گزارش عوامل موثر بر فرآیند پوشش کاری

2 1 جنس فولاد پایه

دراین پژوهش سعی شده از فولادی که در صنعت مصرف زیادی دارد استفاده شود . بر این اساس آزمایشات بر روی نمونه هایی از فولاد CK 45 با ترکیبی مطابق جدول 2 1 که از شمش این فولاد تهیه شده ، انجام شد .

جدول 2 1 : ترکیب شیمیایی فولاد CK 45 مورد استفاده در پروژه ( درصد متوسط عناصر )

2 2 مراحل مختلف ایجاد پوشش

2 2 1 آماده سازی نمونه ها

2 2 1 1 تمیز کاری مکانیکی نمونه ها

نمونه های فولادی پس از برش توسط کاتر با استفاده از سمبادهای 60 ، 120 ، 220 ، 400 ،  800، 1000 پولیش شدند . این عملیات باید صورتی انجام شود که یک سطح بدون خلل و فرج و یکنواخت ایجاد شود ؛ بگونه ای که در نهایت سطح کاملاً  آینه ای نشود چرا که ایجاد یک پوشش چسبنده بر روی این سطح مشکل می باشد . علت در این است که اتصال پوشش به فلز پایه یک اتصال مکانیکی است نه یک اتصال شیمیایی . از اینرو آینه ای شدن سطح باعث از بین رفتن کامل پستی و بلندهای سطح و چسبندگی ضعیف پوشش  می شود .

2 2 1 2 چربی گیری نمونه ها

از آنجا که در مراحل مختلف بعنوان مثال تماس نمونه ها با دست هنگام پولیش امکان وجود چربی بر روی سطح قطعات وجود  دارد ، باید چربیها از روی سطح حذف شود . ایجاد یک پوشش از چسبندگی خوب به نحوه زدودن این مواد بستگی دارد . چربیها مانع از فعال شدن سطح نمونه ها در مراحل مختلف اسید شویی ، فعال سازی و پوشش کاری  می شوند . بنابراین در صورت زدوده نشدن کامل این چربی ها پوشش ایجاد شده ، چسبندگی لازم را نداشته و براحتی از روی سطح جدا می شود . در این پروژه  چربی زدایی از طریق قلیاشویی انجام شد . به این صورت که قطعه به مدت 15 دقیقه در محلول g/l 15 سود با دمای oC 70 50  قرارداده شد و در پایان با آب مقطر شستشو داده شد . پس از اتمام این مراحل نباید هیچگونه چربی بر روی سطح نمونه ها  قرار داشته باشد . یک راه ساده برای مطمئن شدن از تمیز شدن نمونه ها این است که نمونه ها با آب شستشو شوند و وضعیت قرارگرفتن قطرات آب بر روی نمونه ها بررسی شود . اگر آب تمام سطح را تر کند ،  می توان مطمئن شد که سطح نمونه ها بخوبی تمیز شده است و گرنه عملیات چربی گیری را باید تکرار کرد .

2 2 1 3 ‌اسید شویی نمونه ها

بمنظور برداشتن لایه اکسیدی سطح ، پس از انجام عملیات چربی گیری باید یک مرحله اسید شویی بر روی نمونه ها انجام شود . بطور کلی بدون حذف  این لایه های سطحی ایجاد یک پوشش چسبنده ممکن نیست . در این پروژه اسید شویی نمونه ها با اسید کلیردریک 30% انجام گرفت . برای تهیه اسید کلریدریک 30% می توان 81 میلی لیتر اسید خالص 37% ( اسید کلریدریک Merk ) را با 19 میلی لیتر آب مقطر مخلوط کرد تا اسید 30% بدست آید . باید توجه داشت در حین رقیق کردن اسید حتماً اسید به آب اضافه شود نه آب به اسید ( در صورت اضافه کردن آب به اسید امکان پاشیده شدن آن به اطراف و خطرات ناشی از آن وجود دارد ) . مدت اسید شویی 30 ثانیه و در دمای محیط می باشد . در نهایت نمونه ها با آب مقطر شسته شده و خشک می گردند .

2 2 1 4 اچ اسیدی

انجام عملیات اچ اسیدی باعث بهتر شدن کیفیت پوشش و چسبندگی بهتر آن  می گردد . این عملیات با اسید کلریدریک 20% و در دمای oC 50 و به مدت 30 ثانیه انجام  می شود . برای ساخت اسید کلریدریک 20% ، 54 میلی لیتر اسید خالص 37% را با 65 میلی لیتر آب مقطر مخلوط می کنیم .

باید به این نکته توجه داشت که نمونه ها پس از انجام عملیات اسید شویی با آب مقطر بخوبی شسته شوند چرا که باقی ماندن ذرات اسید بر روی نمونه ها موجب آسیب رساندن به زیر لایه و در نهایت کم شدن چسبندگی پوشش شود .

2 2 2 ترکیب حمام مورد استفاده

به منظور ایجاد پوشش الکترولس Cu از سولفات مس بعنوان تامین کنننده مس از فرمالدهید بعنوان ماده احیائ کننده از هیپوفسفیت بعنوان عامل احیا کننده کمکی و تارتارات سدیم و کربنات سدیم به عنوان مواد افزودنی و در نهایت ازهیدروکسید سدیم بعنوان تنظیم کننده pH استفاده شد .

2 2 3 سیستم فرآیند آبکاری

بطور کلی سیستم فرآیند پوشش کاری مورد استفاده متشکل از بخشهای زیر  می باشد :

الف وان آبکاری : از آنجا که محلول پوشش کاری الکترولس مس یک محلول فعال می باشد، (بطوریکه هر ماده فعالی که قابلیت ایجاد پوشش بر روی آن وجود داشته باشد اگر در تماس با محلول قرار گیرد می تواند بر روی آن پوشش ایجاد شود )  از اینرو باید وان آبکاری ماده ای از جنس شیشه باشد . در این پروژه از یک بشر شیشه ای cc 150 استفاده شد . در صورتیکه فرآیند در دماهای بالاتر انجام شود ، تبخیر آب و در نتیجه کاهش حجم محلول با افزودن آب مقطر و یا محلول از قبل آماده شده جبران می گردد .

ب سیستم گرمکن  اندازه گیری و تنظیم دما : برای گرم کردن محلول و رسیدن به دمای مورد نظر از یک حمام بن ماری استفاده شد که حداکثردمایی برابر با oC 110 داشت . اندازه گیری دما نیز بوسیله یک دماسنج آزمایشگاهی معمولی و یک دما سنج دیجیتال انجام گردید .

2 2 4 اندازه گیری و تنظیم pH محلول آبکاری

برای اندازه گیری pH ، از دستگاه pH متر دیجیتال استفاده شد . بری تنظیم pH به میزان مورد نظر به تناسب از محلول 30%NaOH  استفاده شد . بطور کلی pH محلول در محدوده 12 5/11 متغیر بود . ذکر این نکته ضروری است که برای تنظیم pH کالیبره کردن pH متر الزامی است . این کار بوسیله محلولهای بافر ویژه که مخصوص این کار است انجام می شود . این بافرها د ارای pH  4 ، 7 و 10 می باشند . با تنظیم pH متر دردو مقدار pH  متر کالیبره  می شود .

2 3 فرآیند الکترولس Cu و روش انجام آن

همانطور که قبلاً ذکر شد برای ایجاد پوشش الکترولس Cu به چندین ماده مختلف نیاز است که هر کدام وظیفه خاصی را بر عهده دارند . در این پروژه از سولفات  مس بعنوان منبع مس، از فرمالیدهید و هیپوفسفیت سدیم بعنوان ماده احیاء کننده ، از تارتارات سدیم و کربنات سدیم به عنوان مواد افزودنی استفاده شده است . ابتدا هر کدام از این مواد به مقدار معین توزین نموده و در یک بشر توسط آب مقطر حل می نماییم تا به حجم معین برسد . سپس با هیدروکسید سدیم میزان pH محلول را تنظیم می نماییم . در مرحله بعد بشر حاوی محلول را پس از اینکه حمام به دمای مورد نظر رسید ، داخل آن  می گذاریم  . بعد نمونه هایی که قبلاً‌ آماده سازی شده اند را داخل محلول آبکاری غوطه ور  می نماییم . لازم به ذکر می باشد قبل از غوطه وری نمونه ها داخل محلول ، یک مرحله قلیاشویی ، اسیدشویی و اچ اسیدی بر روی نمونه ها انجام می گیرد که جزئیات آنها در ابتدای این فصل آمده است . سپس به مدت 1 ساعت پوشش کاری روی نمونه ها انجام  می گیرد . در نهایت نمونه ها از حمام خارج و با مقطر شسته می شوند .

بمنظور  دستیابی به بهترین شرایط رسوبدهی الکترولس مس توجه به نکات زیر الزامی می باشد :

بستگی به ترکیب شیمیایی حمام یک نسبتی بین حجم محلول آبکاری و مساحت سطح قطعات وجود دارد ( بارگذاری حمام ) ، که این نسبت بازده بهینه آبکاری را ایجاد  می کند .

در هر دفعه ساخت محلولها باید ابتدا کلیه تجهیزات به خوبی تمیز شوند و در صورت وجود رسوبات و آلوده کننده های دیگر این مواد از سطح تجهیزات بر طرف شود . همچنین باید رسوبات ناشی از عملیات های قبلی یا ذرات پوشش مس که روی بدنه ظرف نشسته است با اسید نیتریک حل و زدوده شود . توجه به این نکته ضروری است که حتی خراشهای سطح ظرف آبکاری ،  می تواند باعث کم شدن عمر محلول آبکاری و نشستن رسوب بر روی ظرف شود .

عملیات شستشو در مرحله آخر قبل از آبکاری بهتر است با آب یون زدایی شده انجام شود .

شروع یکنواخت و سریع در ابتدای فرآیند ، یک عامل مهم در بهبود چسبندگی و مقاومت در برابر خوردگی پوشش است .

3 1 بررسی ترکیب حمام و بدست آوردن ترکیب شیمیایی بهینه

جهت پیدا کردن اثر مواد تشکیل دهنده حمام روی آبکاری ، نمونه های فولادی در حمام با ترکیب های مختلف در دما و pH ثابت قرار گرفتند . در کلیه موارد معیار اصلی جهت یافتن تاثیر مواد بر روی لایه پوششی ، وزن رسوب ایجاد شده و سرعت رسوبدهی در نظر گرفته شده است .

( بدلیل عدم دسترسی به دستگاه میکروسختی سنج میکروهاردنس ازاین معیارها صرفنظر شد . ولی باید به این نکته توجه کرد معیار وزن رسوب شده و سرعت رسوبدهی تا حدود زیادی در تطابق با معیار ریز سختی پوشش  می باشند . )