گـسترش روز افـزون فيزيـك پلاسـما در چنـد دهـه اخيـر، مخـصـــــوصا در ارتبـاط بـا كـشف و توسـعه روشهـاي تكنيكي مقرون به صرفه و سازگار بـا محـ يط زيـست، لـزوم انجـام پـژوهشهـاي بنيـادي و كـاربردي متعـدد در زمينـه استفاده از اين حالت ماده را در توليـدات صـنعتي گونـاگون، ايجاد ميكند. از طرفي؛ شناخت مواد با ويژگيهاي خـاص و كــاربردي در صــنعت و در تــصفــيه آب، خــاك و هــوا ازآلايندهها ميتواند كمك موثري در نيل به اهداف ذكر شـده باشد. دي اكسيد تيتانيوم يك نيمه رسانا با خواص فوق العاده و از جمله اكـسيدهاي فلـزي اسـت كـه در زنـدگي روزمـره كاربردهاي فراواني دارد.
پوشش دهي به روش اکسيداسيون الکتروليتي پلاسما
تکنيک پوشش دهي به روش اکسيداسيون الکتروليتي پلاسما به عنوان يک تکنولوژي نسبتا جديد و مقرون به صرفه در اصلاح سطح و از طرفي سازگار با محيط زيست مطرح مي باشد که اخيرا به منظور ايجاد لايه هاي اکسيدي در سطح فلزات سبک همچون تيتانيوم، آلومينيوم و منيزيم مورد استفاده قرار مي گيرد.
پوشش هاي دو لايه حاصل از اين روش از يک طرف داراي فشردگي و اتصال خوبي به زمينه بوده و از طرف ديگر بستر مناسبي را براي پوشش هاي نهايي ايجاد مي کند که اين موضوع منجر به ايجاد خصوصيات مکانيکي ، خوردگي و حرارتي مناسب و در نتيجه کاربرد گسترده اين روش در زمينه هاي مختلف همچون حمل و نقل، هوافضا، خودرو سازي، پزشکي و ديگر زمينه ها شده است.
خصوصيات لايه هاي اکسيدي حاصل از اين روش تحت تاثير پارامتر هاي مختلفي همچون ترکيب شيميايي الکتروليت، دماي الکتروليت، ترکيب شيميايي آلياژ زمينه و پارامترهاي الکتريکي مورد استفاده در حين پوشش دهي قرار دارد که در اين مقاله ضمن معرفي اصول تکنيک اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي، به معرفي پارامتر هاي موثر در اين زمينه و نکات کليدي در حين انجام تحقيقات مربوطه به منظور رسيدن به پوشش هاي مناسب پرداخته شده است.
از مجموع عمليات سطحي کلاسيک و روشهاي مدرن طيف وسيعي از فرايندهاي سطحي براي مواد مختلف حاصل شده است. اين فرايندها به سه گروه اصلي تقسيم مي شوند. گروه اول شامل روشهايي مي شود که تغييري در ترکيب شيميايي سطح بوجود نمي آيد، بلکه تنها خصوصيات متالوژيکي سطح تغيير مي کند.
اين گونه عمليات با نام عمليات حرارتي موضعي يا انتخابي، شناخته مي شود. سخت کاري شعله اي، سخت کاري القايي، سخت کاري ليزري و سخت کاري پلاسمايي جزء اين گروه مي باشند. گروه دوم شامل روشهايي است که ترکيب شيميايي سطح تغيير مي کند. عمليات حرارتي- شيميايي مانند کربن دهي، نيتروژن دهي، بوردهي از مهمترين اين روشها مي باشند. عمليات حرارتي سطحي و نيز کاشت يوني جزء اين گروه مي باشند. گروه سوم شامل فرآيندهايي است که روي سطح يک لايه يا پوشش، داده مي شوند. مهمترين اين پوششها، پوشش هاي آبکاري الکتريکي، آلي، سراميکي، گالوانيزه، رسوب شيميايي بخار، رسوب فيزيکي بخار، پاشش حرارتي و الکترولس مي باشد. انتخاب درست هريک از اين روشها براي بهبود خواص سطح قطعات مهندسي بستگي به پارامترهاي زيادي دارد. براي مثال اندازه قطعه، تلورانس ابعادي قطعه، مقاومت به سايش و خوردگي موردنياز، ضخامت پوشش، در دسترس بودن فرايند و هزينه هاي عمليات بسيار مهم است.
عمليات پلاسماي الکتروليتي جزء گروه دوم محسوب مي شود و بيشتر تحقيقات انجام شده در اين زمينه بر روي کاربردهاي آندي متمرکز است و تحقيقات کمتري بر روي کاربردهاي کاتدي انجام شده است. لذا در اين مقاله ضمن معرفي اصول تکنيک اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي، به معرفي پارامتر هاي موثر در اين زمينه و نکات کليدي در حين انجام تحقيقات مربوطه به منظور رسيدن به پوشش هاي مناسب پرداخته شده است.
تعريف پلاسما
پلاسما همان گاز يونيزه شده مي باشد. در حالت پلاسما قسمتي از اتمها و مولکولهاي گاز به اجزاء باردار تشکيل دهنده اتم يعني الکترون و يون تجزيه مي شوند. بعبارت ديگر به ترکيبي از مولکول يا اتمهاي خنثي و يون و الکترون که بر يکديگر تأثير مي گذارند، پلاسما مي گويند. حالت پلاسما در کهکشان ها بصورت طبيعي وجود داشته و بعلاوه مصنوعاً با استفاده از تخليه الکتريکي (امواج کوتاه، بمباران توسط پرتوالکتروني و غيره) قابل ايجاد مي باشد. بيش از 99/99 درصد از مواد در کهکشانها در حالت پلاسما هستند. پلاسماهاي موجود از نظر تراکم بارها و يا انرژي ذره ها بسيار متنوع مي باشند. يکي از مهمترين عواملي که چگونگي حالت پلاسما را تعيين مي کند دماي محيط است
يکي از ساده ترين و متداول ترين روشهاي يونيزه کردن گاز براي توليد محيط پلاسما، استفاده از تخليه الکتريکي در گاز مي باشد. اين روش به تخليه نوراني موسوم بوده و يکي از کاربردي ترين روشهاي توليد پلاسما است. وقتي به دو قطب الکتريکي که در محيط هادي قرار دارند، ميدان الکتريکي اعمال شود، در شرايط مناسب، تخليه الکتريکي انجام مي گيرد
اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي
پديده تخليه در الکتروليز بيش از يک قرن پيش در روسيه کشف و در سال 1930 تحقيقات اوليه بر روي پارامترهاي موثر در آن صورت گرفت[2]. در سال 1970رسوب دهي اکسيد براي اولين بار در سطح آلومينيوم تحت شرايط تخليه جريان صورت گرفت و تحت عنوان فرآيند اکسيداسيون ميکروآرک يا آنودايزينگ پلاسما الکتروليتي معرفي شد[3]. اين فرآيند که تحت عنوان‌هاي PEO MAO و ADS نيز شناخته مي شود به عنوان بهترين روش تجاري براي آلياژهاي منيزيم شناخته شده است. روش هايي که با عنوان کلي پلاسماي الکتروليتي براي پوشش دهي استفاده مي شوند، داراي مشخصه بارز تخليه الکتريکي در فصل مشترک الکترود- الکتروليت در پتانسيل هاي بالا هستند. در طي اين فرايند که در ولتاژهاي بالاتر از ولتاژ شکست صورت مي گيرد، پديده تخليه اتفاق افتاده، پلاسما ايجاد و يک لايه اکسيدي رشد مي کند. اين فرايند شامل ذوب شدن، شارش ذوب، انجماد، کريستاله شدن، پخت موضعي و متراکم شدن لايه اکسيدي مي باشد.
در واقع با وقوع پديده تخليه الکتريکي در اثر اينکه جريان هاي الکتريکي بصورت موضعي در لايه رشد شونده تجزيه ميشوند، لذا يکسري حفره هاي خاصي با ابعاد چند ميکرون در سطح ايجاد مي شوند. لايه هاي ايجاد شده با اين روش در مقايسه با روش تبديل شيميايي داراي پايداري و چسبندگي بالاتر و در نتيجه مقاومت به خوردگي بالاتري مي باشند[4]. اين خصوصيات، افقهاي جديدي را در توسعه مواد مؤثر بر فناوري در محدوده وسيعي از بخشهاي توليد شامل هوا فضا، صنعت خودروسازي، ارتباطات موبايل، برق- قدرت، بيومواد و مهندسي شيمي باز کرده است.
