مقایسه روشهای پوشش دهی

 

مرجع:www.Metallorgy.40s.ir

پوشش های پاشش حرارتی

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 ایجاد 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 های 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 بیشتر پوشش های سطحی و تبدیلی قطعات فولادی، بویژه قطعاتی که در خودرو مصرف می شود محتوی کرم شش ظرفیتی (Hexavalent Cr) است. قابلیت محافظت عالی سطح و مقاومت در برابر خوردگی عامل این استفاده عام است. اما در عین حال، مشکلات و خطرات زیست محیطی و بهداشتی ناشی از کرم شش ظرفیتی باعث شده تا کشورهای صنعتی که بیشترین استفاده از این نوع پوشش ها را دارند برنامه هائی جهت حذف و جایگزینی آن تدوین و ابلاغ نمایند. اول جولای سال گذشته(2007) آخرین مهلت حذف این شکل خاص از فلز کرم در پوشش قطعات خودرو و جایگزینی پوشش های بدون کرم (Cr free) از سوی اتحادیه اروپا بود.

برنامه زمان‌بندی جایگزینی

در ۱۸ سپتامبر سال ۲۰۰۰، پارلمان اروپا حذف مواد مضر برای محیط‌زیست در ساخت قطعات خودرو را در دستور کار خود قرار داد. طرح کمیته عبارت بود از تعیین ضرب‌العجلی که اعضاء اطمینان یابند در قطعات خودرو عناصری همچون سرب، جیوه، کادمیم و کرم شش ظرفیتی استفاده نخواهد شد. این قطعات شامل اتصالات، قطعات پرسی، قطعات ریختگی، قطعات ماشینکاری و قطعات تزئینی است که برای حفاظت خوردگی آنها از پوشش‌های روی، پوشش‌های داکرومت و پوشش‌های کرم استفاده می‌شود.

در مورد کرم شش ظرفیتی، 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 این شیوه روش استانداری در مورد تجزیه و تحلیل نحوه استفاده از کرم بدست نمی‌دهد و نیز هیچگونه راه‌حلی برای جایگزینی یکباره همه پوشش‌های کرم شش ظرفیتی وجود ندارد، براساس موافقت اتحادیه اروپا با صنایع خودروسازی، یک برنامه تدریجی قابل قبول برای حذف کرم شش ظرفیتی به تصویب رسید. مراحل طرح به شرح زیر بود:

توقف‌ سیستم‌های کروماته آبی و براق تا اول جولای ۲۰۰۲

توقف سیستم‌های کروماته زرد تا اول جولای ۲۰۰۳

حذف کرم شش ظرفیتی در سیستم‌های روی تا اول ژانویه 2005

حذف کرم شش ظرفیتی در سطوح پوشش کروماته زیتونی و مشکی تا اول جولای 2007

مقایسه کرم شش ظرفیتی و سه ظرفیتی

تماس با پوشش‌های محتوی کرم شش ظرفیتی خطر سرطان پوست را در بر دارد. کرم شش ظرفیتی تنها شکلی از کرم است که بر غشاء سلول آدمی نفوذ می‌کند و متعاقب آن، سلول را تخریب می‌نماید. این امر در طی انهدام یا بازیابی خودروها نیز آلودگی‌های زیست‌محیطی ایجاد می‌کند. با این وجود، کرم شش ظرفیتی بهترین مقاومت خوردگی پوشش‌های سطحی و تبدیلی را بدست می‌دهد. کرم سه ظرفیتی فاقد مشکلات بهداشتی و زیست‌محیطی است اما خواص محافظت خوردگی آن مانند کرم ششی ظرفیتی نیست و بنابراین در بسیاری حالات استفاده از یک پوشش روئین (TopCoat) ضروری است و این مساله، هزینه پوشش را افزایش می‌دهد. کنترل حمام پوشش در مورد کرم سه ظرفیتی و نگهداری پایدار آن در عمل مشکل است. از لحاظ ظاهر و کیفیت نیز پایداری و یکنواختی میسر نیست. چسبندگی پوشش به فلز نیز کمتر است.

پوشش‌های با کرم سه ظرفیتی ارزان‌تر از پوشش‌های با کرم شش ظرفیتی است. به عنوان نمونه، این مقدار برای کرم سه ظرفیتی آبی براق ۲۰ ـ ۱۰ درصد است. اما اشاره شد که با توجه به کمتر بودن خاصیت محافظت خوردگی کرم سه ظرفیتی و اجبار استفاده از پوشش روئین، هزینه پوشش افزایش می‌یابد. از سوی دیگر پوشش‌های دارای کرم سه ظرفیتی عمدتا شامل استفاده از عوامل اکسیدان است که آنها را در سطوح پوشش به کرم شش ظرفیتی تبدیل می‌کند. این در حالی است که استفاده از پوشش‌ها با کرم شش ظرفیتی علاوه بر آنکه مقاومت خوردگی بهتری ایجاد می‌کند، عملیات آنها آسان‌تر و پایداری آنها بیشتر است.

مقایسه پوشش های موجود

پوشش‌های سطحی نظیر گالوانیزه و داکرومت و پوشش‌هائی نظیر کروماته و فسفاته همگی محتوی کرم شش ظرفیتی هستند. با توجه به مشکلات ناشی از نفوذ هیدروژن اتمی در طی عملیات اسیدشوئی که برای آماده‌سازی سطح قطعات قبل از عملیات گالوانیزه بکار می‌رود و نیز نفوذ از طریق حمام‌های محتوی کرم، در سال‌های اخیر پوشش غیرآلی داکرومت توسط خودروسازان مورد استفاده قرار گرفته است. پوشش داکرومت یک پوشش با پایه آبی (Water-base) است شامل پراکندگی اکسیدهای فلزی، روی فلزی و رشته‌های آلومینیوم. ذرات کوچک روی و ذرات برفی شکل آلومینیوم در لایه‌های چندتایی، یک پوشش فلزی نقره‌ای خاکستری را تشکیل می‌دهند که پس از پخت در ۳۲۰ درجه سانتیگراد کاملا غیرآلی می‌شود. با توجه به وجود و تمرکز آلومینیوم در پوشش، مقاومت خوردگی خوب دو فلزی فراهم می‌شود. غیرآلی بودن پوشش سبب بروز مقاومت خوب در برابر گازوئیل، حلال‌ها، روغن ترمز و نظیر آن می‌شود. بدلیل عدم وجود اسید یا الکترولیز در فرآیند پوشش کاری، نفوذ هیدروژن و پدیده تردی هیدروژنی وجود ندارد. پوشش‌های داکرومت تا ۵۰۰ ساعت و با داشتن پوشش روئین حداقل تا ۱۰۰۰ ساعت تست پاشش نمک را پاسخ می‌دهند. پوشش داکرومت با وزن mg/dm2 280 - 210 و ضخامت 8 ـ۶ میکرون به طور وسیعی در صنایع خودروسازی، ساختمان و سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرآیند شامل آماده‌سازی سطح، غوطه‌وری و چرخش و پخت است. در عملیات چرخش پس از غوطه‌وری، محصول اضافی جدا می‌شود و پس از پخت، چسبندگی مناسب پوشش با تشکیل یک پیوند شیمیایی فراهم می‌آید. عملکرد مقاومت خوردگی داکرومت بهتر از فناوری‌های سطحی دیگر است. پس از آن به ترتیب پوشش‌های روی ـ نیکل (کروماته زرد)،روی – نیکل (کروماته مشکی)، روی – آهن (کروماته زرد)، روی – آهن (کروماته مشکی)، الکترولیتی روی (کروماته زرد)، الکترولیتی روی (کروماته سبز) و گالوانیزه گرم قرار می‌گیرند. یکی از مزایای پوشش‌های داکرومت آن است که در حالی که اتصالات فولادی در قطعات آلومینیومی مورد استفاده قرار می‌گیرد از پدید آمدن خوردگی گالوانیکی روی جلوگیری بعمل می‌آورد، در حالتی که قطعات با پوشش گالوانیزه چنین نیستند.

جایگزینی کرم شش ظرفیتی

در دو دهه اخیر نسبت به جایگزینی کرم شش ظرفیتی در پوشش‌ها، تلاش‌هایی صورت گرفته است. این تلاش‌ها بویژه از ناحیه قطعه‌سازان خودرو که بیشترین استفاده از این نوع پوشش‌ها را دارند انجام شده است. شرکت اپل از سال 1983 برای دست‌یابی به این هدف تلاش کرده است. شرکت جنرال موتورز نیز در دهه ۹۰ در این زمینه حرکت کرده است.

در مورد فرآیندها و پوشش‌های جایگزین گاه سعی شده از پوشش روی به همراه لایه ضخیم غیرفعال (Passive) عاری از کرم شش ظرفیتی اسفتاده شود. مقاومت خوردگی در این حالت شبیه کروماته زرد معمولی است. رنگ از حالت شفاف تا قوس قزحی متغیر است. کنترل عملکرد این لایه مشکل است به همین دلیل تاکنون استفاده عملی عام نیافته است.

استفاده از پوشش روی ـ کروماته به همراه پوشش روئین گزینه دیگری است. در این حالت ضخامت لایه پوشش روئین حدود دو میکرون و مقاومت خوردگی تا خوردگی سفید حدود ۱۰۰ ساعت است. مناسب بودن فرآیند مانند فرآیند کروماته زرد معمولی است. پوشش روئین برای بهبود حفاظت خوردگی بکار می‌رود. این پوشش با نفوذ به لایه زیرین آن را پایدار می‌سازد و هر نوع ترک و حفره را آب‌بندی (seal) می‌کند. اما در میان جایگزین‌های کرم شش ظرفیتی، پوشش Zincflake بیش از بقیه پوشش‌ها مطرح بوده است. این پوشش که جایگزین پوشش داکرومت نیز خواهد شد نام‌های تجاری مختلفی را در بر می‌گیرد. نظیر:

Geomet

Zintek

Deltatone

Dorken. شرکت‌ تویوتا در این راه گام بر می‌دارد.

Magni. شرکت‌های جنرال موتورز و فورد از آن استفاده می‌کنند.

بیشتر این پوشش‌ها غیرآلی با پایه آلی و نه حلال (Solvent-base) هستند. مقاومت حرارتی آنها طی 100 ساعت تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد است. دلیل این امر آن است که این پوشش‌ها حاوی آب‌های کریستاله یا رزین‌های آلی نیستند که به آسانی تحت گرما تخریب شوند. ساختار آنها عبارتست از لایه‌های رشته مانند فلز آلومینیوم و نیز اکسیدهای فلزی و روی فلزی در زمینه یک ترکیب غیرآلی که عمدتا پایه سیلیکون دارد. این پایه به صورت چسب عمل می‌کند. ضخامت پوشش 12ـ6 میکرون است و بنابراین برای بستن اتصالات مشکلی پدید نمی‌آورد. ضریب اصطکاک 5/0 ـ 3/0 و مقاومت خوردگی 800-600 ساعت قبل از خوردگی قرمز است. وزن پوشش حداقل mg/dm2 30 و دمای پخت 170-60 درجه سانتیگراد است. البته این فرآیند برای پیچ و مهره‌های کوچک تا M4 مناسب نیست. اما با توجه به اینکه بیش از ۸۰ درصد پیچ و مهره‌هایی که در خودرو مورد استفاده است در محدوده M6-M12 قرار دارد مساله قابل توجهی نیست.

بطور کلی مزایای این نوع پوشش‌ها که در دسته پوشش‌های غیرآلی قرار می‌گیرند عبارتست از:

ـ پایداری حرارتی بیشتر

ـ ضخامت کمتر در پوشش

ـ مقاومت خوردگی بهتر

ـ دامنه کمتر ضریب اصطکاک

پوشش های آلیاژی روی

چکیده

پوشش دهی الکتریکی فلز روی به عنوان یکی از روش های پوشش دهی فلز روی بر قطعات فولادی در کنار روش های دیگر، نظیر گالوانیزه غوطه وری گرم، سال هاست که شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. برخی محدودیت ها در خواص و عملکرد این پوشش ها نظیر مقاومت خوردگی، سختی، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر محیط های شیمیائی خاص باعث معرفی و بکارگیری آلیاژهای روی، بویژه با عناصر فلزی نظیر آهن، کبالت و نیکل از دو دهه پیش شده است. توسعه فناوری و حیطه استفاده از این نوع پوشش های آلیاژی همواره رو به گسترش بوده است. امروزه از این نوع پوشش ها بطور وسیعی در صنعت ساخت قطعات خودرو و اتصالات استفاده می شود و بدین ترتیب دست یابی به مقاومت خوردگی بیشتر، سختی و انعطاف پذیری بالاتر و حفظ مقاومت خوردگی حتی پس از عملیات حرارتی و عملیات شکل دهی و نیز شفافیت بهتر و کیفیت و شکل ظاهری مطلوب، همراه با انواع پوشش های تکمیلی کروماته در قالب پوشش های آلیاژی روی – نیکل، روی – کبالت و روی – آهن میسر شده است.

مقدمه

پوشش فلز روی (Zn) برای محافظت فولاد از چند راه مورد استفاده قرار می‌گیرد:

بوسیله تجهیزات الکتریکی ـ شیمیایی: پوشش‌دهی الکتریکی (Electroplating)

از یک حمام فلزی مذاب: گالوانیزه غوطه‌وری گرم (Hot dip galvanizing)

از پاشش یک فلز مذاب : فلز پاشی

در شکل پودری: پوشش مکانیکی

در قالب پوشش گرد رنگ: رنگ پاشی

پوشش روی در قطعات خودرو عمدتا به صورت گزینه اول یعنی پوشش‌دهی الکتریکی انجام می‌شود. روی توسط مکانیسم فداشوندگی (Scarification) بدلیل داشتن تمایل شیمیایی بیشتر به ترکیب با اکسیژن، اکسید شده و با رسوب محصولات خوردگی ناشی از خوردگی روی، از ادامه خوردگی فولاد جلوگیری بعمل می‌آورد.

در دهه‌های گذشته کادمیم نقش روی را ایفا می‌کرد و پوشش کادمیم بطور وسیعی در صنایع مورد بهره‌برداری بود. اما بدلیل بارز شدن مشکلات مربوط به آلودگی و سمی بودن کادمیم، بتدریج پوشش روی خالص جایگزین کادمیم گردید و به عنوان یک عملیات رایج صنعتی در پوشش دادن قطعات متعدد صنعتی و نظامی بکار گرفته شد. دو نکته در مورد فرآیند پوشش‌دهی الکتریکی روی خالص برای قطعات فولادی وجود دارد:

در مورد پوشش‌دهی قطعات فولادی با استحکام بالا بدلیل جذب هیدروژن از حمام آبکاری و بروز پدیده تردی هیدرون (Hydrogenembitterment)، لازم است همواره عملیات هیدروژن‌زدائی صورت گیرد.

برای افزایش خاصیت مقاومت به خوردگی پوشش و امکان دسترسی به ظاهر زیباتر و متنوع، معمولا از یک پوشش تکمیلی مانند کروماته یا فسفاته بعد از عملیات پوشش‌دهی استفاده می‌شود.

پوشش‌های آلیاژی روی

پوشش‌های آلیاژی روی (Zinc alloycoatings) بجای روی خالص، از دهه ۱۹۸۰ میلادی در ژاپن و اروپا بکار گرفته شد و در دهه اخیر نیز در آمریکا مورد توجه قرار گرفت. دلایل عمده روآوری به این پوشش‌ها عبارتست از:

دست‌یابی به حد بیشتر مقاومت خوردگی پوشش همزمان با کاهش ضخامت آن

تثبت یک جایگزین مناسب برای پوشش سمی کادمیم

گرچه در مقایسه با روی خالص، کنترل ترکیب حمام آبکاری در پوشش‌دهی آلیاژهای روی حساس‌تر است و بدلیل استفاده از عناصر آلیاژی هزینه بیشتری دارد اما افزایش مقاومت خوردگی در عین کاهش ضخامت پوشش و در نتیجه افزایش عمر و بهبود عملکرد پوشش، هزینه‌ها را جبران می‌سازد. توسعه صنایع خودروسازی، الکترونیک و هوا ـ فضا از عواملی بود که گسترش کاربرد پوشش‌های آلیاژی روی را باعث گشت. امروزه حمام‌های آلیاژی روی نه تنها حفاظت خوردگی بهتری را بدست می‌دهند بلکه سبب افزایش انعطاف‌پذیری، سختی و روانکاوی پوشش نیز می‌شوند. پوشش فداشونده‌ای که از آلیاژهای روی بدست می‌آید محصول خوردگی با حجم کمتری نسبت به روی خالص تولید می‌کند.

اساس فرآیند پوشش‌دهی آلیاژی روی توانائی در پوشش‌دهی همزمان دو فلز است که با تغییر غلظت یونی فلزات و در نتیجه تغییر اکتیویته آنها میسر می‌شود. اگر پتانسیل احیاء دو فلز مورد نظر به هم نزدیک باشد با تنظیم عواملی همچون شدت جریان، دما، PH و غلظت یون‌های فلزی می‌توان عملیات را انجام داد. استفاده از عوامل کمپلکس‌ساز (Complexer) نظیر سیانیدها، سولفامیدها، هیدروکسیدها و مواد آلی دیگر که می‌تواند با اضافه شدن به محلول حمام آبکاری، تجزیه شده و با ترکیب شدن با یون فلزی، یون‌های پیچیده تولید کند راه مطلوبی در این زمینه است.

انواع پوشش‌های آلیاژی روی

آلیاژ روی ـ سیکل: Zn/Ni

آلیاژ روی ـ آهن: ‌Zn/Fe

آلیاژ روی ـ کبالت: Zn/Co

آلیاژ قلع ـ روی: Sn/Zn

انتخاب نوع پوشش آلیاژی به الزامات عملکردی قطعه و انتظاراتی که از پوشش مورد نظر وجود دارد برمی‌گردد. آلیاژ کردن روی عموما با فلزات گروه هشتم جدول تناوبی یعنی آهن، کبالت و نیکل صورت می‌گیرد که نجیب‌تر از فلز روی هستند و بنابراین با آلیاژ شدن با فلز روی، سرعت خوردگی آلیاژ نسبت به روی خالص کمتر می‌شود و حفاظت خوردگی بهتری فراهم می‌آید. البته در هر قطعه دارای پوشش، سرعت واقعی خوردگی به ترکیب آلیاژ، یکنواختی رسوب، محیط کارکرد قطعه، نوع پوشش تبدیلی و ماده پایه پوشش بستگی دارد.

عمده‌ترین مورد استفاده پوشش‌های آلیاژ روی که با روش پوشش‌دهی الکتریکی بکار می‌رود و به آن گالوانیزه سرد نیز گفته می‌شود قطعات خودرو است. ۲۰ تا ۳۰ درصد بقیه کارکرد مربوط به صنعت هوا ـ فضا و الکترونیک است.

پوشش آلیاژی روی ـ نیکل

این پوشش‌ها سابقه بسیار بیشتری نسبت به بقیه پوشش‌های آلیاژی روی دارند، علاوه بر آنکه از لحاظ مقاومت خوردگی نیز درصدر پوشش‌های آلیاژی روی هستند. از ویژگی‌های مهم این نوع پوشش خاصیت شکل‌پذیری (Formability) قطعه فولادی پوشش داده شده است؛ یعنی پس از عملیات حرارتی و انجام عملیات شکل‌دهی، مقاومت خوردگی قطعه تا حد بسیار خوبی حفظ می‌شود، به همین دلیل در پوشش‌دهی قطعاتی مانند اتصالات پیچ و مهره، قطعات سیستم ترمز و سیستم سوخت‌رسانی بکار می‌رود. سختی 300 ـ 250 ویکرزی پوشش باعث پدید آمدن مقاومت به سایش بسیار خوب در قطعه می‌شود. مقاومت در برابر گرما، نور ماوراء بنفش و سیالات هیدرولیکی و سوخت‌ها از جمله ویژگی‌های دیگر این نوع پوشش‌هاست. به همین دلیل در قطعات زیر کاپوت (under-the-hood) خودرو که در معرض گرما هستند کاربرد وسیعی دارند. کاربرد پوشش‌های آلیاژی روی ـ نیکل در صنعت اتصالات و پیچ و مهره و قطعات رزوه‌دار نیز رو به توسعه است. با توجه به اینکه این پوشش‌ها در تماس با آلومینیوم، خوردگی گالوانیکی از خود نشان نمی‌دهد، در صنایعی که شامل بدنه‌های آلومینیومی است کاربرد زیادی دارند. از لحاظ قیمتی، پوشش‌های آلیاژی روی ـ نیکل گرانترین پوشش‌های آلیاژی روی به شمار می‌آیند. پوشش‌های آلیاژی روی ـ نیکل، هم از حمام‌های قیلیائی و هم حمام‌های اسیدی پوشش داده می‌شوند که ترکیبات و خواص متفاوت پوشش را پدید می‌آورند. برای افزایش مقاومت به خوردگی پوشش، افزایش قدرت چسبندگی رنگ یا سایر پوشش‌های آلی، افزایش خاصیت روانکاری و پدید آمدن ظاهری خوشایند و متنوع از پوشش‌های تبدیلی نظیر کروماته، در انواع رنگ‌های مختلف زرد، روشن، برنزی، قوس و قزحی و مشکی استفاده می‌شود.

استاندارد ASTM B841 الزامات عملکردی پوشش‌های آلیاژی روی ـ نیکل را توضیح داده است. این پوشش‌ها را می‌توان به روش آویزه‌ای (rack) و بشکه‌ای (barrel) در ظرفیت‌های مختلف 500 تا 20000 لیتری انجام داد. ضخامت سه نوع (گرید) پوشش معرفی شده در استاندارد مزبور ۵، ۸ و ۱۰ میکرون است.

حمام‌های قلیائی پوشش روی ـ نیکل

رسوب حاصل از پوشش بدست آمده از حمام‌های قلیائی روی ـ نیکل حاوی کمتر از ۱۰ درصد نیکل (۹ـ۶ درصد) است. فرمولاسیون این حمام‌ها هرگز قادر به تولید آلیاژهای روی با نیکل بیشتر از ۱۲ درصد نیست. بازده پوشش‌دهی حمام قلیایی ۴۰ـ۲۰ درصد است. سرعت پوشش‌دهی در این حمام‌ها کمتر است اما ترکیب یکنواخت‌تری از پوشش بدست می‌آید. در این حمام‌ها الکترولیت اصلی سود سوزآور (Caustic soda) شامل محلول زینکات Na2Zn(OH)4 است. از عوامل کمپلکس‌ساز و از همه بهتر آمین‌های آلیفاتیک استفاده می‌شود. همین امر باعث کاهش بازده الکتریسیته و در نتیحه کاهش سرعت رسوب‌گذاری می‌شود. همزدن محلول نیز ضخامت لایه نفوذی را کاهش می‌دهد. هر چه دما بیشتر باشد، بدلیل نازک‌تر شدن لایه نفوذی، رسوب فلز غیرفعال‌تر بیشتر می‌شود. این امر باعث افزایش سرعت جوانه‌زنی و ریزتر شدن دانه‌بندی می‌شود. گرچه افزایش سرعت رسوب‌گذاری احتمال بروز ناصافی در سطح را بیشتر می‌کند. دمای مطلوب پوشش‌دهی در این حمام‌ها ۲۹ درجه سانتیگراد است. هر چه دما بیشتر باشد پوشش تیره‌تر و هر چه دما کمتر باشد رسوب نازک شیری رنگ می‌شود. مقدار روی در این حمام‌ها 12 ـ5/7 گرم در هر لیتر الکترولیت است.

حمام‌های اسیدی پوشش روی ـ نیکل

رسوب حاصل از پوشش بدست آمده از حمام‌های اسیدی روی ـ نیکل حاوی ۱۵ـ۱۰ درصد نیکل و بقیه فلز روی است. با افزایش مقدار نیکل تا ۱۸ درصد مقاومت خوردگی نیز افزایش می‌یابد اما اگر مقدار نیکل بیشتر شود غیرفعال شدن (passivation)، سطح بیشتر می‌شود و خواص فداشوندگی و حفاظت خوردگی رو به نزول می‌رود. بعلاوه هنگامی که مقدار نیکل زیاد می‌شود غیرفعال‌سازی پوشش کروماته مشکل و حتی غیرممکن می‌شود و کاهش مقاومت خوردگی را در پی دارد. حمام‌های اسیدی حاوی سولفات و کلراید هستند و عوامل کمپلکس‌سازی نظیر کلرید آمونیم نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. در روش‌های سنتی و قدیمی، از آندهای مجزای روی و نیکل استفاده می‌شود که به یکسوکننده‌های (rectifier) مجزا متصل هستند. در فناوری‌های جدید از یک یکسوکننده و آندهای روی استفاده می‌شود در حالی که نیکل به شکل یک افزودنی به حمام اضافه می‌شود.

برخلاف حمام‌های قلیائی، پوشش‌دهی قطعات فلزی سخت کاری شده و قطعات ریختگی به سهولت انجام می‌شود. بازده حمام‌های اسیدی بسیار زیاد و تقریبا ۱۰۰ درصد است. همین بازده زیاد باعث می‌شود توزیع پوشش در محدوده چگالی جریان متفاوت باشد. مقدار نیکل در رسوب نیز ممکن است در چگالی جریان کمتر، بیشتر باشد. اساس حمام‌های اسیدی کلرید روی است که ممکن است بر پایه کلرید آمونیم یا کلرید پتاسیم باشد. دمای مطلوب برای انجام فرآیند پوشش‌دهی در این حمام‌ها ۳۵ درجه سانتیگراد است. بروز پدیده تردی هیدروژنی در این 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 نیز 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 ریختهگری فولاد، چدن و مس کاربرد دارد که دارای دیرگداز زیرکن است. به صورت پودر تولید 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 بسیار مطلوب، برای انواع قطعاتی که سطح قالب آنها در معرض شرایط سخت در طول ریختهگری قرار دارد. همچنین در ریختهگری 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: این محصول یک پوشش با چسبندگی بالا برای ماهیچهها و قالبهای ماسه سیلیکاتی یا ماسههای رزینی میباشد که در ریختهگری انواع فلزات آهنی و غیرآهنی کاربرد دارد اما کاربرد اصلی آن در ریختهگری فولادهاست. این پوشان دارای مشخصات سوسپانسیون عالی بوده که باعث بهبود شرایط پوششدهی میشود.

پوشان HC: محدودهای از پوشانهای پایه آبی آماده استفاده بوده که برای پوششدهی ماهیچه و ماسههایی که با پیوندهای شیمیایی، محکم و متصل شدهاند کاربرد دارند. پوشان HC پایه زیرکنی بوده و مناسب برای ریختهگری فولاد و ریختهگری قطعات ضخیم است خصوصاً در مواردی که از چسبهای آلی استفاده میشود. نفوذ کنترل شده این محصول به داخل ماسه میتواند با افزودن 10% آب حاصل شود. پوشش اعمال شده میتواند به وسیله هوا یا 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 متعددی شامل پودر ماده دیرگداز، ماده معلق‌کننده، چسب، مواد روان کننده تشکیل شده است و برای بهبود کیفیت سطحی و دقت ابعادی در ریختهگری آلیاژهای پایه مس، چدنها، فولادهای منگنزدار و پرکروم کاربرد دارد.