آماده سازی شیمیایی سطح
الکترو تمیز کردن

Chemical surface preparation ELECTROCLEANING
BY NABIL ZAKI
SURTEC INTERNATIONAL, GMBH, ZWINGENBERG, GERMANY; www.surtec.com

الکتروتمیز کردن از نگاه متال فینیشینگ 2011

الکتروتمیز کردن فرآیند تمیزکاری است که در آماده سازی سطح فلز مورد استفاده قرار می گیرد، معمولا شامل چرخه آماده سازی است، که اساسا بوسیله استفاده از جریان مستقیم و یک الکترولیتت فرموله شده مشخص شده می باشد. بسته به کاربرد و مواد اصلی شروع فرایند، در شروع کار پروسه آندها یا کاتدها یا هر دو ممکن است استفاده شوند. اگرچه الکتروتمیزکردن از روش های مختلف و متمایز تمیز کردن سطح می باشد باید آن را در زمینه آماده سازی کامل سطح یا چرخه آماده سازی قلمداد کرد. چرخه به طورکلی ممکن است شامل : 1- خیساندن ساده 2- شستشو 3- الکترو تمیز کردن 4- شستشو 5- اسید فعال 6- شستشو 7- تکرار مرحله 3 تا 6 (اختیاری) ، و 8- روپوش دادن.
الکتروتمیزکننده های که در اینجا توضیح داده شد و بطورکلی در چرخه فعال سازی به دنبال پاک کننده های قلیایی خیساندن و قبل از فعال سازی اسید، قلیایی هستند.کار اصلی پاک کننده ها حذف ذرات از سطح است که به وسیله غوطه وری خیساندن ساده یا مرحله های چربی زدایی نمی تواند از بین برود. نمونه های از این ذرات در زیر امده است :

• باقی مانده های بهم چسبیده قبل از خیساندن در پاک کننده، از بین نمی روند. چنین باقی مانده های شامل نفت، اثر انگشت، ترکیبات نقاشی و خاک های رانده شده در تخلخل رویه یا تحت فشار اعمال می شود.این نمک ها بطورکلی بوسیله امولسیون متداول، مرطوب کردن، و تغییر پاک کننده های در مرحله خیساندن، از بین نمی رود.
• ذرات ریز پراکنده، از جمله گرد سنباده ترکیبات صیقل یافته، ذرات فلزی ناشی از سنباده زدن یا فلز کاری،کربن، و دیگر عناصر آلیاژی ، همچنین ممکن است روی رویه یافت شود.اغلب این ذرات ریز مهم بوده ،بطور کلی به عنوان دوده مشخص شده است، احتمالا توسط نیروهای مکانیکی ساده، الکترواستاتیکی، ویا در یک روغن رقیق یا ملاط گریس به سطح نگه داشته شده اند.
• محصولات اکسیداسیون فلز، حاصل از در معرض جو قرار گرفتن یا یک فرایند حرارتی از قبیل عملیات حرارتی، فورج(بر سندان کوبیدن)، جوشکاری و غیره می باشد.

همانطور که قبلا اشاره شد، الکتروتمیزکردن به عنوان بخشی از فرایند اماده سازی سطح کلی باید مشاهده شود. با اینکه الکتروتمیزکننده در یک مرحله ممکن است نتواند نوعی از ذرات ریز خاک را از بین ببرد، این شرایط یا اصلاح آن برای از بین بردن آسان تر ذرات از مراحل بعدی چرخه است. به عنوان مثال باقی مانده روغن بهم چسبیده در زیر مخزن شستشوکه ممکن است به اندازه کافی شل شده باشد، برداشته شود. رویه اکسید شده ممکن است احیا شود یا به شکل محلول که براحتی در مخزن اسید بعدی حل می گردد.

الکترولیز الکتروپاک کننده ها

عنوان در حال حاضر به الکتروپاک کننده های اعمال می شود که واکنش های الکتروشیمیایی زیر در آن رخ می دهد، اساسا الکترولیز مواد آبی به وسیله الکترولیت است. قلیا به عنوان یک واسطه رسانا به کار میرود.

در آند :
40H- ® 2H20 + 02 + 4e-
در کاتد :
4H20 + 4e- ® 40H- + 2H2
در طول الکترولیز، دو برابر هیدروژن در کاتد ازاد شده که بیش تر از اکسیژن ازاد شده در اند است.

انواع الکتروپاک کننده ها
الکترو پاک کننده ها بر اساس دومعیار اصلی طبقه بندی می شوند : 1- پلاریته ای که در مخزن کار می کند ، و 2- نوع بستری که مورد استفاده قرار می گیرد.
سه نوع الکترو پاک کننده ساخته شده و با پلاریته مشخص شده برای انجام فرایند و کاربرد همه بستر های موجود وجود دارد.

الکتروپاک کننده های آندی
این کار متصل شدن آند یکسو کننده با بار مثبت است. این فرایندهای شناخته شده در به خدمت گرفتن الکتروپاک کننده ها است، در حالی که دارای قطبیت مخالف صفحه می باشند. آنچنانکه توضیح داده شد تحت الکترولیز، هنگامی که جریان برقرار می شود اکسیژن از رویه که کار میکند (آند) آزاد شده است.
هنگامی که گاز آزاد میشود، یک سایش مکانیکی ایجاد می شود که خاک ها را سست و جابه جا میکند.
همچنین دو پدیده دیگر رخ می دهد.هنگامی که حباب های اکسیژن روی رویه تشکیل می شود،آنها یکی شده و رشد میکنند قبل از اینکه لایه های پیوسته ایجاد شوند.اعتقاد بر این است که بارهای ساکن بوسیله ذرات ریز روی سطح که از بین لایه های انها حباب ازاد میگردد نگه داشته شده اند،اینها اسانتر از فعالیت سایشی عمل حذف را انجام میدهند.
اثرات شیمیایی، اکسیداسیون، و افت PH همچنین روی سطح آند رخ می دهد. اگر بیش از حد، اثر اکسیداسیون را بتوان دید، به عنوان مثال، در برنج، روی، ونقره اینها بی رنگ،زنگ زده می شوند یا هردو. الکتروپاک کننده های آندی بازدارنده مخصوص برای برنج و روی موجود می باشند.
هنگامی که نیکل الکتروپاک کننده آندی است به سرعت غیر فعال شده و از ابکاری بیشتر جلوگیری می کند مگر این که دوباره فعال گردد. اثری مشابه با فولادزنگ نزن تجربه شده است. فولاد معمولی به طور معمول به وسیله این فرایند ساخته می شود، از آنجاییکه فولاد با کربن بالاتر حساس تر می باشد نیاز به الکتروپاک کننده های میانه رو تری داری. آلیاژهای سرب، نیکل-نقره، و صفحه نقره به وسیله الکتروپاکننده آندی حمله داده شده یا کدر شده است.
هنگامی که اکسیژن در آند آزاد می شود، مقدار PH اصلی میل به افزایش در سطح مشرک دارد. این اثر روی فولاد میتواند مورد توجه باشد اگرالکتروتمیزکننده های قلیایی به وسیله عملکرد خیلی کم یاعدم تعمیر ونگهداری حمام آبکاری باشند. این فولاد خیلی سریعتر اکسید شده،و هیدروکسید آهن ته نشین شده روی سطح تشکیل می شود.قطعات خارج شده از مخزن ظاهری زنگ زده و تیزاب کاری ، مخصوصا در مناطق با چگالی جریان بالا دارند.این وضعیت به سرعت می تواند با افزایش قلیاییت در حمام یا به وسیله کاهش جریان چگالی زیرسطح عملیاتی عادی جبران شود تا زمانی که از نظر شیمی تنظیم شود.

الکتروتمیزکننده های کاتدی
این کار متصل شدن کاتد یکسو کننده با بار منفی است.همچنین به عنوان الکتروپاک کنندی مستقیم شناخته شده است.در این مورد،هیدروژن در کاتد آزاد می شود.همانطور که از مقدار خالص الکترولیز دیده می شود هیدروژن دو برابر اکسیژن است که در کاتد تولید می شود.درنتیجه ، شستشوی بیشتر و توانایی تمیزکنندگی بیشتر انتظار می رود .استفاده از الکتروپاک کننده کاتدی اگرچه، همه جا گسترش پیدا نکرده ، به دو دلیل به عنوان پاک کننده های اصلی در صنعت استفاده می شود : 1- نگرانی جدا شدن هیدروژن از سطح به عنوان نتیجه ی آزاد شدن هیدروژن ، و 2- خطر انباشته شدن ناخالصی از محلول روی سطح کاتدی.دومی ممکن است در مشاهده تصادفی به عنوان قطعات خروجی از مخزن قابل توجه نباشد، اما آن راهنمایی های ناچیزی در چسبندگی آبکاری است.

جدول 1.کاربرد های تراکم-چگالی الکتروپاک کننده های معرفی شده رایج
  

در برنامه های کاربردی هر بشکه ، کسری بالاتر از مقدار چگالی رایج باید قابل انتظار باشد.

آلاینده های عمده باعث شکست چنین چسبندگی های در فلزات خاک شده هستند ،انواع خاصی از موادهای فعال کننده سطح، کلوئیدها، صابون های فلزی و کروم شش ظرفیتی به سمت پاک کننده کشیده می شوند.
پاک کننده های کاتدی، هنگامی که تمیز نگه داشته شده و به خوبی نگهداری شوند، برای فرایندهای براق کردن برنج، روی، و فلزات سفید بدون خدشه، و برای پاک کننده های نیکل و فولادهای نیکل بالاتر بدون خطر غیر فعال کنندگی استفاده می شود. هنگامی که الکتروپاک کننده کاتدی در فولاد و مس استفاده می شود برتری نسبت به تمیز کردن - مالشی دارد، یک پاک کننده آندی ثانویه را باید برای چند ثانیه دنبال کنید. در این مرحله هرگونه ناخالصی که ممکن است وجود داشته باشد به وسیله کار فعالیت کاتدی پوشانده می شود.

دوره معکوس الکتروپاک کننده
در این روش الکتروپاک کنندگی از فلزات آهنی با استفاده از ترکیبی از هر دو تمیزکننده آندی و کاتدی ساخته می شود. یک دوره معکوس (PR) واحدی است که برای یکسوسازی محصولات منصوب شده است. واحد PR یک مکانیسم تعویضی دارد که با کنترل قطبیت و کنترل زمان برگشت پذیر است. کار مخزن فرایند، برای قطبش متناوب آندی و کاتدی برای زمان تمیز کردن مشخص شده است.
تنظیمات معمول متقابل 10ثانیه کاتدی و پس از آن 10 ثانیه آندی در طول زمان تمیز کردن را شامل می شود. به وسیله قطبش متناوب، علاوه بر کاتدی و آندی ممکن است برای حداکثر تمیز کردن استفاده شود. واحد میتواند برنامه ریزی شده باشد چنانکه آخرین چرخه قبل از زمان خاموش کردن یکسو ساز آندی باشد. این عمل تضمین می کند که هر ذره بارداری که ممکن است در طول کار تمیزکننده کاتدی وجود داشته باشد، آبکاری شود.
اکسیداسیون مداوم و کاهش روی سطح، اکسیدان ها و مقیاس ها را به بخش های محلول تر فرمول بندی شده تبدیل میکند، که به وسیله کمپلکس کننده ها یا عوامل کی لیت کننده، که برای تشکیل پاک کننده ساخته می شود، سرعت تبدیل افزایش می یابد. در نهایت پاک کننده PR اشباع شده، با اکسید آهن حل می شود و باید تعویض گردد. بطور عملی، آنها را می توان با آبکاری خارجی آهن کاتدی احیا کرد. پاک کننده PR خیلی موثر در رسوب دادن و زنگ زدن ها با مقاومت بالا و فنر فولادی، در نتیجه حذف یا به حداقل رساندن هیدروژن بدون استفاده از اسید ها در چرخه است.

پارامتر های عملیاتی و فرایندهای قابل بررسی
الکترولیز محرک اصلی فرایندهای الکتروپاک کننده ها می باشد. مقداری گاز مسئول فعالیت سایشی الکترودها است که در عمل عبور جریان از بین سل است. بنابراین،پارامترهای کنترل جریان باید در نظر گرفته شود.

جدول2.شرایط معمولی برای الکتروپاک کنندگی

محلول رسانا . این به نوبه خود تابع غلظت پاک کننده و دما در یک ولتاژ داده شده است. در غلطت و دمای بالاتر (بالاتر از سطح عملی)، رسانایی بالاتر و مقداری گاززدگی.
ولتاژ اعمال شده. جریان با ولتاژ افزایش می یابد، هرچند اخیرا در ولتاژ حداکثر 10تا12 ولت نگه داشته می شود.ولتاژهای بالاتر شناخته شده موجب "سوختن" و زبری قطعات می گردد.
مساحت سطح در حال تمیزشدن.این پارامتر به وسیله چگالی جریان و تنظیمات یکسوساز داده شده که بطور مستقیم روی بازه تمیزکردن تاثیر دارد ، کنترل می شود.

محدوده چگالی جریان توصیه شده برای فلزات پایه مختلف در جدول 1 خلاصه شده است.این مقادیر زیر روشنایی در حاشیه الکتروپاک کنندگی تولید می کند.بطورکلی مقادیر بالاتر منجربه خوردگی و زبری سطح می گردند.برای بیشتر کاربردها نسبت سطح یک به یک آند به کاتد مناسب هستند.این نسبت تا زمانی که مقادیر چگالی جریان مشخص شده ، نگه داشته شده است، قطعی نیست.

ملاحظات فرایندها
ملاحظات عمومی در انتخاب و استفاده از الکتروپاک کننده ها وجود دارد.

فرمولاسیون الکتروپاک کننده
چندین فرمولاسیون اختصاصی وجود دارد که طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی را پوشش می دهد.
این فرمولاسیون ها باید ویژگی های زیر را تامین کنند:
• درجه مناسب قلیائیت برای پردازش فلز، قلیائیت بالا برای فولاد، پایین تر برای روی و برنج است.
• نسبت مناسب هیدروکسید به سیلیکات برای جلوگیری از حل نشدن غشاهای بهم چسبیده در کار و چسبندگی موثر صفحه است. سیلیکات اغلب برای جلوگیری از سوختن فولاد در چگالی جریان بالا استفاده می شود. همچنین پاک کننده های غیر سیلیکاتی، با استفاده از انواع مختلف بازدارنده ها، قابل دسترس هستند. نرم کننده ها و خنک کننده ها درمناطق دارای اب سخت باید در نظرگرفته شوند.
• یک مقدار کافی از عامل مرطوب کننده وامولسیون کننده.اگرچه سطوح بالا به کار رفته به عنوان عامل پاک کننده برای چربی اضافی یا گریس،مانع عمل ازاد سازی درسطح الکترود و کاهش ویژگی های دسموتینگ می شود.الکتروپاک کننده دسموتینگ موثر فقط ماده فعال کننده سطحی کافی برای کاهش کشش سطحی محلول و ترفیع دادن یک روکش نازک فوم در سطح پایینی از مخلوط گاز نگه داشته شده در طی الکترولیز است.حجم روغن حذف شده باید تابع محفوظ از پاک کننده خیساندن سابق باشد.

شرایط عملیاتی معمولی الکتروپاک کننده ها در جدول 2 داده شده است .تهیه کننده های اختصاصی الکتروپاک کننده ها معمولا برای کاربرد های ویژه پارامترها را مناسب می کنندکه ممکن است خیلی از آنها با مقادیر نشان داده شده در جدول 2 تشکیل شود.شکل های قلیایی بیان شده به عنوان مثال سود ممکن است نماینده 80-20درصد از محصول کلی فرمولاسیون باشد.