بررسی پارامترهای موثر بر آنودایزینگ رنگی فولاد گالوانیک

روش آبکاری فلزات برای اهداف تزئینی ومحافظتی از دیرباز مورد توجه بوده است. بدون شک این صنعت متحول شده و روشهای نوین جایگزین روشهای متداول گشته است. آنودایزینگ نیز یکی از روش های آبکاری می باشد که در نتیجه آن یک پوسته اکسیدی بر روی سطح  مورد نظر بوجود آمده و مقاومت به خوردگی وسایش را افزایش می دهد. عملیات آنودایزینگ رنگی همچنین می تواند باعث ایجاد ظاهری زیبا بر روی سطح مورد نظر شود. خصوصیات ویژه فولاد گالوانیک به واسطه مقاومت به خوردگی خوب آن باعث ایجاد طیف وسیعی از کاربردهای آن همچون لوله های آب، ورقه های کابینت سازی و هرجائی که نیاز به مقاومت به خوردگی و استحکام بالا باشد شده است که داشتن ظاهری زیبا می تواند کاربرد بهتری را به آنها بدهد. با انجام پروسه آنودایزینگ رنگی بر روی فولاد گالوانیک هم به واسطه ایجاد پوسته اکسیدی مقاومت به خوردگی و سایش افزایش یافته و هم اینکه این پوسته اکسیدی می تواند به صورت رنگی ظاهر شده و نیاز به رنگ کاری بعدی بر روی فولاد را رفع کند. بنابراین آنودایزینگ رنگی فولاد گالوانیک می تواند اهمیت خاصی در صنعت امروزی داشته باشد. در این پروژه به بررسی پارامترهای موثر بر آنودایزینگ رنگی فولاد گالوانیک پرداخته شده است به طوری که در ابتدا این بررسی ها برای روی خالص صورت گرفته و سپس شرایط به سمت فولاد گالوانیک هدایت شده است. شرایط ایجاد این پوسته رنگی در مورد روی و فولاد گالوانیک طبق آنچه که در عمل صورت گرفته است به صورت مکتوب آورده شده است.

آنودایزینگ

آنودایزینگ شاخه ای از آبکاری الکتریکی فلزات می باشد که در طی آن پوسته ای اکسیدی بر روی سطح فلز تشکیل می گردد که می توان ظاهری رنگی رانیز در ضمن تشکیل این پوسته اکسیدی ایجاد نمود. برای تعیین نمودن پارامترهای موثر در فرایند آندایزینگ در یک دید کلی تری می توان پارامترهای موثر در فرآیند آبکاری را بررسی نمود که مهمترین این پارامترها به صورت زیر دسته بندی میشود:

1. پلاریزاسیون
2. گردش محلول
3. ولتاژ
4. تلاطم
5. چگالی جریان
6. توان پرتاب
7. درجه تفکیک الکترولیت
8. توان پوشاندن
9. سرعت حرکت یون ها
10. آند
11. هدایت الکتریکی ویژه
12. عوامل متالورژیکی
13. غلظت یون فلزی
14. قوانین فاراده
15. PH محلول
16. سطح اولیه از نظر تمیز بودن

پلاریزاسیون

اختلاف پتانسیل یک الکترود را بین حالت مدار باز و حالتی که جریان می گذرد پلاریزاسیون گویند. پلاریزاسیون با عبور جریان مخالفت می کند و نقش کنترل کننده خوردگی را دارد.  پتانسیل لازم برای نشست یک یون فلزی از محلول نمکی آن به شدت تحت تاثیر پلاریزاسیون قرار می گیرد. عوامل موثر بر واکنش هایی که در الکترون ها رخ می دهد موجب پلاریزاسیون می شوند. انواع مختلف پلاریزاسیون ناشی از طبیعت این عوامل است این پدیده مهم ترین عامل در آبکاری است.بطور کلی سه نوع پلاریزاسیون فعال سازی، غلظتی و مقاومتی وجود دارد.

ولتاژ

ولتاژ رابین دوترمینال اندازه می گیرند که عبارتست از نیروی لازم برای عبور جریان و شامل سه قسمت است:

• الف_– ولتاژ لازم برای عبور جریان از آند به الکترولیت، از الکترولیت به الکترولیت نزدیک کاتد و عبور از الکترولیت به کاتد.
• ب_– خنثی کردن مقاومت خود الکترودها برای عبور جریان.
• ج_– ولتاژ لازم برای غلبه بر مقاومت سل. از آنجا که تغییرات مقاومت با ترکیب شیمیایی محلول و دما و چگالی جریان که از سل عبور می کند مربوط است، جریان را نمی توان از روی قانون اهم بدست آورد مگر آنکه شرایط سل را بطور دقیق بدانیم. افزایش ولتاژ الزاما منجر به افزایش جریان نمی شود اگر چه اکثرا چنین است. در اکثر روش ها ولتاژ را در سل ثابت نگه می دارند تا نتیجه رضایت بخش حاصل شود جریانی که از سل می گذرد به ابعاد الکترودها و کار انجام شده در سل نیز بستگی دارد.

چگالی جریان

افزایش چگالی جریان سل که به ازای آن مقدار جریان بر واحد سطح اضافه می شود موجب افزایش ظرفیت تولید و کاهش سرمایه و نیز کاهش سطح کارخانه نسبت به واحد محصول می شود ولی همواره با افزایش چگالی جریان بازده انرژی الکتریکی کاهش می یابد. در بیشتر آبکاری ها تغییرات چگالی جریان عامل کنترل کننده ای در خواص پوشش است. مناسب ترین حالت را در عمل عواملی نظیر قیمت انرژی، مخارج تولید، ارزش مواد مصرفی و ذخیره شده در انبار و نیز انرژی مصرفی نسبت به واحد محصول تعیین می کند. برای فلزات قیمتی حتی اگر بازده کم باشد چگالی جریان زیاد به کار می رود زیرا در آنجا کیفیت سطح اهمیت بیشتری دارد و در برخی سیستم ها به طور خودکار چگالی جریان را تنظیم می کنند مثلا با تغییر ولتاژ.

قوانین فاراده

• قانون اول فاراده:

مقدار ماده رسوب کرده و یا حل شده در یک الکترود با مقدار الکتریسیته ای که از محلول عبور می کند مناسب است. ضریب تناسب را اکی والان الکتروشیمیایی گویند و برابر با مقدار ماده   رسوب کرده  به ازای 1 کولمب (A.Sec) می باشد. در عمل مقدار رسوب به ازای یک آمپر ساعت را به کار می برند.

• قانون دوم فاراده:

مقدار مواد رسوب کرده از الکترولیت های مختلف به ازای مقدار معینی الکتریسیته با اکی والان گرم آنها متناسب است.

نتیجه گیری

1. پروسه آنودایزینگ فولاد گالوانیک به واسطه تشکیل پوسته اکسیدی پایدار در سطح نقش مهمی در مقاومت به خوردگی و سایش دارد.
2. با انتخاب نوع محلول مورد استفاده در آنودایزینگ فولاد گالوانیک می توان آن را به صورت رنگی تشکیل داد.
3. با ایجاد پوسته اکسیدی Cr₂O₃ در طی پروسه آنودایزینگ روی خالص، رنگ سبز حاصل می شود.
4. تحت شرایط مشابه پوسته اکسیدی را میتوان در سطح فولاد گالوانیک نیز تشکیل داد.
5. با استفاده از پیل های سه الکترودی پتانسیل پیل ثابت مانده و از انجام واکنش های ناخواسته جلوگیری می شود.
6. در صورتی که از ساختار های ریزدانه فولاد گالوانیک استفاده شود کنتراست رنگی بین دانه ها باعث یکنواختی رنگ ظاهر نمونه می شود.

پیشنهادها

1. بررسی کمپلکس های ناپایدار مزاحم در پروسه آندایزینگ فولاد گالوانیک جهت حذف تمیزکاری بعد از پروسه.
2. بررسی عوامل موثر در بازیافت محلول استفاده شده در آنودایزینگ فولاد گالوانیک.
3. بررسی استفاده از پرمنگنات پتاسیم بجای بیکرومات پتاسیم و ایجاد رنگ بنفش در سطح فولاد گالوانیک یا روی خالص.

1. Tandon,O,N. “Handbook of electroplating,anodizing and metal treatment”.electroplating-handbooks,manuals,etc.1981;
2. Douglas A. skoog,Donald M. West, F . James Holler . Sixth Edition . saunders college publishing , 1992 ; ISBN  964-01-843-X
3. دکتر محمد قربانی. “پوشش دادن فلزات” . ایران: موسسه انتشاراتی علمی دانشگاه صنعتی شریف،1379 ،        8-47-6379-964.
4. مهندس اسرافیل بشارت. “ مهندسی آبکاری فلزات ” .  نشر طراح ،1380 ، 0-09-7089-964.