امری پرواضح است که هر قدر از وسایل و لوازم استفاده بیشتری گردد، نیاز به مراقبت صحیح از آنها نیز افزایش پیدا خواهد کرد. فلزات و آهن آلات نیز نه تنها از این قاعده مستثنی نیستند؛ بلکه به علت آسیب پذیری در محیطهای مختلف، نیازمند به انواع پوشش به جهت محافظت در برابر عوامل آسیبزا میباشند. به همین علت قصد داریم در ادامه این مطلب به بررسی انواع روش های پوشش دهی فلزات بپردازیم. با شاهین فلز سپاهان تا انتهای مطلب همراه شوید.
پوشش دهی فلزات چیست و اهمیت اجرای آن به چه علت میباشد؟
پوشش دهی فلزات به انگلیسی Metal Coating نام دارد و روشی است که برای حفاظت از فلز و کاهش شکست و اندازه آن استفاده میشود. پوششدهی در تعریف به فرآیند اعمال پوشش بر روی سطح فلز گفته میشود. این روش بیشتر بر روی فلزاتی که در تماس با دیگر مواد هستند، استفاده میشود. افزون بر آن، یک فلز بدون پوشش به دلیل مجاورت با عوامل خورنده میتواند با سرعت بالا دچار زنگ زدگی و خوردگی گردد.
به کمک پوشش دهی یک لایه محافظ اضافی روی سطح فلز زیرین قرار میگیرد و به این ترتیب محافظت مناسبی از آن ایجاد میگردد. به این ترتیب پوشش دهی فلزات به دو علت محافظت فلز در برابر سایش و جلوگیری از خوردگی انجام میشود. یکی از مهمترین گروههای فولادی که پوشش دهی بر روی آنها اعمال میگردد، فولادهای ابزار هستند.
فولاد ابزار به دستهای از فولادهای کربنی و آلیاژی گفته میشود که برای ساخت ابزار و قالب مناسب هستند. این فولادها به علت تماس مداوم با سایر مواد و کار در دمای بالا، مستعد ترک خوردگی یا سایش هستند. به همین خاطر ضرورت دارد که به روشهای مختلف، پوششی مقاوم روی آنها اعمال گردد. در ادامه به معرفی آنها خواهیم پرداخت.
انواع روش های پوشش دهی فلزات کدام است؟
برای داشتن خواص بهینه برای سطوح فلزی، به عملیات سطحی خاصی نیاز است. تکنیکهای مختلفی برای عملیات سطحی وجود دارد؛ اما رایجترین آنها روشهای پوشش سطحی است. رایجترین انواع روش های پوشش دهی فلزات شامل موارد زیر میشود:
- آنودایز کردن
آنودایز کردن فرآیندی است که برای تشکیل یک لایه اکسید محافظ روی سطح فلز استفاده میشود و یکی از رایجترین فرآیندهای پوشش دهی فلزات است. لایه اکسید حاصل، سریعتر تشکیل میشود و معمولا ضخیمتر از زمانی است که بهطور طبیعی تولید میگردد. درحالیکه چندین فلز غیر آهنی را میتوان آنودایز کرد، آلومینیوم بهطور مؤثر به این فرآیند پاسخ میدهد.
آنودایز کردن با غوطهور کردن جزء آلومینیومی در یک مخزن پر از محلول الکترولیتی همراه با یک کاتد که معمولا آلومینیوم یا سرب است، انجام میشود. جریان الکتریکی از آلومینیوم عبور میکند و باعث اکسید شدن آن و تشکیل یک سد محافظ میشود.
سطوح آنودایز شده را میتوان بهراحتی بهصورت دورهای با استفاده از مواد شوینده ملایم تمیز کرد. سطوح آنودایز شده ازنظر شیمیایی نیز پایدار هستند و در شرایط عادی تجزیه نمیشوند و این امکان را برای یک سطح پوشش داده شده، برای طولانی مدت فراهم میکند. علاوه بر این، از آنجاییکه آنودایز کردن یک فرآیند طبیعی است، غیرسمی بوده و هیچ محصول جانبی مضر یا خطرناکی تولید نمیکند.
مهمترین ایراد این فرآیند آن است که تنها برای تعداد انگشت شماری از فلزات مفید است. این فرآیند برای فلزات آهنی نامناسب است، به این معنی که مواد معمولی مانند فولاد و آهن را نمیتوان آنودایز کرد. علاوه بر این، با توجه به فرآیندهای مورداستفاده، رنگهایی که میتوان با آنودایز کردن به دست آورد، محدود است.
- گالوانیزه کردن
گالوانیزه کردن شامل غوطهور کردن فلز در حمام روی مذاب است. پس از آن فلز پوشش داده شده، با اکسیژن و دیاکسید کربن موجود در اتمسفر واکنش داده و یک لایه کربنات روی بهعنوان پوشش محافظ تشکیل میدهد. فرآیند گالوانیزه مزایای متعددی دارد که آن را به یک انتخاب محبوب برای کاربردهای گسترده تبدیل میکند. به طور کلی گالوانیزاسیون به 2 روش سرد و گرم انجام میشود که در مقالات گذشته به شرح کامل هر یک پرداختهایم.
بهعنوانمثال، پوشش اکسید روی بسیار پایدار و بادوام است و بهراحتی پوستهپوسته نمیشود. گالوانیزه کردن همچنین به دلیل محافظت گالوانیکی معروف است. بهعبارتدیگر، اگر سطح فلز به دلیل خراش، بریدگی یا فرورفتگی در معرض دید قرار گیرد، پوشش روی با خوردگی ترجیحی، خود را قربانی میکند.
یکی از بزرگترین مشکلات فرآیند گالوانیزه، هزینه آن است. درحالیکه گالوانیزه گرم ممکن است برای پوشش سازههای فولادی بزرگ ارزانتر باشد، اما برای قطعات کوچکتر مانند مهرهها و بستها میتواند گران تمام شود. بهعلاوه، سطوح گالوانیزه ظاهر خاکستری مات دارند که از لحاظ زیبایی برای برخی کاربردها مناسب نیستند.
- آبکاری یا رسوب دهی الکتریکی
آبکاری که با عنوان رسوبدهی الکتریکی نیز شناخته میشود، روشی کارآمد از پوشش دهی فلزات است که شامل رسوب یک لایه نازک از یک فلز بر روی سطح فلز دیگر است. در طول آبکاری، هر دو فلز در محلول الکترولیتی قرار میگیرند. فلزی که قرار است پوشش داده شود، بهعنوان آند عمل میکند؛ درحالیکه فلز پوششدهنده بهعنوان کاتد عمل میکند. جریان الکتریکی به سلول الکترولیتی اعمال میگردد و باعث میشود یونهای فلزی از کاتد به آند حرکت کنند و درنتیجه پوشش تشکیل شود.
پوششهای آبکاری مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند و میتوانند برخی از خواص مکانیکی فلز را نیز افزایش دهند. همچنین آبکاری، سطحی زیبا در فلزات فراهم میآورد و برای پوشش دهی جواهرات و زیورآلات نیز مناسب است.
با اینحال، آبکاری الکتریکی میتواند ضخامت غیریکنواختی از پوشش ایجاد کند، که آن را برای کاربردهای با دقت بالا نامناسب میکند. همچنین، این فرآیند دارای الزامات متعددی است و برای استفاده در مقیاس صنعتی بسیار گران میباشد. علاوه بر آن، از ترکیبات مضر بهعنوان الکترولیت در فرآیند آبکاری استفاده میشود. بنابراین، هنگام دور ریختن مواد شیمیایی الکترولیت باید مراقب بود تا از آلودگی محیطی جلوگیری گردد.
- پوشش پودری
پوشش پودری شامل پوشش دهی فلزات با مادهای پودری است. این یک فرآیند الکترواستاتیک است که بهموجب آن ذرات پوشش با قطبیتی مخالف با قسمتی که قرار است پوشش داده شود، بار الکتریکی دارند. تفاوت بار باعث میشود که ذرات پودر شده به سطح فلز بچسبند.
سپس جسم پوشش داده شده در یک کوره تحت عملیات حرارتی قرار میگیرد تا پوشش سخت شود. پوششهای پودری به دلیل دوام و ظاهر زیبای خود معروف هستند. علاوه بر این، ازآنجاییکه پوششهای پودری حاوی حلال نیستند، انتشار ترکیبات آلی فرار بسیار پایین است.
درحالیکه پوششهای پودری ممکن است در درازمدت مقرونبهصرفه باشند، هزینههای اولیه راهاندازی تجهیزات آنها میتواند قابلتوجه باشد. فرآیند پوشش نیاز به تفنگهای اسپری مخصوص، کوره و تجهیزات پاششی دارد. این فرآیند همچنین میتواند اندازه فلزاتی را که میتوان پوشش داد، محدود کرد.
همچنین دستیابی به لایههای پوشش نازک در این روش دشوار یا حتی غیرممکن است. علاوه بر این، سطح تمام شده در مقایسه با سایر روشهای پوشش دهی فلزات، کاملا صاف نیست. لازم به ذکر است که پوشش پودری برای پروژههایی که به ضخامت پوشش کمتر از ۶ میلیمتر نیاز دارند، مناسب نیست.
یکی از پوششهای پودری که دوام قابل توجهی به فلزات میبخشند، زینک فلیک یا داکرومات است.
- رسوب فیزیکی و شیمیایی بخار
روشهای رسوب بخار از فرآیندهای تبخیر و تراکم برای ساخت لایهها استفاده میکنند. فلز مورد نظر ابتدا تبخیر شده و سپس بر روی سطح هدف متراکم میشوند. روشهای رسوب بخار به دو گروه رسوب شیمیایی بخار و رسوب بخار فیزیکی تقسیم میشوند.
- رسوب فیزیکی بخار یا PVD
روش PVD میتواند لایههای فوق نازک از 1 تا 20 میکرومتر ایجاد کند. فرآیند یونیزاسیون یا اتمیزه شدن را میتوان با تبخیر فیزیکی ماده یا کندوپاش پلاسما انجام داد. در روش تبخیر فیزیکی، ماده فلزی ابتدا در دماهای بالا از 1000 تا 2000 درجه سانتیگراد تبخیر و در محیط خلا و تحتفشار، متراکم میشود.
در روش کندوپاش پلاسما، مواد پوششدهنده با شتاب دادن یونهای مختلف به سطح ماده از سطح خارج میشوند. یونهای تسریع شده بر سطح ماده تاثیر میگذارند و اتمهای پوشش از سطح بیرون زده و روی سطح موردنظر رسوب میکنند.
این فرآیند تحت یک سیستم الکترواستاتیک انجام میگردد که در آن ماده مورد نظر بهعنوان کاتد استفاده میشود.
از جو آرگون بهعنوان محیطی استفاده میشود که در آن گاز آرگون یونیزه میشود و یونها از طریق ماده فلزی موردنظر شتاب میگیرند و آنها را از سطح خارج میکنند. استفاده از روش کندوپاش پلاسما به دلیل انرژی جنبشی بالای یونهای ماده، چسبندگی بالایی بین سطح پایه و ماده پوششدهنده ایجاد میکند.
2. رسوب شیمیایی بخار یا CVD
تکنیک CVD همچنین از فاز گازی ماده فلزی مورد نظر استفاده میکند که بر روی سطح فلز پایه هدف، متراکم شده است. در روش CVD، بستر در دماهای بالا بیش از ۸۵۰ درجه سانتیگراد گرم میشود. این فرآیند با دمای بالا، انتخاب مواد را محدود میکند؛ زیرا تنها مواد با دمای ذوب بالا میتوانند در این فرآیند مورد استفاده قرار گیرند.
ابتدا مواد پیش ساز به محفظه واکنش داغ که در آن سطح هدف قرار دارد، وارد میشوند. پیشسازها تبخیر میشوند و روی سطح هدف جذب میشوند. مواد جذبشده ازنظر شیمیایی با یکدیگر واکنش داده و فلز، پوشش موردنظر را بر روی سطح هدف بهجا میگذارند.
فلز موردنظر یک لایه نازک غیرقابل نفوذ را روی سطح فلز پایه میپوشاند. این روش پوشش سطحی معمولاًپ در پوشش دهی فلزات و مواد سخت استفاده میشود.
- پاشش حرارتی (اسپری حرارتی)
یکی دیگر از روشهای متداول پوشش دهی فلزات، پاشش حرارتی یا اسپری حرارتی نام دارد. این فرآیند به یک منبع حرارتی ثابت مانند شعله و همچنین یک ماده پوششی متکی است. مواد پوشش معمولا بهصورت پودر هستند که از طریق شعله گرم میشود و درنتیجه، قطرات کوچکی از آنها روی سطح فلزات پاشیده میشود.
این نوع پوشش را علاوه بر سطوح فلزی، بر روی برخی از بسترهای پلاستیکی نیز میتوان اعمال کرد، زیرا این پوششها به بهبود بیشتر عملکرد جز تحت پوشش کمک میکنند. پاشش حرارتی ممکن است بهجای سایر عملیاتهای سطحی مانند آبکاری نیکل و کروم، فرآیندهای عملیات حرارتی و آنودایز استفاده شود. پوششهای حاصل از پاشش حرارتی در مقایسه با سایر فرآیندها کمی ضخیمتر است و از ۰٫۰۰۲ اینچ تا ۰٫۰۲۵ اینچ ضخامت دارند.
مهمترین روشهای پوشش دهی فلزات از طریق پاشش حرارتی شامل موارد زیر میشوند:
- سیم قوس الکتریکی
- پاشش شعلهای
- پاشش پلاسما
- سوخت- اکسیژن با سرعت بالا (HVOF)
- پوشش دهی فلزات با رنگ
پوشش دهی با استفاده از رنگ، در حقیقت یکی از کاربردهای رنگ مایع است. این تکنیک، در دسترس ترین و مقرون به صرفه ترین نوع پوشش دهی است. بسته به نوع فلز، محیط کار و نیازهای عملکردی می توان از فرمولاسیونهای مختلف رنگ استفاده کرد.
البته برخی از رنگ ها ممکن است حاوی عناصر سمی و سایر ترکیبات فرار باشند که واضحا این امر برای محیط زیست مضر است. دوام این پوششها از سایر روشهای پوشش دهی کمتر است؛ چراکه به دلیل قرار گرفتن طولانی مدت در معرض محیط، احتمال کمرنگ یا پوسته پوسته شدن وجود دارد.
پوشش دهی فلزات با چه اهدافی صورت میگیرد؟
پیشتر به بررسی روشهای پوشش دهی فلزات پرداختیم. این پوششها به عنوان لایهای محافظ عمل میکنند و با اهداف زیر بر سطح فلزات اعمال میگردند:
- دوام بیشتر
هنگامیکه پوشش بر روی سطح بیرونی یک فلز اعمال میگردد، ویژگیهای سطح فلز مربوطه را تغییر میدهد. این امر منجر به پایداری بیشتر فلز در مواجهه با عوامل مخرب شده و طول عمر بیشتری را برای آن به دنبال خواهد داشت.
- جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی
بهطور خاص، پوشش دهی فلزات به جلوگیری از اکسیداسیون و زنگزدگی آنها کمک میکند. مایعات و مواد شیمیایی میتوانند بر دوام و طول عمر محصول تاثیر منفی بگذارند. در نتیجه، این پوششها همانند یک سد نفوذ ناپذیر، از لایه فلزی زیرین خود بهخوبی محافظت میکنند.
- کاهش اصطکاک
لایه اضافی پوشش یک لایه محافظ ایجاد میکند که از میزان اصطکاک ایجاد شده بین دو قسمت متحرک جلوگیری میکند. این امر بهویژه در محافظت از قطعاتی که نیاز به حرکت مداوم دارند، بسیار مفید است.
- افزایش قابلیت تحمل بار
پوشش دهی فلزات نهتنها به ایجاد لایهای بادوام و مقاوم در برابر خوردگی برای آنها کمک میکند، بلکه میتوانند قابلیت تحمل بار محصول را نیز افزایش دهند.
- افزایش زیبایی ظاهری
برخی پوششها علاوه برافزایش دوام و کارایی فلزات، سطحی زیبا نیز برای آنها به همراه دارند. این مورد مخصوصا وقتیکه قرار است فلز موردنظر در کاربردهای تزئینی یا ظاهری یک سازه مورد استفاده قرار گیرد، اهمیت مییابد.
مزایای پوشش دهی فلزات چیست؟
بهطور کلی فرآیند پوشش دهی فلزات مزایای زیر را به همراه دارد:
- چسبندگی بهتر
- ضخامت سطح بیشتر
- زیبایی ظاهری
- مقاومت الکتریکی بالاتر
- مقاومت بیشتر در برابر نفوذ آب
- هدایت الکتریکی بهتر
- تسهیل لحیمکاری
- افزایش مقاومت شیمیایی
- سختی سطح بیشتر
- افزایش تحمل گشتاور
جمع بندی
در این مطلب به بررسی انواع روشهای پوشش دهی فلزات، علت اهمیت آن و مزایای پوشش دهی پرداختیم. آنودایز کردن، گالوانیزاسیون، رسوب دهی الکتریکی، پوشش پودری، رسوب فیزیکی و شیمیایی بخار و پوشش به کمک رنگ، از انواع روشهای رایج پوشش دهی فلزات هستند. پوشش سطح فلزات منجر به افزایش مقاومت، کاهش احتمال خوردگی و زنگ زدگی، هدایت الکتریکی بهتر، سختی سطح بالاتر و غیره میگردد.
منبع (Resource): 5 Most Common Types of Metal Coatings that Everyone Should Know About
سوالات متداول
پوشش دهی فلزات چیست؟
پوشش دهی فلزات به انگلیسی Metal Coating نام دارد و روشی است که برای حفاظت از فلز و کاهش شکست و اندازه آن استفاده میشود.
انواع روش های پوشش دهی فلزات کدام است؟
آنودایز کردن، گالوانیزاسیون، رسوب دهی الکتریکی، پوشش پودری، رسوب فیزیکی و شیمیایی بخار و پوشش به کمک رنگ از انواع روشهای پوشش دهی فلزات به شمار میآیند.