چگونه با محیط های خورنده در حین آندایزینگ کنار بیایم؟

استراتژی ها و فن آوری ها برای مقابله با محیط های خورنده در پردازش آندایزینگ

I. مروری بر فناوری آندایزینگ

آنودایز کردن یک فناوری تصفیه سطح است که از طریق یک روش الکتروشیمیایی یک لایه اکسیدی را روی سطح فلز تشکیل می دهد که عمدتاً برای آلومینیوم و آلیاژهای آن استفاده می شود. این فرآیند شامل اعمال جریان مستقیم به یک الکترولیت است که باعث واکنش اکسیداسیون روی سطح فلز می شود تا یک فیلم اکسید آلومینیوم متراکم و یکنواخت را تشکیل دهد. این فیلم اکسید نه تنها مقاومت در برابر خوردگی مواد را بهبود می بخشد، بلکه سختی سطح را نیز افزایش می دهد، مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد و عایق و جلوه های تزئینی خوبی را ارائه می دهد.

ساختار فیلم اکسید آندی از دو لایه تشکیل شده است: یک لایه مانع متراکم نزدیک به بستر و یک لایه متخلخل روی سطح. این ساختار منحصر به فرد به فیلم اکسید آندی خواص محافظتی عالی می دهد و مقاومت در برابر خوردگی آن را می توان از طریق آب بندی منافذ بیشتر بهبود بخشید. در محیط های خورنده، آلومینیوم آنودایز شده به طور قابل توجهی مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به مواد تصفیه نشده نشان می دهد، که آن را به گزینه ای ایده آل برای محیط های خشن مانند هوافضا، مهندسی دریایی و تجهیزات شیمیایی تبدیل می کند.

II. چالش های محیط های خورنده برای لایه های آنودایز شده

محیط‌های خورنده چالش‌های چندوجهی را برای لایه‌های اکسید آندی ایجاد می‌کنند که عمدتاً شامل سه شکل اصلی است: خوردگی شیمیایی، خوردگی الکتروشیمیایی و فرسایش فیزیکی. خوردگی شیمیایی در درجه اول از انحلال فیلم آلومینا توسط محیط های اسیدی یا قلیایی ناشی می شود. خوردگی الکتروشیمیایی ناشی از اثر سلول گالوانیکی است که در نواحی مختلف سطح فلز شکل گرفته است. خوردگی فیزیکی شامل اعمال مکانیکی مانند فرسایش ذرات و سایش اصطکاکی است.

در محیط های دریایی، شوری بالا باعث تسریع نفوذ یون های کلرید به فیلم اکسید می شود. گازهای اسیدی مانند SO2 و NOx در اتمسفرهای صنعتی pH سطح را کاهش می دهند. حلال های آلی در محیط های شیمیایی ممکن است به ساختار لایه آب بندی آسیب برساند. این عوامل به صورت جداگانه یا هم افزایی می توانند منجر به آسیب موضعی به لایه اکسیدی، افزایش تخلخل، نازک شدن لایه سد و در نهایت از دست دادن عملکرد محافظتی شوند.

نوسانات متغیرهای محیطی مانند دما، رطوبت و غلظت آلاینده نیز بر میزان خوردگی تأثیر می گذارد. دمای بالا معمولا واکنش های خوردگی را تسریع می کند، در حالی که محیط های مرطوب و خشک متناوب می تواند منجر به غلظت نمک شود و خوردگی موضعی را تشدید کند. بنابراین، طراحی پارامترهای فرآیند آندایزینگ و طرح‌های تصفیه بعدی متناسب با محیط‌های خورنده خاص بسیار مهم است.

III. بهینه سازی پارامترهای فرآیند آندایزینگ

اقدام اولیه برای رسیدگی به محیط های خورنده، بهینه سازی فرآیند آندایزینگ است. نوع الکترولیت تأثیر تعیین کننده ای بر عملکرد فیلم دارد: آندایزاسیون اسید سولفوریک (15-20٪ H2SO4) یک فرآیند رایج است که فیلم هایی با عملکرد کلی خوب تولید می کند. آندایزینگ اسید کرومیک (3-10% CrO3) لایه های نازک تری را با مقاومت در برابر خوردگی عالی تولید می کند، مخصوصاً برای کاربردهای هوافضا مناسب است. آندایز کردن با اسید اگزالیک می تواند لایه های عایق ضخیم تری را به دست آورد.

چگالی جریان مستقیماً بر سرعت رشد و ساختار فیلم تأثیر می گذارد و معمولاً در محدوده 1-2 A/dm² کنترل می شود. جریان بیش از حد منجر به یک فیلم متخلخل می شود، در حالی که جریان ناکافی منجر به راندمان پایین می شود. ولتاژ به طور کلی در 12-20 ولت حفظ می شود و باید با توجه به ترکیب آلیاژ تنظیم شود. دما به طور ایده آل باید بین 18-22 درجه کنترل شود. دماهای بالاتر واکنش انحلال را تسریع می کند و منجر به ایجاد یک فیلم متخلخل می شود.

زمان اکسیداسیون بر اساس ضخامت فیلم مورد نیاز، معمولاً 30-60 دقیقه تعیین می‌شود. در محیط های خورنده، ضخامت لایه حداقل 15 میکرومتر توصیه می شود و در محیط های خشن، ضخامت حداقل 25 میکرومتر مورد نیاز است. برای مواد پر آلیاژ حاوی عناصری مانند مس و سیلیکون، می توان از فناوری "آنودایز پالس" برای بهبود یکنواختی فیلم با تغییر دوره ای جهت جریان استفاده کرد.

IV. پست{1}}تکنولوژی درمان و آب بندی

آب بندی یک گام مهم در بهبود مقاومت به خوردگی فیلم های اکسید آندی است. با آب بندی ساختار ریز متخلخل لایه متخلخل، کانال های نفوذ رسانه های خورنده را مسدود می کند. آب بندی با آب گرم (آب دیونیزه 95-100 درجه، pH 5.5-6.5) یک روش سنتی است که از طریق افزایش حجم هیدراتاسیون آلومینا، آب بندی را به دست می آورد، اما ممکن است "پودر آب بندی" تولید کند که بر ظاهر تأثیر می گذارد.

آب‌بندی نمک نیکل (محلول‌های حاوی Ni2+ و F-) را می‌توان در دماهای پایین‌تر (80{2}}85 درجه) انجام داد تا یک کمپلکس NiAl2O4 ایجاد کند که مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به آب‌بندی آب داغ نشان می‌دهد و برای قطعات رنگ‌شده مناسب است. آب بندی سرد (محلول های دمای اتاق حاوی Ni-F) انرژی-کارآمد و بسیار مؤثر است، اما نیاز به کنترل دقیق تری بر پارامترهای فرآیند دارد. فن‌آوری آب‌بندی سل-ژل که در سال‌های اخیر توسعه یافته است، از نانوذرات برای پر کردن منافذ استفاده می‌کند و مقاومت در برابر پاشش نمک را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

برای محیط های بسیار خورنده، می توان از یک سیستم حفاظتی چند لایه استفاده کرد: ابتدا آندایز کردن، و سپس پوشش الکتروفورتیک یا پاشش یک پوشش آلی. این سیستم حفاظتی کامپوزیت "اکسیداسیون + پوشش" دوام لایه‌های معدنی را با اثر بازدارنده فیلم‌های آلی ترکیب می‌کند و به مقاومت در برابر پاشش نمک بیش از 3000 ساعت دست می‌یابد.

V. انتخاب مواد و ملاحظات طراحی

انتخاب مواد بستر مستقیماً بر اثر آندایزاسیون و مقاومت نهایی در برابر خوردگی تأثیر می‌گذارد. 1آلومینیوم خالص سری xxx به خوبی آنودایز می‌شود اما استحکام کمتری دارد. سری 5xxx (Al-Mg) و سری 6xxx (Al-Mg-Si) عملکرد آندایزینگ خوب و استحکام متوسطی دارند، که آنها را به گزینه‌های رایج برای کاربردهای دریایی تبدیل می‌کند. آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا 2xxx (Al{-Cu) و 7xxx (Al-Zn){10}}در آنودایز کردن سخت‌تر هستند و به فرآیندهای خاصی نیاز دارند.

در طراحی اجزا باید از لبه های تیز اجتناب شود، زیرا میدان های الکتریکی متمرکز می تواند منجر به تشکیل لایه ناهموار در این مناطق شود. شعاع ایده آل گوشه نباید کمتر از 3 میلی متر باشد. شیارهای عمیق و ساختارهای سوراخ کور ممکن است باعث گردش ضعیف الکترولیت شوند که نیاز به طراحی کاتدهای کمکی یا استفاده از منابع تغذیه پالسی دارد. در طول مونتاژ، باید از تماس مستقیم بین فلزات غیرمشابه خودداری شود یا از واشرهای عایق برای جلوگیری از خوردگی گالوانیکی استفاده شود.

برای اجزای جوش داده شده، ترکیب ناهموار در ناحیه جوش ممکن است منجر به تغییرات در کیفیت فیلم اکسید شود. توصیه می شود قبل از جوشکاری اکسید شود یا اکسیداسیون مجدد موضعی روی جوش انجام شود. در اتصالات اتصال دهنده ها باید اجازه خوردگی کافی داده شود یا شکاف ها باید با درزگیر پر شوند.

VI. کنترل کیفیت و ارزیابی عملکرد

اطمینان از قابلیت اطمینان محصولات آنودایز در محیط های خورنده نیازمند یک سیستم کنترل کیفیت دقیق است. ضخامت فیلم را می توان با استفاده از ضخامت سنج جریان گردابی یا روش مقطعی میکروسکوپی اندازه گیری کرد. اختلاف ضخامت بین مکان های مختلف باید در محدوده 10% کنترل شود. کیفیت آب بندی معمولاً با استفاده از آزمایش انحلال اسید (طبق استاندارد ISO 3210) با کاهش وزن بیش از 30 میلی گرم در دسی متر مربع ارزیابی می شود.

تست های مقاومت در برابر خوردگی شامل تست اسپری نمک خنثی (ASTM B117)، تست اسپری اسید استیک تسریع شده مس (CASS) و تست خوردگی حلقوی می باشد. برای محیط‌های شیمیایی، آزمایش‌های غوطه‌وری متوسط ​​می‌تواند انجام شود. آزمایش‌های الکتروشیمیایی مانند منحنی‌های پلاریزاسیون و طیف‌سنجی امپدانس می‌توانند عملکرد محافظ فیلم را به صورت کمی ارزیابی کنند.

تعمیر و نگهداری معمول باید شامل بازرسی منظم از وضعیت سطح باشد. علائم اولیه خوردگی شامل از بین رفتن براقیت، حفره شدن و تاول زدن پوشش است. تمیز کردن و پوشش مجدد حرفه ای در مراحل اولیه خوردگی می تواند به طور موثر عمر مفید را افزایش دهد. ایجاد یک آرشیو داده‌های خوردگی به بهینه‌سازی تکنیک‌های طراحی و پردازش محصول بعدی کمک می‌کند.

VII. فناوری های نوظهور و روندهای توسعه آینده

میکرو-اکسیداسیون قوس (اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما) یک فناوری آندایزینگ با فشار بالا-است که می‌تواند لایه‌های سرامیکی ضخیم‌تری (تا 300 میکرومتر) روی سطوح آلیاژهای سبک مانند آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم ایجاد کند. این فیلم ها دارای مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و خواص عایق حرارتی عالی هستند که آنها را به ویژه برای اجزای حیاتی سکوهای دریایی و تجهیزات پتروشیمی مناسب می کند.

آندایز کردن نانوکامپوزیت شامل افزودن نانوذرات (مانند SiO2 و TiO2) به الکترولیت است که باعث می‌شود این ذرات در منافذ فیلم اکسید رسوب کنند و یک اثر "نانو کیسه" را تشکیل دهند که تخلخل را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. عوامل آب‌بندی اصلاح‌شده{2}}گرافن از خواص بازدارنده گرافن برای آماده‌سازی سطوح فوق‌آبگریز استفاده می‌کنند و چسبندگی دی الکتریک را کاهش می‌دهند.

فیلم‌های اکسید آندی خود التیام‌شونده هوشمند، یک جهت تحقیقاتی پیشرفته-را نشان می‌دهند. با تعبیه میکروکپسول های بازدارنده خوردگی یا مواد حافظه شکل دهنده در لایه فیلم، هنگامی که لایه فیلم آسیب می بیند، مواد ترمیم کننده به طور خودکار آزاد می شوند. این فناوری‌های نوآورانه عملکرد خدمات و طول عمر محصولات اکسید آندی را در محیط‌های خورنده بسیار افزایش می‌دهند.