مرکز دانلود کتاب الکترونیک مواد ، مکانیک ، عمران و مهندسی شیمی

پوشش ها

آبکاری مس : مس و آلیاژهای آن در مقابل اتمسفر مقاومت به خوردگی خوبی دارند ، زیرا روی سطح آنها لایه تیره رنگ مقاومی ایجاد می شود که از اکسید مس و نمک های بازی حاصل از عناصر آلیاژی تشکیل شده است . مس و آلیاژهای آن بسیار قابل انعطاف اند و هدایت آلکتریکی و گرمایی خوبی دارند و لذا برای پوشش دادن روی سایر مواد بسیار مناسب می باشند . وقتی مس به عنوان پوشش الکترولیز ی بکار می رود ، خاصیت تسطیع زیاد آن سبب می شود تا عملیات صیقل کاری اولیه لازم برای پوشش های تزئینی کاهش یابد . اگرچه سرعت خوردگی مس در اتمسفر معمولی کم است لیکن رنگ آن به سرعت تیره می شود . اگر گوگرد موجود باشد آنگاه سطح به سرعت سیاه می شود . لذا باید پوشش های تزئینی را با لاک محافظی پوشاند که شامل بازدارنده ای نظیر بنزوتریازول باشد تا از کدر شدن آن جلوگیری شود.

در آلیاژ های مس نیز جدایش روی – جدایش آلومینیم رخ می دهد.اگر فولاد را با مس پوشش دهیم ، مس نسبت به فولاد کاتدی است و اگر محلی از پوشش ناپیوسته باشد سبب خوردگی می شود ، لذا مس اغلب به عنوان پوشش اولیه به کار می رود و روی آن را پوشش های نجیب تر اعمال می کنند . مس به عنوان پوشش تنها توصیه نمی شود و به ندرت به کار می رود ، ولی به عنوان پوشش زیرین برای نیکل و کرم به کار می رود. پوشش مسی ظاهر و حالت صیقلی پوشش نیکل را ندارد . پوشش مس در هوا تیره رنگ می شود . مس را با روش های الکترولیز ، پاشیدن فلز و روش های مکانیکی و روش الکترولس می توان پوشش داد. پوشش های الکترولیزی غالبا به عنوان زیرلایه برای نیکل و کرم کاربرد دارند

انواع پوشش های مس و کاربرد آن

آبکاری نیکل :

نیکل فلزی است سفید که سختی آن در حدود سختی فولاد است و مقاومت آن در مقابل خوردگی در آب بالاست . اکثر پوشش های نیکلی ، خصوصا پوشش های براق با مواد آلی ، تردند و تنش های داخلی و زیادی دارند ، همچنین پوشش های نیکلی حاصل از روش های شیمیایی سختی بیشتری دارند وتردی ، مقاومت در برابر خوردگی و خواص دیگر آنها کاملا با پوشش های الکترولیزی فرق دارد و پوشش های حاصل از محلول های کمپلکس غیر چسبنده است . اگر نیکل به طور آزاد در محلول خورنده قرار گیرد سطحش کدر می شود وقتی پوشش نیکلی را برای تزیین به کار می برندروی آنرا با کرم براق می کنند تا کدری نیکل دیده نشود .

برخی از کاربرد های پوشش نیکل

پوشش های ضخیم نیکل در درجه اول برای مصارف مهندسی و به منظور تعمیر قطعات ، آستر دادن ماشین آلات شیمیایی و برای قطعاتی که در دماهای بالا اکسید شدن مقاومت کنند بکار می رود . پوشش نیکل به اضافه کرم برای صنایع غذایی به کار می رود . از پوشش نیکل برای تعمیر قطعات خراب شده و نیز در شکل دادن الکتریکی استفاده می شود . پوشش نیکل همراه با مس و کروم مقاومت به خوردگی آلیاژ های روی ، آلومینیم و منیزیم ریختگری شده تحت فشار را افزایش می دهد.

آبکاری کرم : متداول ترین مصرف کروم به عنوان پوشش در پوشش های الکترولیزی است . این پوشش در اتمسفر و در آب مقاوم است . به علت مقاومت به خوردگی ، مقاومت در برابر کدر شدن رنگ روشن و شفافیت زیاد ، کرم برای پوشش های تزئینی به کار می رود و چون سختی آن 800 تا 900 ویکرز است می توان آنرا برای ایجاد مقاومت در برابر سایش نیز بکار رود . پوشش های تزئینی و نازک کروم تقریبا همواره ، دارای خلل و فرج اند ، علت این امر تنش های داخلی و ترد بودن پوشش های الکترولیزی است ، با افزایش ضخامت پوشش نمی توان تخلل را از بین برد زیرا ترک های آنی بوجود می آورد . این ناپیوستگی ها باعث می شورد تا ماده خورنده فلز پایه را بخورد ، کرم ناحیه کاتدی با افزایش سطح زیاد شده و فلز پایه آند با افزایش سطح کم می شود . به همین دلیل کرم را به همراه فلزات دیگر مانند کرم به کار می گیرند . البته کرم در دو مورد به تنهایی بکار می رود ، یکی برای مواقعی که در محیط هایی با خورندگی اندک بکار می روند ، دوم در مورد اجزایی که برای مقاومت در برابر سایش با کروم سخت پوشانده می شوند .

به علت سختی ، کروم برای ایجاد مقاومت در برابر سایش بر روی فلزاتی که سختی کمی دارند به کار می رود . ایجاد پوشش کروم بر روی فولاد هایی که استحکام زیادی دارند استحکام خستگی آنها را کاهش می دهد ولی عمل ساچمه زنی قبل ار آبکاری کروم ، استحکام خستگی قطعه را در مقایسه با قطعات پوشش نشده افزایش می دهد همچنین استحکام خستگی فولادهایی با استحکام بالا را در حین آبکاری کروم می توان با افزایش کلسیم و فلزات قلیایی برای کنترل سولفات و میزان اسید حمام بهبود بخشید .

پوشش های کرم برای محافظت قطعه در مقابل اسید های قوی مناسب نیستند . اسید های قوی نظیر اسیدکلریدریک به فلز به شدت حمله می کنند و پوشش را از بین می برند . کروم به عنوان پوشش نفوذی برای فولاد بکار می رود تا مقاومت در باربر اکسید شدن افزایش دهد و سختی و مقاومت سایشی را بالا ببرد

نمونه ای از کاربرد های پوشش کرم

آبکاری روی گالوانیزه سرد :

روی فلزی است نرم با استحکام کم . این فلز با سرعتی نسبتا کم ولی ثابت در اتمسفر خورده می شود . سرعت خوردگی روی در اتمسفر صنعتی حدود 15 میکرون در سال است که به کمتر از یک پنجم در محیط های دریایی و کشاورزی تقلیل می یابد . علت کم بودن سرعت خوردگی روی تمایل آن به تشکیل محصولات کلرور روی بازی و کربنات می باشد که از حمله محیط خورنده جلوگیری می نماید . در محیط هایی که خوردگی زیاد است محصول خوردگی روی سفید رنگ می باشد و به سطح می چسبدو باعث کدری سطح می گردد این پدیده به عنوان شوری سفید رنگ شناخته می شود و با کروماته کردن روی می توان از آن جلوگیری کرد .

از آنجا که سرعت خوردگی روی ثابت است ، عمر پوشش متناسب با ضخامت آن می باشد . پوشش های گالوانیزه سرد ، گرم و پاشیده شده دارای سرعت خوردگی یکسانی هستند . روی به هنگام جفت شدن با فولاد به عنوان آند مناسبی عمل می کند و فولاد را به صورت فداشونده محافظت می کند که اینکار اساس حفاظت کاتدی با آند های فدا شونده روی است . واکنش آندی روی به هنگام جفت شدن آن به فولاد موجب می شود این فلز پوشش مناسبی باشد ، برای کاربرد در محیط های دریایی و آب های آشامیدنی و یا حتی تاسیساتی زیرزمینی . روی به می زان زیادی به ابکاری به کار می رود و برای حفاظت از فلزات آهنی از قبیل پیچ و مهره ، به صورت آبکاری گردان ، تا قطعات بزرگ از قیبل دکل های برق ، سیم ، تسمه و ورق ، که به طور پیوسته پابکاری می شوند ، به کار می رود . با استفاده از آبکاری روی می توان سطوحی با ظاهر مات ، خاکستری ، نقره اطلسی یا سطوحی شبیه به نیکل براق را ایجاد می کند

4-روش های رسوب شیمیایی فلزات :

ساده ترین مثال ، رسوب شمیایی مس بر روی آهن است کخه برای فروبردن آهن در محلول سولفات مس یا نمک دیگری از مس ایجاد می شود . در این روش به وسیله سمانته کردن مس به جای اهن را می گیرد و برای دو مورد کاربرد دارد

1- پوشش تزئینی قطعات فولادی

2- پوشش ورقه ها و سیم های فولادی به منظور حفاظت موقت و بهبود خاصیت روغنکاری در حین فرآیند های پرسکاری و کشش عمیق

مثال دیگر آلیاژهای مس را با غوطه ور کردن در محلول نمک های قلع دو ظرفیتی با قلع پوشش می دهند که به منظور کاربرد در عملیات لحیم کاری است .

همچنین روی را بر روی آلومینیم با فرو بردن آلومینیم در محلول های گرم و قلیایی زینکات پوشش می دهند تا بتوانند فلزات دیگری از قبیل مس ، نیکل و کروم را بر روی آن پوشش بدهند .

قلع و نقره را می توان با روش های شیمیایی بر روی فلزات دیگر پوشش داد و پوششی تزئینی بدست آورد .

نوع دیگر رسوب شیمیایی روشی است که به طور خود به خود روی سطح فلزات اعمال می شود و ضخامت پوشش به طور خطی ، مادام که ترکیب شیمیایی محلول تغییر نکرده است ، اضافه می شود . این روش آبکاری الکترولس می باشد . فلزاتی که آنها را می توان به طور خود به خود پوشش دتد عبارت اند از : مس ، نیکل کبالت ، نقره ، طلا ، پلاتین و پالادیم . از بین این فلزات مس و نیکل کاربرد زیادی دارند و در صنایع الکترونیک و یا برای فلزینه کاری پلاستیک ها ، در آماده سازی آنها برای آبکاری الکتریکی ، به کار می روند . نقره و طلا نیز به میزان محدودی در صنایع الکترونیک به کار می روند.

پوشش به روش پاشیدن :

پوشش با روش پاشیدن را می توان با ذوب کردن فلز پوشش و تبدیل آن به ذرات اتمیزه در محفظه پوشش انجام داد . فلز مذاب با سرعت 100 الی 270 متر بر ثانیه به سطح فلز پایه می خورد و در حین تصادم روی آن پخش می شود و به آن می چسبد . ذرات پهن شده منجمد پوشش به سطح فلز پایه تنها بر اثر نیرو های مکانیکی می چسبد و عمل آلیاژشدن بین دو فلز اتفاق نمی افتد لذا باید سطح فلز پایه تمیز و به اندازه کافی زبر باشد .

—پوشش تبدیلی

—پوشش تبدیلی: پوششی که از طریق واکنش لایه های اتمی سطح فلزات با آنیونهایی که از واسطه مناسبی انتخاب شده اند، روی سطح فلزات ایجاد میشود.

— بنابراین فرآیند پوشش تبدیلی یک فرآیند خوردگی کنترل شده است که بطریق مصنوعی ایجاد میشود. در اینجا پوشش از طریق مشارکت مستقیم فلز پایه تشکیل میشود.

— کرماته کردن

— فسفاته کردن

— آنودایزینگ

— کرماته کردن

— به عملیات شیمیایی و الکتروشیمیایی فلزات و پوششهای فلزی در محلولهایی اطلاق می شود که در آنها اسید کرمیک، کرمات و دی کرمات جزء اصلی آن بوده و نتیجه آن ایجاد پوشش تبدیلی که شامل ترکیبات کرم سه و شش ظرفیتی بر سطح فلز است.

— طبقه بندی رسوب های نامحلول بر روی سطح فلز در هنگام کرماته کردن:

— تشکیل نمکهای نامحلول و یا افزایش ضخامت لایه اکسیدی خنثی در اثر اکسایش کرمات ها

— محصولات ناشی از احیای اسید کرمیک (Cr2O3).

— کرمات های فلزی نامحلول (مثل کرمات روی)

— رسوب های پیچیده که حاوی یون های فلزی که کرمات در مجاورت برخی افزودنی های تولید می کند.

— هدف از کرماته کردن

— افزایش مقاومت به خوردگی فلز پایه و پوشش

— کاهش خسارات ناشی از اثر انگشت (خراشهای سطحی)

— افزایش چسبندگی رنگ و پوشش آلی

— رنگ پذیری بهتر و پذیرش بهتر پوشش تزیینی

ضخامت با توجه به رنگ پوشش متفاوت است: کرمات براق> سبز زیتونی > شفاف و زرد

حلالیت:

اگر پوشش به روش صحیح ایجاد شود دارای حلالیت کمی است.

در اثر اکسید شدن و از دست دادن آب حلالیت کم می شود

در اثر پیرسازی در شرایط خشک و گرم حلالیت را بهبود می دهد ولی پیر کردن در دماهای خیلی زیاد و مدت طولانی سسب نامحلولی کامل و ترک خوردن پوشش می شود.

رنگ پوشش:

عوامل موثر: ماهیت فلز پایه، ترکیب حمام (نسبت کرم 3 به 6)، زبری سطح فلز، دما و pH حمام، فعال کردن سطح فلز پایه، عوامل عملی (مدت عملیات، روش شستشو و خشک کردن) و عملیات تکمیلی (بی رنگ کردن آبندی با روغن).

در کل رنگ شفاف مقاومت به خوردگی کم و رنگ تیره مقاومت به خوردگی بالاتری دارد.

براقیت پوشش های کرماته وابسته به:

1) براقیت سطح زیر لایه 2) صیقل کاری ناشی از حمامهای کرماته (مصارف تزیینی، پوشش رنگی) 3) دما و زمان نگهداری در حمام

در کل زمان کوتاه تر معادل با براقیت بیشتر است.

فسفاته کردن

یک واکنش توپوشیمیایی و طبیعتاً الکتروشیمیایی است که انحلال آهن در محل میکرو آندها صورت میگیرد. تخلیه یون های هیدروژن و رسوب و هیدرولیز فسفات ها در مناطق میکرو کاتدی صورت می گیرد.

واکنش توپوشیمیایی: یک واکنش غیر همگن است که در فصل مشترک جامد و مایع رخ می دهد و خواص محصولات جامد را حالت سطح جامد تعیین می کند.

غوطه وری آهن در اسید فسفریک رقیق و ایجاد لایه فسفاته نازک بر سطح فولاد.

فولاد در محیط آبی حاوی فسفات اولیه + اسید فسفریک غوطه ور می شود.

فسفات اولیه محلول ولی فسفات ثانویه نامحلول و فسفات ثالث کلوییدی است.

خواص پوشش های فسفاته

ضخامت پوشش: تابع نوع محلول فسفاته، دما و زمان غوطه وری در حمام، نوع فلز و شرایط آماده سازی سطح

وابستگی ضخامت پوشش به ترکیب حمام بدین قرار میباشد:

تسریع کننده کلرات در فسفاته سرد> تسریع کننده کلرات در فسفاته داغ> الکتروفسفاته> فسفاته آرام

فسفات روی: عمدتاً از هوپیت و فسفو فیلیت تشکیل می شود.

تخلخل پوشش: تابعی از ضخامت پوشش و ترکیب شیمیایی پوشش میباشد.

خواص حفاظتی

—پوشش فسفاته بدون حفاظت (روغن، رنگ و لاک) دارای مقاومت به خوردگی پایین است.

—مقاومت به خوردگی پوشش فسفاته به شرایط و فرآیندهایی که در تخلخل لایه فسفاته (مناطق آندی) رخ می دهد بستگی ندارد و به مقدار و دوام مناطق کاتدی (لایه فسفاته) و به سهولت غیر قطبی شدن اکسیژن یا تخلیه یون هیدروژن در چنین مناطقی بستگی دارد.

— بیشترین مقاومت به خوردگی مربوط به فسفات منگنز به روش داغ میباشد.

—کمترین مقاومت به خوردگی مربوط به فسفات فرو میباشد زیرا با اکسیژن جو به فسفات فریک که چسبندگی کم و تخلخل زیادی دارد اکسید می شود.

— مقاومت به خوردگی پوشش فسفاته تابع ضخامت پوشش است.

تنوع رنگ

- کروماته زرد 6 ظرفیتی ( مایع )METAPAS F YELLOW CA

این فرآیند برای ایجاد کـروماته زرد بر روی پوششهای گالوانیزه و برای هر دو سیستم آویز و بارل مورد استفاده قرار می گیرد .Metapas F Yellow بصورت مایع غلیظ ( کنسانتره ) مورد استفاده قرار می گیرد

- کروماته زیتونی6 ظرفیتیMetapas Olive CA

این فرآیند برای ایجاد لایه کروماته زیتونی بر روی پو شش­های گالوانیزه و کادمیم بدست آمده از محلول ­های اسیدی مناسب است. Metapas Olive باعث ایجاد پوشش سبز زیتونی می­شود که برای هر دو سیستم آویز و بارل قابل استفاده است.

- کروماته مشکی6 ظرفیتیMETAPAS – B- BLACK

افرآیند پسیواسیون مشکی برای کروماته کردن پوششهای روی (گالوانیزه) بکار برده می شود . این فرآیند قابلیت کروماته کردن قطعات آبکاری شده در محلولهای اسیدی و قلیایی را دارا می باشد.

-پسیواسیونزرد 3 ظرفیتیSLOTOPAS PC 1210

فرآیند برای پسیواسیون قطعات گالوانیزه بدون کرم شش ظرفیتی مورد استفاده قرار می گیرد و به رنگ زرد می باشد .فرآیند کروماته زرد SLOTOPAS G 10 بصورت غوطه وری بوده و لایه محافظ زرد-سبز روی قطعات آبکاری شده گالوانیزه بوجود می آورد .

-پسیواسیون الوان 3 ظرفیتی SLOTOPAS HK 10

فرآیند SLOTOPAS HK 10 برای پسیواسیون قطعات گالوانیزه بدون کروم شش ظرفیتی می باشد. پوشش پسیواسیون صله سطح قوس قزحی از رنگهای آبی – زرد -سبز برروی پوشش روی (گالوانیزه) و سطحی سبز - زرد بر روی آلیاژی روی – آهن ایجاد می کند که مقاومت به خوردگی آن معادل پوشش پسیواسیون زرد حاصل از محلول حاوی کرم شش ظرفیتی می باشد.

-پسیواسیون آبی3 ظرفیتیSLOTOPAS Z 20 Blue

فرآیند پسیواسیون آبی شامل یونهای کرم سه ظرفیتی و فلوئورید و ممانعت کننده آهن بوده و عاری از یون کرم شش ظرفیتی می باشد . محلول کروماته آبیSLOTOPAS Z 20 یک لایه پوشش یکنواخت به رنگ آبی – بنفش بر روی پوشش گالوانیزه بوجود می آورد که باعث بالارفتن مقاومت به خوردگی قطعه می گردد.

-پسیواسیونمشکی 3 ظرفیتیSLOTOPAS Z 60

این فرآیند بدون کرم شش ظرفیتی بوده و جهت ایجاد پوشش پسیو کروماته مشکی روی قطعات حاصل از حمام روی قلیایی مورد استفاده قرار می گیرد.مقاومت به خوردگی آن بسیار عالی است و با محلولهای کروماته بر پایه کرم شش ظرفیتی برابری می کند.

- عملیا ت تکمیلی سیل کردن پس از کروماته کاریSLOTOFIN 10

فرآیند سیل کردن SLOTOFIN 10 پس ازمرحله کروماته کاری برروی سطح قطعات گالوانیزه یا گالوانیزه آلیاژی مورد استفاده قرارمی گیرد . اگر محلول Slotofin 10 فقط شامل افزودنی Slotofin 11 باشد بر روی سطح کروماته پس از خشک کردن یک لایه محافظ شفاف بدست می آید که باعث افزایش مقاومت به خوردگی شده و مقاومت در برابر اثرانگشت را نیز بهبود می بخشد.

- عملیا ت تکمیلی سیل کردن پس از کروماته کاریSLOTOFIN 20

یک محلول قلیایی بدون کرم شش ظرفیتی شامل سیلیکات می باشد که به عنوان عملیا ت نهایی بر روی پوشش گالوانیزه یا آلیاژ روی ، بعد از کروماته شامل کرم شش یا بدون کرم شش ظرفیتی به منظور بهبود مقاومت بــه خوردگی مـــــورد استفاده قرار می گیرد .

- سایر فرآیندهای موجود :

METAPAS CC

جهت افزایش چسبندگی و مقاومت خوردگی بیشتر می توان از عملیات تکمیلی METAPAS CC قبل از خشک کردن و بعد از کروماته کاری استفاده نمود.

METAPAS CF

فرآیند غوطه وری نهایی محلول CF به عنوان یک عملیات تکمیلی پس از اعمال پوشش های کروماته مشکی و زیتونی بر روی قطعاتی که آبکاری روی و یا آلیاژ روی شده اند ، مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع فرآیندهای پسیواسیون و کروماته برای آلیاژهای روی- نیکل و روی- آهن

-کروماته مشکی برای پوشش گالوانیزهآلیاژیروی –آهنSLOTOPASZE 160

پسیواسیون مشکی یک فرآیند بدون نقره بوده که یک لایه کروماته مشکی یکنواخت برروی پوشش آلیاژی روی – آهن با %6/0- 3/0 آهن و روی – کبالت با2 /1- 6/0 % کبالت بوجود می آورد. کروماته مشکی اشلوتوپس ZE 10 یک فرآیند دو مرحله ای است ( کروماته کردن و به دنبال آن استفاده از عملیات غوطه وری نهایی ) که هم برای سیستم بارل و هم برای سیستم آویز کاملاً مناسب می باشد .

پسیواسیون شفافZN T 80

فرآیند کروماته SLOTOPAS ZN T 80 جهت ایجاد لایه کروماته شفاف روی پوششهای گالوانیزه آلیاژی روی – نیکل مورد استفاده قرار می گیرد .

این فرآیند بر پایه کرم سه ظرفیتی بوده و لایه ای یکنواخت و شفاف با مقاومت به خوردگی بالا ایجاد می نماید .

- پسیواسیون مشکیZN 300

محلول کروماته SLOTOPAS ZN 300 ایجاد لایه مشکی و رنگین کمانی ضعیف بعد از عملیات لاک و پوشش تکمیلی، بر روی پوششهای روی-نیکل می نماید.

فرآیند کروماته SLOTOPAS ZN 300 به همراه عملیاتلاک از سری SLOTOFIN ایجاد پوشش مشکی یکنواخت بر روی سطح، با مقاومت خوردگی بالا می نماید.

- پسیواسیون زرد روی - نیکلSLOTOPAS ZNC 50

این فرایند جهت ایجاد پوشش پسیواسیون زرد بروی پوشش گالوانیزه آلیاژی روی - نیکل با مقاومت به خوردگی بسیار عالی بکار می رود .

- پسیواسیون آبی روی- نیکلSLOTOPAS ZNB 60

این فرایند جهت ایجاد پوشش پسیواسیون آبی بروی پوشش گالوانیزه آلیاژی روی - نیکل با مقاومت به خوردگی بسیار عالی بکار می رود .