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

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

میخواهید به بحث بپیوندید؟
احساس رایگان برای کمک!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *