتایج نشان داد که افزودن پتاسیم تیتانیوم اگزالات به الکترولیت ضمن آنکه سبب ایجاد یک اکسید حاوی تیتانیوم، سیلیسیم و آلومینیوم به عنوان عنصر پایه می شود،تحت حالت جریان های مختلف اعمالی دارای ریز ساختار و مورفولوژی سطحی متفاوتی میباشد.
بطوریکه مشاهدات نشان دادند تحت حالت جریان پالسی دوقطبی، کیفیت جرقهزنی روی سطح بهبود یافته و لذا پوششی متراکمتر و یکنواختتر با عیوب سطحی کمتری بدست آمده است. آزمونهای پلاریزاسیون تافل و تریبو خوردگی به منظور بررسی خوردگی یکنواخت و خوردگی- سایشی در محلول 3/5% کلرید سدیم با pH برابر 4 مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پوشش اکسیدی حاصل از حالت جریان دوقطبی دارای مقاومت به خوردگی بالاتر و رفتار تریبوخوردگی بهتری میباشد که علت آن به افزایش ضخامت پوشش و متراکم تر شدن لایه درونی پوشش نسبت داده شد.
مقدمه
اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی2 که به نامهایی دیگر همچون اکسیداسیون میکروجرقه3 نیز معروف است، یک فرایند اصلاح سطح برای ایجاد پوششهای اکسیدی سرامیکی با خواص و ویژگیهای مطلوبی نظیر مقاومت در برابر سایش و خوردگی روی زیرلایههای فلزات سبک وآلیاژهای آنها بویژه آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم میباشد .[2 , 1] اخیرا توجه بسیاری از محققین بدلیل خواص مناسب و نیز زیست سازگاری به این پوششها معطوف شده است.
این نوع فرایند پوششدهی از فرایند آندایزینگ متداول تکامل یافته است که ضمن ایجاد پوششهای سرامیکی با ضخامت مناسب دارای خواص بینظیری از جمله مقاومت به خوردگی، خصوصیات خوب تریبولوژیکی و حرارتی است . [3] در فرایند PEO ولتاژهای اعمالی بالاتر از ولتاژ شکست فیلم دی الکتریک است که منجر به ایجاد تعداد زیادی میکروجرقه روی سطح میشود که در اثر آن، ذوب، انجماد، رشد پوشش و تشکیل فازهای اکسید زیرلایه و متشکل از عناصر موجود در الکترولیت صورت میگیرد.
آلیاژهای آلومینیوم گروه 7000 از مهمترین آلیاژهای مهندسی میباشند که به خاطر خواص مکانیکی مناسب مانند نسبت استحکام به وزن، چقرمگی و انعطافپذیری بالا در صنایع مختلف بویژه صنعت هوافضا و اتومبیل سازی مورد توجه قرار گرفتهاند. افزودن روی به این آلیاژها سبب بهبود خواص مکانیکی شده اما از طرفی موجب کاهش مقاومت به خوردگی اتمسفری آن ها گردیده و کاربرد این آلیاژها را با محدودیت مواجه کرده است . [5 , 4] عوامل مختلفی بر ریزساختار پوششهایPEO تاثیرگذار است که از جمله مهمترین این عوامل، نوع منبع جریان و ترکیب الکترولیت و زیرلایه مورد استفاده در فرایند است. [6] عمدتا جریانهای مورد استفاده برای فرایند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی، جریان مستقیم - DC - ،جریان متناوب - AC - و جریانهای پالسی تک قطبی - - PUC و دوقطبی - - PBC میباشد.
[7] استفاده از جریان پالسی نسبت به جریانهای متناوب و مستقیم دارای مزایای بسیاری میباشد، چراکه میتوان با کنترل زمان تخلیهها و همچنین قدرت - شدت - تخلیه ایجاد شده به پوششی با تراکم بیشتر، یکنواختتر و با ساختار و ترکیب مناسب دست یافت. طبق تحقیقات گزارش شده است که شدت میکروجرقهها با استفاده از جریان دوقطبی کاهش یافته و سبب جرقهزنی ملایمتر گردیده و پوششهایی متراکم با ضخامت یکنواخت و با کمترین تخلخل و زبری را ایجاد میکند .
[8] ترکیب الکترولیت نیز به عنوان یک پارامتر کلیدی و تاثیر گذار در ترکیب و در نتیجه خواص پوشش مطرح می باشد که در این راستا محققین زیادی[10 ,9] اثر افزودنیهای مختلف را مورد بررسی قرار دادند که در این میان پتاسیم تیتانیوم اگزالات به عنوان یک اکسیدکننده قوی و با قابلیت مشارکت در فرایند پوششدهی چندان بررسی نشده است. هدف از این پژوهش، ایجاد پوششPEO روی آلیاژ 7075 آلومینیوم در الکترولیت سیلیکاتی در حضور افزودنی پتاسیم تیتانیوم اگزالات در دو شکلموج تک قطبی و دوقطبی و بررسی مشارکت این افزودنی در پوشش و در نهایت ارزیابی مورفولوژی سطح، ترکیب، ضخامت و رفتار خوردگی و تریبو خوردگی پوششهای حاصل میباشد.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش از آلیاژ 7075 آلومینیوم بصورت نمونههایی استوانهای شکل با قطر 2 سانتیمتر و ارتفاع 1 سانتیمتر استفاده شد. توسط آنالیز کوانتومتری ترکیب شیمیایی دقیق این آلیاژ مطابق Error! Reference source not found. تعیین گردید. برای جلوگیری از خطا در حین پوششدهی و از بین بردن اثر لبههای کناره نمونه با استفاده از چسب اپوکسی و پوشش پلاستیکی عایق جمع شونده در اثر حرارت - شرینک حرارتی - پوشانده شد. در ابتدا نمونهها توسط سمبادههای 120-2400 تا زبری سطحی 0/07 میکرومتر آمادهسازی سطحی شدند. سپس توسط استون شستشو و در معرض هوای گرم خشک شدند پس از آن نمونهها در جهت شعاعی سوراخکاری شده و سیم مسی جهت اتصال به نگهدارنده آند درون سوراخ متصل گردید.
جهت انجام فرایند، از×یک×منبع ×جریان×مستقیم به همراه یک پالسر برای فراهم نمودن جریان پالسی دو قطبی با فرکانس 2 کیلوهرتز و دانسیته جریان 5/6 آمپر بر دسی مترمربع استفاده گردید. از یک محفظه پوششدهی پلیاتیلنی شفاف به میزان حجم 66 لیتر برای الکترولیت و پمپ الکتریکی برای هم زدن و خنک کردن الکترولیت و ثابت نگه داشتن دمای الکترولیت 25±2 - درجه سانتیگراد - استفاده شد. در این سامانه، دو ورق فولاد زنگ نزن 316 کم کربن نقش کاتد و نمونه نقش آند را ایفا کردند و فرایند پوششدهی به مدت 60 دقیقه انجام گرفت.
در ترکیب الکترولیت بکارگرفته شده به ازای هر لیتر الکترولیت، از10گرم سدیم سیلیکات - - Na2SiO3، 2 گرم پتاسیم هیدروکسید - KOH - و3 گرم افزودنی پتاسیم تیتانیوم اگزالات استفاده شد. شماتیک شکلموجهای مورد استفاده نیز در شکل1 ارائه شده است.جهت بررسی مورفولوژی سطحی و سطح مقطع نمونههای پوشش داده شده و همچنین تعیین ترکیب شیمیایی آنها از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مجهز به سیستم طیفسنج × توزیع ×انرژی - EDS - استفاده شد.
