بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، سطوح فوق آب گریز بروی آلیاژ آلومینیم - Al - 6061 با استفاده از یک روش آسان و قابل استفاده در مقیاس بالا، به وسیله آندایزینگ تک مرحله ای و بهینه سازی با مواد دارای انرژی سطحی کم ساخته شده است. تاثیر تغییرات ولتاژ آندایزینگ و همچنین سمباده زنی اولیه بر روی مورفولوژی سطحی و زاویه ترشوندگی سطوح مورد بررسی قرار گرفته است. زبری یکنواخت موجود بر روی آندیک آلومینیوم اکسید - AAO - که در اثر آندایزینگ تک مرحله ای ساخته و با استئاریک اسید - - STA اصلاح شیمیایی شده دارای خواص فوق آب گریزی است. عملیات قبل و بعد از فرآیند آندایزینگ نقش اساسی را در برقراری پیوند اسیدهای چرب STA بر روی سطح AAO بازی می کنند. ترشوندگی و انرژی سطحی با استفاده از زاویه تماس به دست آمده در AAO و اکسید آلومینیم آندیک دارای پوشش استئاریک اسید - - AAO-STA که به ترتیب کمتر از 20° و 152 ± 0,3° است مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
آلومینیم و آلیاژهای آن به صورت فراوان در طبیعت یافت می شوند. از این مواد به عنوان ماده اولیه مورد استفاده در بسیاری از کاربردهای مهندسی و روزانه شامل صنایع هوایی، ورزشی، حمل و نقل، غیرنظامی و کشتی سازی به دلیل وزن ویژه کم، استحکام ویژه بالا، رسانایی خوب و قیمت پایین استفاده شده است.[1] ترشوندگی سطوح جامد یک ویژگی بسیار مهم است که به وسیله ترکیبات شیمیایی و ساختار هندسی مناسب موجود در سطح به طور همزمان توسعه یافته است .[2]
معولا سطحی با زاویه تماس قطره آب بالای 90° سطح آب گریز و به سحطی با زاویه تماس بالای 150 ° سطح فوق آب گریز نام گذاری شده اند . [3] به طور معمول برای ساخت سطح فوق آب گریز نیاز به افزایش زبری در کنار کاهش انرژی آزاد سطحی است .[5 ,4] بنابراین سطح فوق آب گریز مصنوعی معمولا با استفاده از دو روش ساخته شده است: - 1 - بهینه سازی یک سطح زبر با مواد دارای انرژی سطحی پایین و - 2 - ایجاد یک زبری نانو یا میکروساختار بر روی مواد دارای انرژی سطحی پایین .[6] روش های زیادی برای ایجاد زبری مناسب در سطوح فوق آب گریز مانند رسوب لایه لایه [7]، روش های اچ کردن متفاوت [8]، سل-ژل [9]، رسوب دهی فیزیکی بخار [10]، رسوب دهی شیمیایی بخار[10] و روش های الکتروشیمیایی [11] گزارش شده است.
به هرحال اکثر این روش ها نیاز به ابزارآلات، فرآیندهای پیچیده و مواد گران قیمت دارند. تا کنون روش های زیادی برای ساخت پوشش های فوق آب گریز بروی آلومینیم و آلیاژهای آن گزارش شده است. سلما [12] و همکارانش سطح فوق آب گریز را بر روی آلومینیم 6061 با استفاده از روش غوطه وری زیرلایه در محلول آبی شامل سدیم هیدروکسید و فلوئور سیلان به دست آورده اند. یان [13] و همکارانش فیلم فوق آب گریز را بر روی آلومینیم 3004 با استفاده از فرآیند لیزر و بهینه سازی سطح با سیلان ساخته اند. لیائو [14]و همکارانش سطح میکرو- نانوساختار بر روی آلومینیم 1060 با استفاده اچ کردن پیوسته زیرلایه به ترتیب در محلول های 2 و HCL و در ادامه برای کاهش انرژی سطحی به وسیله سیلان سطح مورد اصلاح شیمیایی قرار گرفته است.
در این پژوهش سطح فوق آب گریز به وسیله آندایزینگ الکتروشیمیایی و اصلاح شیمیایی سطح به وسیله یک اسید بلند زنجیره چرب ساخته شده است. فرآیندهای الکتروشیمیایی به دلیل روش اجرای آسان، قابلیت اجرای سریع، استفاده مجدد، ارزان قیمت و قابلیت اجرا در مقایس بزرگ برای ساخت سطوح فوق آب گریز مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش همچنین تاثیر تغییرات ولتاژ بر روی زاویه تماس و همچنین تاثیر زبری سمباده زنی اولیه بر روی زاویه تماس نهایی مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش از آلومینیم 6061 با ترکیب شیمیایی جدول 1 و به ابعاد 40×40 - میلیمتر - استفاده شده است. در ابتدا نمونه ها توسط سمباده هایی با گریدهای 600 ، 800 ، 1200 و 2400 تحت سمباده زنی قرار گرفته است. سپس برای چربی زدایی نمونه ها به طور جداگانه به ترتیب در محلول های سدیم هیدروکسید 5 درصد وزنی به مدت دو دقیقه، نیتریک اسید 5 درصد وزنی به مدت دو دقیقه و در نهایت آب دیونیزه به مدت پنج دقیقه تحت عملیات شستشو در التراسونیک قرار گرفته است.
بعداز چربی زدایی نمونه ها جهت عملیات آندایزینگ در محلول الکترولیت 15 درصد وزنی سولفوریک اسید دمای صفر درجه سانتی گراد تحت ولتاژهای متفاوت به مدت یک ساعت قرار گرفته است. سپس نمونه جهت اصلاح شیمیای و کاهش انرژی سطحی به مدت یک ساعت درون محلول استئاریک اسید در دمای 70 درجه سانتی گراد قرار گرفته است. در نهایت برای تبخیر آب، نمونه ها درون آونی در دمای 80 درجه سانتی گراد قرار داده شد.
به منظور تعیین آب گریزی پوشش های ایجاد شده، زاویه تماس آن با قطره آب اندازه گیری شد. بدین منظور از سیستم سیسیل دراپ، مجهز به دوربین عکاسی مدل E60 کانن استفاده شد. ابتدا نمونه روی یک سطح صاف قرار داده شده است سپس توسط یک سرنگ قطره آبی به حجم 4 میکرولیتر در دمای اتاق روی آن رها شد. تصویر قطره توسط دوربین عکاسی گرفته شده و سپس توسط نرم افزار آنالیز تصویری زاویه تماس قطره با سطح تعیین شده است. زوایای تماس گزارش شده میانگین اندازه زاویه تماس روی سه نقطه مختلف از سطح نمونه ها است.
نتایج و بحث
-1 انتقال رفتار ترشوندگی پوشش ها
با توجه به این موضوع که آلومینیم بعد از فرایند آندایزینگ به شدت آب دوست است انتقال رفتار آب دوستی به آب گریزی در آلومینیم آندایز شده به عوامل متفاوتی وابسته است. از بین عوامل مختلف تاثیرگذار در فرآیند آندایزینگ و در نتیجه بر زاویه ترشوندگی نهایی، تغییرات ولتاژ و زبری سطحی اولیه که بر مورفلوژی نهایی سطح بعد از عملیات آندایزینگ تاثیرگذار است، مورد بررسی قرار گرفته است.
