پوشش فلزی و انواع آن

هر فلزی که بتواند به روش های الکتریکی ،شیمیایی یا مکانیکی رسوب نماید ،می تواند به عنوان پوشش محافظ مورد استفاده قرار گیرد . پوشش های فلزی که به عنوان روش های تجارتی اجرا می شود تا حدودی دارای خلل و فرج می باشد ،همچنین در هنگام حمل ونقل و یا در ضمن کار ممکن است صدمه ببیند .از این رو وجود منافظ یا نقاط خراشیدگی و در نتیجه بروز پدیده گالوانیکی عامل مهمی در عمل کرد آنها می باشد.

لذا از نقطه نظر جنس و خواص این پوشش ها و مسائل خوردگی ناشی از آن ،گوشش های فلزی را می توان به دو دسته تقسیم نمود:

((پوشش های فلزی مقاوم یا نجیب و یا کاتدی ))و ((پوشش های فلزی فدا شونده یا آندی ))

پوشش های نجیب یا کاتدی ،مانند نیکل ،نقره،مس،سرب،کروم(و در مواردی طلا و تیتانیوم) در روی فولاد که با توجه به جدول تانسیون یا سری گالوانیکی نصبت به فلز پایه (قطعات مورد نظر )مقاوم تر می باشد ،به طوری که در منافذ یا نقاط خراشیدگی به علت ایجاد پیل ها و جریان های گالوانیکی ،منجر به خوردگی و انهدام فلز پایه می گردد البته این نوع پوشش ها در حالت ایده آل محافظت خوبی در برابر خوردگی می نماید چون معمولا مقاومت خوردگی بیشتر از فلز پایه می باشد ،ولی همان طوری که گفته شد ،مهم این است که پوشش های نجیب چنان سالم و مناسب ایجاد شده باشد که دارای مناقذ کمتری باشد و به علاوه این منافذ تا حد امکان ریز تر باشد به طوری که نفوذ آب یا مواد خورنده به سهولت انجام نگیرد .در اغلب موارد با افزایش ضخامت پوشش ،این عیب تا حدود زیادی مرتفع می گردد .در برخی موارد منافذ را توسط لاک های مختلف و ا فلزات دیگری که زود تر ذوب شده و در دمای بالا می تواند در پوشش نفوذ نماید پور می کنند (مثلا  Zn یا  Sn ودر داخل Ni ). در شرایطی خواص و با ایجاد رویین سازی ،بعضی از فلزات مانند آلومینیوم روی و کادمییوم با برگشت پلاریته می تواند به عنوان پوشش های نجیب به کار رود .

پوشش های فلزی فدا شونده یا آندی :روی ،آلومینیوم ،کادمیوم و قلع در روی فولاد نسبت به فلز پایه مقاومت خوردگی کمتری داشته و در صورت که منافذ و ترک هایی درآنها وجود داشته باشد در پیل گالوانیکی که تشکیل می شود ،فلز پایه نقش کاتد را دارد و بیشتر محافظت  می گردد. مادامی که پوشش در اتصال الکتریکی با قطعه است و جریانکافی وجود دارد ،خوردگی در فلز پایه رخ نمیدهد ،بنا بر این میزان خلل و فرج در پوشش های فدا شونده بر خلاف موقعیت شان در پوشش های نجیب اهمیت ندارد و مسئله ای ایجاد نخواهد کرد .به طور کلی هر چه این پوشش ها ضخیم تر باشد ،مدت محافظت نیز به همان اندازه زیادتر خواهد بود .مساحت فلز پایه که به این صورت تحت حفاظت کاتدی قرار می گیرد ،بستگی به قابلیت هدایت محیط (الکترولیت)دارد ،مثلا در مورد پوشش Zn در روی فولاد و در آبهای با قابلیت هدایت کردمانند آب مقطع یا آبهای شیرین ،اگر وسعت لکه ی معیوب در حدود سه میلی متر باشد ،ممکن است خوردگی از مرکز آن شروع شود ،ولی در آب دریا که قابلیت بالایی دارد ،این پوشش می تواند فولاد را حتی تا فاصله چند دسیمتری محافظت نماید . این اختلاف ناشی از آن است که در آبهای با هدایت بیشتر شدت جریان کافی برای حفاظت کاتدی می تواند تا فواصل قابل ملاحظه ای انتشار یابد .در صورتی که در آبهای با هدایت کمتر ،شدت جریان کاتدی نسبت به فاصله نقاط بدون پوشش کاهش می یابد .

روش های اجرایی پوشش های فلزی

در عمل با توجه با شرایط موجود ،حساسیت مسئله ، حجم کار ،نوع جنس پوشش یا فلز پایه ،و عوامل دیگر مخصوصا جنبه های اقتصاد آن ،  روش های مختلفی برای اجرای پوشش های فلزی به کار می رود که در زیر که مهم ترین روشهای معمول اشاره میگردد :

یکی از روش های عمومی در اجرای پوشش های فلزی (( غوطه ور سازی در مذاب )) و یا روش اندود کردن است که در آن  قطعات مورد نظر را در حوض چه هایی از فلز مذاب پوشش قرار می دهند روش مهمی که کاربرد و مذایای فراوانی دارد ((آبکاری )) می باشد که در آن قطعه مورد نظر را همراه با یک الکترود دیگر در محلول نمک فلزی که برای پوشش در نظر گرفته شده است ،قرار می دهد و به وسیله ی جریان برق یک سو ،عمل الکترولیز را انجام می دهند .در طریقه ی الکترولیز مشخصات پوشش بستگی به عوامل مختلف از جمله :دما،شدت جریان ،زمان ترکیب شیمیایی حمام دارد .با تنظیم شرایط حمام می توان پوشش های گوناگونی از قبیل مات ،براق،نرم،سخت، با انعطاف،شکننده،ضخیم و نازک تهیه نمود .آبکاری ممکن است برای ایجاد پوششی از یک فلز یا لایه هایی از فلزات مختلف و یا لایه ای از آلیاژ ومعین انجام شود .به عنوان مثال در سپر اتومبیل ها یک لایه ی زیری از مس (برای چسبندگی بهتر )و یک لایه سطحی از نیکل (برای مقاومت خوردگی )و سر انجام یک لایه ی نهایی نازک از کروم (بیشتر از لحاض براق بودن و ظاهر مناسب تر ) وجود دارد .

در روش ((پاششی )) از وسیله ی مخصوصی استفاده می گردد که در آن فلز پوششی را ذوب نموده و به کمک جریانی از هوای فشرده به شکل پودر یا ذرات ریز بر روی سطوح مورد نظر می پاشند پوششی که به این طریق ایجاد می شود ، دارای خلل و فرج زیادی است ،ولی دارای این میزت است که چسبندگی خوبی داشته و در ضمن با افزایش ضخامت(و کنترل مناسب آن) می توان تعداد منافذ را کاهش داد کاهش این منافض را با صمغ های ترموپلاست پر می کنند که این عمل خود محافظ بیشتری را به وجود می آورد.

روش دیگر طریقه ی ((نفوذی یا سمنتاسیون))است که در آن قطعه مورد نظر را در دماهای بالا بر روی لایه ای از مخلوط پودر فلز پوششی و یک ماده ی روان ساز می غلتانند ،به طوری که فلز پوششی بتواند به داخل فلز قطعه مورد نظر نفوذ نماید.پوشش های آلومینیوم و روی را می توان به این طریق انجام داد .این روش را ((رنگی کردن))نیز می نامند پوشش های فلزی را گاهی توسط ((واکنش فاز گازی))انجام میدهد مثلا اگر را تبخیر نموده و از روی فولاد از دمای C1000 عبور دهند ،ایجاد قشری از آلیاژ  Cr-fe در سطح آن می شود که حاوی حدود 30 درصد کروم  می باشد.

                                    (در آلیاژ با Fe)             

 

 

آلیاژهای سطحی مشابهی ازSi  که حدود SI%19 داشته باشد را در نتیجه واکنش آهن با بخار  در c900-800 تهیه می نمایند.

پوشش های فلزی را می توان توسط واکنش های احیای شیمیایی در محلول های املاح فلزی به وجود ،در این صورت فلز را سب تشکیل یک روکش بر روی  فلز پایه می نماید که آن را ((آبکاری بدون جریان برق ))می نامند.

روش دیگری که اقلب در صنعت نفت و صنایع شیمیایی معمول است ((روکش دادن)) و یا ((غلاف کاری )) است که در ان صفحاتی از فلزات و آلیاژهای مقاوم تر در برابر خوردگی را بر روی قطعات و دستگا هایی که از فلزات معمولی و ارزان تر ساخته شده است ،روکش می کند این عمل توسط ((نورد ))ورقه هایی با ضخامت های مورد نیاز یا به وسیله ی شکل دادن و یا به روش ((اتصال انفجاری))و یا به وسیله ی شعله یا به روش آبکاری و یا به روش های مکانیکی (فشاری) صورت می گیرد . از آنجایی که در این نوع پوشش دادن جنس روکش نسبت به جنس اصلی قطعه، کاتدی می باشد ،لذا در صورت وجود منفذ و یا ترک هایی در روکش ،فلز پایه (اصلی) به صورت آند عمل می کند و شدیدا خورده خواهد شد. گاهی نیز لایه هایی نازکی از فلزات مقاوم را به وسیله ی جوشکاری در جدار ظروف روکش می دهند .به هر حال روش روکش دادن مزایای اقتصادی زیادی را بر دارد، به طوری که ظروف با فشار بالا را که اغلب ضخامت های خیلی زیادی (ووزن بسیار زیادی)دارد، از فلز ارزان قیمتی (فولاد کربنی و معمول ) می سازند و در سطح داخلی آن روکشی از یک آلیاژمقاوم و گران قیمت اجرا می نمایند.

روش های دیگر برای انجام پوشش های فلزی عبارت است از ((رسوب در خلاء)) و ((آبکاری با هجرت الکترونی))و ((ریختگی)). در زیر ،آن عده از پوشش های فلزی که در صنعت بیشتر مورد استفاده است ،از نظر می گذرد.

تمیزکاری و آماده سازی سطح

تمیز کاری و آماده سازی سطح

همان طوری که قبلا اشاره شد و از آنجایی که پوشش ها در روی سطوح مناسب و تمیز چسبندگی ،مقاومت و عمر مفید بهتری دارد ،لاذا نخستین و اساسی ترین مرحله در اجرای عملیات پوشش به ویژه در مورد مواد سنتتیک ،آماده گی سطحی می باشد. در عملیات کوشش دادن غالبا     هزینه ی کل کار جهت آمادگی سطح در نظر گرفته میشود . بدین ترتیب ملاحظه می گردد که در صورت از بین رفتن پوشش به علت نا مناسب بودن سطح ،  مخارج به هد ر می رود : در حالی که اگر خود پوشش ضایع گردد فقط هزینه را لازم داد تا مجدادا پوشش داده شود البته مواردی نیز وجود دارد که انجام این مرحله را غیر ممکن یا مشکل می سازد مثلا مواقعی که بوجه کافی در اختیار نیست یا موقتا صرفه ی اقتصادی نداشته باشد یا زمان کافی برای اجرای عملیات نباشد ،و یا به علت احتمال وجود آلودگی ها و خطرات ناشی از تمیز کاری مشکلات دیگری به وجود آید ، و آخر الامر در حالتی که احتمال بروز خطرات آتش سوزی وجود داشته باشد .

پوشش ها

استفاده از پوشش روکش یا لایه های محافظ به منظور های گوناگون ودرراس آنها جهت ایجاد مانع و جدایی بین اجسام و محیط اطراف از زمانهای بسیار قدیم معمول و مرسوم بوده است به طوری که در مورد شروع اقدامات اولیه آن نمیتوان تاریخ مشخصی را تعیین نمود.کاربرد برخی مواد و روشها با این که سالیانی دراز نتایج رضایت بخشی داشته است ولی بعدها منسوخ شده است شده است و یا در حال منسوخ شدن می باشد به طوری که استفاده از مواد جدیدتر و روشهای مناسبتر جایگزین آنها می گردد.به طور کلی موادی را که به عنوان یا پوششهای حفاظتی به کار می برند می توان به سه دسته تقسیم نمود.

1) مواد بی اثر

2) مواد کندکننده

3) مواد ازبین رونده

در عمل با توجه به شرایط موجود و عوامل موثر و نتایج حاصله ونیز اهمیت مسئله از یک یا چند روش ادغام شده استفاده به عمل می آید.البته یاد آوری این نکته ضروری است که در عمل عاملی به عنوان پوشش کامل وجود ندارد و هیچ کدام از دسته های فوق الذکر ویا حتی ادغام آنها نمی تواند محافظت به مفهوم کامل را تامین نماید .باید در نظر گرفت که خواص مواد مشخص می باشد و هیچ کدام از آنها دارای چنان ثبات و پایداری ذاتی که بتواند به صورت مداوم و مادام العمر حملات را دفع سازد و یا در برابر آنها مقاومت نماید ،نمی باشد.

به این ترتیب پوشش هایی که مورد استفاده قرار می گیرد ،در حقیقت عواملی است بین حد اکثر حفاضت و بازدهی که می توان از آنها انتضار داشت واین که تا چه اندازه قابل دسترس است و امکان کاربرد (با توجه به هزینه)دارد و  حتی در بعضی از موارد مخصوصا از نظر اقتصادی ممکن است قابل صرف نظر کردن باشد .به طور کلی هر قدر عمر موثر و بازدهی یک سیستم پوششی افزایش می یابد،وخارج اجرای آن نیز زیاد تر می گردد..

ازدیدگاه دیگر،عمل حفاظتی پوشش ها از یک یا چند مکانیسم که زیر به آنها اشاره می شود،ناشی می گردد که عبارت است از:

-        جلو گیری از تماس بین محیط و سطح مورد نظر.

-        محدود ساختن تماس بین محیط وسطح مورد نظر.

-        انتشار موادی جهت کند کننده گی حملات محیط بر روی سطح مورد نظر.

-        تولید جریان های الکتریکی جهت محافظت سطح مورد نظر.

پوشش های محافظ از نقطه نظر جنس آنها معمولا به سه دسته تقسیم میشوند.

1)      پوشش های فلزی

2)      پوشش های آلی

3)      پوشش های معدنی

که در این فصل به همین ترتیب شرح داده میشود . استفاده از پوشش ها به منظور های مختلف صورت می گیرد که معمولا دارای خاص مکانیکی،فیزیکی و شیمیایی ویژه ای از جمله :مقاومت در برابر سایش ،ایجاد سختی ،خاصیت الکتریکی ،مقاومت اکسید اسیونی ،مقاومت در برابر حملات خوردگی ((قابلیت انتشار حرارتی)) و سر انجام خاصیت ایجاد عایق حرارتی می باشد.البته در بعضی موارد شکل و نمای ظاهری یا تزیینی آنها نیز مد نظر قرار می گیرد هچنین از نظر شکل فیزیکی و ضخامت،پوشش های حفاظتی را به اصلاحاتی از قبیل: Overlay،Filmming،Coating،Lining،Cladding بیان می نمایند.

اقدام بسیار مهمی که در ایجاد و اجرای سیستم های پوششی در عمل باید صورت پذیرد ،تمیز کاری و ((آماده سازی سطحی)) قطعات و وسایل مورد حفاظت می باشدکه بایستی مقدمات انجام آن قبل از اعمال سیستم های پوششی فراهم گردد ،زیرا در غیر این صورت تاثیر و نتیجه بهترین نوع پوشش کمتر از یک پوشش نامرغوب خواهد بود.