مقاله بررسی ریخته گری،درس پوشش فلزات

دسته بندي : فنی و مهندسی » صنایع
مقاله بررسي ريخته گري،درس پوشش فلزات در 20 صفحه ورد قابل ويرايش

پوشش هاي تبديلي

اصطلاح ((پوشش تبديلي )) به پوششهايي گفته مي شود كه از طريق واكنش لايه هاي اتمي سطح فلزات با آنيونهايي كه از وسط فلزات ايجاد مي شوند .

بنابراين فرايند تشكيل پوشش تبديلي يك فرايند خوردگي كنترل شده اي است كه به طريق مصنوعي ايجاد شده است و نهايتاً برروي سطح فلز لايه اي را ايجاد مي كند . اين لايه اتصال محكمي با فلز پايه دارد و عملاً در آب و محيط واسطه نامحلول است و عايق الكتريكي خوبي مي باشد .

يكي از فرايند هاي پوششهاي تبديلي فرايند كروماته كردن است كه در دو دهه اخير پيشرفت و گسترش قابل توجهي پيدا كرده است .

كروماته كردن

اصطلاح ((كرماته كردن)) به عمليات شيميايي و الكترو شيمايي فلزات و پوششهاي فلزي محلولهايي گفته مي شود كه در آنها اسيد كرميك ، كرمات يا دي كرمات باشد . نتيجه چنين عملياتي ايجاد پوشش محافظ تبديلي شامل تركيبات كرم سه ظرفيتي و شش ظرفيتي بر روي سطح فلز است .

خواص جلوگيري از خوردگي فلزات توسط كروماتها به خوبي شناخته شده است . با اضافه كردن مقادير كمي از اين ماده به سيستمهاي داراي آب در گردش سطح فلزات را پوشش مي دهد و در نتيجه از خوردگي آنها جلوگيري مي كند .

پوششهاي كرماته در محصولات صنايع ماشين سازي ، الكتريكي ، الكترونيكي ، ارتباطات راه دور و صنايع موتوري خودكار به كار مي رود . آنها نيز با جايگزين كردن برخي فلزات معين معين به جاي فلزاتي كه طول عمر كمتري دارند نقش مهم كاربردي دارند . به عنوان مثال ، مي توان از روي كرماته شده كه جايگزين فلزات با پوشش كادميم شده اند نام برد .

مهمترين اهداف استفاده از فلزات كرماته شد عبارتند از :

الف ) افزايش مقاومت به خوردگي فلز يا پوششهاي محافظ فلزي ، در حالت اخير احتمالاً به طولاني شدن زمان ظهور اولين آثار خوردگي بر روي فلز پايه و فلز پوشش منجر خواهد شد .

ب ) كاهش خسارات سطحي ناشي از آثار انگشت (خراشهاي سطحي)

ج) افزايش ميزان چسبندگي رنگ و ساير پوششهاي آلي .

د) رنگ پذيري و يا پذيرش بهتر ساير پوششهاي تزئيني .

روشهاي عملي كرماته كردن بر اساس نوع عمليات به دو دسته زير تقسيم مي شوند :

الف ) روشهاي شيميايي كه فقط شامل فرو بردن قطعات در محلولهاي كرماته است .

ب ) روشهاي الكتروشيميايي كه شامل فرو بردن قطعات در محلول و اعمال جريان الكتريكي از يك منبع خارجي است .

ج) فرايندي كه يك لايه كرماته فشرده برروي سطح تميز فلزي ايجاد مي كند به نحوي كه در نهايت به شكل پوشش واقعي در مي آيد .

د) فرايندي كه با استفاده از انواع ديگر پوششها از فلز محافظ مي كند . به عنوان مثال پوششهاي اكسيدي يا فسفاتي كه نوع فسفات آن در فصلهاي مربوط به اكسيداسيون و فسفاته كردن بحث شده است .

فرايند كرماته كردن را مي توان بهصورت دستي ، نيمه خودكار يا تمام خودكار انجام داد .

توسعه اين فرايند به دليل سهولت عمل و زمان كم آن قابليت دسترسي همگاني و اقتصادي بودن مواد شيميايي و بالخره خواص منحصر به فردي است كه اين نوع پوشش برخوردار است .

بر اساس نظريات و ستچستر مقاومت به خوردگي پوششهاي كرماته بهتر از نوع فسفاته آن است . موك نيز كه تحقيقاتي در زمينه خواص حفاظتي پوششهاي كرماته و مقايسه آن با نوع فسفاته انجام داده ، به نتايج مشابهي رسيده است .

در اولين مرحله ، مقاومت به خوردگي و ساير خواص پوششهاي كرمي بستگي تام به فلز پايه (فلزي كه پوشش روي آن انجام مي گيرد دارد . چگونگي سطح فلز روشهاي آماده سازي مختلف كرماته كردن و احتمالاً عمليات اضافي در زمينه پوشش كرم دادن (مثلاُ كاربرد پوشش روغن يا رنگ) دارد. در حالي كه از روشهاي الكترو شيميايي براي ايجاد پوشش كرماته استفاده مي شود ، چگالي جريان نقش مهمي ايفا مي كند).





فرايند كروماته كردن فلزات خاص

اولين بار فرايند كرماته نمودن در سال 1924 و براي فلز منيزيم به كار رفت . پوشش كرماته كه در آن زمان به دست آمد مشخصاً يك پوسته بسيار باريك بود و به علت كاربرد روشهاي خاص رنگ پوسته قهوه اي يا زيتوني بود و عالباً از محلولهاي اسيدي سديم دي كرمات يا بدون افزايش نمكهاي فلزي معين براي منظورهاي خاصي استفاده مي شد .

بين سالهاي 1924تا 1936 چندين روش براي كرماته كردن منيزيم ، روي ، كادميم ، مس و آلياژهاي آن عرضه شد . از بين اين روشها روشي كه در آن از يك محلول خاص براي دستيابي به پوشش روشن بر روي كادميم استفاده مي شد كاربردي بيشتري داشت .

بدون شك فرايندي كه در ان حمام دي كرمات و اسيد سولفوريك به كار مي رود ، ارزشمند ترين فرايند است . اين فرايند كه در سال 1936 ابداع شد ، به فرايند كرونك شهرت يافت . پوشش كرماته اي كه از روش بر روي ZN و Cd به دست آمد ، رنگي شبيه زرد يا قهوه اي تيره داشت .

پيشرفتهاي بعدي در اين زمينه به كاربرد محلولهايي منجر شد كه شامل اسيد كرميك و سولفاتها بودند كه جهت به دست آمدن سطح و ظاهر روشن سپس در محلولهاي اسيدي يا الكلي دقيق شسته مي شدند .

در دوران جنگ جهاني دوم روشي ابداع شد كه پوشش كرماته به رنگ سبز زيتوني برروي روي و كادميم به دست آمد . اين پوشش در مقايسه با نمونه مات متمايل به قهوه اي كه سابقاً تهيه شده بود در مقابلخوردگي مقاومت ببيشتري از خود نشان مي داد . علاوه بر ايجاد پوشش سبز زيتوني تهيه پوششهايي به رنگ سياه و رنگهاي ديگر از طريق رنگ كردن پوشش زيتوني نيز امكانپذير شد .

هنوز بسياري از فرايند هاي قديمي كرماته كردن روي وكادميم كه نياز به استفاده از محلولهاي اسيد سولفوريك و دي كرمات با اصطلاحات مختصري دارد ، قابل استفاده اند .






5 – از بين بردن پوششهاي كرماته

پوششهاي كرماته را كه به كيفيت مطلوب نرسيده اند ،مي توان با فرو بردن قطعه به مدت چند دقيقه در محلول اسيد كرميك (gr/lit 200) داغ از بين برد. براي اين منظوراز اسيد هيدروكلريك نيز مي توان استفاده كرد.

قبل از آن كه عمليات كرماته كردن مجدد انجام شود قطعات بايد در حمام قليايي و دو بار در آب شسته شوند.

6 – تركيب حمام پوشش و كنترل آن

مصرف اجزاي محلول و جدا شدن آنها باعث افت غلظت محلول كرماته در طي عمليات مي شود . علاوه بر اين محلول دائماً با آبي كه براي شست و شو بر روي سطح قطعات كرماته ريخته مي شود ،بنابراين ثابت نگه داشتن تركيب حمام پوشش نياز به كنترل تركيب شيميايي و جايگزين كردن عناصر مصرف شده از آن دارد .در مواردي كه محلول كرماته حجم كمي داشته باشد ،تغييرات غلظت عناصر قابل توجه است و در اين موارد بهتر است محلول تازه جايگزين شود.

درطي انجام واكنشهايي كه براي تشكيل پوشش كرماته مي دهد، يونهاي هيدروژن مصرف مي شوند و PH محلول كرماته زياد مي شود. اين امر باعث كاهش سرعت تشكيل لايه مي شود. هنگامي كه از محلول كرماته به مدت چند روز يا چند هفته استفاده شد (بستگي به مقدار استفاده از آن )،پوششهايي كه در طول مدت معيني از عمليات به دست مي آيند نسبت به پوششهايي كه از يك محلول تازه به دست مي آيند سبكترند. سرعت كم تشكيل لايه را يا با افزايش مدت عمليات و يا باكاهش PH به كمك يك اسيد غير آلي مناسب مي توان جبران كرد براي كنترل فرآيند مي توان از كاغذهاي PH استفاده كرد. استفاده از الكترودهاي شيشه اي براي اندازه گيري PH ،.هميشه عملي نيست زيرا وسايل خاصي جهت استفاده از آنها لازم است. علاوه بر آن در مواردي كه محلول كرماته حاوي يونهاي فلوئوريد باشد ،الكترود شيشه اي قابل استفاده نخواهد بود.

مقدرا كرم 6 ظرفيتي در طول عمليات كرماته كردن كاهش مي يابد ،با اين حال كاهش اسيدكرميك و دي كرومات غالبا ً‌كمتر از كاهشي است كه دركل حجم محلول بر اثر كشيده شدن و ريختن آن به مخزن شست وشو رخ مي دهد.

اگر با وجود تصحيح PH ،محلول كرماته عملكرد رضايت بخشي نداشته باشد،تركيب شيميايي محلول بايد بررسي شود و مقدار يونهاي كرم 6 ظرفيتي و همچنين ميزان نمك كرم كه براي جبران به محلول اضافه مي شود محاسبه شود . مقدار كرم 6 ظرفيتي را مي توان با يدومتري يا با احيا به وسسيله سولفات آهن و تيتراسيون برگشتي مقدار منگانومتري يونهاي آهن تعيين كرد.

در عمل ،بخصوص در واحدهاي كوچك ،كنترل حمام محدود به اندازه گيري PH و تصحيح آن در موارد لزوم است . اگر چنين نشود ،محلول تازه اي بايد تهيه شود.

بايد توجه داشت پوششهايي كه در ابتدا از محلول يد تازه به دست مي آيد ممكن است كيفيت مطلوبي نداشته باشند . اما بعد از اينكه چند نمونه دراين حمام پوشش داده شد ،دردامنه PH معيني بدون آنكه دركيفيت پوشش نوسانات زيادي حاصل شود وتا زماني كه اجزاي اصلي حمام به مقدار قابل توجهي مصرف شود ،محلول پوشش ايجاد خواهد كرد.

براي حفظ حمام كرماته استفاده متناوب از برخي افزودنيها مطلوب است .براي يك كار مداوم و يكنواخت مي توان بر اساس چند روز يا چند هفته اول عمليات برنامه اي تعيين كرد و بعد از آن كنترل آزمايشگاهي براي دوره هاي كمتري كافي خواهد بود.

بعد ازاينكه چندين بار مواد افزودني به حمام افزوده شد ،حمام پوشش كرماته به پايان عمر خود مي رسد ،مگر اينكه دفعات تازه سازي محلول زياد باشد ،ميزان كرم احيا شده (3ظرفيتي ) و رسوبهاي فلزي از قطعاتي كه وارد حمام شده به حدي رسيده است كه عملاً‌محلول حمام بدون استفاده مي ماند. اغلب اپراتورهاي عمليات كرماته كردن مي توانند روش ساده اي براي تيتراسيون تهيه كنند و زماني را كه حمام پوشش به نقطه انتهايي خود نزديك مي شود ،تعيين كنند. تشكيل مجدد محلول از طريق تكنيك تعويض يونها با موفقيت ميسر است .ولي هنوز روش متداولي نيست .

محلولهاي كرماته را نمي توان به طور نامحدود جايگزين كرد ،اين كار ،حداكثر دو يا سه بار بيشتر انجام نمي شود. مهمترين عاملي كه سبب تعويض حمام مي شود كيفيت ضعيف پوشش تشكيل شده بر روي سطح قطعه است ،حتي اگر تركيب حمام هم تركيب صحيحي باشد. اگر نگهداري حمام پوشش به اضافه كردن مقادير بيش از حدي تركيبهاي شيميايي نياز داشته باشد نيز اين مورد صادق است .مصرف اضافي مواد شيميايي غالباً‌ بر اثر تشكيل آلودگيهايي مانند تركيبهاي كرم 3 ظرفيتي است كه بر اثر واكنش تشكيل پوشش و فلز حل شده قطعه اي كه پوشش داده مي شود به وجود مي آيند علاوه بر آن اين مصرف اضافي ناشي از آلودگيهاي خارجي نيز مي باشد.

تعيين عمر طبيعي يك حمام مشكل است زيرا به عوامل متعددي بستگي دارد. از جمله اين عوامل عبارتند از :روش عمل ،بازده تميز كردن ،آماده سازي سطح قبل از عمليات و بازده شست وشو .