اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی

پوشش سطحی PEO مقاومت در برابر سایش ، مقاومت در برابر خوردگی، پایداری شیمیایی و حرارتی قابل توجهی دارد. این تکنولوژی منحصر به فرد برای فلزات سبک مانند آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم و و آلیاژ های آنها استفاده می شود.

فرآيند اکسيداسيون پلاسماي الکتروليتي

فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی با یک منبع جریان مستقیم ، الکترود آند و کاتد انجام می شود. در این روش، الکترود آند همان قطعه مورد نظر برای پوشش دهی می باشد. همچنین محلول الکترولیت در این روش معمولا بر پایه محلول سولفاتی، سیلیکاتی و یا بوراتی می باشد. لازم به ذکر است که در فرآیند پوشش PEO جریان ثابت بوده و ولتاژ افزایش می یابد. این افزایش ولتاژ تا زمانی ادامه می یابد که رشد لایه اکسیدی روی سطح متوقف شود و جرقه های ریزی مشاهده شود.

در حمام الکترولیتی، تخلیه الکتریکی شدیدی اتفاق می افتد که سبب تشکیل ساختاری متخلخل شده و استحکام چسبندگی را افزایش می دهد. از پوشش حاصل از اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی در صنایع مختلفی مانند سازه های دریایی ، تجهیزات هوایی و همچنین در علوم پزشکی (مانند پوشش ایمپلنت ها) استفاده می شود.

فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی

فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی نسبت به بسیاری از دیگر روش های پوشش دهی به تجهیزات پیچیده کمتری نیاز دارد. این فرآیند بدون نیاز به کوره یا تفنگ پلاسما و شرایط خلا انجام می شود. همچنین در این فرآیند از مواد اولیه خطرناک استفاده نمی شود.

آماده سازی پیش از عملیات در پوشش PEO آسان تر است. به عنوان مثال، در بسیاری از موارد اجزای آلومینیومی ممکن است فقط به چربی زدایی جزئی نیاز داشته باشند. در مقایسه، بیشتر فرآیندهای آنودایز کردن و آبکاری به تمیزکاری سطحی با شدت بالاتری نیاز دارند که برای اطمینان از حصول یک پوشش با کیفیت بالا، نیاز به مراحل چربی زدایی، اچ کردن و … دارند.

علت اینکه چگونه می توان از PEO برای تنظیم و کنترل دقیق خواص مواد مورد نظر استفاده کرد در فرآیند منحصر به فرد آن نهفته است. به طور کلی، این فرآیند سه مرحله را دنبال می کند که در ادامه به توضیح هر یک پرداخته شده است.

مرحله اول: اکسیداسیون زیرلایه

در این مرحله، قطعه سبک از جنس فلز خالص یا آلیاژ در حمام الکترولیت قرار می گیرد. ترکیب حمام با توجه به ویژگی های هدف پوشش حاصل از اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی متفاوت است، اما معمولاً یک محلول آبی رقیق اختصاصی است. این محلول عاری از کروم و سایر فلزات سنگین است و برخلاف سایر فناوری های پوشش دهی، یکبار مصرف و تمیز است.

در این مرحله یک جریان ولتاژ بالا، معمولاً 200 ولت یا بیشتر، از محلول عبور می کند. بسته به ویژگی های پوشش مورد نظر، رژیم های الکتریکی مختلفی استفاده می شود. به عنوان مثال، تغییر قطبیت یک بستر آلومینیومی باعث ایجاد تغییراتی در نحوه رشد می شود.

مرحله دوم: اصلاح پلاسما

افزایش دما در سطح آلیاژ که ناشی از پتانسیل های بالای ایجاد شده توسط جریان درون الکترولیت می باشد، باعث تخلیه پلاسما در سطح زیرلایه می شود. پلاسما به نوبه خود شرایط ایده آل دما و فشار بالا را فراهم می کند و یک اکسید، عمدتاً کریستالی، از بستر فلزی سبک تشکیل می دهد.

در روش آندایز مرسوم، مکانیزم رشد پوشش باعث ایجاد ترک های ضخیم یا شکاف هایی در لایه محافظ و در گوشه ها یا سطوح ناهموار می شود. به همین دلیل برای افزایش قابلیت مقاومت در برابر خوردگی اجزای آندایز شده سخت، آب بندی یا عملیات اضافی لازم است. همچنین، این عملیات استحکام خستگی یک جزء را کاهش می دهد و به عنوان عامل افزایش دهنده تنش عمل می کند.

در فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی از پلاسما برای اصلاح پوشش در طول فرآیند رشد استفاده می شود. همچنین اصلاح پلاسما خواص دیگری مانند غیرفعال بودن شیمیایی، سختی پایین و پایداری حرارتی خوبی را ایجاد می کند.

مرحله سوم: ترکیب عناصر الکترولیت با پوشش

فرآیند اصلاح پلاسما، عناصر الکترولیت را قادر می سازد تا در ترکیب سرامیکی لایه گنجانده شوند. تخلیه الکتریکی ناشی از پلاسما روی سطح، موجب ایجاد منافذی روی سطح قطعه می شود. منافذ ناشی از این تخلیه الکتریکی روی ساختار سطحی این امکان را فراهم می کنند تا لایه بیرونی را با معرف های بهبود دهنده عملکرد اشباع کند.

همچنین سطح حاصل از تخلیه پلاسما باعث می شود که لایه های پوشش اضافی اعمال شود که به شدت به لایه خارجی اکسید متخلخل می چسبند. این بدان معناست که مهندسان می توانند عناصری را برای تنظیم خواص پوشش به طور خاص برای کاربرد مدنظر انتخاب کنند.

پوشش متخلخل

پوشش دهی آلومینیوم با روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی

از آنجایی که آلومینیوم در فرآیند تولید و ساخت قطعات صنعتی از فولاد ارزان تر است، عمدتا به عنوان جایگزینی برای فولاد ضد زنگ به کار برده می شود. با ایجاد لایه اکسیدی غیر فعال با روش های آندایزینگ یا اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی بر سطح آلومینیوم ، می توان مقاومت در برابر خوردگی قطعه مورد نظر را بالا برد. لازم به ذکر است که با روش PEO می توان سخت ترین پوشش ها را بر روی آلیاژهای آلومینیوم ایجاد کرد.

ویژگی های فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی

در فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی از الکترولیت های قلیایی استفاده می شود که ترکیب آنها برای سرعت پوشش و خواص لایه آندی که تشکیل می شود بسیار مهم است. این الکترولیت ها از نظر محیطی قابل قبول هستند.

در این فرآیند از جریان متناوب در ولتاژ بالا استفاده می کند. با توجه به این ولتاژ بالا، میکرو پلاسما تولید می شود که الکترودها را احاطه کرده و یون های اکسیژن تولید شده در پلاسما از طریق لایه آندی در بستر آلومینیومی پخش می شوند و واکنش داده و لایه های آندی با ضخامت بیشتری را تشکیل می دهند.

در فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی نیازی به حفظ دقیق دمای حمام نیست. در واقع، پوشش های رضایت بخشی را می توان با تغییرات دما حتی تا 10 الی 20 درجه سانتیگراد به دست آورد، بنابراین این ویژگی فرآیند را بسیار ساده تر می کند.

اکسيداسيون پلاسماي الکتروليتي

در اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی ، ترکیب الکترولیت برای انواع مختلف پوشش متفاوت است و بسته به نوع معرف های مورد استفاده، می توان سرعت رشد اکسید را تغییر داد. لازم به ذکر است که حرارت ورودی ناچیز در این فرآیند، خواص مکانیکی زیرلایه را تضعیف نمی کند و همچنین به کمک این فرآیند می توان فارغ از شکل و اندازه قطعه، فرآیند پوشش دهی را انجام داد.

هزینه اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی

به طور کلی هزینه اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی پایین است و به دلیل سادگی فرآیند و سازگار بودن با محیط زیست مورد توجه قرار گرفته است. اگرچه با این روش می توان بر روی انواع شکل های هندسی پوشش دهی را انجام داد، اما اندازه قطعه مورد نظر می تواند روی هزینه نهایی این فرآیند تاثیرگذار باشد. به عنوان مثال هرچه قطعه مورد نظر بزرگتر باشد، محلول الکترولیتی بیشتر و محفظه بزرگتری برای انجام عملیات نیاز می باشد. در نتیجه هزینه اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی برای قطعات بیشتر از قطعات کوچکتر می باشد.