واحد آندایزینگ و آبکاری

فلز آلومینیوم جزء پرکاربردترین فلزات در صنایع مختلف می باشد. از مهم ترین ویژگی های این فلز می توان به مقاومت بالای آن در برابر خوردگی و زنگ زدگی اشاره نمود.

به دلیل کاربردهای متنوعی که آلومینیوم در صنایع مختلف دارد باید مقاومت آن را افزایش داد از آن رو از فرآیند آندایزینگ استفاده می شود که در ادامه این مطلب فرآیند آندایزینگ را به طور کامل شرح می دهیم.

اکثر عناصر فلزی به شکل ذاتی تمایل به اکسید شدن دارند. یعنی در صورت قرارگیری در مجاورت عنصر اکسیژن لایه اکسیدی نسبتاً پایداری روی سطح آن ‌ها تشکیل می ‌شود. در شرایط معینی این لایه اکسیدی در برابر خوردگی و دیگر آسیب های سطحی از فلز محافظت می کند

بر اساس این خاصیت پوشش های اکسیدی، بشر می تواند به شکل غیرطبیعی این پوشش ها را تقویت کند و یا این لایه ها را تولید کند. این نوع عملیات سطحی را ایجاد پوشش ‌های تبدیلی یا اکسیدی (Conversion Coatings) می نامند

آندایزینگ چیست؟

آندایزینگ یا آندش یک فرآیند الکتروشیمیایی است که هدف آن افزایش ضخامت لایه اکسیدی روی سطح فلزات است. به عبارت دیگر در این فرایند برای بهره گیری خواص لایه های اکسیدی، این لایه ها را با ضخامت، پایداری و قدرت محافظت بیشتری ایجاد می کنند.

آنودایزینگ سال هاست روی فلزاتی چون تیتانیوم، روی، تنگستن و خصوصا آلومینیوم انجام می گیرد. این فرایند روی فلزات آهنی نیز انجام می گیرد اما به اندازه آلومینیوم متداول نیست.

اهدافی که از این فرایند دنبال می شوند را می توانیم در موارد زیر خلاصه کنیم:

افزایش مقاومت به خوردگی

پوشش اکسیدی-آندی آب بندی شده سبب محافظت فلز در برابر عوامل خورنده جوی و نمک ها می گردد.

افزایش قدرت چسبندگی رنگ ها

های آندایز شده موجب ایجاد سطح فعال شیمیایی می شوند و بستر مناسبی را برای رنگ آمیزی ایجاد می کند.

ایجاد نمای ظاهری مناسب جهت دکوراسیون و تزئینات

درخشندگی و براق بودن سطوح آندایزی غالبا بالاست.

عایق الکتریکی

اکثر اکسیدها عایق جریان الکتریکی هستند و می توانند در ولتاژهایی از چند تا چندین هزار ولت به عنوان عایق عمل کنند.

کاربرد در صنایع فتوگراف و لیتوگراف

وجود حفره ها در پوشش سبب افزایش استحکام مکانیکی صفحات لیتوگراف در نگهداری محلول های مربوط به فتوگراف و لیتوگراف می شود.

افزایش قابلیت تابش و انتشار حرارت

لایه اکسیدی می تواند باعث بالا رفتن قابلیت تابش و انتشار حرارت شود.

افزایش مقاومت سایشی

با فرایند آندایزینگ می توان پوشش های دارای سختی بالا ایجاد کرد و مقاومت به سایش را تا حدود زیادی افزایش داد.

ردیابی و کنترل درزهای سطحی

پوشش آنودایزینگ حاصل از حمام اسید کرومیک قابلیت اجرای بازرسی جهت کشف و بررسی درزهای سطحی موجود بر روی ورق یا قطعات آلومینیومی را دارد.

چگونه باید سطح یک فلز را آندایز کنیم؟

برای اجرای آندایزینگ ابتدا لازم است فلز یا آلیاژی که می خواهیم روی آن پوشش ایجاد کنیم با درصد خلوص بسیار بالا تهیه شود. چرا که فلز با خلوص پایین، باعث آلوده شدن محلول می شود. این فلز به عنوان آند در نظر گرفته می شود. فلز دیگر یعنی فلز پوشش از جمله آلومینیوم، تینانتوم، پلاتین، پلادیم، نیکل، تنگستن و … در جایگاه کاتد قرار می گیرند.

آند و کاتد باید در یک محفطه حاوی الکترولیت قرار گیرند. ماهیت الکترولیت بسته به نوع لایه اکسیدی و خصوصیات آن (مانند ضخامت، قطر حفره ها، فاصله بین حفره ها و …) متغیر است. لایه اکسیدی فلز آندایز شده، توسط عبور جریان مستقیم از محلول الکترولیت رشد می کند و ضخیم تر می شود.

جریان الکتریکی ایجاد شده، هیدروژن را در کاتد (الکترود منفی) و اکسیژن را در سطح آند (الکترود مثبت) آزاد نموده و منجر به رشد لایه اکسیدی می شود. با توجه به جنس فلز و الکترولیت مورد استفاده و هم چنین هندسه ساختار، آندایز در ولتاژهای متفاوتی در محدوده 15 تا 195 ولت انجام می گیرد.

5 مرحله جهت آندایز کردن سطح فلزات

عملیات قبل از آندایز

همان طور که در بخش قبل اشاره کردیم، خلوص فلز در فرایند آندایزینگ عاملی مهم در علاوه بر پارامتر خلوص، پیش عملیات آندایز کردن نیز تأثیر چشمگیری روی نظم پوشش یکدست یا متخلخل تشکیل شده دارد. مهم ترین پیش عملیات آندایز که برای از بین رفتن نواقص سطحی فلز اجرا می شوند عبارتند از آنیل کردن (Annealing)، چربی زدایی (Degreasing) و پولیش کردن (Polishing)

آنیل کردن

برای اجرای آنیل یا پازپخت پیش آندایز، فشار روی سطح نمونه را کم می کنند و آن را به مدت 4 الی 5 ساعت در دمایی حدود 400 درجه سلسیوس حرارت می دهند. عملیات آنیل سبب افزایش اندازه متوسط دانه می شود. این متوسط اندازه معمولا در حدود 100 میکرومتر است. همچنین آنیل قبل از آندایزینگ باعث از بین رفتن تنش های پسماند مکانیکی قطعه می شود.

چربی زدایی

چربی زدایی سطحی نیز اهمیت قابل توجهی دارد. در این مرحله نمونه در حلال های مختلفی چون استون و اتانول با استفاده از امواج فراصوتی شست و شو می شود. بنابراین تمام چربی ها از روی سطح نمونه زدوده می شود و از شکل گیری ناخالصی های بین لایه ای جلوگیری می شود.

پولیش کردن

به جرئت می توان گفت پولیش کردن مهم ترین عملیات قبل از آندایز کردن است. پولیش را می توان به صورت مکانیکی، شیمیایی یا الکتروشیمیایی انجام داد. به عنوان مثال برای آلومینیوم، عموماً دستگاه های الکتروپولیش به کار می رود. اما برای تیتانیوم و تنگستن معمولاً این عمل به صورت مکانیکی انجام می شود.

شروع عملیات آندایزینگ

پس از این سه مرحله، قطعه آمادۀ اجرای فرایند است. به این منظور قطعه را وارد حمام الکترولیت می کنند و طبق اصول مذکور، لایه نشانی آندایزی انجام می گیرد.

عملیات بعد از آندایز

بسیاری از پوشش های آندایزی به عنوان قالب برای تولید نانوساختارها استفاده می شوند. مثلا نانو حفره های آلومینای آندایز شده، برای تولید دیگر نانوساختارها به عنوان قالب به کار می روند. بنابراین لازم است لایه اکسید ساخته شده با توجه به مقاصد بعدی، در معرض عملیات جداسازی قرار گیرد. همچنین الکترولیت نیز ممکن است نیاز به تجدید و احیا داشته باشد.

جدا کردن بستر فلزی

این فرایند در صنعت امروز بیشتر در جداسازی اکسید آلومینیوم به روش شیمیایی از زیر لایه آلومینیوم باقی مانده دیده می شود. برای جداسازی بستر فلزی، نمونۀ آندایز شده در مدت زمان معینی، در محلول کلرید مس قرار می گیرد تا زیر لایه آلومینیوم غیر اکسیدی در آن حل و جدا شود.