آندایزینگ

برخلاف آبكاری الكتریكی و پوشش های آلی مورد استفاده در صنعت، آندایزینگ به طور تجاری تقریباً به آلومینیوم منحصر شده است. هم زمان با توسعه آندایزینگ در اوایل دهه ۱93۰ میلادی، کاربردهای آلومینیوم در محصولات مختلف و نیز استفاده از آن در جایی که دیگر فلزات قابل استفاده نبودند، گسترش فراوانی یافت. طی فرایند آندایزینگ بر روی سطح فلز آلومینیوم یک لایه اکسید ایجاد می شود. اگرچه خود فلز آلومینیوم به طور طبیعی یک لایه بسیار نازک از اکسید آلومینیوم را بر روی خودش تشكیل می دهد، آندایزینگ در صورت نیاز می تواند لایه ای از اکسید آلومینیوم با ضخامت چندین میلی متر را بر روی سطح این فلز ایجاد کند. سختی لایه اکسید ایجاد شده توسط فرایند آندایزینگ مانند سختی الماس می باشد. آندایزینگ به میزان قابل توجهی ظاهر سطح آلومینیوم را نیز اصلاح و بهبود می بخشد. در واقع می توان با استفاده از فرایندهای رنگ کاری و آندایزینگ کاری کرد که سطح آلومینیوم مانند سطح فولاد ضد زنگ، مس و برنج فرچه خورده شود. آندایزینگ مقاوت به خوردگی سطح را به ویژه زمانی که سطح قطعه قرار باشد در معرض اتمسفر صنعتی و مرطوب قرار گیرد، افزایش می دهد. خواص عایق الكتریكی بودن پوشش حاصل از آندایزینگ نیز زمانی که خواص دی الكتریكی در قطعات الكتریكی مهم باشد، کاربرد خواهد داشت. آلومینیوم آندایز شده به سهولت تمیز شده و حتی در دمای ذوب آلومینیوم نیز نسبت به گرما مقاوم است.

تشکیل پوشش در فرایند آندایزینگ

 آندایزینگ فرایند ایجاد یک پوشش بر روی سطح یک قطعه نیست، بلكه یک تغییر الكتروشیمیایی است. در واقع در این فرایند سطح فلز آلومینیوم در اثر واکنش شیمیایی که در سطح آن در یک محلول اسیدی رخ می دهد، به اکسید آلومینیوم تبدیل می شود. ضخامت و خواص این پوشش آندی بسته به زمان فرایند (برحسب آمپر- ساعت)، نوع فرایند آندایزینگ مورد استفاده و نیز نوع آلیاژ مورد استفاده متفاوت می باشد. تشكیل لایه اکسیدی به صورت چند لایه بر روی سطح قطعه رخ می دهد، به طوری که بیرونی ترین لایه آن لایه ای است که در تماس با محلول آندایزینگ قرار دارد و درونی ترین لایه آن لایه ای است که در تماس مستقیم با سطح قطعه فلز است. از آنجایی که حجم لایه اکسید ایجاد شده در فرایند آندایزینگ بر روی سطح فلز بیشتر از حجم لایه ای از فلزی است که لایه اکسید جایگزین آن می شود، لذا ضخامت لایه اکسید ۵۰ – 3۰ درصد ضخیم تر از لایه فلزی است که جایگزینش شده است. ساختار پوشش های آندی متداول غالباً اسفنجی است. البته یک لایه عاری از حفره در سطح مشترک سطح فلز و لایه اکسید آندی به وجود می آید. به منظور جلوگیری از رنگ پریدگی و نیز بهبود مقاومت به خوردگی سطح آندایزینگ شده، نیاز به آب بندی این پوشش آندی می باشد.

فرایند های آندایزینگ موجود

اگرچه پوشش های آندی با استفاده از طیف گسترده ای از محلول های شیمیایی قابل تولید هستند، اما تنها تعدادی از این محلول ها تجاری شده ودر صنعت مورداستفاده قرار می گیرند. برخی از این محلول ها و ویژگی های آن ها در زیر آورده شده است:

محلول اسید کرومیک

معمولاً یک پوشش آندی ضخیم ( 0/3 – 0/1 میلی لیتر) خاکستری رنگ با استفاده از محلول اسید کرومیک به دست می آید. که عمدتاً جهت بهبود مقاومت به خوردگی و نیز به عنوان پایه ای برای رنگ کاری در صنایع هوایی و دریایی مورد استفاده قرار می گیرد. این پوشش معمولاً با استفاده از یک محلول اسید کرومیک ۱۰ -3 درصدی، در ولتاژ ۴۰ ولت و پس از مدت زمان 45 - 30 دقیقه ایجاد می شود. توجه داشته باشید که پوشش های آندی ایجاد شده توسط محلول اسید کرومیک در مقایسه با پوشش های حاصله از محلول اسید سولفوریک نازک تر بوده و از مقاومت به سایش کمتری نیز برخوردار است.

محلول اسید اگزالیک

 این محلول آندایزینگ عمدتاً در ژاپن مورد استفاده قرار می گیرد. ویژگی مشخص پوشش حاصل از آن رنگ متمایل به زردش است. از جمله شرایط عملیاتی آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

محلول 3 درصد اسید اگزالیک، دمای عملیاتی9۵ – 7۵ فارنهایت و مدت زمان آندایزینگ ۴۰ – 3۰ دقیقه. پوشش آندی حاصل از این محلول در مقایسه با پوشش های هم ضخامت به دست آمده ازمحلول اسید سولفوریک تا اندازه ای سخت تربوده و از مقاومت به سایش بیشتری هم برخوردار می باشد.

محلول اسید فسفریک

معمولاً قطعه آندایزینگ شده با این محلول به عنوان قطعه پایه جهت آبكاری الكتریكی مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله شرایط عملیاتی آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

محلول۲۰-3 درصد اسیداگزالیک، دمای عملیاتی9۵ – 8۵ فارنهایت، ولتاژ 60 – 50 ولت، و مدت زمان آندایزینگ 40 – 30 دقیقه.

محلول اسید بوریک

 با استفاده از محلول اسید بوریک داغ یک پوشش آندی نازک، عاری از حفره، و با قدرت بازدارنگی بالا ایجاد می گردد. کاربرد این نوع پوشش آندی به کارگیری آن به عنوان دی الكتریک در خازن ها می باشد.

محلول اسید سولفوریک

متداول ترین محلول آندایزینگ مورد استفاده، محلول اسید سولفوریک می باشد. در این نوع محلول می توان پوششی معمولاً آندی با ضخامت ۱-۱/۰ میلی متر را در محلولی با غلظت ۱۵ درصد و دمای 7۰ فارنهایت در مدت زمان 6۰ – ۱۰ دقیقه ایجاد کرد. این نوع پوشش آندی می تواند بسته به میزان آلیاژ آلومینیوم موجود در آن و نیز ضخامتش به رنگهای زرد، قهوه ای مایل به زرد و یا خاکستری باشد. این نوع پوشش معمولاً با استفاده از رنگدانه های معدنی رنگ شده و یا این که تحت آبكاری قرار می گیرند.

محلول اسید های آلی

 رایج ترین محلول آندایزینگ از اسید های آلی محلولی حاوی 100 - 90 گرم در لیتر از اسیدهای آلی است که دارای مقدار کمی اسید سولفوریک (به منظور افزایش رسانایی محلول) می باشد.

دمای آن 8۰ – 7۰ درجه فارنهایت و ولتاژ به کار گرفته شده در آن معمولاً تا 7۵ ولت می باشد. این محلول آندایزینگ پوشش های سیاه، برنزی و کهربایی با ضخامت متغیر بین 1 – 0/4 میلی متر را ایجاد می کند که عمدتاً در صنایع ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع پوشش های آندی سخت و متراکم بوده، دارای ثبات رنگی زیاد در برابر نور بوده و نسبت به شرایط جوی نیز مقاوم هستند.

پیش آماده سازی

 انجام عملیات های مقدماتی می تواند امری ضروری پیش از آویزان کردن قطعات آلومینیومی به آویزها در خط آندایزینگ باشد. پرداخت مكانیكی سطح قطعه به منظور رفع نواقص سطحی می تواند عملی مطلوب در جهت بهبود کیفیت آندایزینگ باشد. لایه های کاغذی و برچسب های چسبیده شده به سطح قطعه را با استفاده از یک سری حلال ها می توان از سطح قطعه معمولاً جدا کرد. روغن های ماشین کاری باقی مانده برروی قطعه را، به منظور جلوگیری از آلودگی محلول های تمیزکاری آندایزینگ، می توان با استفاده از روش چربی زدایی با بخار از روی سطح قطعه پاک کرد.

آویزان کردن قطعات در خط آندایزینگ

آویزان کردن قطعات در خط آندایزینگ نخستین مرحله ضروری جهت تولید یک پوشش آندی مناسب می باشد. آویزان کردن قطعات باید به گونه ای باشد که ارتباط الكتریكی خوبی بین قطعه کار و آویز برقرار گردد تا جریان الكتریكی در طول فرایند آندایزینگ به خوبی به قطعه کار منتقل شود. تماس الكتریكی ضعیف بین آویز و قطعه به دلیل کم بودن سطح تماس قطعه و آویز و یا هر دلیل دیگر می تواند منجر به بروز سوختگی، پوشش پودری، ظاهر رنگین کمانی پوشش آندی و دیگر مشكلات شود. با ادامه فرایند آندایزینگ و افزایش ضخامت پوشش آندی بر روی قطعه پایه، تمایل برای قطع جریان اعمال شده به قطعه پایه افزایش می یابد. بنابراین هر چه ضخامت پوشش آندی افزایش می یابد، مقاومت در برابر رسیدن جریان الكتریكی به قطعه کار بیشتر می شود. بدیهی است که آویزان کردن نامناسب قطعه کار در چنین وضعیتی می تواند این فشار را افزایش دهد.

برای آویزان کردن قطعات کوچک و سبک می توان از آویزهای بند انگشتی و یا آویزهای فنری استفاده کرد. کوچک و اصطلاحا برای آویزان کردن قطعات بزرگ و سنگین تر باید از آویزهای با ظرفیت حمل جریان الكتریكی بالا و دارای امكان اتصالات پیچی استفاده کرد. آویزهای آلومینیومی، تیتانیمی ویا ترکیبی میتوانند مورد استفاده قرار گیرند. در صورت استفاده از آویزهای آلومینیومی، نیاز است تا بعد از هر بار انجام عملیات سطح آن ها عریان سازی شود. اگرچه آویزهای تیتانیومی دارای طول عمر بیشتری هستند، اما گران تر بوده و به دلیل کم بودن رسانایی الكتریكی تیتانیم، به سطح تماس بیشتری با قطعه پایه نیاز دارند. آویزها می توانند توسط پلاستی سل پوشش داده شده باشند، اما در این صورت به دام افتادن محلول آندایزینگ در پوشش پلاستی سلی آویز ها می تواند منجر به بروز آلودگی شود.

حاال باید قطعات آویزان شده تحت عملیات تمیزکاری کافی و مناسب قرار گیرند. چرا که بسیاری از ترکیبات آلی موجود بر روی قطعات می توانند به عنوان مانعی در برابر آندایزینگ عمل کنند. بنابراین لازم است تا قبل از انجام آندایزینگ بر روی قطعات، این آلودگی های موجود بر روی آن ها حذف گردد. متداول ترین تمیز کننده که به ویژه برای خطوط عملیاتی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد تمیز کننده های قلیایی فاقد سیلیكات هستند.  احتمالاً این تمیزکننده ها بیشترآلودگی های سطحی مانند روغن و چربی ناشی از عملیات های پرداخت کاری،گردو خاک و ... را از بین می برند. دمای معمول جهت عملیات تمیز کاری قطعات پایه چیزی در حدود ۱6۰ – ۱۴۰ فارنهایت می باشد. دمای بیش از حد بالا و نیز هم زدن شدید محلول تمیزکاری می تواند منجر به کف کردن آن محلول و انتقال آن به خارج از مخزن تمیزکاری از طریق قطعه پایه و یا حتی آویزها گردد. از جمله فاکتورهای مهمی که باید در این مرحله کنترل شوند می توان به غلظت محلول تمیزکاری و نیز دمای آن اشاره کرد. باید از انباشت چربی ها در محلول تمیزکاری جلوگیری کرد. قطعات تمیزکاری شده باید تحت شستشو قرا گیرند. در واقع شستشوی قطعات پایه باید به دنبال انجام هر مرحله از فرایند شیمیایی انجام شود. شستشوی قطعات پایه می تواند از طریق غوطه وری قطعات در یک یا چند مخزن حاوی آب صورت گیرد و یا این که از طریق اسپری کردن آب بر روی سطح قطعات انجام شود. آب مورد استفاده جهت شستشوی قطعات باید تمیز باشد. توجه داشته باشید که لبه ها، گوشه های قطعات، فرورفتگی ها و برجستگی های سطحی نیز باید به خوبی توسط آب شسته شوند. برای اطمینان از کیفیت آب مورد استفاده در شستشوی قطعات می توان از سنجش هدایت الكتریكی آب استفاده کرد. مخازن شستشوی قطعات باید فاقد جریان گالوانیكی بوده و کف آن ها توسط صفحات عایق پوشش داده شده باشد.

معمولاً بعد از شستشو و آبكشی قطعات پایه، آن ها را تحت فرایند اکسید زدایی قرار می دهند یعنی قطعات را در یک محلول اسیدی با دمای بالا (۱6۰ – ۱۲۰ فارنهایت) غوطه ور می کنند تا لایه اکسید شكل گرفته برروی قطعات و نیز سایرآلودگی های سطحی که طی فرایند تمیزکاری حذف نشده اند، از بین بروند. بدیهی است قطعاتی که به درستی اکسید زدایی نشوند، در مراحل بعدی فاقد پوشش آندی یكنواخت خواهند بود.معمولاً جهت اکسید زدایی از محلول حاوی مخلوطی از اسید کرومیک، اسید سولفوریک، اسید نیتریک و یا اسید فسفریک استفاده می شود. بنابراین مخزن اکسید زدایی مورد استفاده در این مرحله باید از مقاومت شیمیایی کافی در برابر این اسید ها برخوردار باشد. حالا قطعات پایه آماده هستند که تحت فرایند اچ کاری قرار گیرند. فرایندی که به منظور از بین بردن ظاهر براق سطح قطعه آلومینیومی و ایجاد سطحی نرم و مات طراحی شده است. فرایند اچ کاری معمولاً با استفاده از محلول سدیم هیدروکسید ۵ درصد با دمای ۱۲۰ – 9۰ فارنهایت و برای مدت زمان ۵ دقیقه انجام می گیرد. دمای بیش از این در این مرحله می تواند منجر به بروز سوختگی در سطح قطعات و در نتیجه غیر قابل استفاده شدن آن ها گردد. معمولاً مقدار کمی نمک سدیم گلوکونات به منظور جدا کردن سدیم آلومینات تولید شده در محلول اچ کاری به آن اضافه می شود. این کار مانع از تشكیل رسوب هیدرات آلومینا بر روی دیواره مخزن اچ کاری می گردد. قطعات اچ کاری شده معمولاً با استفاده از اکسید زداهای اسیدی، آلودگی زدایی می شوند. اگرچه می توان قطعات را مستقیما به مخزن آندایزینگ نیز منتقل کرد. فلزات مس، آهن، منگنز، سیلسیوم و برخی فلزات دیگر می توانند منجر به ایجاد آلودگی در محلول آندایزینگ گردد. این آلودگی ها می تواند منجر به ایجاد یک لایه تیره بر روی قطعه آندایزینگ شده گردد.

عملیات آندایزینگ

فرایند آندایزینگ معمولاً در محلولی از اسید سولفوریک با غلظت اسمی ۱۵ درصد و در دمای 8۰-7۰ فارنهایت (بسته به این که هدف تولید پوششی شفاف و یا تیره باشد) انجام می گیرد. به منظور ایجاد پوشش آندایزینگ با خواص مورد نظر دما باید در طول فرایند آندایزینگ در گستره ذکر شده کنترل شود. اگرچه بسیاری از تولید کنندگان ولتاژ را در حین فرایند آندایزینگ در یک مقدار ثابت حفظ می کنند، اما معمولاً ولتاژ می تواند در یک گستره محدود نوسان داشته باشد. مقدار اکسید تولید شده بر روی قطعه پایه تابعی از حاصل ضرب ولتاژ اعمال شده در مدت زمان اعمال ولتاژ می باشد. در طول فرایند آندایزینگ هم زدن محلول آندایزینگ به منظور جلوگیری از گرمای بیش از حد موضعی بر روی قطعه پایه و نیز به منظور یكنواخت بودن دمای محلول آندایزینگ ضروری می باشد. موقعیت قرار گرفتن کاتد در محلول آندایزینگ، به ویژه زمانی که قطعه پایه بزرگ باشد مهم می باشد. چرا که حتی وقتی توان پرتاب محلول بالا باشد، قسمت هایی از قطعه کار که نزدیكتر به کاتد هستند، پوشش آندی ضخیم تری خواهند داشت.

غلظت اسید و نیز آلومینیوم در محلول آندایزینگ در طول فرایند آندایزینگ را با استفاده از تیتراسیون محلول آندایزینگ می توان تعیین کرد. باید از آلوده شدن محلول آندایزینگ توسط کلریدها، فلویوریدها، آهن، مس، جیوه و... جلوگیری کرد. غلظت آلومینیوم در محلول آندایزینگ می تواند تا تقریبا ۲۰ گرم بر لیتر باشد. همزدن محلول آندایزینگ به وسیله هوا و یا با استفاده از همزن های مكانیكی به منظور یكنواخت کردن محلول از نظر دما و غلظت باید انجام گیرد.

آب بندی کردن پوشش حاصل از آندایزینگ

مرحله بسیار مهم و نهایی در فرایند آندایزینگ آب بندی پوشش حاصل از آندایزینگ می باشد. این فرایند آب بندی باعث افزایش مقاومت به خوردگی پوشش آندایزینگ می گردد. آب بندی در آب دی یونیزه در حال جوش منجر به تغییر ساختار پوشش آندایزینگ از آلومینیوم اکسید بی شكل به شكل بلورین هیدراته بیشتر پایدار می گردد و این می تواند منجر به شفاف شدن پوشش گردد.

از سوی دیگر آب بندی منجر به از بین رفتن حفرات موجود در پوشش آندایزینگ می شود. معمولاً آب بندی با استفاده از آب جوشش برای مدت زمان 3۰ – ۲۰ دقیقه انجام می گیرد. گاهی عمل آب بندی بر روی پوشش آندایزینگ طی دو مرحله انجام می گیرد که در این حالت یک مرحله آب بندی با استفاده از محلول دی کرومات نیز به منظور افزایش بیشتر مقاومت به خوردگی انجام می گیرد که البته باعث می شود تا پوشش آندایزینگ سبز رنگ شود. پی اچ محلول آب بندی باید به دقت کنترل شود تا این فرایند کارایی لازم را داشته باشد. لازم به ذکر است که باید از آلودگی محلول آب بندی به وسیله فسفات ها، سیلیكات ها و برخی دیگر از فلزات جلوگیری کرد. همزدن ملایم محلول آب بندی به منظور ایجاد یكنواختی دما نیز لازم می باشد.

منبع: http://iranplating.com/Archive/87.pdf