دانلود تحقیق پوشش های تبدیلی

پوشش های تبدیلی

اصطلاح ((پوشش تبدیلی )) به پوششهایی گفته می شود که از طریق واکنش لایه های اتمی سطح فلزات با آنیونهایی که از وسط فلزات ایجاد می شوند .

بنابراین فرایند تشکیل پوشش تبدیلی یک فرایند خوردگی کنترل شده ای است که به طریق مصنوعی ایجاد شده است و نهایتاً برروی سطح فلز لایه ای را ایجاد می کند . این لایه اتصال محکمی با فلز پایه دارد و عملاً در آب و محیط واسطه نامحلول است و عایق الکتریکی خوبی می باشد .

یکی از فرایند های پوششهای تبدیلی فرایند کروماته کردن است که در دو دهه اخیر پیشرفت و گسترش قابل توجهی پیدا کرده است .

کروماته کردن

اصطلاح ((کرماته کردن)) به عملیات شیمیایی و الکترو شیمایی فلزات و پوششهای فلزی محلولهایی گفته می شود که در آنها اسید کرمیک ، کرمات یا دی کرمات باشد . نتیجه چنین عملیاتی ایجاد پوشش محافظ تبدیلی شامل ترکیبات کرم سه ظرفیتی و شش ظرفیتی بر روی سطح فلز است .

خواص جلوگیری از خوردگی فلزات توسط کروماتها به خوبی شناخته شده است . با اضافه کردن مقادیر کمی از این ماده به سیستمهای دارای آب در گردش سطح فلزات را پوشش می دهد و در نتیجه از خوردگی آنها جلوگیری می کند .

پوششهای کرماته در محصولات صنایع ماشین سازی ، الکتریکی ، الکترونیکی ، ارتباطات راه دور و صنایع موتوری خودکار به کار می رود . آنها نیز با جایگزین کردن برخی فلزات معین معین به جای فلزاتی که طول عمر کمتری دارند نقش مهم کاربردی دارند . به عنوان مثال ، می توان از روی کرماته شده که جایگزین فلزات با پوشش کادمیم شده اند نام برد .

مهمترین اهداف استفاده از فلزات کرماته شد عبارتند از :

الف ) افزایش مقاومت به خوردگی فلز یا پوششهای محافظ فلزی ، در حالت اخیر احتمالاً به طولانی شدن زمان ظهور اولین آثار خوردگی بر روی فلز پایه و فلز پوشش منجر خواهد شد .

ب ) کاهش خسارات سطحی ناشی از آثار انگشت (خراشهای سطحی)

ج) افزایش میزان چسبندگی رنگ و سایر پوششهای آلی .

د) رنگ پذیری و یا پذیرش بهتر سایر پوششهای تزئینی .

روشهای عملی کرماته کردن بر اساس نوع عملیات به دو دسته زیر تقسیم می شوند :

الف ) روشهای شیمیایی که فقط شامل فرو بردن قطعات در محلولهای کرماته است .

ب ) روشهای الکتروشیمیایی که شامل فرو بردن قطعات در محلول و اعمال جریان الکتریکی از یک منبع خارجی است .

ج) فرایندی که یک لایه کرماته فشرده برروی سطح تمیز فلزی ایجاد می کند به نحوی که در نهایت به شکل پوشش واقعی در می آید .

د) فرایندی که با استفاده از انواع دیگر پوششها از فلز محافظ می کند . به عنوان مثال پوششهای اکسیدی یا فسفاتی که نوع فسفات آن در فصلهای مربوط به اکسیداسیون و فسفاته کردن بحث شده است .

فرایند کرماته کردن را می توان بهصورت دستی ، نیمه خودکار یا تمام خودکار انجام داد .

توسعه این فرایند به دلیل سهولت عمل و زمان کم آن قابلیت دسترسی همگانی و اقتصادی بودن مواد شیمیایی و بالخره خواص منحصر به فردی است که این نوع پوشش برخوردار است .

 بر اساس نظریات و ستچستر مقاومت به خوردگی پوششهای کرماته بهتر از نوع فسفاته آن است . موک نیز که تحقیقاتی در زمینه خواص حفاظتی پوششهای کرماته و مقایسه آن با نوع فسفاته انجام داده ، به نتایج مشابهی رسیده است .

در اولین مرحله ، مقاومت به خوردگی و سایر خواص پوششهای کرمی بستگی تام به فلز پایه (فلزی که پوشش روی آن انجام می گیرد دارد . چگونگی سطح فلز  روشهای آماده سازی مختلف کرماته کردن و احتمالاً عملیات اضافی در زمینه پوشش کرم دادن (مثلاُ کاربرد پوشش روغن یا رنگ) دارد.  در حالی که از روشهای الکترو شیمیایی برای ایجاد پوشش کرماته استفاده می شود ، چگالی جریان نقش مهمی ایفا می کند).

فرایند کروماته کردن فلزات خاص

اولین بار فرایند کرماته نمودن در سال 1924 و برای فلز منیزیم به کار رفت . پوشش کرماته که در آن زمان به دست آمد مشخصاً یک پوسته بسیار باریک بود و به علت کاربرد روشهای خاص رنگ پوسته قهوه ای یا زیتونی بود و عالباً از محلولهای اسیدی سدیم دی کرمات یا بدون افزایش نمکهای فلزی معین برای منظورهای خاصی استفاده می شد .

بین سالهای 1924تا 1936 چندین روش برای کرماته کردن منیزیم ، روی ، کادمیم ، مس و آلیاژهای آن عرضه شد . از بین این روشها روشی که در آن از یک محلول خاص برای دستیابی به پوشش روشن بر روی کادمیم استفاده می شد کاربردی بیشتری داشت .

بدون شک فرایندی که در ان حمام دی کرمات و اسید سولفوریک به کار  می رود ، ارزشمند ترین فرایند است . این فرایند که در سال 1936 ابداع شد ، به فرایند کرونک شهرت یافت . پوشش کرماته ای که از روش بر روی ZN و Cd به دست آمد ، رنگی شبیه زرد یا قهوه ای تیره داشت .

پیشرفتهای بعدی در این زمینه به کاربرد محلولهایی منجر شد که شامل اسید کرمیک و سولفاتها بودند که جهت به دست آمدن سطح و ظاهر روشن سپس در محلولهای اسیدی یا الکلی دقیق شسته می شدند .

در دوران جنگ جهانی دوم روشی ابداع شد که پوشش کرماته به رنگ سبز زیتونی برروی روی و کادمیم به دست آمد . این پوشش در مقایسه با نمونه مات متمایل به قهوه ای که سابقاً تهیه شده بود در مقابلخوردگی مقاومت ببیشتری از خود نشان می داد . علاوه بر ایجاد پوشش سبز زیتونی تهیه پوششهایی به رنگ سیاه و رنگهای دیگر از طریق رنگ کردن پوشش زیتونی نیز امکانپذیر شد .

هنوز بسیاری از فرایند های قدیمی کرماته کردن روی وکادمیم که نیاز به استفاده از محلولهای اسید سولفوریک و دی کرمات با اصطلاحات مختصری دارد ، قابل استفاده اند .

محلولهایی با بنیان کرمات کردن روی و کادمیم که نیاز به استفاده از محلولهای اسید سولفوریک و دی کرمات با اصلاحات مختصری دارد قابل استفاده اند .

محلولهای با بنیان کرمات نیز جهت آماده سازی سطح مس و آلیاژهای قابل استفاده اند . اما در ابتدافقط به صورت حمامهای براق کننده به کار می رفت ولی همزمان به علت تشکیل یک لایه نازک کرمات بر روی سطح ، مقاومت به خوردگی را افزایش می دهد . در حال حاضر برای حالتهایی که ظاهر و سطح قطعه حساسیت چندانی ندارد لایه های ضخمیتر پوشش که سبب محافظت بیشتری در مقابل خوردگی می شون نیز مورد توجه قرار دارد .

تهیه کنندگان فلز منیزیم عمدتاً خود مستقیماً این فلزات را با کرمات پوشش می دهند . در طی سه دهه گذشته فرایندهای متعددی جهت کرماته کردن منیزیم پیشنهاد شده که فقط معدودی از آنها اقتصادی اند . امروزه در اغلب این فرایندها از حمامهای کرماته استفاده می کنند .

در سالهای اخیر پوشش دادن آلومینیوم با محلولهای حاوی کرماته کاربرد گسترده ای پیدا کرده است .

در دو فرایند جالب که از همان اوایل به کار می رفته است از ترکیبهای کرم شش ظرفیتی استفاده می شود و اینها را نمی توان با دقت در زمره عملیاتی که در انها محلولهای کرماته به کار می رود به شمار اورد . اولین فرایند عملیاتی است که در آن آلومینیوم درمحلولهای قلیایی قرار می گیرد ، که به منظور رسیدن به پوششهای اکسیدی خاکستری متعاقباً بر روی آن عملیات حفاظتی انجام می شود و سپس در محلولهای پتاسیم دیکرمات قرار می گیرد . دومین فرایند استفاده از محلولهای حاوی اسید کرمیک و اسید فسفریک است که از اجزای اصلی اند که به ایجاد پوششهای فسفاته - کرماته به رنگ سبز روشن منجر می شوند .

اولین فرایند کرماته نمودن AL به صورت نمونه در سطح تجارتی در سال 1950 به کار گرفته شد . پوشش آن در مقابل خوردگی مقاومت بسیار زیادی داشت و سادگی روش کار به گسترش این فرایند کمک شایاینی کرد .

شیوه تشکیل پوششهای کرماته

پوششهای کرماته از اسید کرمیک یا محلولهای کرماته که مواد افزودنی دیگری ندارند ، تهیه می شوند . غالباً اسیدهای آلی یا غیر آلی ، عامل محرک و پیش برنده ای به شمار می روند . مراحل تشکیل پوشش کرماته شامل اکسیداسیون سطح فلز در محلول کرماته است که توام با انتقال یونهای فلز پایه و افزایش تدریجی هیدروژن به محلول است . هیدروژن آزاد شده سبب می شود که بخشی از کرمهای شش ظرفیتی به صورت کرمهای سه ظرفیتی احیا شوند . تجزیه لایه ای از فلز پایه باعث افزایش PH  در سطح فلز       می شود . افزایش PH تا اندازه ای است که کرمهای سه ظرفیتی به صورت یک لایه ژلاتینی هیدروکسید کرم در سطح رسوب می کنند . در این لایه ژلاتینی مقادیر معینی از کرم شش ظرفیتی از محلول و ترکیبهای که از یونهای فلز کرماته تشکیل شده به شکل به هم چسبیده وجود دارد .

همان طور که قبلاً اشاره شد برای آغاز فرایند کرماته کردن و به منظور دستیابی به خواص معینی در پوششهای کرماته چه آی یا غیر آلی در محلول کرماته به غیر از ترکیبهای کرم شش ظرفیتی باید برخی افزودنیها نیز وجود داشته باشد . از جمله این افزودنیها به موراد زیرمی توان اشاره کرد: اسید سولفوریک ،کلرایدها ،‌فلورایدها ، نیتراتها ، استاتها ، فرماتها ، همچنین بسیاری مواد دیگر که غالباً تحت امتیاز خاصی قرار دارند نیز اضافه می شود.

رنگ و ضخامت پوشش کرماته بر اساس شرایط عمل متفاوت است . خصوصاً ترکیب شیمیایی ، PH دمای حمام پوشش ومدت پوشش  و مدت عملیات آثار تعیین کننده ای در آنها دارند .

مهمترین عامل PH محلول کرماته است که اثر تعیین کنندهای د رتشکیل پوشش کرماته دارد . لایه پوششی کرماته باید بعد از تجزیه سطح لایه فلزی که واکنشهای سطحی روی آن انجام می گیرد تشکیل شود . یونهای فلزی ایجاد شده در واکنش شرکت دارند .

 مهمترین عامل PH محلول کرماته است که اثر تعیین کننده ای در تشکیل پوشش کرماته دارد . لایه پوششی کرماته باید بعد از تجریه سطح لایه فلزی که واکنشهای سطحی روی آن انجام می گیرد تشکیل شود. یونهای فلزی ایجاد شده در واکنش شرکت دارند .

تکنولوژی کرماته کردن

 پوشش کرماته را می توان به طور شیمیایی (از طریق غوطه وری در محلول کرماته کردن ) یا از طریق الکتروشیمیایی (قطعه ای که قرار است کرماته شود در زمانی که درمحلول غوطه ور است به عنوان یک الکترود عمل کند) ایجاد کرد. در هر دو حالت قطعاتی که قرار است پوشش داده شوند از طریق قلاب و چنگک در محلول آویزان می شوند و یا قطعات کوچک را در سبدهایی مخصوص می ریزند و در محلول غوطه ور می کنند.

غیر از فرایند غوطه وری ، محلول کرماته را می توان از طریق پاشیدن یا برس زدن بر روی سطح اعمال کرد . به هر حال برخی مولفین تاکید دارند که پوشش دادن از طریق پاشش همیشه کاملاً رضایت بخش نیست زیرا ثابت نگه داشتن ترکیب شیمیایی محلول مشکل است و ممکن است لایه پوشش از ضربات جریان محلول آسیبهای مکانیکی ببیند .

فرایند کرماته کردن را می توان دستی ، نیمه خودکار یا تمام خودکار انجام داد .

تنوع گسترده عملی ترکیبهای محلول بهره گیری فرایند از دستگاههای خودکار را عملی می سازد .مثلاً هنگامی که قطعات آبکاری شده کرماته         می شوند ، ترکیب شیمیایی محلول برای دستیابی به مدت مناسب عملیات برای کلیه مراحل عملی به راحتی اصلاح می شود .

اصول روشهایی که شامل غوطه وری هستند در نوع عملیاتی با روشهای الکتروشیمیایی اختلاف ندارند بجز در اعمال منبع جریان .

مراحل انجام فرایند

1-آماده سازی سطح

آماده سازی اولیه سطح قبل از کرماته کردن نقش بسزایی  بر روی کیفیت پوشش خواهد داشت .

سطح فلز باید قبل از کرماته کردن کاملاً چربی زدایی وتمیز شود که لازمه آن پاک کردن سطح از گریس ، روغن ،گردو خاک و تمام ذراتی است کهبه سطح چسبیده اند و به دنبال آن شستن با آب و گذاشتن در محیط مرطوب است . عموماً محلولهای کرماته از خواص چربی زدایی ضعیفی برخوردارند .

اکسیدهایی که بر روی سطح فلز وجود دارند را باید با استفاده از مواد شیمیایی تمیز کرد ، برای مثال با روش غوطه ورسازی آنها د راسید یا محلول حک کننده که معمولاً جهت جدا کردن لایه های اکسیدی از سطوح فلز و فعال سازی سطح آنها به کار می روند .

در مورد فلزات آبکاری شده ، فلزی که تازه پوشش بر روی سطح آن رسوب کرده است را می توان بلافاصله کرماته کرد به شرطی که قطعات کاملاً با آب شسته شده باشند .

غالباً قبل از کرماته کردن ،عملیات خنثی کردن سطح ، با استفاده از محلولهای رقیق اسیدی انجام می شود ، به خصوص وقتی که آثار محلولهای آبکاری قلیایی بر روی سطح وجود داشته باشد . پاک کردن بقایای قلیایی از روی سطح از اهمیت خاصی برخوردار است .

فرایند کرماته کردن برای غالب قطعات انجام می شود .

در فرایند چربی زدایی کاتدی ، اسید شویی و آبکاری روی و کادمیم پدیده تردی هیدروژنی در فولادهای عملیات شده رخ خواهد داد . این مورد به خصوص در مورد فولادهای فنر مطرح است . برای کاهش این خسارت باید قطعه را بین 150 الی 200 درجه سانتیگراد آنیل کرد .پوششهای کرماته که در چنین دمایی قرار بگیرند رنگشان عوض می شود و ترکهای کوچکی در آنها رشد می کنند که باعث کاهش مقاومت آنها در مقابل خوردگی خواهد شد .

بنابراین باید تمام فرایندهای عملیات حرارتی با دقت خاصی قبل از کرماته کردن انجام شود. به هر حال سطح نمونه عملیات حرارتی شده باید کاملاً فعال شود . بدین منظور قطعات فلزی که قرار است کرماته شود ابتدا در یک حمام قلیایی ، چربی زدایی شده ، سپس در یک محلول اسید معدنی مناسب قرار می گیرند و پس از آن در محلول کرماته غوطه ور می شوند .

زمانی که فلزاتی با پوشش ضخیم کرماته می شوند ، سطح را ابتدا با محلول حک کننده براق ، فعالی می کنند و بعد از فرو بردن در محلول اسید سولفوریک 1 تا 2 در صد کرماته می کنند . انجام عملیات مقدماتی در محلول اسید سولفوریک ضروری است ، زیرا در انواع خاصی از پوششهای کرماته رسیدن به پوشش یکنواخت بر روی لایه های نازکی که در حین فروبردن در محلول حک کننده براق ایجاد شده ، بسیار سخت است . این لایه ها در محلول اسید سولفوریک حل می شوند تا اینکه سطح تمیز و فلزی در معرض کرماته شدن قرار گیرد .

2-شست وشو

مشابه هر فرایند عملیات سطحی ، شست و شوی کامل با آب چه بعد از چربی زدایی و چه بعد از کرماته اهمیت قابل توجهی دارد . باقی ماندن محلول کرماته بر روی سطح مشکلاتی را در شست و شو و کاهش مقاومت به خوردگی پوششهای کرماته به وجود می آورد .

قطعات باید بلافاصله پس از عملیات در آبی که در صورت امکان با هوا به هم زده می شود شسته شوند . شست و شوی مجدد با آب سرد نیز در اغلب موراد توصیه می شود . آبی که از آخرین مرحله شست و شو باقی می ماند نباید حاوی هیچگونه رنگ زرد ناشی از محلول کرماته باشد .

عموماً توصیه می شود که از آب سرد در هر دو مخزن برای شستشو استفاده شود . برخی مولفین حتی شستشو را در سه مرحله توصیه می کنند که در مرحله سوم مواد تر کننده بدن اضافه شده و همزمان دمای حمام پوشش را تا حد مجاز افزایش می دهند (در جهت کاهش مدت خشک شدن سطح) عامل مهم در مدت شستشو اول، سرعت زیاد جریان آب و مبادله سریع است . اگر با استفاده از پاشش آب صورت گیرد نتایج خوبی حاصل خواهد شد ، به شرطی که شدت جریان آب باعث ایجاد آسیب مکانیکی در سطح پوشش نشود .

در مورد مزایای شست و شو با آب گرم نظرهای متفاوتی وجود دارد . به هر حال از شست شو در آب گرم در دمایی بیشتر از 50 تا 60 درجه سانتیگراد باید پرهیز کرد .مخصوصاً در مواردی که لایه های کرماته ضخیم ، زرد یا سبز زیتونی باشند . پوششهای براق و به رنگ روشن را می توان با آب گرم و حتی جوش هم شست و شو داد .به هر حال باید توجه داشت که احتمال کاهش خواص حفاظتی در انها وجود دارد . در مورادی که عملیات شست وشو طولانی این احتمال وجود دارد که اجزای پوشش حل و خارج شوند . بنابراین مدت شست و شو باید حتی المقدور کوتاه باشد مگر اینکه اثرهای دیگری مثلاً براق شدن مد نظر باشد . در واحدهایی که عملیات به صورت خودکار انجام می شود اکیداً توصیه می شود که دمای شست و شو از 40 درجه سانتیگراد تجاوز نکند .

از بکار گیری مخازن ثابت و شست و شو با آبی که جریان آن کم است و نیز در PH کم باید اجتناب کرد . محلولهای شست و شوی خنثی یا به مقدار کم قلیایی ، هیچگونه عوارضی بر روی ظاهر یا مقاومت به خوردگی پوشش نخواهند داشد ، به هم زده می شود زیرا پوشش ظاهر یکنواخت تر و روشنتری خواهد گرفت .