مقایسه روشهای پوشش دهی

[soheiiil 24251]

مقایسه روشهای پوشش دهی

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

 

پوشش هاي پاشش حرارتي

پلاستیک های پاششی با استفاده از اصلاح تجهیزاتی که در ابتدا برای پاشش فلزات طراحی شده بودند ، گسترش یافتند. از آنجا که الزامات مواد متفاوت است، اکنون تفنگ های مورد استفاده به صورت ویژه ای برای کار با پلاستیک طراحی شده اند. تجمع پلاستیک داغ در درون تفنگ باعث ايجاد دمای شعله می شود. از این کار باید با محاصره جهت پاشش پودر توسط هوای خنک کننده جلوگیری کرد.

احتراق یک سوخت نظیر استیلن ، هیدروژن یا پروپان در هوا یا اکسیژن باعث تولید شعله می شود. ذرات پلاستیک باید به دمای ذوب خود برسند اما باید اطمینان حاصل نمود که هیچگونه تغییری در خواص آن ها به دلیل بیش از حد گرم شدن پدید نمی آید. پودر به دو صورت به تفنگ تغذیه می شود: از یک مخزن که مستقیماً روی تفنگ نصب می شود یا حمل توسط هوا در یک شیلنگ از یک تغذیه کننده مجزای پودر . روش دوم برای حالت خودکار یا پاشش های طولانی مدت داراری مزایایی است.

مزایا

-یک فرایند متحرک و روان مناسب برای کار در محل یا کار کارگاهی.

-امکان دست یافتن به پوشش های با ضخامت بیش از یک میلیمتر.

-هزینه کمتر سرمایه تجهیزات.

-امکان تغییرات سریع در پودر مورد استفاده.

-امکان عملیات دستی یا خودکار.

معایب

-یکنواختی پوشش و کیفیت آن در عملیات دستی به مهارت اپراتور وابسته است .

- پرداخت کاری سطح نصبت به سایر فرایند ها ضعیف تر است.

-فرایند تک جهتی است و محدودیتهای دسترسی وجود دارد.

-انتخاب صحیح پارامترهای پاشش و کنترل آن ها برای تولید رسوب با کیفیت خوب و تکرار پذیر ضروری است.

 

پوشش های بستر سیال

یک روش قدیمی عبارت است از پیشگرم قطعه و سپس نورد یا غوطه وری آن در پودر پلاستیک که باعث می شود پودر در تماس با قطعه کار ذوب شود و پوششی را ایجاد نماید که در گرمایش بعدی یک لایه نازک صیقلی یکپارچه با اتصال پیوند خوب فراهم نماید. در دهه 1950 این روش با سازگاری با روش بستر سیال به طور وسیع مورد استفاده قرار گرفت که بهبود بهره وری و پوشش کامل سطح ، مخصوصاً سطوح نا منظم را در پی داشت.

مزایا

-بهبود یکنواختی پوشش و پوشاندن سطوح نا منظم و سطوح داخلی.

-پوشش دهی هم زمان سطوح داخلی و خارجی .

-امکان کنترل بهتر دمای قطعه کار به دلیل پوشش یکپارچه حجم وسیع.

-امکان دستیابی به پوشش های ضخیم در مدت زمان کوتاه.

-سهولت خودکار کردن فرایند.

معایب

اساساً یک فرایند کارگاهی است نه متحرک.

-هزینه سرمایه گذاری تجهیزات نسبت به پاشش حرارتی بیشتر است .

-پوشاندن مشکل تر است به دلیل آنکه به پیشگرم نیاز است.

-اندازه قطعه کار با توجه به اندازه و ابعاد بستر سیال و کوره پیشگرم کنترل و محدود می شود.

 

پوشش هاي پاشش الکترواستاتیک

در این فرایند پودری که از تفنگ خارج می شود به صورت الکترواستاتیکی باردار شده و با سرعت کم به وسیله هوا و یا کلگی چرخان پاشش به جلو رانده می شود و به قطعه کاری برخورد می کند که اتصال به زمین شده است.

این مرحله نیاز به مراقبت دارد چرا که فشار بسیار زیاد هوا باعث می شود پودر، زیرلایه را بشوید و تورفتگی ایجاد کند که پوشش دهی آن مشکل خواهد بود. ضخامت پوشش در این فرایند ، خود محدود کننده است، زیرا افزایش میزان عایق شدن الکتریکی سطح زیرلایه می شود. با پیشگرم کردن زیر لایه و اعمال چند پوشش می توان بر این اثر غلبه کرد.

مزایا

-امکان دور پوشانی خوب بدون تغییر موضع قطعه کار.

- سهولت خودکار سازی فرایند.

-امکان ایجاد لایه نازک.

-پوشش دهی خوب لوله ها.

- کنترل دمای کوره برای اطمینان از گداخت مناسب پوشش.

-عملیات پوشاندن نسبت به سایر فرایندها آسانتر است.

معایب

-هزینه سرمایه گذاری زیاد تجهیزات.

-تجهیزات قابل حمل نیستند و فرایند کارگاهی است.

ظرفیت تجهیزات ، اندازه قطعه کار را محدود و کنترل می کند.

 

سایر روش ها

قطعات کوچک

قطعاتی که بسیار کوچک تر از آن هستند که به صورت دستی جا به جا شوند، پس از گرم شدن در یک پودر لرزان یا متحرک انداخته می شوند. پس از آن برای ایجاد یک لایه نازک غیر متخلخل پس گرمایش می شوند. برخی سیستم ها امکان تولید پوشش بدون وجود نقطه ها یا نشانه های تماس را فراهم می آورند. با استفاده از کارگر غیر ماهر ، تا 50000 قطعه در ساعت می توان تولید نمود.

قسمت های داخلی مخزن

در قطعاتی نظیر کپسول های آتش نشانی و لوله های آب داغ ، سیستمی وجود دارد که بر اساس آن مقدار مشخصی پودر به قطعه پیشگرم شده پاشیده می شود و سپس برای توزیع پودر حتی در سطوح داخلی، قطعه به صورت مدلی شبیه یک مدار نا منظم حرکت می کند. این در حالی است که حرارتی که از بیرون به قطعه داده می شود ، باعث گداخت پوشش در جای خود می شود.

پوشش دهی توسط سیم مداوم

پوشش دهی توسط لوله مشابه فرایندهای پوشش دهی سیمی است ، اما در اینجا پودر در یک محفظه ابری به کار می رود و لوله قبل از فرایند بعدی ، در آب سرد می شود. با کنترل دقیق ضخامت پوشش ، تولید مداوم لوله در سرعت های بالا امکان پذیر است.

پاشش مرحله ای

قطعاتی که برای جابه جایی در یک بستر سیال ، بسیار برزگ یا سنگین هستند ابتدا در یک کوره گرم می شوند و سپس توسط تفنگ از نوع تنظیم جریان ، همراه با بار یا بدون بار الکترواستاتیک، پاشش صورت می گیرد. پودر گداخته می شود تا پوشش با ضخامت تا 120 میلیمتر ، اگر نیاز باشد، شکل بگیرد. در صورتیکه تکمیل عملیات گداخته ضرورت داشته باشد، می توان آن را دوباره انجام داد.

 

طراحی پوشش های پلاستیکی

آماده سازی سطح

پوشش های پلاستیکی بر روی زیرلایه های فلزی باید تحت شرایط کاملاً کنترل شده به کار روند.ضرورت دارد که قبل ار عملیات پوشش دهی ، زیر لایه کاملاً تمیز شده باشد.

این بدان معناست که هرگونه پوسته اکسیدی، زنگ، گریس، رنگ یا سایر آلودگی ها باید زدوده شود.

هرگونه نقصان در این زمینه منجر به تضعیف چسبندگی بین فلز و پوشش می شود .سطح تمیز شده معمولاً با استفاده از دانه های زاویه دار ساچمه زنی می شود. جایگزینی ساچمه زنی، تمیز سازی که با عملیات فسفاته یا کروماته ادامه می یابد، به ویژه در مورد پوشش های نازک که توسط رسوب دهی الکترواستاتیکی به دست می آید.

پوشش های فسفاته در دماهای بالا که برای رسوب دهی به روش سیال استفاده می شود، کارایی ندارد. به هنگام انتخاب چنین عملیاتی باید به توصیه های متخصصین توجه نمود.

گرچه ساچمه زنی بهترین راه آماده سازی سطح برای پوشش های ضخیم است ، اما استفاده از یک آستری قبل از پوشش ها عملاً مطلوب است. این حالت چسبندگی پوشش به زیر لایه را بهبود می دهد و معمولاً برای کاربردهای الکترواستاتیک نایلون توصیه می شود.

وجود حرارت در فرایند پاشش حرارتی ممکن است آستری را تخریب نماید و مانع استفاده از آن ها در این فرایند شود. این قطعات به آسانی توسط ساچمه زنی اعوجاج پیدا می کند و استفاده از تمیز سازی شیمیایی با آسترها می تواند از این امر جلوگیری نماید.

طراحی قطعه

سطوحی که قرار است پوشش دهی شود نه تنها برای فرایند پوشش دهی مورد نظر ، بلکه برای آماده سازی سطح نیز باید قابل دسترس باشد.

به دلیل گرمای مورد نیاز برای گداخت پوشش های پلاستیکی ، ایجاد منفذ در مقاطع تو خالی ضروری است. سیالات مورد استفاده برای تمیز سازی ،از طریق این منافذ وارد خواهند شد، بنابراین باید به گونه ای جاسازی شوند که سیالات بتوانند از حفره ها کاملاً تخلیه شوند. برای جلوگیری از خوردگی سطح حفاظت نشده در طی کار، آب بندی بعدی این منافذ ضروری است.

بهتر است در قطعاتی که نیاز به پوشش دهی دارند از گوشه های تیز اجتناب شود .توانایی فرایندهای مختلف پوشش دهی برای پوشش دادن یکنواخت گوشه ها مانند سایر سطوح متفاوت است، اما به هر حال در گوشه های تیز پوشش نازکتر است و حین جابه جایی آسیب پذیر تر، به ویژه اگر قطعه بزرگ یا سنگین باشد.

خلاصه

در عرصه وسیع و متنوع مسایل سایش در صنایع مختلف ، مواد پلاستیکی سهم مشخصی را در بازار در مورد انتخاب پوشش های به صرفه از لحاظ اقتصادی در اختیار مهندس طراح قرار داده اند. پوشش دهی را می توان در کارگاه یا محل انجام داد.

پوشش دهی در محل ممکن است در مورد تعمیر و ترمیم قطعه ای به کار رود که قبلاً پوشش پلاستیک شده است یا در جهت افزایش عمر قطعه فاقد پوشش استفاده شود. بسته به شرایط مختلف ، مدل های دستی یا خودکار فرایند می تواند انتخاب و پذیرفته شود.

برای دستیابی به عمر کاری مورد نظر قطعه، چسبندگی کامل و مناسب پوشش به زیر لایه ضروری است. در مواردی که از سیستم دستی استفاده می شود، به کارگیری اپراتور آموزش دیده مناسب اهمیت فراوان دارد.

مواردی که به مراقبتهای ویژه نیاز است عبارت است از طراحی و آماده سازی صحیح قطعه ، کنترل دمای پیش گرمایش و پس گرمایش و اجتناب از رطوبت قطعه حرارت دیده با شعله مستقیم.

 

پوشش های بدون کرم شش ظرفیتی

مقدمه

امروزه بيشتر پوشش هاي سطحي و تبديلي قطعات فولادي، بويژه قطعاتي که در خودرو مصرف مي شود محتوي کرم شش ظرفيتي (Hexavalent Cr) است. قابليت محافظت عالي سطح و مقاومت در برابر خوردگي عامل اين استفاده عام است. اما در عين حال، مشکلات و خطرات زيست محيطي و بهداشتي ناشي از کرم شش ظرفيتي باعث شده تا کشورهاي صنعتي که بيشترين استفاده از اين نوع پوشش ها را دارند برنامه هائي جهت حذف و جايگزيني آن تدوين و ابلاغ نمايند. اول جولاي سال گذشته(2007) آخرين مهلت حذف اين شکل خاص از فلز کرم در پوشش قطعات خودرو و جايگزيني پوشش هاي بدون کرم (Cr free) از سوي اتحاديه اروپا بود.

برنامه زمان‌بندي جايگزيني

در ۱۸ سپتامبر سال ۲۰۰۰، پارلمان اروپا حذف مواد مضر براي محيط‌زيست در ساخت قطعات خودرو را در دستور کار خود قرار داد. طرح کميته عبارت بود از تعيين ضرب‌العجلي که اعضاء اطمينان يابند در قطعات خودرو عناصري همچون سرب، جيوه، کادميم و کرم شش ظرفيتي استفاده نخواهد شد. اين قطعات شامل اتصالات، قطعات پرسي، قطعات ريختگي، قطعات ماشينکاري و قطعات تزئيني است که براي حفاظت خوردگي آنها از پوشش‌هاي روي، پوشش‌هاي داکرومت و پوشش‌هاي کرم استفاده مي‌شود.

در مورد کرم شش ظرفيتي، در ابتدا طرح محدود کردن مقدار کل مجاز به مقدار حداکثر دو گرم در هر خودرو تا سال ۲۰۰۳ اعلام شد. اما از آنجا که اين شيوه روش استانداري در مورد تجزيه و تحليل نحوه استفاده از کرم بدست نمي‌دهد و نيز هيچگونه راه‌حلي براي جايگزيني يکباره همه پوشش‌هاي کرم شش ظرفيتي وجود ندارد، براساس موافقت اتحاديه اروپا با صنايع خودروسازي، يک برنامه تدريجي قابل قبول براي حذف کرم شش ظرفيتي به تصويب رسيد. مراحل طرح به شرح زير بود:

توقف‌ سيستم‌هاي کروماته آبي و براق تا اول جولاي ۲۰۰۲

توقف سيستم‌هاي کروماته زرد تا اول جولاي ۲۰۰۳

حذف کرم شش ظرفيتي در سيستم‌هاي روي تا اول ژانويه 2005

حذف کرم شش ظرفيتي در سطوح پوشش کروماته زيتوني و مشکي تا اول جولاي 2007

 

مقايسه کرم شش ظرفيتي و سه ظرفيتی

تماس با پوشش‌هاي محتوي کرم شش ظرفيتي خطر سرطان پوست را در بر دارد. کرم شش ظرفيتي تنها شکلي از کرم است که بر غشاء سلول آدمي نفوذ مي‌کند و متعاقب آن، سلول را تخريب مي‌نمايد. اين امر در طي انهدام يا بازيابي خودروها نيز آلودگي‌هاي زيست‌محيطي ايجاد مي‌کند. با اين وجود، کرم شش ظرفيتي بهترين مقاومت خوردگي پوشش‌هاي سطحي و تبديلي را بدست مي‌دهد. کرم سه ظرفيتي فاقد مشکلات بهداشتي و زيست‌محيطي است اما خواص محافظت خوردگي آن مانند کرم ششي ظرفيتي نيست و بنابراين در بسياري حالات استفاده از يک پوشش روئين (TopCoat) ضروري است و اين مساله، هزينه پوشش را افزايش مي‌دهد. کنترل حمام پوشش در مورد کرم سه ظرفيتي و نگهداري پايدار آن در عمل مشکل است. از لحاظ ظاهر و کيفيت نيز پايداري و يکنواختي ميسر نيست. چسبندگي پوشش به فلز نيز کمتر است.

پوشش‌هاي با کرم سه ظرفيتي ارزان‌تر از پوشش‌هاي با کرم شش ظرفيتي است. به عنوان نمونه، اين مقدار براي کرم سه ظرفيتي آبي براق ۲۰ ـ ۱۰ درصد است. اما اشاره شد که با توجه به کمتر بودن خاصيت محافظت خوردگي کرم سه ظرفيتي و اجبار استفاده از پوشش روئين، هزينه پوشش افزايش مي‌يابد. از سوي ديگر پوشش‌هاي داراي کرم سه ظرفيتي عمدتا شامل استفاده از عوامل اکسيدان است که آنها را در سطوح پوشش به کرم شش ظرفيتي تبديل مي‌کند. اين در حالي است که استفاده از پوشش‌ها با کرم شش ظرفيتي علاوه بر آنکه مقاومت خوردگي بهتري ايجاد مي‌کند، عمليات آنها آسان‌تر و پايداري آنها بيشتر است.

 

مقايسه پوشش هاي موجود

پوشش‌هاي سطحي نظير گالوانيزه و داکرومت و پوشش‌هائي نظير کروماته و فسفاته همگي محتوي کرم شش ظرفيتي هستند. با توجه به مشکلات ناشي از نفوذ هيدروژن اتمي در طي عمليات اسيدشوئي که براي آماده‌سازي سطح قطعات قبل از عمليات گالوانيزه بکار مي‌رود و نيز نفوذ از طريق حمام‌هاي محتوي کرم، در سال‌هاي اخير پوشش غيرآلي داکرومت توسط خودروسازان مورد استفاده قرار گرفته است. پوشش داکرومت يک پوشش با پايه آبي (Water-base) است شامل پراکندگي اکسيدهاي فلزي، روي فلزي و رشته‌هاي آلومينيوم. ذرات کوچک روي و ذرات برفي شکل آلومينيوم در لايه‌هاي چندتايي، يک پوشش فلزي نقره‌اي خاکستري را تشکيل مي‌دهند که پس از پخت در ۳۲۰ درجه سانتيگراد کاملا غيرآلي مي‌شود. با توجه به وجود و تمرکز آلومينيوم در پوشش، مقاومت خوردگي خوب دو فلزي فراهم مي‌شود. غيرآلي بودن پوشش سبب بروز مقاومت خوب در برابر گازوئيل، حلال‌ها، روغن ترمز و نظير آن مي‌شود. بدليل عدم وجود اسيد يا الکتروليز در فرآيند پوشش کاري، نفوذ هيدروژن و پديده تردي هيدروژني وجود ندارد. پوشش‌هاي داکرومت تا ۵۰۰ ساعت و با داشتن پوشش روئين حداقل تا ۱۰۰۰ ساعت تست پاشش نمک را پاسخ مي‌دهند. پوشش داکرومت با وزن mg/dm2 280 - 210 و ضخامت 8 ـ۶ ميکرون به طور وسيعي در صنايع خودروسازي، ساختمان و سازه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. فرآيند شامل آماده‌سازي سطح، غوطه‌وري و چرخش و پخت است. در عمليات چرخش پس از غوطه‌وري، محصول اضافي جدا مي‌شود و پس از پخت، چسبندگي مناسب پوشش با تشکيل يک پيوند شيميايي فراهم مي‌آيد. عملکرد مقاومت خوردگي داکرومت بهتر از فناوري‌هاي سطحي ديگر است. پس از آن به ترتيب پوشش‌هاي روي ـ نيکل (کروماته زرد)،روي – نيکل (کروماته مشکي)، روي – آهن (کروماته زرد)، روي – آهن (کروماته مشکي)، الکتروليتي روي (کروماته زرد)، الکتروليتي روي (کروماته سبز) و گالوانيزه گرم قرار مي‌گيرند. يکي از مزاياي پوشش‌هاي داکرومت آن است که در حالي که اتصالات فولادي در قطعات آلومينيومي مورد استفاده قرار مي‌گيرد از پديد آمدن خوردگي گالوانيکي روي جلوگيري بعمل مي‌آورد، در حالتي که قطعات با پوشش گالوانيزه چنين نيستند.

 

جايگزيني کرم شش ظرفيتي

در دو دهه اخير نسبت به جايگزيني کرم شش ظرفيتي در پوشش‌ها، تلاش‌هايي صورت گرفته است. اين تلاش‌ها بويژه از ناحيه قطعه‌سازان خودرو که بيشترين استفاده از اين نوع پوشش‌ها را دارند انجام شده است. شرکت اپل از سال 1983 براي دست‌يابي به اين هدف تلاش کرده است. شرکت جنرال موتورز نيز در دهه ۹۰ در اين زمينه حرکت کرده است.

در مورد فرآيندها و پوشش‌هاي جايگزين گاه سعي شده از پوشش روي به همراه لايه ضخيم غيرفعال (Passive) عاري از کرم شش ظرفيتي اسفتاده شود. مقاومت خوردگي در اين حالت شبيه کروماته زرد معمولي است. رنگ از حالت شفاف تا قوس قزحي متغير است. کنترل عملکرد اين لايه مشکل است به همين دليل تاکنون استفاده عملي عام نيافته است.

استفاده از پوشش روي ـ کروماته به همراه پوشش روئين گزينه ديگري است. در اين حالت ضخامت لايه پوشش روئين حدود دو ميکرون و مقاومت خوردگي تا خوردگي سفيد حدود ۱۰۰ ساعت است. مناسب بودن فرآيند مانند فرآيند کروماته زرد معمولي است. پوشش روئين براي بهبود حفاظت خوردگي بکار مي‌رود. اين پوشش با نفوذ به لايه زيرين آن را پايدار مي‌سازد و هر نوع ترک و حفره را آب‌بندي (seal) مي‌کند. اما در ميان جايگزين‌هاي کرم شش ظرفيتي، پوشش Zincflake بيش از بقيه پوشش‌ها مطرح بوده است. اين پوشش که جايگزين پوشش داکرومت نيز خواهد شد نام‌هاي تجاري مختلفي را در بر مي‌گيرد. نظير:

Geomet

Zintek

Deltatone

Dorken. شرکت‌ تويوتا در اين راه گام بر مي‌دارد.

Magni. شرکت‌هاي جنرال موتورز و فورد از آن استفاده مي‌کنند.

بيشتر اين پوشش‌ها غيرآلي با پايه آلي و نه حلال (Solvent-base) هستند. مقاومت حرارتي آنها طي 100 ساعت تا ۱۸۰ درجه سانتيگراد است. دليل اين امر آن است که اين پوشش‌ها حاوي آب‌هاي کريستاله يا رزين‌هاي آلي نيستند که به آساني تحت گرما تخريب شوند. ساختار آنها عبارتست از لايه‌هاي رشته مانند فلز آلومينيوم و نيز اکسيدهاي فلزي و روي فلزي در زمينه يک ترکيب غيرآلي که عمدتا پايه سيليکون دارد. اين پايه به صورت چسب عمل مي‌کند. ضخامت پوشش 12ـ6 ميکرون است و بنابراين براي بستن اتصالات مشکلي پديد نمي‌آورد. ضريب اصطکاک 5/0 ـ 3/0 و مقاومت خوردگي 800-600 ساعت قبل از خوردگي قرمز است. وزن پوشش حداقل mg/dm2 30 و دماي پخت 170-60 درجه سانتيگراد است. البته اين فرآيند براي پيچ و مهره‌هاي کوچک تا M4 مناسب نيست. اما با توجه به اينکه بيش از ۸۰ درصد پيچ و مهره‌هايي که در خودرو مورد استفاده است در محدوده M6-M12 قرار دارد مساله قابل توجهي نيست.

بطور کلي مزاياي اين نوع پوشش‌ها که در دسته پوشش‌هاي غيرآلي قرار مي‌گيرند عبارتست از:

ـ پايداري حرارتي بيشتر

ـ ضخامت کمتر در پوشش

ـ مقاومت خوردگي بهتر

ـ دامنه کمتر ضريب اصطکاک

 

پوشش هاي آلياژي روي

چکيده

پوشش دهي الکتريکي فلز روي به عنوان يکي از روش هاي پوشش دهي فلز روي بر قطعات فولادي در کنار روش هاي ديگر، نظير گالوانيزه غوطه وري گرم، سال هاست که شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. برخي محدوديت ها در خواص و عملکرد اين پوشش ها نظير مقاومت خوردگي، سختي، انعطاف پذيري و مقاومت در برابر محيط هاي شيميائي خاص باعث معرفي و بکارگيري آلياژهاي روي، بويژه با عناصر فلزي نظير آهن، کبالت و نيکل از دو دهه پيش شده است. توسعه فناوري و حيطه استفاده از اين نوع پوشش هاي آلياژي همواره رو به گسترش بوده است. امروزه از اين نوع پوشش ها بطور وسيعي در صنعت ساخت قطعات خودرو و اتصالات استفاده مي شود و بدين ترتيب دست يابي به مقاومت خوردگي بيشتر، سختي و انعطاف پذيري بالاتر و حفظ مقاومت خوردگي حتي پس از عمليات حرارتي و عمليات شکل دهي و نيز شفافيت بهتر و کيفيت و شکل ظاهري مطلوب، همراه با انواع پوشش هاي تکميلي کروماته در قالب پوشش هاي آلياژي روي – نيکل، روي – کبالت و روي – آهن ميسر شده است.

مقدمه

 

پوشش فلز روي (Zn) براي محافظت فولاد از چند راه مورد استفاده قرار مي‌گيرد:

بوسيله تجهيزات الکتريکي ـ شيميايي: پوشش‌دهي الکتريکي (Electroplating)

از يک حمام فلزي مذاب: گالوانيزه غوطه‌وري گرم (Hot dip galvanizing)

از پاشش يک فلز مذاب : فلز پاشي

در شکل پودري: پوشش مکانيکي

در قالب پوشش گرد رنگ: رنگ پاشي

پوشش روي در قطعات خودرو عمدتا به صورت گزينه اول يعني پوشش‌دهي الکتريکي انجام مي‌شود. روي توسط مکانيسم فداشوندگي (Scarification) بدليل داشتن تمايل شيميايي بيشتر به ترکيب با اکسيژن، اکسيد شده و با رسوب محصولات خوردگي ناشي از خوردگي روي، از ادامه خوردگي فولاد جلوگيري بعمل مي‌آورد.

 

در دهه‌هاي گذشته کادميم نقش روي را ايفا مي‌کرد و پوشش کادميم بطور وسيعي در صنايع مورد بهره‌برداري بود. اما بدليل بارز شدن مشکلات مربوط به آلودگي و سمي بودن کادميم، بتدريج پوشش روي خالص جايگزين کادميم گرديد و به عنوان يک عمليات رايج صنعتي در پوشش دادن قطعات متعدد صنعتي و نظامي بکار گرفته شد. دو نکته در مورد فرآيند پوشش‌دهي الکتريکي روي خالص براي قطعات فولادي وجود دارد:

در مورد پوشش‌دهي قطعات فولادي با استحکام بالا بدليل جذب هيدروژن از حمام آبکاري و بروز پديده تردي هيدرون (Hydrogenembitterment)، لازم است همواره عمليات هيدروژن‌زدائي صورت گيرد.

براي افزايش خاصيت مقاومت به خوردگي پوشش و امکان دسترسي به ظاهر زيباتر و متنوع، معمولا از يک پوشش تکميلي مانند کروماته يا فسفاته بعد از عمليات پوشش‌دهي استفاده مي‌شود.

پوشش‌هاي آلياژي روي

 

پوشش‌هاي آلياژي روي (Zinc alloycoatings) بجاي روي خالص، از دهه ۱۹۸۰ ميلادي در ژاپن و اروپا بکار گرفته شد و در دهه اخير نيز در آمريکا مورد توجه قرار گرفت. دلايل عمده روآوري به اين پوشش‌ها عبارتست از:

دست‌يابي به حد بيشتر مقاومت خوردگي پوشش همزمان با کاهش ضخامت آن

تثبت يک جايگزين مناسب براي پوشش سمي کادميم

گرچه در مقايسه با روي خالص، کنترل ترکيب حمام آبکاري در پوشش‌دهي آلياژهاي روي حساس‌تر است و بدليل استفاده از عناصر آلياژي هزينه بيشتري دارد اما افزايش مقاومت خوردگي در عين کاهش ضخامت پوشش و در نتيجه افزايش عمر و بهبود عملکرد پوشش، هزينه‌ها را جبران مي‌سازد. توسعه صنايع خودروسازي، الکترونيک و هوا ـ فضا از عواملي بود که گسترش کاربرد پوشش‌هاي آلياژي روي را باعث گشت. امروزه حمام‌هاي آلياژي روي نه تنها حفاظت خوردگي بهتري را بدست مي‌دهند بلکه سبب افزايش انعطاف‌پذيري، سختي و روانکاوي پوشش نيز مي‌شوند. پوشش فداشونده‌اي که از آلياژهاي روي بدست مي‌آيد محصول خوردگي با حجم کمتري نسبت به روي خالص توليد مي‌کند.

اساس فرآيند پوشش‌دهي آلياژي روي توانائي در پوشش‌دهي همزمان دو فلز است که با تغيير غلظت يوني فلزات و در نتيجه تغيير اکتيويته آنها ميسر مي‌شود. اگر پتانسيل احياء دو فلز مورد نظر به هم نزديک باشد با تنظيم عواملي همچون شدت جريان، دما، PH و غلظت يون‌هاي فلزي مي‌توان عمليات را انجام داد. استفاده از عوامل کمپلکس‌ساز (Complexer) نظير سيانيدها، سولفاميدها، هيدروکسيدها و مواد آلي ديگر که مي‌تواند با اضافه شدن به محلول حمام آبکاري، تجزيه شده و با ترکيب شدن با يون فلزي، يون‌هاي پيچيده توليد کند راه مطلوبي در اين زمينه است.

 

انواع پوشش‌هاي آلياژي روي

آلياژ روي ـ سيکل: Zn/Ni

آلياژ روي ـ آهن: ‌Zn/Fe

آلياژ روي ـ کبالت: Zn/Co

آلياژ قلع ـ روي: Sn/Zn

انتخاب نوع پوشش آلياژي به الزامات عملکردي قطعه و انتظاراتي که از پوشش مورد نظر وجود دارد برمي‌گردد. آلياژ کردن روي عموما با فلزات گروه هشتم جدول تناوبي يعني آهن، کبالت و نيکل صورت مي‌گيرد که نجيب‌تر از فلز روي هستند و بنابراين با آلياژ شدن با فلز روي، سرعت خوردگي آلياژ نسبت به روي خالص کمتر مي‌شود و حفاظت خوردگي بهتري فراهم مي‌آيد. البته در هر قطعه داراي پوشش، سرعت واقعي خوردگي به ترکيب آلياژ، يکنواختي رسوب، محيط کارکرد قطعه، نوع پوشش تبديلي و ماده پايه پوشش بستگي دارد.

عمده‌ترين مورد استفاده پوشش‌هاي آلياژ روي که با روش پوشش‌دهي الکتريکي بکار مي‌رود و به آن گالوانيزه سرد نيز گفته مي‌شود قطعات خودرو است. ۲۰ تا ۳۰ درصد بقيه کارکرد مربوط به صنعت هوا ـ فضا و الکترونيک است.

 

پوشش آلياژي روي ـ نيکل

اين پوشش‌ها سابقه بسيار بيشتري نسبت به بقيه پوشش‌هاي آلياژي روي دارند، علاوه بر آنکه از لحاظ مقاومت خوردگي نيز درصدر پوشش‌هاي آلياژي روي هستند. از ويژگي‌هاي مهم اين نوع پوشش خاصيت شکل‌پذيري (Formability) قطعه فولادي پوشش داده شده است؛ يعني پس از عمليات حرارتي و انجام عمليات شکل‌دهي، مقاومت خوردگي قطعه تا حد بسيار خوبي حفظ مي‌شود، به همين دليل در پوشش‌دهي قطعاتي مانند اتصالات پيچ و مهره، قطعات سيستم ترمز و سيستم سوخت‌رساني بکار مي‌رود. سختي 300 ـ 250 ويکرزي پوشش باعث پديد آمدن مقاومت به سايش بسيار خوب در قطعه مي‌شود. مقاومت در برابر گرما، نور ماوراء بنفش و سيالات هيدروليکي و سوخت‌ها از جمله ويژگي‌هاي ديگر اين نوع پوشش‌هاست. به همين دليل در قطعات زير کاپوت (under-the-hood) خودرو که در معرض گرما هستند کاربرد وسيعي دارند. کاربرد پوشش‌هاي آلياژي روي ـ نيکل در صنعت اتصالات و پيچ و مهره و قطعات رزوه‌دار نيز رو به توسعه است. با توجه به اينکه اين پوشش‌ها در تماس با آلومينيوم، خوردگي گالوانيکي از خود نشان نمي‌دهد، در صنايعي که شامل بدنه‌هاي آلومينيومي است کاربرد زيادي دارند. از لحاظ قيمتي، پوشش‌هاي آلياژي روي ـ نيکل گرانترين پوشش‌هاي آلياژي روي به شمار مي‌آيند. پوشش‌هاي آلياژي روي ـ نيکل، هم از حمام‌هاي قيليائي و هم حمام‌هاي اسيدي پوشش داده مي‌شوند که ترکيبات و خواص متفاوت پوشش را پديد مي‌آورند. براي افزايش مقاومت به خوردگي پوشش، افزايش قدرت چسبندگي رنگ يا ساير پوشش‌هاي آلي، افزايش خاصيت روانکاري و پديد آمدن ظاهري خوشايند و متنوع از پوشش‌هاي تبديلي نظير کروماته، در انواع رنگ‌هاي مختلف زرد، روشن، برنزي، قوس و قزحي و مشکي استفاده مي‌شود.

استاندارد ASTM B841 الزامات عملکردي پوشش‌هاي آلياژي روي ـ نيکل را توضيح داده است. اين پوشش‌ها را مي‌توان به روش آويزه‌اي (rack) و بشكه‌اي (barrel) در ظرفيت‌هاي مختلف 500 تا 20000 ليتري انجام داد. ضخامت سه نوع (گريد) پوشش معرفي شده در استاندارد مزبور ۵، ۸ و ۱۰ ميکرون است.

 

حمام‌هاي قليائي پوشش روي ـ نيکل

رسوب حاصل از پوشش بدست آمده از حمام‌هاي قليائي روي ـ نيکل حاوي کمتر از ۱۰ درصد نيکل (۹ـ۶ درصد) است. فرمولاسيون اين حمام‌ها هرگز قادر به توليد آلياژهاي روي با نيکل بيشتر از ۱۲ درصد نيست. بازده پوشش‌دهي حمام قليايي ۴۰ـ۲۰ درصد است. سرعت پوشش‌دهي در اين حمام‌ها کمتر است اما ترکيب يکنواخت‌تري از پوشش بدست مي‌آيد. در اين حمام‌ها الکتروليت اصلي سود سوزآور (Caustic soda) شامل محلول زينکات Na2Zn(OH)4 است. از عوامل کمپلکس‌ساز و از همه بهتر آمين‌هاي آليفاتيک استفاده مي‌شود. همين امر باعث کاهش بازده الکتريسيته و در نتيحه کاهش سرعت رسوب‌گذاري مي‌شود. همزدن محلول نيز ضخامت لايه نفوذي را کاهش مي‌دهد. هر چه دما بيشتر باشد، بدليل نازک‌تر شدن لايه نفوذي، رسوب فلز غيرفعال‌تر بيشتر مي‌شود. اين امر باعث افزايش سرعت جوانه‌زني و ريزتر شدن دانه‌بندي مي‌شود. گرچه افزايش سرعت رسوب‌گذاري احتمال بروز ناصافي در سطح را بيشتر مي‌کند. دماي مطلوب پوشش‌دهي در اين حمام‌ها ۲۹ درجه سانتيگراد است. هر چه دما بيشتر باشد پوشش تيره‌تر و هر چه دما کمتر باشد رسوب نازک شيري رنگ مي‌شود. مقدار روي در اين حمام‌ها 12 ـ5/7 گرم در هر ليتر الکتروليت است.

 

حمام‌هاي اسيدي پوشش روي ـ نيکل

رسوب حاصل از پوشش بدست آمده از حمام‌هاي اسيدي روي ـ نيکل حاوي ۱۵ـ۱۰ درصد نيکل و بقيه فلز روي است. با افزايش مقدار نيکل تا ۱۸ درصد مقاومت خوردگي نيز افزايش مي‌يابد اما اگر مقدار نيکل بيشتر شود غيرفعال شدن (passivation)، سطح بيشتر مي‌شود و خواص فداشوندگي و حفاظت خوردگي رو به نزول مي‌رود. بعلاوه هنگامي که مقدار نيکل زياد مي‌شود غيرفعال‌سازي پوشش کروماته مشکل و حتي غيرممکن مي‌شود و کاهش مقاومت خوردگي را در پي دارد. حمام‌هاي اسيدي حاوي سولفات و کلرايد هستند و عوامل کمپلکس‌سازي نظير کلريد آمونيم نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در روش‌هاي سنتي و قديمي، از آندهاي مجزاي روي و نيکل استفاده مي‌شود که به يکسوکننده‌هاي (rectifier) مجزا متصل هستند. در فناوري‌هاي جديد از يک يکسوکننده و آندهاي روي استفاده مي‌شود در حالي که نيکل به شکل يک افزودني به حمام اضافه مي‌شود.

برخلاف حمام‌هاي قليائي، پوشش‌دهي قطعات فلزي سخت کاري شده و قطعات ريختگي به سهولت انجام مي‌شود. بازده حمام‌هاي اسيدي بسيار زياد و تقريبا ۱۰۰ درصد است. همين بازده زياد باعث مي‌شود توزيع پوشش در محدوده چگالي جريان متفاوت باشد. مقدار نيکل در رسوب نيز ممکن است در چگالي جريان کمتر، بيشتر باشد. اساس حمام‌هاي اسيدي کلريد روي است که ممکن است بر پايه کلريد آمونيم يا کلريد پتاسيم باشد. دماي مطلوب براي انجام فرآيند پوشش‌دهي در اين حمام‌ها ۳۵ درجه سانتيگراد است. بروز پديده تردي هيدروژني در اين حمام‌ها کمتر است.

 

پوشان های ماهیچه و قالب ماسه ای:

انواع پوشان پایه آبی برای ماهیچه یا قالب های تهیه شده به روش جعبه گرم یا سرد یا پوسته ای برای ریخته گری فلزات غیر آهنی، چدن ها و فولاد ها

انواع پوشان های زیرکنی

انواع پوشان های گرافیتی

انواع پوشان های زیر کن-گرافیت

انواع پوشان های آلومینا سیلیکاتی

انواع پوشان پایه الکلی برای ماهیچه ها یا قالب های چسب سرد برای ریخته گری فلزات غیر آهنی، چدن ها و فولاد ها

انواع پوشان های زیر کنی

انواع پوشان های گرافیتی

انواع پوشان های زیر کن-گرافیت

انواع پوشان های منیزیتی

انواع پوشان های آلومینا سیلیکاتی

پوشان های قالب فلزی (دایکوت ها)

انواع دایکوت برای ریخته گری ثقلی آلیاژهای غیر آهنی

انواع دایکوت برای ریخته گری تحت فشار پائین آلیاژهای غیر آهنی

انواع پوشش های خنک کننده و روان ساز و ضد لحیم برای ریخته گری تحت فشار بالا آلیاژهای غیر آهنی

انواع مواد جدا کننده قالب

 

هنگامی که فلز مذاب با درجه حرارت بالا وارد قالب ماسهای میشود، یک دسته کنشها بین مذاب و ماسه ایجاد میشود که ایجاد عیوبی را در سطح قطعه میکنند و در بسیاری از موارد قطعه را غیر قابل استفاده میکنند. عیوبی مانند ماسهسوزی، ماسهکندگی و فعل و انفعالات شیمیایی بین فلز مذاب و ماسه از این دسته هستند. حال اگر از پوشانی مناسب برای پوشش سطح ماسهای که در تماس با فلز مذاب است استفاده کنیم میتوانیم چنین عیوبی را حذف کنیم.

 

 

 

پوشان H1: پوشان H1 یک پوشش غیر دیرگداز و مایع برای سخت کردن سطح قالب و ماهیچه میباشد تا از نفوذ مذاب و سایش قالب جلوگیری کند. دیرگدازهای معمول یک پوسته بین مذاب و قالب ایجاد میکنند ولی هرگاه سختی قالب جهت استحکام آن مورد نیاز باشد از پوشان H1 به عنوان پوششی زیر این دیرگدازها استفاده میشود.

پوشان FC1: این پوشان مادهای پایه الکلی بوده و به صورت رنگی روی سطح داخلی ماسه که با مذاب در تماس است به روشهای مختلف قرار میگیرد و علاوه بر این که دیرگداز است و خود با مذاب واکنشی ندارد، باعث جلوگیری از واکنش مذاب با ماسه شده و در واقع سدی بین مذاب و ماسه است و از ایجاد عیوب مربوط به ماسه نظیر ماسهسوزی، ماسه کندگی و واکنش شیمیایی مذاب و قالب جلوگیری میکند.

پوشان FC2: این پوشان، پایه آبی بوده و حاوی زیرکونیوم-گرافیت است و به صورت رنگی روی سطح داخلی ماسه که با مذاب در تماس است به روشهای مختلف قرار میگیرد و علاوه بر این که دیرگداز است و خود با مذاب واکنشی ندارد، باعث جلوگیری از واکنش مذاب با ماسه شده و در واقع سدی بین مذاب و ماسه است و از ایجاد عیوب مربوط به ماسه نظیر ماسهسوزی و واکنش شیمیایی مذاب با قالب و ... جلوگیری میکند

پوشان MC1: برای تولید قطعات آهنی در تمامی روشها خصوصاً قالبها و ماهیچههای چسب فوران و CO2 مناسب است. همچنین برای قطعات غیرآهنی به خصوص مس- نیکل، برنز فسفردار، آلیاژ مفرغ یا توپ و نیکل- نقره نيز مناسب میباشد و از نفوذ فلز و ماسهسوزی ممانعت میکند. در تمام آلیاژهای آلومینیوم کاربرد دارد به جز در مواردی که آلیاژ شامل سیلیس میباشد که در آن صورت لکههای قهوهای رنگی در سطح قطعه ممکن است ایجاد شود.

پوشان MC2: برای جلوگیری از واکنشهای مذاب با قالب یا ماهیچه، در ریختهگریهای فولاد منگنزدار استفاده میشود. که به صورت مایع و دیرگداز منگنزیت میباشد. در روشهای قالبگیری ماسهتر، ماسه سیلیسی و یا روش CO2قابل مصرف است به طوری که دیگر احتیاج به ماسه اولوین نمیباشد. این پوشان پس از استفاده، لایهای نسوز و بدون سیلیس، در سطح قالب به وجود آورده و باعث کاهش و یا جلوگیری از به وجود آمدن اکسید (در هنگامی که 12-14 درصد منگنز در فولاد ریختهگری وجود دارد) میگردد. علاوه بر این سطح قطعه ریخته شده به صورت کاملاً صاف و بدون اشکال در خواهد آمد.

پوشان MC3: در ريختهگری فولاد، چدن و مس کاربرد دارد که دارای دیرگداز زیرکن است. به صورت پودر توليد شده و پس ازرقیقسازی با الکل، محلول آن آماده مصرف است.

پوشان MC4: جهت ریختهگری قطعات سنگین چدنی که نیاز به پوشان با نقطه ذوب بالا دارند، استفاده میگردد. به صورت پودر ارائه می­شود که رقیقسازی آن معمولاً به نوع و شرایط فعالیت بستگی دارد.

پوشان MC5: پوشانی است با عملکرد بسيار مطلوب، برای انواع قطعاتی که سطح قالب آنها در معرض شرایط سخت در طول ریختهگری قرار دارد. همچنین در ريختهگری آلیاژهای چدن یا مس، در مواردی که فرسودگی قالب یا نفوذ مذاب در ماسه اتفاق میافتد و یا لکههای داغ اطراف راهگاهها یا روی ماهیچه ایجاد میشوند، کاربرد دارد. این محصول دارای خواص دیرگدازی عالی است.

پوشان MC6: در مواردی که ترک گرم بر روی سطوح قالب و ماهیچه ایجاد میشود، به کار میرود. این محصول از ترکهای گرم در چدن­های مالیبل جلوگیری میکند.

پوشانهای ZC: پوشانهایی زیرکنی و از جمله پوشانهای پایه آبی و آماده مصرف میباشند که کمک میکنند تا سطوح داخلی قطعات کیفیت بالایی داشته باشند. در این محصول از فیلرهای گرافیت نیز علاوه بر سیلیکات زیرکونیم، استفاده میشود. این محصول روی ماهیچههای شل کاربرد دارد.

پوشان ZC1: این پوشان حاوی زیرکن بوده و روی ماهیچههای شل (توخالی)، در ریختهگری آلیاژهای آهنی و غیرآهنی کاربرد دارد. به روش اسپری کردن یا غوطهوری ماهیچه در محلول پوشان میتوان آن را روی سطح ماهیچه قرار داد.

پوشان ZC2:این پوشان حاوی زیرکن و گرافیت میباشد و روی ماهیجههای شل (توخالی)، cold box و hotboxو در ریختهگریهای آلیاژهای آهنی و در مواردی که استفاده از زیرکن مفید است، مصرف میشود.

پوشان SI: اين محصول يک پوشش با چسبندگی بالا برای ماهيچهها و قالبهای ماسه سيليکاتی يا ماسههای رزينی میباشد که در ريختهگری انواع فلزات آهنی و غيرآهنی کاربرد دارد اما کاربرد اصلی آن در ريختهگری فولادهاست. این پوشان دارای مشخصات سوسپانسيون عالی بوده که باعث بهبود شرايط پوششدهی میشود.

پوشان HC: محدودهای از پوشانهای پايه آبی آماده استفاده بوده که برای پوششدهی ماهيچه و ماسههايی که با پيوندهای شيميايی، محکم و متصل شدهاند کاربرد دارند. پوشان HC پايه زيرکنی بوده و مناسب برای ريختهگری فولاد و ريختهگری قطعات ضخيم است خصوصاً در مواردی که از چسبهای آلی استفاده میشود. نفوذ کنترل شده اين محصول به داخل ماسه میتواند با افزودن 10% آب حاصل شود. پوشش اعمال شده میتواند به وسيله هوا يا شعله (بدون وجود احتمال ترک برداشتن و جدا شدن پوشش از قالب) خشک شود.

پوشان FM: پوششی تیره رنگ و پایه آبی بوده که در ریختهگری مدلهای پلی استیرن کاربرد دارد. این محصول از مواد متعددي شامل پودر ماده ديرگداز، ماده معلق‌كننده، چسب، مواد روان کننده تشكيل شده است و برای بهبود کیفیت سطحی و دقت ابعادی در ریختهگری آلیاژهای پایه مس، چدنها، فولادهای منگنزدار و پرکروم کاربرد دارد.