آندایزینگ آلومینیوم

آلومینیم فلزی است سبك با رنگ سفید متمایل به آبی كه بعد از سیلیسیوم فراوان ترین درصد از عناصر پوسته زمین را تشكیل می دهند این فلز را در صنعت با استفاده از روش الكترولیتی از بوكسیت یا آلومین هیدراته ( AL2032H2O) بدست می آورند

آندایزینگ آلومینیوم

آلومینیم فلزی است سبك با رنگ سفید متمایل به آبی كه بعد از سیلیسیوم فراوان ترین درصد از عناصر پوسته زمین را تشكیل می دهند این فلز را در صنعت با استفاده از روش الكترولیتی از بوكسیت یا آلومین هیدراته ( AL203,2H2O) بدست می آورند . قابلیت چشم گیر آلومینیوم در هدایت جریان الكتریكی ، درخشندگی ، تورق پذیری و نیز استحكام قابل توجه برخی از آلیاژهای آن در مقایسه با فولاد ، آن در ردیف پر مصرف ترین فلزات در زمینه های صنعتی ، تزئینی و ساختمانی قرار داده است میل تركیبی شدید آلومینیوم و آلیاژهای آن با اكسیژن باعث می گردد كه در شرایط طبیعی لایه بسیار نازكی از اكسید ( AL203) بر سطح قطعات آلومینیومی تشكیل شود و به مثابه سپری محكم و فساد ناپذیر مابقی فلز را در مقابل عوامل خورنده جوی محافظت نماید . در مصارف صنعتی و تزئینی نیز با استفاده از روشهای شیمیایی و الكترولیتی لایه اكسیدی فوق را با كیفیت های متفاوت بر سطح فلز ایجاد می نمایند كه اصطلاحا به روش اجرائی آن آندایزینگ اطلاق می گردد . این عمل باعث افزایش كیفیت آلومینیوم ، گسترش دامنه مصرف و مقاومت بیشتر آن در برابر خوردگی می شود .

 

مفاهیم كلی آندایزینگ آلومینیوم

اندایزینگ آلومینیوم، مفاهیم و كاربردها:

به مجموعه عملیاتی كه با تشكیل یك لایه نازك اكسیدی بر روی قطعات آلومینیومی باعث افزایش سختی، مقاومت در برابر خوردگی، ایجاد نمای تزئینی و تغییر برخی از خصوصیات فیزیكی آنها می گردد آندایزینگ اطلاق می شود.

مكانیزم كلی عمل بدین صورت است كه جریان مستقیم برق از مایع الكترولیت مناسبی می گذرد كه در آن آلومینیوم آند بوده و فلز مناسب دیگری كاتد می باشد. در این صورت بر سطح آلومینیوم لایه نازكی از اكسید ایجاد می گردد كه ضخامت آن به عوامل گوناگونی بستگی دارد.

آلومینیوم در شرایط معمولی نیز اكسیدی می شود بطوری كه در مجاورت هوا و بطور معمول لایه ای از اكسید به ضخامت 01/0 میكرون و به صورت غیرمتخلخل بر روی سطوح قطعات آلومینیومی تشكیل می گردد كه وظیفه حفاظت از سطح فلز را در محیط برعهده دارد اما برتری و مزیت اكسید ایجاد شده در روش آندایزینگ نسبت به شرایط طبیعی مقاومت بیشتر آن در مقابل خوردگی است.

قطعات و سطوح آلومینیومی را به دلایل زیر اندایزینگ می نمایند:

الف – افزایش مقاومت در مقابل خوردگی.

          پوشش اكسیدی – آندی سیل شده آلومینیوم باعث محافظت فلز در برابر عوامل خورنده جوی و نمكها می گردد.

ب – افزایش قدرت چسبندگی رنگها:

          لایه اكسیدی-  آندی سبب به وجود آمدن سطح فعال شیمیایی شده و زمینه و بستر مناسبی را جهت رنگ آمیزی ایجاد می نماید.

ج – به عنوان یكی از مراحل آبكاری:

          تخلخل موجود در پوشش اكسیدی – آندی باعث افزایش قابلیت آبكاری قطعات آلومینیومی می شود. (بطور مثال از آندایزینگ در الكترولیت اسید فسفریك میتوان نام برد كه به عنوان مرحله ماقبل آبكاری بكار می رود).

د – ایجاد نمای ظاهری مناسب جهت دكوراسیون و تزئینات:

          لایه اكسیدی – آندی آلومینیوم بطور طبیعی درخشان بوده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی دارد. لذا میتوان از آن به عنوان سطح نهایی مورد نظر جهت تزئینات و نماسازی استفاده نمود. درخشندگی و براقیت سطح مزبور به نوع آلیاژ، روش اچ كاری و براق كاری و سایر شرایط مناسب بستگی دارد.

ه – عایق كاری:

          اكسید آلومینیوم عایق می باشد و میتواند در مقابل ولتاژهایی كه از چند تا چندین هزار ولت به عنوان عایق عمل كند كه كیفیت و كمیت آن به نوع آلیاژ و ضخامت لایه اكسیدی بستگی دارد.

و – كاربرد در صنایع فتوگراف و لیتوگراف:

          وجود حفره ها و تخلخل های بی شمار در پوشش اكسیدی – آندی باعث بالا رفتن قدرت مكانیكی صفحات لیتوگراف در نگهداری محلول های مربوط به فتوگراف و لیتوگراف می گردد.

ز – افزایش قابلیت تابش و انتشار حرارت:

          لایه اكسیدی – آندی در ضخامت های بیش از 032/0 میلیمتر باعث افزایش قابلیت تابش و انتشار حرارت می گردد. بطور مثال ورق آندایز شده آلومینیومی پس از رنگ آمیزی با رنگ سیاه می تواند به نحو بسیار مطلوبی جهت جذب حرارت تا حدود 230 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار گیرد.

ح – افزایش مقاومت سایشی:

          با استفاده از مكانیزم آندایزینگ سخت بر روی قطعات آلومینیومی پوشش به ضخامت حدود 1 تا 4 میلیمتر ایجاد می شود كه دارای سختی بالایی است و میتوان از آنها جهت ساخت یاتاقانها و قطعات دوار و یا سایر مواردی كه نیاز به مقاومت سایشی دارند استفاده نمود. تمام پوششهای اكسیدی – آندی نسبت به خود آلومینیوم سخت تر هستند اما در برخی از موارد (مانند لایه اكسیدی – آندی حاصل از آندایزینگ در حمام اسیدكرومیك) نرم بوده و جهت كاربری در شرایطی كه به مقاومت سایشی نیاز دارد مناسب نمی باشد.

ط – ردیابی و كنترل درزهای سطحی:

          پوشش اكسیدی – آندی حاصل از حمام اسید كرومیك میتواند به عنوان یك عامل بازرسی جهت كشف و بررسی درزهای سطحی موجود بر روی ورق یا قطعات آلومینیومی عمل نماید. بدین صورت كه پس از آندایزینگ قطعات مزبور در داخل اسید فوق الذكر آنها را سریعا” با آب شسته و خشك می كنند .

          اسید كرومیك باقیمانده در شكاف درزها و ترك های مویی، بیرون زده می شود و موقعیت عیوب را از نظر مكانی نشان می دهد. در بخشهای بعدی كتاب روشهای مختلف آندایزینگ آلومینیوم، خواص و ویژگی های بوجود آمده در فلز بعد از اجرای عملیات و نیز تجهیزات مورد نیاز بطور مشروح بیان خواهد گردید.

 

 مكانیزم تشكیل لایه اكسیدی – آندی:

          حمام اسیدسولفوریك به غلظت 10% حجمی را در نظر گرفته و در آن یك قطعه آلومینیومی را به قطب مثبت منبع الكتریسیته (آند) وصل كنید و فلز مناسب دیگری مانند قلع را به عنوان كاتد به قطب منفی منبع الكتریسیته تصال دهید دانسیته جریان مستقیم (  DC ) مورد نیاز در این پروسه حدود 1 تا 6/1 آمپر بر دسیمتر مربع می باشد كه از پتانسیلی حدود13 تا 17 ولت ایجاد می شود. در دمای معمولی اتاق وقتی كه جریان برق برقرار می گردد اسید سولفوریك شروع به تجزیه می كند، در اثر این فعل و انفعالات در قطب منفی (كاتد) هیدروژن ایجاد می گردد و به موازات یون های اكسیژن و سولفات – (آنیون ها) توسط قطب مثبت (آند) كه آلومینیوم به آن اتصال است جذب می گردند.

          شارژ الكتریكی در داخل سیستم فوق باعث می گردد كه یون های مثبت آلومینیوم (كاتیون ها) به سمت كاتد هدایت شوند و در همان حال در سطح آند ، كاتیون ها یا آلومینیوم با آنیون های اكسیژن تركیب شده و تشكیل اكسید آلومینیوم را می دهند. مقداری از یون های آلومینیوم نیز قادر به تركیب با اكسیژن نبوده و به صورت نامحلول در الكترولیت باقی می مانند.

          پوشش اكسیدی – آندی آلومینیوم از تعداد زیادی حفره های شش ضلعی ساخته شده است كه اندازه آنها در یك اینچ مربع حدود چند میلیون عدد می باشد. در وسط هر كدام از این شش ضلعی ها سوراخی وجود دارد كه اطراف و قسمت تحتانی ن توسط لایه ای اكسیدی از فلز مبنا جدا شده است. ابعاد حفره ها در الكترولیت های مختلف تفاوت دارد و بطور تقریبی به شرح زیر می باشد:

- قطر داخلی :  A^o  250 – 100                        ( 1 A^o = 1x 10^-10 m)

• ضخامت دیواره اطراف حفره :  A^o  200 – 100
• ارتفاع حفره یا ضخامت پوشش : 5000 تا 25000 برابر قطر داخلی حفره.

چنین حفره هایی به خصوص در محلول الكترولیت اسید سولفوریك بدین دلیل تشكیل می گردند كه در دقایق اولیه شروع پروسه آندایزینگ لایه نازكی از اكسید تشكیل می شود كه ضخامت آن با ولتاژ اعمال شده متناسب است،‌ برخی از محلول های الكترولیت (مانند اسید سولفوریك) در حین عملیات آندایزینگ پوشش اكسیدی مزبور را در خود حل می نماید.

مكانیزم این عمل بسیار پیچیده است اما به نوبه خود نوعی كشمكش را در رابطه با ایجاد و رشد اكسیدی و انحلال و خوردگی آن بطور همزمان در میلیونها نقطه یا حفره در هر اینچ بوجود می آورد كه در نهایت به نوعی تعادل ختم می گردد.