اهداف آنادایز کردن آلومینیوم و مراحل آن
خوردگی پدیده‌ای هجومی و فراگیر است که موجب تخریب و تغییر ماهیت مواد طبیعی و مصنوعی می‌شود. خوردگی در سازه‌ها و محصولات فلزی می‌تواند باعث به خطر افتادن سلامتی انسان‌ها و تخریب محیط زیست شود. زیان‌های ناشی از خوردگی محصولات فلزی، از مهم‌ترین عوامل ایجاد ضایعات در صنایع مختلف جهان است. اما خسارات ناشی از انواع گسترده خوردگی در صنعت تنها به صورت انحلال، اکسید شدن و تغییر رنگ فلزات اتفاق نمی‌افتد. صدمات ناشی از خورگی ممکن است به صورت ترک خوردن، گسستن، کاهش یا از بین رفتن مقاومت مکانیکی و قابلیت انعطاف‌پذیری فلزات خود را نشان بدهد.
در برخی موارد نیز ممکن است، محصولات ناشی از خوردگی با چشم غیرمسلح قابل رویت نبوده و در اثر خوردگی کاهش وزن محسوسی اتفاق نیفتد. در سال‌های اخیر از بین رفتن ساختمان‌ها، پل‌ها و سازه‌ها در اثر خوردگی، همراه با خطرات ناشی از نشت مواد، انفجار مخازن، راکتورهای مواد شیمیایی، آلودگی‌های محیطی و خطرات بهداشتی برای محیط‌ها و افراد بوده است. به همین دلیل علم و تکنولوژی به هدف جلوگیری از به خطر افتادن سلامتی انسان‌ها و محیط زیست و همچنین کاهش زیان‌ها و ضایعات، به کمک صنعت آمده است.
زنگ زدن به طور خاص نوعی از خوردگی آلیاژی آهن و فولاد است. در حالی که خوردگی شامل همه فلزات می‌شود. شرایط اقلیمی و تنوع آب و هوایی در ایران، باعث آسیب‌پذیری بالای تجهیزات و سازه‌های فلزی در برابر خوردگی شده است. بنابراین می‌توان حدس زد که استفاده از روش‌های پیش‌گیری خوردگی فلزات تا چه حد برای همه صنایع ضروری است. آلومینیوم از جمله پرمصرف‌ترین فلزات در صنایع مختلف کشور است. با استفاده از روش‌های پیش‌گیری از خوردگی آلومینیوم نظیر آنادایز می‌توان تا حدود زیادی از ایجاد خسارات و ضایعات جلوگیری کرد. در این مقاله از آهن‌آنلاین به بررسی این روش پرکاربرد خواهیم پرداخت. اگر علاقه‌مند به دانش بیشتری درباره فرآیند آنادایز آلومینیوم هستید، با ما همراه باشید.
آنادایز به مجموعه عملیات پوشش‌دهی سطحی آلومینیوم گفته می‌شود که منجر به تشکیل لایه اکسیدی نازکی روی سطح می‌شود. در نتیجه آنودایز سطح آلومینیوم به سختی و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، زیبایی سطحی و تغییر برخی خواص فیزیکی دست پیدا می‌کند.
دلایل و اهداف آنادایز کردن آلومینیوم و محصولات آن چیست؟
مطالعات و بررسی‌ها نشان داده است که خسارات ناشی از خوردگی حدود 2 تا 4 درصد تولید ناخالص ملی است. در حالی که می‌توان با استفاده از روش‌های مناسبی نظیر آنادایز، این هزینه‌ها را کاهش داد و عمر مفید محصولات و تجهیزات آلومینیومی را افزایش داد. با اینکه قیمت ورق آلومینیوم آنودایز شده بیش از ورق آلومینیوم بدون پوشش آنادایز است، اما در طولانی مدت استفاده از ورق آلومینیوم آنادایز شده اقتصادی‌تر و با طول عمر بالاتر خواهد بود. آلومینیوم فلزی پرمصرف است که به سبب برخورداری از ویژگی‌های منحصربه‌فرد، بسیار ارزشمند است.
شاید دانستن این نکته جالب باشد که فلز آلومینیوم عضوی از خانواده عنصری بور است و به همین دلیل مانند دیگر عناصر این خانواده به سرعت اکسید می‌شود تا در شرایط عادی بسیار بی‌اثر باشد. بنابراین فلز آلومینیوم به صورت طبیعی دارای مقاومت به خوردگی است و این یکی از دلایلی است که باعث محبوبیت آلومینیوم در کاربردهای صنعتی شده است. در واقع شکل طبیعی و خالص آلومینیوم به شدت واکنش‌پذیر است و سطح آن به محض قرار گرفتن در معرض هوا، با اکسیژن واکنش داده و لایهای از اکسید آلومینیوم بر روی آن تشکیل می‌شود.
با اینکه این لایه اکسیدی به عنوان محافظی در برابر واکنش‌های بعدی عمل می‌کند، اما این لایه بسیار نازک بوده و به راحتی با خراش از بین می‌رود. هر بار که این لایه محافظ از بین برود، سطح فلز بار دیگر با اکسیژن واکنش داده و تشکیل اکسید آلومینیوم می‌کند. در نتیجه تشکیل مداوم این لایه اکسیدی می‌تواند باعث محافظت و دوام فلز شود. فلز آلومینیوم تحت برخی شرایط به شدت دچار خوردگی می‌شود. این شرایط شامل موارد زیر است:
- شرایط اسیدی و قلیایی شدید (PH زیر 4 و بالاتر از 9)
- قرار گرفتن مداوم در معرض رطوبت
- فضاهای داخلی تهویه نشده و محصور
- محیط‌های دریایی
- شرایط مستعد خوردگی گالوانیک
شرایط ذکر شده در بسیاری از محیط‌های کاری که از فلز آلومینیوم استفاده می‌شود، حاکم است. علاوه بر این فلز آلومینیوم به خوبی با بتن مخلوط نمی‌شود و ترکیبات قلیایی موجود در بتن مرطوب می‌تواند با آلومینیوم واکنش داده و فرآیند خوردگی را آغاز کند. بنابراین آلومینیوم مورد استفاده برای در و پنجره و قاب‌های ساختمانی بدون ایجاد محافظت در برابر خوردگی قابل استفاده نیست. به طور کلی فلز آلومینیوم بسیار مستعد خوردگی گالوانیک و حفره‌ای است. این دو نوع خوردگی به سبب حضور رطوبت و نمک در محیط کاری فعال شده و منجر به تخریب فلز می‌شوند. با توجه به آسیب‌پذیری آلومینیوم در برابر انواع خوردگی، محافظت از سطح آلومینیوم به هدف افزایش کیفیت و کارایی، گسترش دامنه مصرف آن ضروری است. در همین راستا با استفاده از روش‌های شیمیایی و الکترولیتی لایهای از اکسید آلومینیوم با کیفیت‌های متفاوت بر سطح فلز پوشش داده می‌شود. به روش اجرایی این اعمل پوشش اصطلاحا آنادایز گفته می‌شود.
آنادایز فلز آلومینیوم علاوه بر ایجاد مقاومت در برابر خوردگی به اهداف زیر نیز انجام می‌شود:
- افزایش قدرت چسبندگی رنگ‌ها به سطح فلز: آنادایز سطح فعال شیمیایی جهت چسبندگی رنگ را فراهم می‌کند.
- به عنوان یکی از مراحل آبکاری: تخلخل موجود در لایه اکسیدی-آندی قابلیت آبکاری قطعات را افزایش می‌دهد.
- ایجاد نمای ظاهری مناسب برای دکوراسیون: سطح آلومینیوم آنادایزشده از ظاهری درخشان برخوردار است.
- عایق‌کاری: این لایه عایق مناسبی در برابر ولتاژهای بالا است.
مراحل آنادایز ورق آلومینیوم
آنادایز به مجموعه عملیات پوشش‌دهی سطحی آلومینیوم گفته می‌شود که منجر به تشکیل لایه اکسیدی نازکی روی سطح می‌شود. در نتیجه آنودایز سطح آلومینیوم به سختی و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، زیبایی سطحی و تغییر برخی خواص فیزیکی دست پیدا می‌کند. اما دست‌یابی به تمام اهداف ذکر شده در بخش قبل، مستلزم انجام تمامی مراحل آنادایز با دقت کافی است. این مراحل شامل موارد زیر است.
عملیات قبل از آنادایز شامل مراحل زیر است:
- آماده‌سازی سطح قطعه: این مرحله تاثیر چشم‌گیری در نظم و یکدستی پوشش ایجاد شده دارد و به منظر از بین رفتن نواقص سطحی فلز انجام می‌شود. مراحل آماده‌سازی سطح قطعه شامل موارد زیر است:
آنیل کردن: آنیل یا بازپخت فشارها و تنش‌های مکانیکی پسماند در سطح نمونه را کاهش داده و منجر به افزایش اندازه دانه می‌شود.
چربی‌گیری برقی یا قلیایی: در این مرحله سطح فلز با استفاده از محلول‌هایی نظیر استون و اتانول با استفده از امواج فراصوتی شسته می‌شود. این مرحله از ایجاد ناخالصی بین لایهای جلوگیری می‌کند. - پولیش کردن: این مرحله بسیار مهم می‌تواند با روش الکتروشیمیایی، مکانیکی یا شیمیایی انجام شود. برای فلز آلومینیوم اغلب از دستگاه الکتروپولیش استفاده می‌شود.
- اسیدشویی: از مایع حاوی اسید جهت پاکسازی سطح فلز از ناخالصی‌ها در سطوح بسیار کوچک استفاده می‌شود.
عملیات آنادایزینگ شامل مراحل زیر است:
آندایزینگ: عملیات آندایزینگ نیاز به تجهیزاتی دارد که حضور آن‌ها ضروری است. تانک یکی از مهم‌ترین تجهیزات است که عملیات آنودایز درون آن انجام می‌شود. بدنه تانک باید در برابر خوردگی با اسیدها به خصصو اسیدسولفوریک مقاوم باشد. پوشش سرب، لاستیک سخت، آجرهای ضداسید و انواع پلاستیک‌ها از جمله پوشش‌های مقاوم به خوردگی با اسید هستند که می‌توانند بر روی بدنه تانک اعمال شوند. کاتد از دیگر تجهیزات ضروری آندایزینگ است که می‌تواند از جنس سرب، آلومینیوم یا گرافیت انتخاب شود. برای عملیات آنادایز آلومینیوم از الکترولیت‌های اسیدسولفوریک، اسید کرومیک، اسید اگزالیک و یا ترکیبی از این اسیدها استفاده می‌شود. لوله‌های باد، هم‌زن‌های مکانیکی و حرکات نوسانی نیز تجهیزاتی هستند که برای یکنواخت نگه‌داشتن دمای تمام نقاط داخل حمام استفاده می‌شوند. در این مرحله سطح فلز درون تانک و در محلول الکترولیت قرار می‌گیرد. فلز به واسطه نیروی الکتریکی آنادایز شده و لایه اکسید آلومینیوم روی آن تشکیل می‌شود.
عملیات پس از انجام آنادایزینگ شامل مراحل زیر است:
- رنگ‌کاری: در صورتی که هدف از انجام آندایزینگ ایجاد لایه پیش‌رنگ باشد، پس از آن رنگ‌کاری انجام می‌شود.
- سیل‌کاری: لایه اکسیدی ایجاد شده در عملیات آنادایز دارای تخلخل است. به همین دلیل می‌تواند گرد و خاک و روغن را به خود جذب کند. در این مرحله تخلخل‌های لایه اکسیدی پر یا آب‌بندی می‌شود. به این منظور می‌توان از آب و بخار آب یا محلول 5 درصد دی کرومات پتاسیم استفاده کرد.
- خشک کردن
[button url="https://ahanonline.com/147251/ورق-آلومینیوم-چیست؟/" text="بیشتر بدانید: ورق آلومینیوم چیست؛ انواع آن"]
آنادایز کردن فلزات دیگر
وقتی صحبت از عملیات آنودایز می‌شود، توجه همه ما به فلز آلومینیوم و تشکیل لایه اکسید آلومینیوم جلب می‌شود. در حالی که فلزاتی مانند روی، تنگستن، تیتانیوم و منیزیم نیز می‌توانند آنادایز شوند. آنادایز عبارت است از ضخیم کردن لایه اکسیدی که به صورت طبیعی روی سطح فلزات در مجاورت با هوا تشکیل می‌شود. بنابراین فلزاتی را می‌توان آنادایز کرد که به صورت طبیعی چنین لایهای را تشکیل بدهند. برای مثال فولاد و آهن فلزات مناسبی جهت عملیات آنودایز نیستند. زیرا حین عملیات لایه‌لایه می‌شوند. لایه اکسیدی تشکیل شده در سطح هر فلز ترکیبی از اکسیژن و عناصر فلز پایه است. به همین دلیل رنگ لایه اکسیدی محافظ تشکیل شده روی فلز تابعی از اجزای تشکیل‌دهنده آلیاژ پایه است.
مزایای آلومینیوم آنادایز شده
با توجه به مطالبی که ذکر شد، کاملا مشخص است که بزرگ‌ترین مزیت آلومینیوم آنادایز شده، مقاومت به خوردگی بالاتر آن است. اما علاوه بر این، مزیت‌های قابل توجه دیگری نیز نسبت به آلومینیوم بدون پوشش برای آن وجود دارد که در ادامه عنوان می‌شود:
- افزایش قدرت چسبندگی رنگ: از آلومینیوم آنادایز شده می‌توان به راحتی به عنوان بستر و پایه‌ای جهت رنگ استفاده کرد و به این ترتیب در مصارف آن تنوع رنگی زیادی به وجود آورد.
- نما ظاهری زیبا: نوع آلیاژ، روش‌های پولیش و پاکسازی سطح از عواملی هستند که بر کیفیت سطح نهایی تاثیرگذار هستند. اما به طور کلی آلومینیوم آندایز شده از سطحی درخشان و براق برخوردار است که می‌توان آن را در مصارف تزئینی به کار برد.
- ایجاد قابلیت عایق‌کاری: لایه اکسیدی تشکیل شده روی سطح آلومینیوم عایق برق تا چندین هزار ولت است.
- افزایش مقاومت سایشی: آندایزینگ سخت قطعات آلومینیومی باعث ایجاد لایه‌های ضخیمی از اکسید می‌شود. این لایه با سختی بالا دارای مقاومت سایشی است و چنین فلز آلومینیومی می‌تواند در ساخت قطعاتی که نیازمند مقاومت سایشی هستند استفاده شود. مانند یاتاقان‌ها و قطعات دوار
- ایجاد قابلیت کنترل درزهای سطحی: در صورتی که برای عملیات آنادایز از حمام اسید کرومیک استفاده شود، پوشش ایجاد شده می‌تواند به عنوان یک عامل بازرسی جهت کشف و بررسی درزهای سطحی موجود روی ورق یا قطعات آلومینیومی عمل کند. برای این کاربرد قطعات پس از آنادایز شدن به سرعت شسته و خشک می‌شوند. اسید کرومیک باقی‌مانده در درزها و ترک‌های ریز بیرون زده و موقعیت سطحی عیوب نمایان می‌شود.
به طور کلی استفاده از آلومینیوم آندایز شده نسبت به آلومینیوم بدون لایه اکسیدی، منجر به دوام و طول عمر بالای قطعات و سازها می‌شود. از مزایای دیگر استفاده آلومینیوم آنادایزشده سازگاری آن با محیط زیست است. این قابلیت به آلومینیوم آنادایزشده قابلیت بازیافت را ارائه می‌دهد. علاوه بر این آلومینیوم آنادایز شده می‌تواند در نهایت رنگ‌های متنوع و زیبایی داشته باشد. در نتیجه عملیات آنادیز، قطعه آلومینیومی خواهیم داشت که علاوه بر مقاومت به خوردگی، از ظاهر زیبایی برخوردار بوده و به آسانی قابل شستشو با آب گرم بوده و نیازی به تمیزکاری و صرف هزینه‌های نگهداری نخواهد داشت.
[button url="https://ahanonline.com/158551/خواص-آلومینیوم/" text="بیشتر بدانید: خواص آلومینیوم"]
جمع‌بندی
امروزه تکنولوژی در جهت ارائه شیوه‌های بهتر برای کنترل خوردگی فلزات تلاش می‌کند. آنادایز نیز یکی از شیوه‌های موثر و بسیار پرکاربرد در جهت محافظت سطح آلومینیوم در برابر خوردگی است که از آن در بسیاری از بخش‌های مهم صنعت استفاده می‌شود. با وجود مصارف بالای آلومینیوم در صنعت، می‌توان حدس زد که شیوه‌های محافظت آن در برابر خوردگی تا چه اندازه می‌تواند به نفع صنایع و در نهایت اقتصاد کشورها داشته باشد. عملیات آنادایز آلومینیوم می‌تواند باعث جلوگیری از تلفات و زیان‌های زیادی در صنایع مختلف شود. اما همه این مزایا در صورتی کارایی خواهند داشت که همه مراحل آن با نظارت دقیق و دقت کافی انجام شود. با توجه به مطالب عنوان شده به نظر شما انجام عملیات آنادایز آلومینیوم در چه محیط‌هایی ضرورت بیشتری دارد و در چه موارد استفاده از آلومینیوم بدون پوشش آنادایز ضرورتی ندارد؟
منابع
- کتاب اصول تئوری و عملی آندایزینگ آلومینیوم/ دکتر محمدتقی صالحی/ مهندس حسین بیدختی/ سال ۱۳۸۰/ دانشگاه علم و صنعت ایران
- کتاب مهندسی خوردگی/ مارس فونتانا/ ترجمه دکتر احمد ساعتچی/ سال ۱۳۹۴/ نشر جهاد دانشگاهی (دانشگاه صنعتی اصفهان)
- سایت ایران مواد
- سایت ایتان (شبکه کانون‌های تفکر ایران)
