معرفی
آندايزينگ يک عمليات سطحي و يک فرايند الکتروشيميایی است که لایه اکسیدی طبیعی آلومينيوم، تیتانیوم و آلیاژهای آنها را با انتخاب الکتروليت مناسب و آند قرار گرفتن قطعه تحت کنترل دما، شدت جريان و ولتاژ به یک پوشش اکسیدی ضخیمتر با خواص مهندسی قابل توجه تبدیل میکند. افزايش سختي، مقاومت در برابر خوردگي، ايجاد نماي تزئيني و تغيير در برخي از خصوصيات فيزيکي سطح تنها برخی از مزایای آندایزینگ محسوب میشود. افزایش کیفیت سطح آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم به واسطه انواع فرایندهای آندایزینگ از جمله آندایزینگ معمولی، رنگی و سخت، سبب گسترش دامنه مصرف آنها در صنایع مختلف شدهاست.
مزایا
* ایجاد یک لایه نانو متخلخل منظم به منظور نشاندن رنگدانهها و ایجاد قطعات آلومینیومی رنگی
* امکان ایجاد پوششهای رنگی روی تیتانیوم و آلیاژهای آن با تغییر پارامترهای مؤثر بر فرایند
* امکان استفاده به عنوان زیرلایه برای عملیات دیگر ازجمله رنگآمیزی و تمامکاری آلی به منظور افزایش چسبندگی
* امکان ايجاد یک ميانلايه براي افزایش چسبندگی انواع رنگ و چسب
* ایجاد پوشش با ضخامت یکنواخت در سرتاسر قطعه
* امکان ایجاد پوشش در محدوده ضخامتهای 1 تا 100 میکرون با کنترل شرایط فرایند
* امکان پوششدهی قطعات با اندازهها و اشکال (پیچیده) مختلف
* ایجاد گستره وسیعی از خواص سطحی چون مقاومت به خوردگی و سایش، سختی، قابلیت افزایش تابش، عایق دیالکتریک، سد حرارتی و …
* فرایند بهینه از نظر مصرف انرژی به دلیل انجام فرایند در ولتاژهای پایین
* سادگی عملکرد و تجهیزات
* امکان ایجاد پوششهای رنگی روی تیتانیوم و آلیاژهای آن با تغییر پارامترهای مؤثر بر فرایند
* امکان استفاده به عنوان زیرلایه برای عملیات دیگر ازجمله رنگآمیزی و تمامکاری آلی به منظور افزایش چسبندگی
* امکان ايجاد یک ميانلايه براي افزایش چسبندگی انواع رنگ و چسب
* ایجاد پوشش با ضخامت یکنواخت در سرتاسر قطعه
* امکان ایجاد پوشش در محدوده ضخامتهای 1 تا 100 میکرون با کنترل شرایط فرایند
* امکان پوششدهی قطعات با اندازهها و اشکال (پیچیده) مختلف
* ایجاد گستره وسیعی از خواص سطحی چون مقاومت به خوردگی و سایش، سختی، قابلیت افزایش تابش، عایق دیالکتریک، سد حرارتی و …
* فرایند بهینه از نظر مصرف انرژی به دلیل انجام فرایند در ولتاژهای پایین
* سادگی عملکرد و تجهیزات
معایب
* نیاز به آماده سازی سطح قبل از فرایند و وابستگی کیفیت پوشش به نحوه انجام این مرحله
* وابستگی کیفیت نهایی پوشش به شرایط عملیاتی از جمله نحوه همزدن، کنترل دما، غلظت محلول پوششدهی و ….
* تأثیرگذاری عناصر آلیاژی در آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم و درصد خلوص آن آلیاژها بر نحوه اجرای فرایند و تعیین پارامترها و کیفیت پوشش
* استفاده از محلولهای اسیدی و پرخطر برای محیط زیست
* عدم امکان نگهداری و انبارداری محلولهای پوششدهی
* محدودیت ایجاد پوششهای ضخیم (بالای 100 میکرومتر)
* نرخ رشد پایین پوشش و نیاز به زمان زیاد
* خطر شکست ترد لايه اکسيدي تشکيلشده به ویژه تحت بارهاي متراکم سطحي حاصل از تماسهاي استاتيکي يا ديناميکي
* وابستگی کیفیت نهایی پوشش به شرایط عملیاتی از جمله نحوه همزدن، کنترل دما، غلظت محلول پوششدهی و ….
* تأثیرگذاری عناصر آلیاژی در آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم و درصد خلوص آن آلیاژها بر نحوه اجرای فرایند و تعیین پارامترها و کیفیت پوشش
* استفاده از محلولهای اسیدی و پرخطر برای محیط زیست
* عدم امکان نگهداری و انبارداری محلولهای پوششدهی
* محدودیت ایجاد پوششهای ضخیم (بالای 100 میکرومتر)
* نرخ رشد پایین پوشش و نیاز به زمان زیاد
* خطر شکست ترد لايه اکسيدي تشکيلشده به ویژه تحت بارهاي متراکم سطحي حاصل از تماسهاي استاتيکي يا ديناميکي
تکنیک انجام
مکانیزم کلی فرایند آندایزینگ فلز آلومینیوم و تیتانیوم بدين صورت است که با استفاده از جریان الکتریسیته و اعمال اختلاف پتانسیل در یک محلول اسيدي فلز به اکسید آن تبدیل شده و پوششی از اکسید حاصل شده، سطح قطعه را میپوشاند. در واقع در فرایند آندایزینگ، الکترود آند (قطب مثبت)، قطعه مورد نظر برای پوششدهی و الکترود کاتد (قطب منفی)، یک فلز کمکی برای برقراری ارتباط الکتریکی است. با ایجاد قطب مثبت و منفی در دو سر الکترودها و اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی، در اثر الکتروليز آب، در آند اکسيژن آزاد شده و یک لایه اکسیدی از فلز آند واقع شده روی سطح آن تشکیل ميشود. همزمان با رشد لايه اکسیدی امکان حلاليت در محلول اسيدی نیز وجود دارد. در نتیجه آزادشدن هيدروژن، حمله محلول اسيدی به لايه اکسيدی و رشد لايه اکسيدی سه فرايندي هستند که از برايند آنها، امکان رشد لايه اکسيدي به صورت متخلخل بر قطعه مورد نظر فراهم ميشود. در این فرایند، لایه اکسیدی تشکیل شده دولایه، مشتمل بر یک لایه سدی و یک لایه متخلخل است. لایه متخلخل دارای نانوتخلخلهای منظمی است که به عواملي چون عناصر زیرلایه، شرايط عملي الکترولیت آندايزينگ ومنبع تغذيه وابسته است.
انواع فرایندهای آندایزینگ ازجمله آندایزینگ معمولی، رنگی و سخت دارای اصول پوششدهی یکسانی هستند ولی در موارد عملیاتی فرایند چون محدوده دما، چگالی جریان اعمالی، تعداد مراحل فرایند، شرایط الکترولیت و… تفاوتهایی دارند. اختلافهای فرایندی سبب ایجاد ظاهر، مشخصهها، خواص و کاربردهای مختلف برای پوشش میشود. پوشش حاصل از فرایند سخت ضخیم بوده و دارای ساختار متراکم است. در روش آندايزينگ سخت، اساساً سرعت رشد لايه اکسیدی بيشتر است و سختي آن افزايش ميیابد. فرایند آندایزینگ رنگی در طی دو مرحله، آندایزینگ معمولی و انجام فرایند رنگیکاری توسط فرایندهای الکترولس و الکترولیتی در محلولهاي حاوی نمک فلزي انجام میشود. نمکهاي فلزي مورد استفاده عبارتند از: قلع، نيکل، کبالت، مس، آهن، سرب و غيره. در این فرایند از جريان الکتریکی متناوب براي رسوب دادن فلز در نانوتخلخلها استفاده ميشود. در فرايند رنگيکاري، يونهاي فلزي داخل حفرات فيلم نفوذ کرده و توسط نيمه کاتدي جريان متناوب اعمالي، احياء شده و به صورت فلز خالص و یا به همراه اکسیدهای آنها رسوب ميکنند.
انواع فرایندهای آندایزینگ ازجمله آندایزینگ معمولی، رنگی و سخت دارای اصول پوششدهی یکسانی هستند ولی در موارد عملیاتی فرایند چون محدوده دما، چگالی جریان اعمالی، تعداد مراحل فرایند، شرایط الکترولیت و… تفاوتهایی دارند. اختلافهای فرایندی سبب ایجاد ظاهر، مشخصهها، خواص و کاربردهای مختلف برای پوشش میشود. پوشش حاصل از فرایند سخت ضخیم بوده و دارای ساختار متراکم است. در روش آندايزينگ سخت، اساساً سرعت رشد لايه اکسیدی بيشتر است و سختي آن افزايش ميیابد. فرایند آندایزینگ رنگی در طی دو مرحله، آندایزینگ معمولی و انجام فرایند رنگیکاری توسط فرایندهای الکترولس و الکترولیتی در محلولهاي حاوی نمک فلزي انجام میشود. نمکهاي فلزي مورد استفاده عبارتند از: قلع، نيکل، کبالت، مس، آهن، سرب و غيره. در این فرایند از جريان الکتریکی متناوب براي رسوب دادن فلز در نانوتخلخلها استفاده ميشود. در فرايند رنگيکاري، يونهاي فلزي داخل حفرات فيلم نفوذ کرده و توسط نيمه کاتدي جريان متناوب اعمالي، احياء شده و به صورت فلز خالص و یا به همراه اکسیدهای آنها رسوب ميکنند.
ویژگی ها
سختي متوسط
حدود 400 ويکرز برای آندایزینگ معمولي و 600 تا 800 ويکرز براي آندايزينگ سخت
مقاومت به خوردگي مناسب
حدود 400 ساعت مقاومت در آزمون سالت اسپری
افزایش مقاومت به سايش
تا 3 برابر نسبت به زیرلایه بدون پوشش به ویژه خوردگی فرسایشی
افزایش گراديان مدول يانگ
پوشش به واسطه ایجاد رنگآميزي و آببندي حفرات
افزايش طول عمر
گستره استفاده قطعات فلزی تا 3 الی 5 برابر نسبت به ماده بدون پوشش
ایجاد خواص خوب اپتيکي
حاصل از آندايزينگ سفيد یا شفاف براي سفينههاي فضايي و وسايل کاربردي خارج جو
ایجاد کمترين انعکاس نور از سطح
حاصل از آندایزینگ سخت یا مشکی در کاربردهاي خاص نظير تبديل انرژي نوري به حرارتي
استحکام چسبندگی مناسب
به دلیل پیوند متالورژیکی مطلوب با زیر لایه