مقاله بررسی ریخته گری،درس پوشش فلزات در 20 صفحه ورد قابل ویرایش

پوشش های تبدیلی

اصطلاح ((پوشش تبدیلی )) به پوششهایی گفته می شود که از طریق واکنش لایه های اتمی سطح فلزات با آنیونهایی که از وسط فلزات ایجاد می شوند .

بنابراین فرایند تشکیل پوشش تبدیلی یک فرایند خوردگی کنترل شده ای است که به طریق مصنوعی ایجاد شده است و نهایتاً برروی سطح فلز لایه ای را ایجاد می کند . این لایه اتصال محکمی با فلز پایه دارد و عملاً در آب و محیط واسطه نامحلول است و عایق الکتریکی خوبی می باشد .

یکی از فرایند های پوششهای تبدیلی فرایند کروماته کردن است که در دو دهه اخیر پیشرفت و گسترش قابل توجهی پیدا کرده است .

کروماته کردن

اصطلاح ((کرماته کردن)) به عملیات شیمیایی و الکترو شیمایی فلزات و پوششهای فلزی محلولهایی گفته می شود که در آنها اسید کرمیک ، کرمات یا دی کرمات باشد . نتیجه چنین عملیاتی ایجاد پوشش محافظ تبدیلی شامل ترکیبات کرم سه ظرفیتی و شش ظرفیتی بر روی سطح فلز است .

خواص جلوگیری از خوردگی فلزات توسط کروماتها به خوبی شناخته شده است . با اضافه کردن مقادیر کمی از این ماده به سیستمهای دارای آب در گردش سطح فلزات را پوشش می دهد و در نتیجه از خوردگی آنها جلوگیری می کند .

پوششهای کرماته در محصولات صنایع ماشین سازی ، الکتریکی ، الکترونیکی ، ارتباطات راه دور و صنایع موتوری خودکار به کار می رود . آنها نیز با جایگزین کردن برخی فلزات معین معین به جای فلزاتی که طول عمر کمتری دارند نقش مهم کاربردی دارند . به عنوان مثال ، می توان از روی کرماته شده که جایگزین فلزات با پوشش کادمیم شده اند نام برد .

مهمترین اهداف استفاده از فلزات کرماته شد عبارتند از :

الف ) افزایش مقاومت به خوردگی فلز یا پوششهای محافظ فلزی ، در حالت اخیر احتمالاً به طولانی شدن زمان ظهور اولین آثار خوردگی بر روی فلز پایه و فلز پوشش منجر خواهد شد .

ب ) کاهش خسارات سطحی ناشی از آثار انگشت (خراشهای سطحی)

ج) افزایش میزان چسبندگی رنگ و سایر پوششهای آلی .

د) رنگ پذیری و یا پذیرش بهتر سایر پوششهای تزئینی .

روشهای عملی کرماته کردن بر اساس نوع عملیات به دو دسته زیر تقسیم می شوند :

الف ) روشهای شیمیایی که فقط شامل فرو بردن قطعات در محلولهای کرماته است .

ب ) روشهای الکتروشیمیایی که شامل فرو بردن قطعات در محلول و اعمال جریان الکتریکی از یک منبع خارجی است .

ج) فرایندی که یک لایه کرماته فشرده برروی سطح تمیز فلزی ایجاد می کند به نحوی که در نهایت به شکل پوشش واقعی در می آید .

د) فرایندی که با استفاده از انواع دیگر پوششها از فلز محافظ می کند . به عنوان مثال پوششهای اکسیدی یا فسفاتی که نوع فسفات آن در فصلهای مربوط به اکسیداسیون و فسفاته کردن بحث شده است .

فرایند کرماته کردن را می توان بهصورت دستی ، نیمه خودکار یا تمام خودکار انجام داد .

توسعه این فرایند به دلیل سهولت عمل و زمان کم آن قابلیت دسترسی همگانی و اقتصادی بودن مواد شیمیایی و بالخره خواص منحصر به فردی است که این نوع پوشش برخوردار است .

بر اساس نظریات و ستچستر مقاومت به خوردگی پوششهای کرماته بهتر از نوع فسفاته آن است . موک نیز که تحقیقاتی در زمینه خواص حفاظتی پوششهای کرماته و مقایسه آن با نوع فسفاته انجام داده ، به نتایج مشابهی رسیده است .

در اولین مرحله ، مقاومت به خوردگی و سایر خواص پوششهای کرمی بستگی تام به فلز پایه (فلزی که پوشش روی آن انجام می گیرد دارد . چگونگی سطح فلز روشهای آماده سازی مختلف کرماته کردن و احتمالاً عملیات اضافی در زمینه پوشش کرم دادن (مثلاُ کاربرد پوشش روغن یا رنگ) دارد. در حالی که از روشهای الکترو شیمیایی برای ایجاد پوشش کرماته استفاده می شود ، چگالی جریان نقش مهمی ایفا می کند).





فرایند کروماته کردن فلزات خاص

اولین بار فرایند کرماته نمودن در سال 1924 و برای فلز منیزیم به کار رفت . پوشش کرماته که در آن زمان به دست آمد مشخصاً یک پوسته بسیار باریک بود و به علت کاربرد روشهای خاص رنگ پوسته قهوه ای یا زیتونی بود و عالباً از محلولهای اسیدی سدیم دی کرمات یا بدون افزایش نمکهای فلزی معین برای منظورهای خاصی استفاده می شد .

بین سالهای 1924تا 1936 چندین روش برای کرماته کردن منیزیم ، روی ، کادمیم ، مس و آلیاژهای آن عرضه شد . از بین این روشها روشی که در آن از یک محلول خاص برای دستیابی به پوشش روشن بر روی کادمیم استفاده می شد کاربردی بیشتری داشت .

بدون شک فرایندی که در ان حمام دی کرمات و اسید سولفوریک به کار می رود ، ارزشمند ترین فرایند است . این فرایند که در سال 1936 ابداع شد ، به فرایند کرونک شهرت یافت . پوشش کرماته ای که از روش بر روی ZN و Cd به دست آمد ، رنگی شبیه زرد یا قهوه ای تیره داشت .

پیشرفتهای بعدی در این زمینه به کاربرد محلولهایی منجر شد که شامل اسید کرمیک و سولفاتها بودند که جهت به دست آمدن سطح و ظاهر روشن سپس در محلولهای اسیدی یا الکلی دقیق شسته می شدند .

در دوران جنگ جهانی دوم روشی ابداع شد که پوشش کرماته به رنگ سبز زیتونی برروی روی و کادمیم به دست آمد . این پوشش در مقایسه با نمونه مات متمایل به قهوه ای که سابقاً تهیه شده بود در مقابلخوردگی مقاومت ببیشتری از خود نشان می داد . علاوه بر ایجاد پوشش سبز زیتونی تهیه پوششهایی به رنگ سیاه و رنگهای دیگر از طریق رنگ کردن پوشش زیتونی نیز امکانپذیر شد .

هنوز بسیاری از فرایند های قدیمی کرماته کردن روی وکادمیم که نیاز به استفاده از محلولهای اسید سولفوریک و دی کرمات با اصطلاحات مختصری دارد ، قابل استفاده اند .






5 – از بین بردن پوششهای کرماته

پوششهای کرماته را که به کیفیت مطلوب نرسیده اند ،می توان با فرو بردن قطعه به مدت چند دقیقه در محلول اسید کرمیک (gr/lit 200) داغ از بین برد. برای این منظوراز اسید هیدروکلریک نیز می توان استفاده کرد.

قبل از آن که عملیات کرماته کردن مجدد انجام شود قطعات باید در حمام قلیایی و دو بار در آب شسته شوند.

6 – ترکیب حمام پوشش و کنترل آن

مصرف اجزای محلول و جدا شدن آنها باعث افت غلظت محلول کرماته در طی عملیات می شود . علاوه بر این محلول دائماً با آبی که برای شست و شو بر روی سطح قطعات کرماته ریخته می شود ،بنابراین ثابت نگه داشتن ترکیب حمام پوشش نیاز به کنترل ترکیب شیمیایی و جایگزین کردن عناصر مصرف شده از آن دارد .در مواردی که محلول کرماته حجم کمی داشته باشد ،تغییرات غلظت عناصر قابل توجه است و در این موارد بهتر است محلول تازه جایگزین شود.

درطی انجام واکنشهایی که برای تشکیل پوشش کرماته می دهد، یونهای هیدروژن مصرف می شوند و PH محلول کرماته زیاد می شود. این امر باعث کاهش سرعت تشکیل لایه می شود. هنگامی که از محلول کرماته به مدت چند روز یا چند هفته استفاده شد (بستگی به مقدار استفاده از آن )،پوششهایی که در طول مدت معینی از عملیات به دست می آیند نسبت به پوششهایی که از یک محلول تازه به دست می آیند سبکترند. سرعت کم تشکیل لایه را یا با افزایش مدت عملیات و یا باکاهش PH به کمک یک اسید غیر آلی مناسب می توان جبران کرد برای کنترل فرآیند می توان از کاغذهای PH استفاده کرد. استفاده از الکترودهای شیشه ای برای اندازه گیری PH ،.همیشه عملی نیست زیرا وسایل خاصی جهت استفاده از آنها لازم است. علاوه بر آن در مواردی که محلول کرماته حاوی یونهای فلوئورید باشد ،الکترود شیشه ای قابل استفاده نخواهد بود.

مقدرا کرم 6 ظرفیتی در طول عملیات کرماته کردن کاهش می یابد ،با این حال کاهش اسیدکرمیک و دی کرومات غالبا ً‌کمتر از کاهشی است که درکل حجم محلول بر اثر کشیده شدن و ریختن آن به مخزن شست وشو رخ می دهد.

اگر با وجود تصحیح PH ،محلول کرماته عملکرد رضایت بخشی نداشته باشد،ترکیب شیمیایی محلول باید بررسی شود و مقدار یونهای کرم 6 ظرفیتی و همچنین میزان نمک کرم که برای جبران به محلول اضافه می شود محاسبه شود . مقدار کرم 6 ظرفیتی را می توان با یدومتری یا با احیا به وسسیله سولفات آهن و تیتراسیون برگشتی مقدار منگانومتری یونهای آهن تعیین کرد.

در عمل ،بخصوص در واحدهای کوچک ،کنترل حمام محدود به اندازه گیری PH و تصحیح آن در موارد لزوم است . اگر چنین نشود ،محلول تازه ای باید تهیه شود.

باید توجه داشت پوششهایی که در ابتدا از محلول ید تازه به دست می آید ممکن است کیفیت مطلوبی نداشته باشند . اما بعد از اینکه چند نمونه دراین حمام پوشش داده شد ،دردامنه PH معینی بدون آنکه درکیفیت پوشش نوسانات زیادی حاصل شود وتا زمانی که اجزای اصلی حمام به مقدار قابل توجهی مصرف شود ،محلول پوشش ایجاد خواهد کرد.

برای حفظ حمام کرماته استفاده متناوب از برخی افزودنیها مطلوب است .برای یک کار مداوم و یکنواخت می توان بر اساس چند روز یا چند هفته اول عملیات برنامه ای تعیین کرد و بعد از آن کنترل آزمایشگاهی برای دوره های کمتری کافی خواهد بود.

بعد ازاینکه چندین بار مواد افزودنی به حمام افزوده شد ،حمام پوشش کرماته به پایان عمر خود می رسد ،مگر اینکه دفعات تازه سازی محلول زیاد باشد ،میزان کرم احیا شده (3ظرفیتی ) و رسوبهای فلزی از قطعاتی که وارد حمام شده به حدی رسیده است که عملاً‌محلول حمام بدون استفاده می ماند. اغلب اپراتورهای عملیات کرماته کردن می توانند روش ساده ای برای تیتراسیون تهیه کنند و زمانی را که حمام پوشش به نقطه انتهایی خود نزدیک می شود ،تعیین کنند. تشکیل مجدد محلول از طریق تکنیک تعویض یونها با موفقیت میسر است .ولی هنوز روش متداولی نیست .

محلولهای کرماته را نمی توان به طور نامحدود جایگزین کرد ،این کار ،حداکثر دو یا سه بار بیشتر انجام نمی شود. مهمترین عاملی که سبب تعویض حمام می شود کیفیت ضعیف پوشش تشکیل شده بر روی سطح قطعه است ،حتی اگر ترکیب حمام هم ترکیب صحیحی باشد. اگر نگهداری حمام پوشش به اضافه کردن مقادیر بیش از حدی ترکیبهای شیمیایی نیاز داشته باشد نیز این مورد صادق است .مصرف اضافی مواد شیمیایی غالباً‌ بر اثر تشکیل آلودگیهایی مانند ترکیبهای کرم 3 ظرفیتی است که بر اثر واکنش تشکیل پوشش و فلز حل شده قطعه ای که پوشش داده می شود به وجود می آیند علاوه بر آن این مصرف اضافی ناشی از آلودگیهای خارجی نیز می باشد.

تعیین عمر طبیعی یک حمام مشکل است زیرا به عوامل متعددی بستگی دارد. از جمله این عوامل عبارتند از :روش عمل ،بازده تمیز کردن ،آماده سازی سطح قبل از عملیات و بازده شست وشو .