پوشش تجاری اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی(PEO)
اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی
با توجه به کاربرد روز افزون فلزات سبک در بسیاری از صنایع نظیر هوافضا، پزشکی و غیره و در عین حال نیاز به بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی این فلزات، تلاشهای گوناگونی برای ارتقا این خواص صورت گرفته است. اصلاح سطح فلزات، با هدفهای مختلفی نظیر افزایش مقاومت به سایش، مقاومت به خوردگی، استحکام، سختی و غیره انجام میگیرد تا کارامدی این قطعات را افزایش دهد. پیش از این روشهای نظیر استفاده از پوششهای کروماتی برای ارتقا خواص به کارگرفته شده است که از لحاظ زیست محیطی مشکلات بالقوهای برای سلامتی انسان و محیط زیست پدید آوردهاند.
در بسیاری از کشورها به سبب توجه بیش از پیش جهان به محیط زیست، محققان به دنبال محصولاتی ایمن برای محیط زیست و انسان و در عین حال کارامد هستند. لذا روشهای پوششدهی جایگزین نظیر سل-ژل، الکتروفورتیک و PEO پیشنهاد شدهاند. در این میان روش PEO با توجه به چسبندگی پوشش خوب، قابلیت استفادهی صنعتی و فرآهم آوردن خواص شیمیایی و مکانیکی مطلوب برتری یافته است. روش PEO، فرآیند اکسیداسیون با کمک پلاسما ولتاژ بالا است. در این روش با ایجاد تخلیهی پلاسمایی در اطراف سطح فلز غوطهور در الکترولیت آبی، پوشش اکسیدی تشکیل میشود که در صورت انجام صحیح فرآیند، مقاومت به سایش و خوردگی خوبی را پدید خواهد آورد. شماتیک دستگاه در این روش مطابق با شکل ۱ است.

شکل ۱ – شماتیک فرایند PEO
مکانیسم کلی این فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی مطابق با شکل زیر است:
- آماده سازی نمونه و تمیز کردن سطح
- استفاده از یک حمام الکترولیت شامل ترکیبات پوشش و افزودنیها
- استفاده از دو الکترودکاتد و الکترود ترکیب آلیاژی مربوطه (آند)
- غوطه وری در محلول و اعمال پتانسیل مناسب در دما و زمان مشخص
- خشک کردن نمونه ها
مقایسهی اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی با سایر روشهای پوششدهی
جدول یک و دو مقایسهای بین روشهای رایج در پوششدهی قطعات و روش PEO است.
جدول۱٫مقایسه معایب روشهای گوناگون پوششدهی
پیامدهای زیست محیطی | پیامدهای کلی | عملیات سطحی |
سمی، خصوصا کروم | راحت دچار خرابی میشود | پوششهای تبدیلی (کروماتی/فسفاتی) |
حمام های سولفوریک اسید | حساس به ناخالصی فلز پایه | آنودایزینگ |
قابلیت بازیافت پذیری ضعیف | خواص مکانیکی و پایداری ضعیف | پلیمرها |
رهش کلرین | نازک و متخلخل و تجهیزات گران قیمت | CVD/PVD |
ندارد | نامناسب برای قطعات پیچیده، مشکلات خوردگی | اسپری حرارتی و اسپری سرد |
ندارد | ندارد | PEO |
جدول۲٫مقایسه PEO با آنودایزینگ سخت
HA | PEO | فرآیند |
پایین | بالا | ولتاژ و جریان |
آرام | سریع | نرخ رسوبدهی |
واکنش شیمیایی | شمیمایی و واکنشهای پلاسما شیمیایی | مکانیسم اکسیداسیون |
محدودیت برای برخی آلیاژها | عملکردی برای انواع فلزات | انتخاب آلیاژ |
آمورف/ستون متخلخل و بسیار نازک | آمورف/کریستالی، لایهی داخلی متراکم و لایهی خارجی متخلخل | ریزساختار |
خوب | عالی | مقاومت به خوردگی (نسبی) |
پایین | بالا | سختی |
ضعیف | عالی | مقاومت به سایش نسبی |
خوب | عالی | حفاظت حرارتی |
محلولهای اسیدی | محلولهای بازی | الکترولیت |
ضعیف | عالی | استحکام دی الکتریک |
کاربرد در صنایع هوافضا
فلزات سبک نظیر تیتانیم و منیزم به سبب خواص مطلوب کاربرد گستردهای یافتهاند. مطابق با گزارشهای صنعتی، افزایش تقاضای ۵۰ درصدی طی ۱۵ سال اخیر و از طرفی شکست قطعات نگرانی بسیاری به همراه داشته است. چندین شرکت تولیدکننده در زمینهی هوافضا مدعی شدهاند که با مشکلات فراوانی با مقاومت به سایش قطعات تیتانیومی مواجهاند. که موجب جستوجو در پی پوششهای بدون کروم با عمکرد مطلوب شده است.
پس از بررسیهای بسیار در مورد پوششهای گوناگون، استفاده از پوششهای PEO اصلاح شده و بهینه شده، راه حل این مشکلات شناخته میشود. به طور مثال در بالگردهای سبک، در هابهای روتور دم، پرهها و پینهای لولاها به خاطر مقاومت به سایش با شکست مواجه میشوند. جایگزینی و نگهداری این تجهیزات بسیار گران و زمانبر خواهد بود. استفاده از PEO راه حلی برای تامین قطعات با تحمل کرنشی بالا، سختی کافی، مقاومت به سایش بالا و چسبندگی مطلوب بین نمونه و پوشش است که با بهینه کردن فرآیند PEO و بهره گیری از الکترولیتهای خاص صورت گرفته است.
پوشش PEO مطلوب باید بتواند عمکرد مقاومت به سایش ذاتا ضعیف تیتانیم را با افزایش سختی سطح وکاهش ضریب اصطکاک بهبود بخشد. همچنین مقاومت به خوردگی این قطعات را با چسبندگی قوی و ترکیب پوشش پایدار و خنثی ارتقا دهد.
در سالهای اخیر به سبب توجه به کاهش آلودگی CO2 و توجه به افزایش بازدهی مصرف سوخت، افزایش تقاضا برای کاهش بیشتر وزن قطعات اجزای هواپیماها و بالگردها، توجهات زیادی را به منیزیم جلب کرده است. این به سبب نسبت استحکام به وزن بالای این فلز است. لیکن از مشکلات این فلز مقاومت به سایش و مقاومت به خوردگی نامناسب آن است که با پوششهای PEO برطرف میشود. پوششهای PEO به عنوان زیرلایهای مناسب برای سیلانتها رنگها و پلیمرهاست که به سبب ریزساختار پوشش است. این نکته باعث چسبندگی پوشش به پوشش بالایی و همچنین به زیر میشود که به خواص خوردگی مطلوب منجر میشود.
مقاومت خزشی از دیگر مشکلات این فلز است که استفاده از آن را با چالش مواجه میکند. استفاده از محلول الکترولیت مناسب در PEO پایداری حرارتی را میتواند تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد بالا ببرد. به طوری که استفاده از منیزیم در تجهیزات کابین میسر شده است. PEO، بدون بهرهگیری از اسیدهای قوی یا فلزات سنگین و پوششهای بدون کروم موجب بهرهوری از قطعات دوستدار محیط زیست میشود.
در این میان تارا پوشش به پشتوانهی چندین سال کار در زمینه پوششدهی PEO و پژوهشگران پویا در بخش تحقیق و توسعهی شرکت به پوششهای PEO با پارامترهای بهینه شده و عاری از تخلخل دست یافته است تا خواص خوردگی و سایشی قطعات را بهبود بخشد.
دانلود فایل PDF
دیدگاه خود را ثبت کنید
میخواهید به بحث بپیوندید؟احساس رایگان برای کمک!