پایان نامه بررسی چسبندگی پوشش الکترولس به زیر لایه پلاستیکی در فرآیند آبکاری پلاستیکها در 85 صفحه ورد قابل ویرایش

بررسی چسبندگی پوشش الکترولس به زیر لایه پلاستیکی در فرآیند آبکاری پلاستیکها - پایان نامه بررسی چسبندگی پوشش الکترولس به زیر لایه پلاستیکی در فرآیند آبکاری پلاستیکها در 85 صفحه ورد قابل ویرایش

---

پایان نامه بررسی چسبندگی پوشش الکترولس به زیر لایه پلاستیکی در فرآیند آبکاری پلاستیکها در 85 صفحه ورد قابل ویرایش
بررسی چسبندگی پوشش الکترولس به زیر لایه پلاستیکی در فرایند آبکاری پلاستیکها
چکیده :
در اواخر دهه 1970 استفاده از پلاستیکهای آبکاری شده به منظور کاهش وزن و ایجاد پوششهای تزئینی بر روی برخی از قطعات خودرو اهمیت یافتند. هم زمان با آن توسعه صنعت الکترونیک استفاده از پلاستیکهای آبکاری شده در ساخت صفحات مدارهای چاپی به منظور ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی اهمیت یبشتری یافت، به طوری که با پیشرفت روز افزون این صنعت، بررسی خواص چسبندگی پوششهای فلزی به زیر لایه پلاستیکی مهم به نظر می‌رسند.
در این تحقیق ضمن معرفی فرآیند آبکاری پلاستیکها به بررسی برخی از عوامل موثر بر چسبندگی پوشش به زیر لایه پرداخته شده، به طوری که عواملی نظیر خواص فیزیکی و شیمیایی پوششهای فلزی، چگونگی آماده ساختن زیرلایه پلاستیکی و خواص فیزیکی و شیمیایی زیر لایه پلاستیکی به عنوان مهم ترین عوامل موثر بر چسبندگی پوششهای فلزی به زیر لایه پلاستیکی ارزیابی شده اند.

1- اهمیت آبکاری پلاستیکها
استفاده از قطعات پلاستیکی آبکاری شده در اواخر دهه 1970 در صنایع مختلف گسترش چشمگیری یافت، به طوری که به سرعت در صنایعی نظیر خودرو سازی، الکترونیک و مصارف تزئینی به ویژه تولید وسایل خانگی کاربرد وسیعی یافتند[1]. مثالهایی که از این کاربردها در ادامه آورده شده است.
الف – صنعت خودرو
پلاستیکهای آبکاری شده هم به منظور زیبایی و هم به منظور افزایش مقاومت به خوردگی در قسمتهای مختلف خودرو استفاده می‌شوند. به عنوان مثال برخی از پلاستیکهای آبکاری شده مقاوم به سایش نظیر پلی اورتان در قسمت‌های داخلی اتومبیل استفاده شده‌اند، ضمن این که از قطعات پلاستیکی آبکاری شده که دارای خاصیت مقاومت به ضربه باشند نیز می‌توان در سپرهای خودرو استفاده کرد. در شکل (1) نمونه ای از این کاربرد نشان داده شده است.
ب – صنعت الکترونیک
در صنعت الکترونیک ، آبکاری پلاستیکها به منظور ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی انجام می شود که نمونه بارز این کاربرد در ساخت صفحات مدارهای چاپی (P.C.B) Printed Circuit Board می‌باشد [2] .
شکل (2) نمونه ای از این کاربرد را در ساخت صفحات مدارهای چاپی نشان می‌دهد.

ج – جنبه های تزئینی
استفاده از پلاستیکهای آبکاری شده به دلیل خاصیت مقاومت به خراش و خواص زینتی پوششهای ایجاد شده به طور وسیع در تولید وسایل خانگی مورد توجه قرار گرفته اند.[1]
درشکل (3) نمونه‌ای از این کاربرد نشان داده شده است.
2- معرفی پوشش الکترولس
آبکاری الکترولس عبارت است از احیاء شیمیایی با اتوکاتالیتیکی یونهای فلزی موجود در وان الکترولس بر روی سطح قطعات. در این فرایند پوششی یکنواخت از فلز مورد نظر به وسیله یک سری واکنشهای شیمیایی بر روی سطح قطعه ایجاد می‌شود.
پرمصرف ترین پوشش‌های فلزی که در آبکاری الکترولس مورد استفاده قرار می‌گیرند، مس و نیکل می‌باشند. که درادامه به مکانیزم اصلی عملیات آبکاری الکترولس نیکل اشاره می‌شود[3].
3- اجزاء حمام الکترولس
به طور کلی در حمام الکترولس هشت جزء وجود دارد:
3-1- منبع یونهای نیکل
متداول‌ترین نمکهای به کار رفته در فرایند الکترولس نیکل، سولفات نیکل و کلرید نیکل می‌باشند، به طوری که غلظت یونهای نیکل در حمام‌های اسیدی بین 4 تا 10 گرم در لیتر می‌باشند. [4و5]
3-2- هیپوفسفیت سدیم
این ماده یونهای نیکل را در محلول به شکل عنصر، احیاء می کند به طوری که در طی فرایند احیاء آنیونهای هیپوفسفیت به ارتوفسفیت تجزیه شده و گاز هیدروژن ایجاد می‌گردد. ضمن آن که درصد فسفر تا حدود 15 درصد نیز در رسوب نیکل ظاهر می‌شود. [3]
3-3- بافرها
وظیفه بافرها جلوگیری از تغییرات PH در حمام می‌باشد به طوری که از افزایش بیش از حد اسیدیته محلول در طی رسوب گذاری جلوگیری می‌کنند.[3]
3-4- کمپلکس کننده ها
این اجزاء تقریباً اسیدهای آلی بوده که معمولاً دی کربوکسیلاتها می‌باشند. این مواد تاثیر دو گانه ای دارند زیرا اولا باعث کاهش نرخ رسوب گذاری شده، ثانیاً همانند یک بافر عمل می کنند[3].
3-5- شتاب دهنده ها
شتاب دهنده‌هایی نظیر ترکیبات فلوئوریدی و تیواوره در حد ppm2 تا 20 باعث افزایش نرخ رسوب گذاری می‌شوند [4].

3-6- پایدار کننده ها
وظیفه پایدار کننده‌هایی نظیر ترکیبات سرب، کادمیم و روی یا ترکیبات سیانیدی در حد ppm1 تا 10 این است که از تجزیه خود به خودی حمام در اثر حرارت اضافی یا وجود عناصر ناخالصی (ذرات گرد وغبار) جلوگیری می‌کنند.[3]
3-7- عوامل تر کننده :
این مواد باعث کاهش کشش سطحی حبابهای گازی ایجاد شده در حمام می شوند و از ایجاد حفرات گازی بر روی رسوب جلوگیری می‌کنند[3].
3-8- متعادل کننده ها:
این مواد باعث افزایش نرخ رسوب گذاری به وسیله تبدیل یون ارتوفسفیت به هیپوفسفیت می شوند[3].
4- معرفی پروسه آبکاری پلاستیکها
عمده فرایند آبکاری پلاستیکها مربوط به عملیات پیش از آبکاری است، به طوری که از هفت مرحله پروسه مربوط به آبکاری پلاستیکها به روشهای متداول (مانند الکتروپلیت یا الکترولس) امکان پذیر گردد[1].
این مراحل عبارتند از :
الف – آمده سازی اولیه
در این مرحله عملیات تمیز سازی سطح و چربی زدایی به وسیله محلول‌های اسیدی و قلیایی انجام می‌شود [6].
ب- اچ کردن
هدف از این مرحله افزایش انرژی سطحی قطعه پلاستیکی و ایجاد زیری میکروسکوپی و تغییرات شیمیایی در سطح پلاستیک می‌باشد که در نهایت قطعه پلاستیکی آماده پذیرش رسوب فلزی با چسبندگی مناسب می شود. درواقع وظیفه ماده اچ کننده جدا کردن یک ماده پلیمری فعال از سطح پلاستیک و یا تغییر در شیمی سطح پلاستیک می‌باشد. به عنوان مثال در مورد پلیمر اکریلونیتریل بوتادین استایرن (A.B.S) ‏ ، ذرات بوتادین به وسیله محلول اچ اکسید شده و در محلول حل می‌شوند و درنهایت حفرات میکروسکوپی در سطح قطعه به وجود می آیند. محلول اچ کننده مورد استفاده در این حالت ترکیبی از اسید سولفوریک واسید کرمیک می‌باشد[1و6].
ج – اچ کردن
در این مرحله به منظرو برطرف کردن یونهای کرم شش ظرفیتی باقی مانده ناشی از مرحله اچ کردن، از اسید کلریدریک رقیق استفاده می شود[1و6].
د- کاتالیز کردن ( فعال سازی)
در این مرحله مقدار کمی پالادیم یا نقره همراه با ترکیبات قلع روی سطح پلاستیک به صورت شیمیایی رسوب می کند.
پالادیم ممکن است به روش تک مرحله ای یا دو مرحله ای روی سطح رسوب کند. در روش دو محرله ای از دو حمام جداگانه حاوی ترکیبات قلع و ترکیبات پالادیم استفاده می شود، ولی در روش تک مرحله ای عملیات فعال سازی در یک حمام جداگانه حاوی ترکیبات قلع و ترکیبات پالادیم اسفتاده می شود، ولی در روش تک مرحله ای عملیات فعال سازی در یک حمام حاوی ترکیبات قلع و پالادیم انجام می‌شود. [1و6]
ه- شتاب دادن
در این مرحله عامل هیدروکسید قلع از روی سطح پلاستیک به وسیله محلول اسید کلریدریک رقیق یا یک نمک اسیدی جهت آماده سازی برای مرحله بعدی پوشش دهی برداشته می شود.
و- ایجاد پوشش الکترولس
پس از عملیات شتاب دهی، عملیات پوشش دهی در حمام الکترولس قلیایی انجام می شود که در این حالت ضخامت 25/0 تا 5/0 میکرون از پوشش نیکل یا مس به طور یکنواخت بر روی سطح قطعه تشکیل می‌شود[1و6]
ز- آبکاری ثانویه
پس از ایجاد یک پوشش بسیار نازک هادی بر روی سطح قطعه می‌توان ضخامت پوشش را به روش‌های آبکاری متداول نظیر الکتروپلیت با الکترولس افزایش داد [1و7]. در شکل (4) تصویر شماتیکی از مراحل آبکاری پلیمری اکریلونیتریل بوتادین استایرن نشان داده شده است.
5- پلاستیکهای قابل آبکاری
پلاستیکهای قابل آبکاری به آن دسته از پلاستیکهایی گفته می‌شود که پس از آبکاری، چسبندگی مناسبی بین پوشش و قطعه پلاستیکی به وجود می‌آید [1و7]. برخی از پلاستیکهای قابل آبکاری متداول عبارتند از اکریلونیتریل بوتادین استایرین (A.B.S) ، پلی پروپیلن (P.P) ، پلی سولفون ، پلی فنیلن اکساید، پلی کربنات، پلی استر، نایلون، پلی اتریمید و پلی اتیل اترکتون.



نمودار تعادلی آهن - نیتروژن و مکانیزم تشکیل قشر نیترورة سطحی
نمودار تعادلی آهن- نیتروژن در شکل 1 آمده است. این نمودار نشان می‎دهد که در سیستم آهن- نیتروژن فازهای زیر تشکیل می‎شود.
1- محلول جامد نیتروژن در آهن (فاز )
2- فاز یا نیترید آهن Fe4N
3- فاز یا نیترید آهن Fe2N
در دمای فاز یک تجزیة یوتکتوئیدی را پشت سر می گذارد. ترکیب یوتکتوئیدی نیتروژن شبیه به پرلیت است. اگر نیتروژن دهی در دمای پائین تر یوتکتوئیدی انجام شود، در همان لحظات نخست، فاز بر روی سطح فولاد تشکیل خواهد شد. وقتی در دمای ثابت فاز به بالاترین حد اشباعش رسید فاز بعدی که در آن دما پایدار خواهد شد. فاز که غنی ترین فاز نسبت به نیتروژن است بر روی سطح قرار می گیرد، به دنبال آن، ابتدا فاز و بالاخره فاز قرار دارد:
مغز
وقتی که دما پائین می‎آید فازهای و تجزیه شده و فاز اضافی رسوب می‌کند.
بنابراین در دمای محیط قشری به صورت زیر داریم:
مغز اضافی اضافی
اگر نیتروژن دهی در دمای بالاتر از دمای بوتکتوئیدی صورت گیرد (مثلا در ) ترکیب روبرو را داریم:
مغز
و در دمای محیط خواهیم داشت:
مغز اضافی
معمولاً نیتروژن دهی زیر درجه حرارت یوتکتوئید (حدود ) انجام می پذیرد.
فولادهای نیتراسیون
همانطور که گفته شد در نیتراسیون برخلاف سمانتاسیون، ازت هم در آهن و هم در آهن به مقدار کافی نفوذ نمی نماید. برای نیتراسیون احتیاجی به تغییر شکل ساختاری نبوده و عمل را در درجه حرارتهای پائین یعنی درجه حرارت اتکتوئید انجام می دهند. معهذا ترکیب ازت با آهن دارای سختی کم (حدود 220 برینل) بوده و خیلی شکننده نیز می‎باشد. در حقیقت اگر فولاد نرم مورد عمل نیتراسیون واقع شود سختی آن فقط کمی بالا می رود و در عوض به شدت شکننده می گردد. به این دلیل نیتراسیون را بر روی فولادهای آلیاژی با کربن متوسط انجام می دهند که سختی و مقاومت به فرسایش بسیار زیاد در قطعه حاصل می‎شود.
نیترید عناصر آلیاژی (از قبیل Mo2N ، AIN ، Cr2N و …) با پراکنده شدن در تمام سطح قطعه باعث بالا رفتن سختی و مقاومت به فرسایش آن می گردد. سختی به ویژه با وجود W , Cr , Mo , Al بالا می رود (شکل 2a) ولی عمل نفوذ یافته با بالا رفتن درصد عناصر آلیاژی کم می‎شود. (شکل 2b)
تجربه نشان داده است اگر نیتراسیون فولادهای مخصوص در درجه حرارتهای بالا انجام گیرد، موجب می‎شود تا نیترید عناصر آلیاژی با یکدیگر مجتمع شده و بلورهای درشت تشکیل دهند، در نتیجه سختی فولاد نیز پائین می‎آید. در حالی که اگر عمل نیتراسیون در درجه حرارت پائین (حدود ) انجام گیرد، توزیع نیتریدها در تمام سطح فولاد صورت گرفته و سختی قطعه افزایش می یابد. در این حالت چنانچه فولاد را بعدا گرم کنیم، تجمع نیتریدهای آلیاژی رخ نخواهد داد. اما دماهای خیلی پایین تر نیاز به زمان طولانی پروسه داشته و اقتصادی نیست.
نیتروژن دهی و مراحل عمل آن
فرایند نیتروژن دهی ابتدا در اواخر سال 1920 بکار گرفته شد و از آن به بعد کاربردش مرتبا گسترش پیدا کرد تا جایی که اکنون این پروسه در بسیاری از فولادها قابل استفاده است.
مراحل عمل در فرایند نیتروژن دهی به طور خلاصه عبارتند از:
1- عملیات حرارتی اولیه و مقدماتی قطعه قبل از نیتروژن دهی به جهت رسیدن به ساختار یکنواخت و ریزدانه و تسهیل در نفوذ نیتروژن به فاز.
2- ماشینکاری قطعه قبل از نیتروژن دهی به جهت حذف و یا خنثی نمودن اضافه ابعاد احتمالی به وجود آمده در قطعه پس از انجام پروسه.
3- تمیز کاری قطعه قبل از نیتروژن دهی برای از بین بردن هر گونه عامل بازدارنده از نفوذ نیتروژن به درون فاز.
4- محافظت بخشهایی از قطعه که نباید نیترید شوند بوسیله فلزاتی چون قلع، نیکل و یا مواد شیمیایی دیگر.
5- انجام عمل نیتراسیون که سه روش اصلی آن عبارتند از گاز نیتروره کننده، حمام نمک نیتروره کننده و پودر نیتروره کننده.
به جهت رعایت اختصار تنها روش اول به طور خلاصه توضیح داده می‎شود.
در روش معمولی گاز نیتروره کننده در دمای حدود 510C (که این میزان دما طبق نتایج تجربی حاصل شده است)، آمونیاک به صورت معادله روبرو تجزیه خواهد شد:

با انجام عملیات تجزیه، نیتروژن به شکل اتمی ایجاد خواهد شد و در این حالت می‎تواند به وسیله فولاد جذب شود (شکل 3).
شمایی از طراحی دستگاه نیتراسیون گازی با توجه به امکانات موجود در شکل 4 آورده شده است. مهمترین نکته ای که در ساخت دستگاه فوق الذکر باید مورد توجه قرار گیرد، خصوصیات فیزیکی منحصر به فرد گاز آمونیاک می‎باشد.
این گاز سمی بوده و از خورندگی بالایی (در برابر بعضی از فلزات معمولی مثل مس) برخوردار است. لهذا باید در به کار بردن لوله های ارتباطی، شیرهای موردنیاز، محفظة انجام عمل نیتراسیون، فشار سنجها، و فلومتر و … به مسئله خوردگی و حساسیت گاز آمونیاک توجه کرد.
نکتة مهم دیگر این که چون گاز آمونیاک در دمای نسبتاً بالایی (بین 500 تا 550 درجه سانتیگراد) درون محفظه نیتراسیون جریان دارد، در صورت نشت اکسیژن به داخل محفظه نیتراسیون یا لوله های ارتباطی به دلیل وجود هوای مجاور با این نواحی، ایجاد یک مخلوط انفجاری امکان‌پذیر بوده و هر لحظه خطر انفجار محفظه (و بالطبع کوره) وجود دارد. بنابراین باید کاملاً از محکم بودن اتصالات و درب محفظه و پرهیز از هر گونه نشت مطمئن شد.
با توجه به توضیحات فوق، همان گونه که از شکل 4 مشخص می باشد، در این طراحی از سیستم حفاظتی گاز نیتروژن و نیز محفظة رطوبت گیر گاز (5) استفاده شده است. نیز عمل گرم کردن محفظة نیتراسیون بر عهدة کوره المنتی عملیات حرارتی گذاشته شده است.
بیانی کلی از نحوة کارکرد دستگاه
در شروع پروسه ابتدا محفظه نیتراسیون و لوله های ارتباطی، پس از قرار گرفتن نمونه ها در محفظه نیتراسیون، بوسیله سرعت زیاد گاز ازت، از هوا تخلیه می گردد. سپس همزمان با گرم شدن کوره، گاز آمونیاک نیز در مسیرهای مربوطه جریان می یابد و با رسیدن به دمای موردنظر و تثبیت در این دما گاز آمونیاک در طی زمان لازم، با یک دبی ثابت جریان خواهد داشت. به جهت چک کردن درجة تجزیه درطی انجام پروسه، چند بار به وسیله پیپت تجزیه، گاز خروجی تحت بررسی قرار می‎گیرد و در صورت کمتر یا بیشتر بودن درجه تجزیه از حد موردنظر، به وسیلة شیرهای واسطه، دبی گاز تنظیم می‎شود.
برای پی بردن به نحوه کارکرد پیپت تجزیه، ابتدا محفظة‌ 4 شکل 5 را بوسیلة گاز خروجی کوره از هوا تخلیه می کنیم. سپس شیرهای 3 و 5 را بسته و شیر 2 را باز می کنیم تا آب موجود در محفظة 1 وارد ظرف 4 شود. اما باید توجه داشت که چون گاز خروجی شامل NH3 , N2 , H2 می‎باشد و از طرفی NH3 در آب محلول است، لذا به همان اندازه که در محفظه 4 ، آمونیاک وجود داشته باشد،‌ آب وارد خواهد شد و لذا از میزان آب ورودی به محفظة 4 ، درصد تجزیه گاز حاصل می‎شود. چند نمونه در این زمینه در شکل 6 آورده شده است.
همچنین لازم به تذکر است که گاز خروجی چه در هنگام خروج مستقیم از کوره و چه هنگام خروج از پیپت تجزیه وارد ظرف آب می‎شود. این عمل برای جذب گاز آمونیاک در آب و جلوگیری از انتشار آن در فضای آزمایشگاه می‎باشد. چرا که این گاز خفه کننده و سمی است. گازهای هیدروژن و نیتروژن هم از درون آب خارج می گردند.
پس از اتمام پروسه دمای کوره به تدریج کم می‎شود و تواماً دبی گاز آمونیاک افزایش می یابد تا خطر انقباض گاز در اثر سرد شدن آن و مکش هوا درون محفظه وجود نداشته باشد. با سرد شدن کوره تا زیر درجه حرارت C 150 ، گاز آمونیاک قطع و به جای آن نیتروژن جریان می یابد تا آمونیاک باقیمانده در لوله ها و مکانهای عبور گاز خارج شوند. نکتة قابل توجه این که در صورت قطع شدن برق و یا قطع جریان گاز در حین انجام پروسه رعایت نکات حفاظتی اهمیت خاصی دارد و تا حد امکان باید شرایط را به گونه ای فراهم کرد تا امکان این دو پدیده وجود نداشته باشد ولی در صورت وجود باید طبق دستورالعمل های خاصی برخورد کرد.
مشخصه های قشر نیتروره در نمونه های مورد بررسی
در ادامه کار چند نمونه با مشخصات ذیل تحت پروسه‌ نیتراسیون قرار گرفتند:
1- فولاد ساده بدون آلیاژ (آهن تجارتی با عنوان EF) 0.155 C%=
2- فولاد ابزار پرآلیاژ (5 Assab * w یا 12 Cr W 210* DIN یا 1.243 یا 6 AISID) 5/13-12= Cr% 5/1-1= W%
2-1) نمونه بدون عملیات حرارتی
2-2) سختکاری شده (در دمای 980 درجه سلسیون و کوئنچ در روغن)
3- چدن داکتیل 76/3 = C% و 2/2 = Si% و 36%= P% و 01/0 = S% و 033/0= Mn%
سیکل عملیات نیتراسیون: دمای عملیات: 520 درجه سلسیوس، زمان عملیات hr10
درجه تجزیه: 70% ، فشار گاز خارج شده از کپسول: psi 5/2
پس از آماده سازی نمونه ها، هر یک از میکروسکوپهای نوری و الکترونی تحت بررس واقع شده و سپس میکروسختی سنجی شدند. تصویر نیترورة مشاهده شده روی نمونه (1) در شکل 7 آورده شده است از روی شکل ، به ترتیب:
1- لایة سفید یا غنی از نیتروژن، که این لایه به دلیل تردی و شکنندگی بالا معمولاً مضر بوده و سعی در کم بودن آن می‎باشد.
2- لایة نیتروره پشت لایه سفید
3- ادامه لایة نیتروره تا عمق 400 میکرومتر کاملاً مشخص می‎باشد. ضخامت لایة 1 : میکرومتر 8 ، لایه 2 ، میکرومتر 50 و لایه 3 : میکرومتر 400 می‎باشد.
تصویر بزرگ شدة لایه سفید در شکل 8 آمده است. با توجه به این شکل ناپیوستگی و ترد بودن لایه، تا حد زیادی مشهود است. همچنین تغییرات سختی با افزایش فاصله از لبه نمونه در شکل 9 رسم شده است. همان گونه که از گراف فوق مشخص است با فاصله گرفتن از لبه نمونه سختی افت کرده و میزان آن در انتهای قشر نیتروره (در فاصلة حدود 400 از لبه) به حداقل رسیده است. نیز ماکزیمم سختی به دلیل عدم وجود عناصر آلیاژی چندان قابل توجه نیست.

پرداخت و دانلود

مشخصات فروشنده

نام و نام خانوادگی : مجتبی خادم پیر

شماره تماس : [phone]

ایمیل :[e-mail]

سایت :payfile.org

مشخصات فایل

فرمت : doc

تعداد صفحات : 85

قیمت : برای مشاهده قیمت کلیک کنید

حجم فایل : 101 کیلوبایت

برای خرید و دانلود فایل و گزارش خرابی از لینک های روبرو اقدام کنید...

پرداخت و دانلودگزارش خرابی و شکایت از فایل