مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
مقدمه
این مقاله انواع مواد مختلف و فرایندهایی را مورد بررسی قرار می دهد که به طور موفقیت آمیز برای اتصال دهی و آب بندی زیرلایه های خاص، استفاده می شود. روش هایی به غیر از اتصال دهی با چسب، نیز مورد بررسی قرار گرفته است. این مسئله در صورتی است که تنها این روش ها برای یک زیرلایه ی خاص، وجود داشته باشد. عملیات های سطحی پیشنهاد شده معمولاً مشابه چیزی است که برای چسب ها و مواد آب بندی استفاده می شود.مثال هایی که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اندف بر اساس ماده ی زیرلایه، طبقه بندی می شوند. زیرلایه ها معمولاً یکی از مواد زیر می باشد:
• فلزها
• پلاستیک ها (ترموست ها و ترموپلاست ها)
• کامپوزیت ها
• فوم ها
• الاستومرها
• چوب و محصولات چوبی
• شیشه و سرامیک
• ساختارهای ساندویچی و لانه زنبوری
زیرلایه های خاصی تحت این طبقه بندی قرار دارند. این لیست اولیه ممکن است نیازمند اصلاح و یا بازبینی بیشتر باشد. به هر حال، این طبقه بندی یک دید کلی به ما می دهد.
اتصال فلزی
تمام فلزات دارای انرژی سطحی نسبتا بالایی هستند و عموماً به سهولت اتصال ایجاد می کنند. به هر حال، چندین مشکل وجود دارد که می تواند در زمان کار با زیرلایه های فلزی، رخ دهد. یکی از مشکلات در زمینه ی اتصال دهی فلزات، دوام اتصال است. این مسئله به حدی جدی است که برخی اوقات، موجب می شود عمر مفید اتصال به حد قابل توجهی افت کند. یک جوش ممکن است تنها استحکامی برابر با 600 پوند داشته باشد، اما این اتصال می تواند میزان استحکام خود را به مدت 5 تا 10 سال حفظ کند. به عبارت دیگر، یک چسب ممکن است دارای استحکامی سه تا چهار برابر یک جوش باشد اما این چسب در طی زمان و در زمان برخود رطوبت با آن، ممکن است تخریب شود. مسئله ی تخریب چسب در زمانی مشاهده می شود که چسب در دماهای بالا و پایین قرار گیرد و یا در اب نمک فرو رود و سپس خشک شود. بر اساس تعریف، یک چسب ساختاری باید قادر باشد در برابر یک چنین شرایطی، تحمل داشته باشد بدون آنکه تخریب شود.مشکل دوم در زمینه ی اتصال دهی فلزات، آگاهی از طبیعت سطحی آن است. یکی از مسائل مهم که باید در زمان اتصال دهی فلزات مورد توجه قرار داد، این است که تنها سطوح درگیر این اتصال می باشد. چسب ها و مواد آب بندی تنها در لایه ی مولکولی سطحی فعال هستند. بنابراین، اگر فولاد با سطح آماده سازی نشده، اتصال یابد، لایه ی اکسیدی سطحی موجب افت کیفت اتصال می شود.
فلز پایه در بیشتر موارد، بسیار فعال است و این مسئله موجب تشکیل انواع مختلف از اکسیدها، سولفیدها و هیدریدها در زمان برخورد این مواد با اتمسفر می شود. به عنوان یک نتیجه، این ضروری است که نه تنها فلز بالک در نظر گرفته شود، بلکه همچنین قابلیت اتصال دهی هیدروکسید سطحی آن نیز در نظر گرفته شود. باید همچنین طبیعت نیروی چسبنده ی ایجاد شده بین فلز پایه و اکسید در نظر گرفته شود. اتصال نهایی قوی تر از ضعیف ترین اتصال موجود، نیست:
1. استحکام چسبندگی تمام مواد موجود باید در نظر گرفته شود.
2. نیروی بین چسب و اکسید فلز باید در نظر گرفته شود.
3. استحکام اکسید فلزی متصل به فلز پایه باید در نظر گرفته شود.
سطح فلزی واقعی که در حقیقت در اتصال شرکت می کند، در شکل 1 نشان داده شده است. چسب هایی که برای اتصال دهی فلزات پیشنهاد می شوند، در حقیقت برای اتصال دهی فلز – اکسید استفاده می شوند. آنها باید با لایه ی سطحی آبی تطابق داشته باشند که به سطح کریستال های اکسید- فلز، چسبیده است. حتی موادی مانند فولاد ضد زنگ و نیکل و یا کروم نیز حاوی لایه ی اکسیدی سطحی شفافی هستند که حداقل حاوی یک لایه ی سطحی آب می باشد.
داده های مربوط به خواص کلی چسب های مورد استفاده برای زیرلایه های فلزی در جدول 1 آورده شده است. این جدول ممکن است در انتخاب چسب به ما کمک کند. وقتی چسب های مورد نظر، به چند نوع محدود شد، طراح می تواند بهترین سیستم اتصال را از بین این چند سیستم، انتخاب کند. به هر حال، انتخاب یک چسب خاص از بین یک جدول از خواص، کاری مشکل است زیرا فرمولاسیون در داخل یک گروه از چسب ها نیز ممکن است به طور قابل توجهی تغییر کرده و بدین صورت، خواص فیزیکی، شرایط عمل آوری و مقاومت محیطی آن نیز تغییر خواهد کرد.
آلومینویم و آلیاژهایش
آلومینیوم یکی از زیرلایه های ایده آل برای چسباندن و آب بندی کردن می باشد. این ماده دارای انرژی سطحی بالایی است و در برابر اکثر محیط ها نیز مقاومت خوبی دارد. این ماده همچنین یک ماده ی خوب با قابلیت شکل پذیری بالا و نسبت استحکام به وزن بالات می باشد. به عنوان یک اتصال های آلومینیومی چسبانیده شده با چسب ها، به طور متداول در ساختار هواپیما و صنعت خودرو، استفاده می شوند. اتصال های آلومینیومی به طور متداول در تحقیقات انجام شده در زمینه ی اتصال فلزات، مورد بررسی قرار می گیرد. مقالاتی که در این زمینه به چاپ رسیده است اغلب، از اتصال های آلومینیومی، استفاده کرده اند.لایه ی اکسیدی که در سطح آلومینیوم، تشکیل می شود، پیچیده تر از لایه ی اکسیدی تشیکل شده بر روی سایر زیرلایه های فلزی می باشد. آلومینیوم سطحی بسیار فعال دارد و اکسید در واقع به صورت آنی بر روی سطح تازه ی فلزی تشکیل می شود. این لایه دقیقا پس از قرارگیری زیرلایه در برابر اتسمفر، ایجاد می شود. اکسید آلومینیوم بسیار پایدار است و به فلز زیرلایه چسبیده است. این اکسید همچنین به صورت پیوسته بر روی زیرلایه تشکیل شده است و از لحاظ الکتریکی نیز رسانایی ندارد. این ویژگی های سطحی موجب می شود تا آلومینیوم یک فلز مناسب برای اتصال دهی با چسب باشد. این مسئله موجب شده است که تولید کننده های چسب، از این زیرلایه، به عنوان زیرلایه ی مرجع، استفاده کنند.
ترشوندگی چسب ممکن است با تبدیل سطوح موجود به سطوح جدید با انرژی بالاتر، افزایش یابد و بدین صورت، توپولوژی ساختار بهبود یابد. در مورد سطوح آلومینیومی، تبدیل شیمیایی همچنین موجب محافظت فلز پایه از خوردگی و همچنین موجب افزایش دوام اتصال ایجاد شده در انواع محیط های سرویس دهی، می شود. آماده سازی های سطحی متداولی که برای اتصال دهی آلومینیوم، استفاده می شود، می تواند عموماً به سه گروه، تقسیم بندی شود:
• تمیزکردن و ساییدن ساده
• اچ شیمیایی
• استفاده از پرایمرها و پوشش های تبدیلی
در گروه اول، حلال شویی، گریس گیری با بخار و یا یکی از روش های سایش مکانیکی، قرار دارند. در هر مثال، باید مراقب باشیم تا سطح به طور کامل تمیز شده باشد و بوسیله ی آلودگی های ناشناخته، آلوده نشود. در غیر اینصورت، تمیزکاری نامناسبی بر روی نمونه انجام شده است. این مسئله موجب کاهش کیفیت اتصال می شود.
سندبلاست کردن به طور متداول برای آماده سازی سطوح آلومینیومی پیش از اتصال دهی با چسب، مورد استفاده قرار می گیرد. علت این مسئله، سادگی و ارزان قیمت بودن این روش است. به هر حال، عمل آوری شیمیایی مانند فرایند اچ شیمیایی نیز موجب می شود تا قابلیت اطمینان بهتری ایجاد شود. اگر سطوح چسبندگی آلومینیوم در ابتدا تمیزکاری شوند و سپس سندبلاست شوند، و در نهایت به صورت شیمیایی عمل آوری شوند، مساحت سطح موجود افزایش می یابد و آلودگی های سطحی از بین می رود. در این حالت، استحکام اتصال ایجاد شده، استثنایی است. به هر حال، فرایند سه مرحله ای، اغلب در زمانی که استحکام پایین (500 تا 2000 psi) مورد نیاز باشد، ضروری نیست. اتصال مفید در این کاربردها، می تواند به سادگی با تمیزکاری و ساییدن زیرلایه، ایجاد شود.
وقتی آلومینیوم به زیرلایه ای آلومینیومی متصل شود و یا به فلزی دیگری متصل شود، آماده سازی بهینه ی سطحی باید بر اساس نوع کاربرد، انجام شود. جدول 2 در بردارنده ی راهنمایی هایی است که در زمان آماده سازی زیرلایه ها، باید به آنها توجه کرد.
برای محافظت اتصال آلومینیومی از اثرات ناشی شده از محیط، مخصوصاً آب و خوردگی، یک لایه ی اکسیدی سطحی و ضخیم بر روی سطح فلز تشکیل می شود. از لحاظ تاریخی، اچ شیمیایی به عنوان یک فرایند آماده سازی سطحی، بهترین روش برای ایجاد اتصالی خوبی بین زیرلایه های آلومینیومی است. در حالی که روش های اسیدی و بازی مخلتفی می تواند مورد استفاده قرار گیرد، بهترین عملیات اچ، استفاده از محلول سولفوریک اسید و دی کرومات است. این محلول در صنعت هواپیمایی و بر طبق استاندارد ASTM D 2651 مورد استفاده قرار می گیرد. این فرایند برخی مواقع به فرایند اچ EPL معروف است. اولین مرحله در این فرایند، تخریب بخار می باشد، سپس تمیزکاری قلیایی و مرحله ی بعدی، غوطه وری در مواد شیمیایی است. زیرلایه ها در نهایت خشک می شوند. اصلاح های زیادی بر روی این عملیات ها انجام شده است مثلا استفاده از محلول اچ شبه خمیری (استاندارد ASTM D 2641 Method F). این روش نیاز به غوطه وری در محلول اسیدی را حذف می کند. این مسئله علاوه بر مسائل محیط زیستی، جوانب ایمنی بالایی دارد.
سایر روش های مهم برای آماده سازی سطح آلومینیومی (برای اتصال دهی بهتر)، آنودایزینگ و استفاده از پوشش تبدیلی کروماتی می باشد. در آنودایزینگ، آلومینیوم در غلظت های متغیری از اسید ها غوطه ور می شود، در حالی که یک بار الکترواستاتیک بر آن اعمال شده است. اکسید با مواد اچ کننده واکنش می دهد و موجب تشکیل ترکیبی می شود که سطح را محافظت کرده و موجب ایجاد تطابق با چسب می شود. در این روش، اکسید آلومینیوم حفظ می شود ولی مستعد ایجاد پیوند می شود. این نشان داده شده است که یک سطح آنودایز شده، می تواند سطحی با دوام بالا برای اتصال دهی چسب، ایجاد کند. این سطح مقاومت استثنایی در برابر آب شور و آب دریا دارد. مثال هایی از فرایند آنودایزینگ عبارتست از فرایند آنودایز اسید فسفریک بویینگ (PAA) و فرایند آنودایز اسید کرومیک (CAA).
برنامه ی مربوط به تکنولوژی ساختار اتصالی با چسب ها که بوسیله ی نیروی هوایی آمریکا (PABST) در اواخر دهه ی 1970 انجام شده است، نشاندهنده ی این است که پانل های فیوزی اتصال یافته با استفاده از مواد مناسب می تواند در حقیقت در سطوح تنشی بالاتر از چیزی که ساختارهای آلومینیومی اتصال یافته با پرچ تحمل می کنند، کار کنند. نتایج این برنامه نشاندهنده ی یک راه بهینه برای حصول اتصال مناسب و با دوام در آلومینیوم است:
• PAA یک عملیات مناسب تر برای آلومینیوم است که دارای تلورانس تولید مناسب می باشد.
• PAA با پرایمر مقاومتی در برابر خوردگی، بهترین مقاومت در برابر خوردگی را ایجاد می کند.
• چسب باید بر اساس دوام انتخاب شود همانگونه که بر طبق آزمون سیکلی آهسته در محیط مرطوب یا گرم، تعیین می شود.
روش پوشش دهی تبدیلی شیمیایی، همچنین برای عمل آوری زیرلایه های آلومینیومی پیش از اتصال دهی، استفاده می شود. پوشش تبدیلی شیمیایی، یک فرایند فسفوریزاسیونی آمورف است که در آن، آلومینیوم با محلولی حاوی فسفریک اسید، کرومیک اسید و فلئورید، عمل آوری می شود. پوشش های تبدیلی کروماتی ایجاد شده بر روی آلومینیوم، یک روش مؤثر برای افزایش اتصال دهی سطحی و همچنین بهبود مقاومت خوردگی در خط اتصال، می باشد. به هر حال، دوام مشاهده شده در مورد پوشش های تبدیلی شیمیایی متغیر است و به شرایط فرایندی وابسته می باشد. در عوض، آنودایزینگ و فرایند اچ، موجب تولید اتصال های آلومینایی با دوام بالا می شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
