رفتن به مطلب

روشهای تشکیل پوششهای نفوذی


ارسال های توصیه شده

روشهای تشکیل پوششهای نفوذی

تشکیل پوششهای نفوذی نیاز به تماس مستقیم اتمهای عنصر نفوذ کننده (پوشش)و اتمهای سطح قطعه دارد (تماس عنصری). عواملی نظیر اکسیدها ،آخالهای سطحی و آلودگیهای سطحی ،چنین نقاط تماسی را معمولا از بین میبرند . از این رو ،تمیز کردن کامل سطوحی که قرار است پوشش داده شوند بسیار حیاتی است . به علاوه برای برطرف کردن هرگونه آلودگی سطحی ممکن است قبل و یا به هنگام پوشش دادن تشکیل شود ،اغلب از روانسازها یا عوامل احیا کننده استفاده می شود.

همچنین بستگی به روش اعمال پوشش ،پروفیل سطحی می تواند به روشهای مختلف بر روی تشکیل پوششهای نفوذی اثر گذارد.به عنوان مثال ،زبر شئن سطح ،نفوذ جامد -جامد را کاهش میدهد.مع هذا در شرایط نفوذ مذاب -جامد ،زبر شدن سطح ،تماس عنصری مورد نیاز را افزایش داده و معمولا ضخامت پوشش را افزایش ولی یکنواختی ان را کاهش میدهد . بنابراین ملاحظه میشودکه شرایط سطحی میتواند اثر تعیین کننده ای بر روی ضخامت و کیفیت پوشش نفوذی داشته باشد .

بطور کلی پوششهای نفوذی فلزی را به سه دسته تقسیم میکنند . این تقسیم بندی با توجه به حالتهای اتم های نفوذ کننده یا پوشش است:

  1. نفوذ بین جامد-جامد
  2. نفوذ بین جامد و مذاب
  3. نفوذ بین جامد و گاز

شایان توجه است که،این تقسیم بندی نحوه نفوذ در ضمن تشکیل پوشش را مشخص نمیکند.به عنوان مثال،در فرآیند گالوانیزه کردن توسط غوطه وری در مذاب ،سرعت رشد پس از تشکیل اولین لایه آلیاژی بستگی به شرایط و میزان نفوذ در فاز جامد دارد.

لینک به دیدگاه

1-فرآیندهای جامد- جامد

این روش شامل فرآیندهای اصطلاحا جامد یا پودری نظیر به عنوان مثال آلومینیوم دهی ،سیلسیم دهی ،کرم دهی و روی دهی سطح ،روکش کاری و آنیل کردن پوششهای الکترولیتی ،پوششهای حاصل از غوطه وری در فلزات مذاب ،پوششهای پاششی و یا پوششهای دوغابی است. کارهای زیادی در این رابطه انجام گرفته و همگی نشان میدهد که صرفا در اثر تماس فلزات خاصی با همدیگر ،امکان نفوذ آنها در یکدیگر در دمایی زیر نقطه ذوب آنها وجود دارد. نشان داده شده که برخی از پارامترهای محیطی میتوانند اثرات قابل توجهی بر روی نفوذ داشته باشد.به عنوان مثال ،افزایش فشار میتواند به نفوذ و در نتیجه آلیاژشدن کمک کند.این امر ناشی از در تماس قرار گرفتن بیشتر اتمهای فلز پوشش و سطح زیر لایه در اثر افزایش فشار است .همچنین مشخص شده که تشکیل ترکیبات بین فلزی اثرات تعیین کننده ای در نوع ،ضخامت و کیفیت پوشش دارد.

فرآیند جامد یا پودری شامل حرارت دادن فلزی که باید پوشش داده شود در تماس با فلز پوشش است .معمولا فلز پوشش بصورت پودر بوده و دمای عملیات زیر دمای فلز با نقطه ذوب کمتر انتخاب میشود.به منظور جلوگیری از ذوب شدن پودر ،معمولا یک ماده پر کننده خنثی(ماننداکسید آلومینیوم)به مخلوط پودر پوشش دهنده اضافه میشود . این امر موجب میشود که بتوان از ئمای بالاتری استفاده کرد و لذا زمان عملیات را کاهش داد. فرآیند جامد را میتوان به کمک تجهیزات نسبتا ساده ای انجام داد . مع هذا ،در این فرآیند محدودیت اندازه قطعه وجود داشته و از نظر اقتصادی نیاز بهنسبت زیاد سطح قطعات به وزن مواد است. همچنین پوششهای فلزی با نقطه ذوب بالا را میتوان توسط فرایند پودری به وجود آورد.برای اینکار ،از فعال کننده هایی نظیر معمولا نمک هالوژه نه استفاده میشود.از این نمکها به این دلیل استفاده میشود که،دمای فرایند را کاهش میدهند. دراین فرایند خصوصیات دو روش جامد- جامد و جامد-گاز با یکدیگر در هم آمیخته شده است .این فرایند در بخشهای بعدی توضیح داده خواهد شد.روشهای دیگر در این گروه اساسا شبیه به فرایند پودری است ولی (حداقل)شامل دو مرحله است.

  1. تماس بین فلز پوشش و فلز پایه.
  2. نفوذ ،ایجاد چسبندگی و در برخی از موارد پیوستگی توسط عملیات حرارتی و آلیازشدن.

روشهای رسوبدهی الکتریکی ،پاشش فلزی و رسوبدهی از فاز بخار هر کدام به تنهایی یک فرایند پوشش دهی به حساب می آیند.مع هذا ،به منظور دستیابی به چسبندگی بهتر و یا خواص سطحی موردنظر ،چنین پوششهایی نیز تحت عملیات حرارتی قرار داده میشوند. فرایندهای پوشش دهی به روشهای دوغابی ،پودری و الکتروفورتیک نیز گاهی برای اعمال پوششهای فلزی با ضخامتهای یکنواخت و کنترل شده استفاده می شوند . این روشها اساسا برای پوشش دادن ورقها توسعه یافته اند.به منظور دستیابی به چسبندگی و پیوستگی مناسب ،ورق پوشش داده شده از این روش را سپس تحت شرایط کنترل شده عملیات حرارتی میکنند .فرایند روکشکاری که شامل اتصال دو صفحه فلزی به یکدیگر تحت تاثیر همزمان دما و فشار است نیز به عنوان یکی دیگر از روشهای پوشش دهی بشمار می اید.همچنین ،از این فرایند برای تولید شمشهای دو لایه ای که در نهایت برای رسیدن به شکل مورد نظر تحت عملیات نورد و یا کشش قرار داده می شوند استفاده می شود.

مع هذا،این فرایند به فلزات با خصوصیات نوردی مشابه محدود می شود. به علاوه ضخامت لایه پوشش تحت تاثیر مقادیر نسبی هر یک از فلزات و میزان کاهش ضخامت یا ابعاد اعمال شده روی شمش تغییر میکند. از جمله مزایای این روش ،چگالی عالی و همچنین امکان اعمال پوششهای ضخیم است.

فرایندهای نفوذ جامد -جامد نقش بسیار مهم وگسترش یابنده ای را در تکنولوژی های جدید و پیشرفته پوشش دهی بازی میکنند.علاوه بر موارد یاد شده در بالا ،میتوان به اتصال فلزات به سرامیکها،کامپوزیتهاو فز پاشی برروی پلاسما نیز اشاره کرد . برخی از کاربردها در این رابطه عبارتند از : آمیزشهای فلز،چینی دندانی،ترکیبات فلز-اکسیدی واتصالات فلز - نیتریدها.

 

لینک به دیدگاه

2-فرآیندهای مذاب- جامد

فرآیند غوطه وری در مذاب یکی از قدیمیترین روشهای اعمال پوششهای فلزی بر روی فلزات دیگر است.این فرآیند شامل غوطه ور کردن فلزی که قرار است پوشش داده شود در حمام مذابی از فلز پوشش است. برای موفقیت آمیز بودن این روش ،لازم است که دو فلز پوشش و زیر لایه بتوانند با یکدیگر تشکیل آلیاژدهند.برای این منظور ،خیس شدن کامل اولیه سطح زیر لایه توسط فلز مذاب ضروری است . این امر موجب یکنواختی پوشش نیز خواهد شد. علاوه بر این ،آلیاژشدن فلز زیر لایه و پوشش موجب میشود که بدون تمایل به منعقد یا لخته شدن پوشش که منجر به نایکنواختی آن میشود ،یک لایه چسبنده ای از فلز مذاب بر روی سطح زیر لایه به طور یکنواخت منجمد گردد. دراکثر فرآیندهای تجارتی (نظیر پوششهای آلومینویم،قلع و روی)آلیاژشدن بین پوشش و زیر لایه بسادگی امکان پذیر است . گرچه امکان آلیاژشدن اهن و سرب وجود ندارد،مع هذا،با کمک گرفتن از یک عنصر آلیاژی سوم مانند قلع،می توان آهن را پوشش سربی نیز داد.برای این منظور ،عنصر آلیاژی کمکی که به حمام مذاب و یا سطح آهن اضافه میشود،باید بتواند با هر دو فلز پوشش (سرب)و فلز زیر لایه (آهن )آلیاژتشکیل دهد.

به مجرد اینکه دمای سطح فلز غوطه ور شده در حمام مذاب به دمای مناسب جهت نفوذ رسید،تشکیل یک لایه آلیاژی روی سطح شروع میشود.دمای یاد شده ممکن است زیر دمای خط مذاب باشد. تحت شرایط مشخص (نظیر عناصر آلیاژی ،پروفیل سطحیو ظرفیت حرارتی سطح)،نرخ تشکیل لایه آلیاژی روی سطح تابع دمای مذاب و زمان غوطه وری است.

در ضمن خارج کردن قطعه از مذاب ،لایه نازکی از فلز مذاب بر روی سطح الیازشده باقی مانده و از حمام خارج می شود. نشان داده شده که ،ضخا مت پوشش بر حسب میکرون توسط رابطه زیر با پارامترهای فیزیکی رابطه دارد:

h=200/3*wu/dg

که در این رابطه:

w:نرخ خارج کردن قطعه از حمام مذاب (متر بر ثانیه)

d:چگالی مذاب(کیلو گرم بر متر مکعب)

u:ویسکوزیته(پاسکال)

g: ثابت نیروی ثقلی متر بر مجذور ثانیه

 

بستگی به نوع قطعه،با استفاده از روشهای مختلف ،میتوان ضخامت لایه خارجی پوشش که فلز خالص است را کاهش داد.

با توجه به جنبه های صنعتی و اقتصادی ،پوشش دادن با استفاده از غوطه وری در حمامهای مذاب به فلزات با نقطه ذوب نسبتا پایینتر نظیر،آلیاژهای روی ،قلع و سرب و تا حدودی آلومینیوم محدود می شود.تجهیزات موردنیاز در این فرآیندعمدتا تابع شکل قطعه یا قطعاتی که باید پوشش داده شوند (مثلا ورق ،سیم ،لوله و...)است. همچنین ،نوع پوشش مورد نظر نیز در این رابطه دخالت موثر دارد.

 

لینک به دیدگاه

3-فرآیند های گاز -جامد

پوشش های حاصل از واکنش بین زیر لایه فلزی جامد و محیط گازی را می توان به دو گروه تقسیم کرد .

  1. رسوب فیزیکی بخار
  2. رسوب شیمیایی بخار

فرآیند رسوب فیزیکی بخار می تواند به یکی از روشهایی مانند تبخیر حرارتی و یا پاشش کاتد انجام گیرد. دماهای متداولی که در فرآیندرسوب فیزیکی بخار استفاده میشوند،معمولا دماهایی هستند که از نفوذ احتمالی زیاد در جامد جلوگیری می کنند. با توجه به مزایا و خصوصیات ویژه ،روشهای پاشش کاتدی را معمولا در صنعت تولید نیمه هادیها استفاده میکنند . به عنوان مثال می توان به پوششهای نیترید سیلیسم اشاره کرد.

رسوب شیمیایی بخار می تواند به یکی از روشهای زیر انجام گیرد:

  1. تجزیه حرارتی
  2. احیای هیدروژنی
  3. احیا توسط بخار فلز
  4. واکنش با زیر لایه

از سوی دیگر ،زیر لایه نیز می تواند توسط یکی از روشهای زیر در واکنش دخالتنماید .

  1. عمل کردن به عنوان یک عامل احیا کننده برای یک نمک هالوژنه (کلر ،برم ،ید ،فلور)
  2. عمل کردن به عنوان یک کاتالیزور برای واکنش رسوبگذاری.
  3. انحلال فلز پوشش در خود ،به تشکیل محلول جامد یا یک ترکیب.

در فرآیندهای رسوب دهی شیمیایی بخار،پوشش موردنظر را میتوان توسط یکی از روشهای پودرییا جامد،بستر سیال و یا جریانی از بخار تولید کرد.هر یک از روشهای یاد شده دارای مزایا و معایب خاص خود بوده که در نتیجه کاربرد و کارآیی روش مورد نظر را به شرایط ،نوع و مشخصات پوشش و/ یا قطعات با شکلها و ابعاد مشخص محدود میکند. مع هذا،بخاطر مزایای زیاد و منحصر به فرد ،رسوب شیمیایی بخار روش مناسبی برای تهیه لایه های نازک مواد میکرو الکترونی است.

خلاصه ای از مشخصه های ویژه برخی از روشهای پوشش دهی فلزی در تاپیک http://www.noandishaan.com/forums/thread77782.html#post842079 ارائه شده است. روش مورد استفاده اثر قابل توجهی بر روی طبیعت پوشش مانند یکنواختی ،پیوستگی و...دارد. از سوی دیگر تمام این پارامترها بر روی کیفیت ،ظاهر و قیمت موثر است.

منبع: دکتر محمد علی گلعذار(دانشیار دانشگاه صنعتی اصفهان)،عملیات حرارتی و مهندسی سطح،انتشارات ارکان اصفهان

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...