اتصال و آب بندی در زیرلایه های خاص (2)

دوام اتصال های آلومینیومی اتصال یافته ای که در داخل آب غوطه ور می شوند، در شکل 1 نشان داده شده است. عملیات آنودایزینگ و گریت بلاست ، اگر چه موجب ایجاد استحکام پیوند اولیه ی خوبی می شود، این استحکام پس از دو سال برخورد با محیط، افت قابل توجهی پیدا می کند. اتصال هایی که با عملیات چربی گیری با بخار و ایجاد پوشش های تبدیلی تولید می شوند، نیز بوسیله ی رطوبت محیطی تخریب می شوند. در صورتی که نمونه ها با سیکل های یخ زدن و ذوب شدن همراه باشند، کارایی آنها پس از دو سال، از بین می رود.
به هر حال، به علت سرطان زایی کروم، فرایندهای پوشش دهی سطحی با این ماده به فرایند استفاده از پرایمر تبدیل شده است. آنودایزینگ با کروم و اچ FPL در بسیاری از مکان ها، مورد استفاده قرار می گیرد. توسعه ی آنودایزینگ با اسید سولفوریک و آنودایزینگ با اسید بوریک، نیز در حال بررسی و توسعه می باشد.
در صنعت اتومبیل، یک عملیات اولیه برای کویل های آلومینیومی توسعه یافته است که سمی نبوده و با اتصال های جوشی نیز تطابق دارد. ادعا می شود که این عملیات اولیه، اثربخشی مشابه با فرایندهای عملیاتی بر پایه ی کروم دارد.
روش متداول برای اتصال دهی خوب، آماده سازی سطح آلومینیومی و سپس تر کردن سطح آن با چسب می باشد. این تر کردن باید هر چه سریع تر پس از عملیات سطحی انجام شود. در هر عملیات، قطعات آلومینیومی باید حداکثر 48 ساعت پس از عملیات آماده سازی سطحی، اتصال پیدا کنند. به هر حال، در کاربردهای خاص، این روش عملی نیست و از این رو، پرایمرها، برای محافظت سطح پیش از اتصال دهی، استفاده می شوند. پرایمرها همچنین به صورت محلول های رقیق اعمال می شوند تا بدین صورت بتوان سطح را به راحتی تر کرد و میزان اثربخشی را افزایش داد.
روش های تمیزکاری شیمیایی مورد استفاده برای آلومینیوم برای اکثر آلیاژهای مختلف آلومینیوم، مؤثرند. پایداری این پیوندها، همچنین به نوع آلیاژ مورد استفاده بستگی دارد. علت این مسئله، نرخ خوردگی مختلف تحت شرایط محیطی خطرناک می باشد. استحکام نهایی این آلیاژها، همچنین بر روی استحکام پیوند در زمانی مؤثر است که نمونه تحت تنش برشی قرار دارد. آزمون پوسته ای شدن معمولاً یک روش بهتر برای اندازه گیری اثربخشی عملیات سطحی می باشد. فاکتور تسلیم چسب هیچگاه ایجاد نمی شود که علت این مسئله، استحکام پوسته ای شدن نسبتاً ضعیف چسب می باشد.
جدول 1 نشاندهنده ی اثر عملیات های سطحی بر روی اتصال های آلومینیومی اتصال یافته با استفاده از چسب های اپوکسی عمل آوری شده با حرارت می باشد. استحکام برشی اولیه و کارایی این بخش ها، به نوع آلیاژ و عملیات سطحی مورد استفاده وابسته می باشد. این مسئله باید تذکر داده شود که داده های موجود در اینجا، تنها نشاندهنده ی تفاوت نسبی در استحکام اتصال برای یک چسب منفرد است و در مورد فرمولاسیون های دیگر چسب، باید بررسی های دیگر انجام شود. هیچ تلاشی به منظور ماکزیمم کردن این مقادیر از طریق انتخاب چسب مناسب تر صورت نگرفته است. وقتی ملاحظات سطحی در نظر گرفته می شود، چسب های فراونی وجود دارند که می توان آنها را به خوبی برای اتصال دهی آلومینیوم، استفاده کرد. این انتخاب به استحکام مورد نیاز، نوع تنش های ایجاد شده بر روی نمونه و شرایط محیط علمیاتی ، وابسته می باشد. شرکت فلزات Reynolds اصول کلی برای انتخاب چسب برای اتصال دهی آلومینیوم را به صورت زیر بیان کرده است:
• اتصال ها به آلومینیوم عموماً قوی تر از اتصال های ایجاد شده به فولاد است.
• یک اچ اسید سولفوریک- کرومیک بهترین مقاومت در برابر هوازدگی و شرایط محیطی آب شور را ایجاد می کند.
• اپوکسی های عمل آوری شده در دمای اتاق، بهترین مقاومت در برابر آب شور را ایجاد می کنند.
• استحکام های بالاتر معمولاً با اپوکسی های عمل آوری شده با حرارت ایجاد می شود.
• فیلم های فنولیک اصلاح شده، موجب می شوند تا بهترین استحکام در برابر نیروهای پوسته ای کننده و برشی ایجاد شود.
• بدترین شرایط محیطی برای چسب، آب و هوای گرم و مرطوب می باشد.
• چسب های ساختاری در برابر نیروهای برشی قوی ترند اما در برابر نیروهای کلیواژ و پوسته ای کننده، ضعیف می باشند.
• چسب های عمل آوری شده با حرارت حساسیت کمتری نسبت به آماده سازی سطحی (در مقایسه با چسب های عمل اوری شده در دمای اتاق) دارند.
جدول 1 بخش اول این مقاله بیان کننده ی خلاصه ای از چسب های مورد استفاده برای اتصال دهی آلومینیوم می باشد. Sell همچنین یک تعداد از چسب های آلومینیوم را بر اساس افت میزان دوام، طبقه بندی کرده است. نیتریل- فنولیک ها، اپوکسی های دما بالا، اپوکسی های عمل اوری شده در دمای 250 فارنهایت، اپوکسی های اصلاح شده با رابر و عمل آوری شده در دمای 250 فارنهایت، وینیل اپوکسی ها، خمیرهای اپوکسی عمل آوری شده در دمای اتاق (دو جزئی) با عمل آوری آمینی و در نهایت یوریتان های دو جزئی.

برلیوم و آلیاژهای آن

علاقه ها در زمینه ی استفاده از برلیوم و آلیاژهای آن (مانند آلیاژهای برلیوم- مس) در صنعت هوافضا و تولید وسایل ورزشی خاص در طی سال های اخیر، افزایش یافته است. لحیم کاری و پرچ کاری می تواند برای اتصال دهی این مواد مورد استفاده قرار گیرد اما این روش ها، گران قیمت هستند و موجب ایجاد تنش های قابل توجهی در ناحیه ی اتصال می شوند. باید با دقت بالا بر روی فلز کار شود زیرا ضایعات ایجاد شده در زمان فرآوری مانند گردوغبار، پلیسه و دود، سمی هستند و برای سلامتی مضر می باشند. چسب ها و مواد شیمیایی مناسب برای استفاده با برلیوم باید شناسایی شوند.
استفاده از چسب موجب می شود تا مشکل حساسیت بالای برلیوم به شکاف و همچنین مشکلات ناشی از سلامتی این فلز، به حداقل، برسد. بسیاری از محصولات برلیومی اتصال یافته، در کاربردهایی استفاده می شوند که نسبت های استحکام به وزن بالا، مهم می باشد.
برلیوم فلز بسیار فعالی است و به سرعت با متیل الکل، فرئون، پرکلرواتیلن و مخلوطی از متیل اتیل کتون و فرئون واکنش می دهد. برلیوم می تواند به دلیل در معرض قرار گرفتن با آب حاوی کلریدها و یا سولفات ها ، تحت خوردگی سوراخی قرار گیرد. پوشش دهی مناسب موجب می شود تا سد مقاومتی خوبی در برابر خوردگی در این ماده ایجاد شود.
یک تعداد از روش های آماده سازی سطحی پیش از اتصال دهی برای برلیوم و آلیاژهای آن، پیشنهاد شده است. یک روش، در حقیقت چربی زدایی زیرلایه با تری کلرواتیلن و غوطه وری در محلول های بیان شده در زیر (به مدت 5 تا 10 دقیقه و در دمای 68 فارنهایت) می باشد:
• محلول سدیم هیدروکسید با غلظت 20–30 pbw
• آب مقطر با غلظت 170–180 pbw
زیرلایه باید سپس در آب معمولی شستشو شود و سپس با آب مقطر دوباره شستشو داده شود. مرحله ی نهایی در حقیقت خشک کردن نمونه به مدت 10 دقیقه در دمای 250 تا 350 فارنهایت می باشد. چندین فرایند آماده سازی سطحی دیگر برای برلیوم پیشنهاد شده است. شکل 2 نشاندهنده ی نتایج بدست آمده از اچ و اعمال چسب های مختلف بر روی زیرلایه های برلیومی می باشد.
بسیاری از چسب ها و فرایندهای آماده سازی توسعه یافته برای برلیوم، موجب می شود تا این فلز به طور مناسبی برای کاربردهای فضایی آماده سازی شود. از آنجایی که برلیوم استحکام خود را تا دمای 1000 فارنهایت حفظ می کند، بسیاری از چسب های مورد استفاده برای برلیوم، چسب های دما بالا مانند پلی ایمیدها و پلی بنزیمیدیزول ها، هستند. سیستم های چسبی متداول تر موجب افزایش استحکام برشی در دمای ااتاق می شود اما این سیستم ها به سرعت و پس از رسیدن به دمای شیشه ای شدن آنها، تخریب می شوند.
نمونه های برلیوم- مس می باشند. این ماده یک رزین ترموپلاست دما بالا می باشد. فرایند آماده سازی سطحی پیشنهاد شده برای این اتصال ها، شامل ایجاد خراش با استفاده از مخلوطی از آب و سنگ پا، شستشو با آب مقطر و سپس خشک کردن در آون (در دمای 200 فارنهایت) می باشد. چسب های آماده سازی شده سپس با رزین پوشش داده می شود و خشک می شوند. نمونه های برلیوم- مس پوشش داده شده با پلی آریل سولفون سپس در دمای 570 فارنهایت و با فشاری بین 55- 90 PSI اتصال داده می شود. یک رابطه ی خطی میان استحکام برشی لبه روی لبه و دما در این اتصال ها مشاهده می شود. اتصال مقاومت خوبی در برابر انواع مواد شیمیایی و آب در دمای اتاق دارد. به هر حال، غوطه وری در آب جوش موجب کاهش استحکام برشی لبه روی لبه به میزان 50 % می شود.

آب کاری کادمیم

کادمیم روزگاری برای پوشش دهی فولاد استفاده می شد. مشکلات سلامتی و ایمنی، موجب شد تا میزان استفاده از این پوشش، به طور قابل توجهی، کاهش یابد. کادمیم می تواند به طور مناسبی و با استفاده از آبکاری با نقره و نیکل، پیوند دهد. یکی دیگر از روش ها، چربی زدایی با حلال، غوطه وری در تمیزکننده ی غیر کلریدی و سپس شستشو آب مقطر و خشک کردن می باشد.
برخی از اتصال های کادمیمی ایجاد شده با چسب، تخریب قابل توجهی را پس از برخورد با شرایط محیطی، داشته اند مخصوصاٌ آنهایی که با محیط های مرطوب در تماس بوده اند. خواص هوازدگی این اتصال ها ممکن است با استفاده از مواد آب بندی و یا پرایمرها، بهبود یابد.

مس و آلیاژهای مس

در صنعت میکروالکترونیک و صنایع دریایی، زیرلایه های مسی به طور متداول با استفاده از چسب ها به هم متصل می شوند. مشابه سایر فلزات، این مواد نیز عموماً استحکام اتصال مناسبی ایجاد می کنند اما دوام آنها پایین است مخصوصاً در محیط های مرطوب.
مس به سه شکل، مورد استفاده قرار می گیرد: خالص، آلیاژ شده با روی (آلیاژ برنج)، آلیاژ شده با قلع (برنز). مس و آلیاژهای آن، به سختی به هم متصل می شوند، مخصوصاً اگر استحکام پوسته ای شدن و برشی بالا مورد نیاز باشد. دلیل اصلی برای این مشکل، این است اکسید بر روی سطح مس به سرعت تشکیل می شود. لایه ی اکسید مس به طور محکم بر روی فلز پایه متصل نشده است. بنابراین در صورت تمیز کردن این لایه و اتصال دهی زیرلایه ی خالص، استحکام اولیه اتصال بالاست اما در برخورد با محیط، یک لایه ی اکسیدی تشکیل می شود که موجب کاهش دوام اتصال می شود.
سایش مکانیکی اغلب به عنوان یک پیش عملیات برای مس استفاده می شود. این عملیات برای جاهایی مناسب است که استحکام اتصال متوسط و پایین مد نظر باشد. برای بهینه سازی استحکام پیوند و کارایی آن، لایه ی اکسیدی باید به صورت خاص برای اتصال دهی چسب ها، مهندسی شود. این مسئله از طریق فرایند پوشش دهی انجام می شود که به پوشش دهی اکسید سیاه معروف است. این کار از طریق ایجاد پوشش تبدیلی کروماتی، انجام می شود.
فرایندهای اکسید سیاه موجب تشکیل مورفولوژی های با زبری میکرویی بر روی سطح مس می شود. در یک چنین فرایندی، از محصولاتی استفاده می شود که به صورت تجاری موجود می باشند. این محصولات موجب تشکیل لایه ی اکسید قوی بر روی سطح مس می شود. این فرایند نیازمند تمیزکاری قلیایی و غوطه وری در اسید پیش از قرارگیری سطح مس در دماهای بالا و محلول گفته شده، می باشد. مراحل فرایند بسیار مهم می باشد. همچنین زمان و دمای نیز باید به خوبی کنترل گردد. قطعات باید تا 4 ساعت پس از عملیات شیمیایی، پوشش دهی شوند. یکی دیگر از این فرایند ها، در استاندارد ASTM D 2651 بخش E توضیح داده شده است. البته این روش برای آلیاژ مس حاوی 95 % مس می باشد.
فرایند سدیم دی کرومات- سولفوریک اسید، دارای مزیت هایی نسبت به روش های فریک کلریدی برای آماده سازی مس است. این روش همچنین بوسیله ی استاندارد ASTM D 2651 توضیح داده شده است. در کاربردهای خاص، فرایندهای اچ با نیتریک اسید و فریک کلرید نیز برای مس، برنج و برنز، مناسب می باشد. عموماً ترکیبات اپوکسی برای اتصال های ساختاری استفاده می شوند. چسب ها و مواد آب بندی که موجب تولید محصول فرعی اسیدی می شود، نباید مورد استفاده قرار گیرند زیرا این اسید به بخش مسی قطعه حمله می کند. چسب های سیلیکونی RTV خاصی فرموله شده اند که به جای آزاد کردن اسید استیک، متانول آزاد می کنند. مس ممکن است با مواد شیمیایی خاصی که در فرمولاسیون چسب ها وجود دارد، واکنش دهد. این واکنش بیشتر در دماهای بالا رخ می دهد.
مس تمایل به تشکیل ترکیبات آمینی ترد دارد. این ترکیبات در برخی عوامل عمل اوری وجود دارد. بسیاری از چسب های عمل آوری شده در دمای اتاق، چسبندگی بهتری به مس و آلیاژهای آن دارند. برای عمل آوری در دماهای بالا، تنها اپوکسی های عمل آوری شده با حرارت که حاوی دی سیان دی آمین و یا ملامین هستند، باید مورد استفاده قرار گیرند. واکنش های عمل آوری دی سیان دی آمین و ملامین در زمان استفاده از پوشش و یا چسب در زیرلایه های مسی، مناسب می باشد. این فرمولاسیون ها، کارایی بهتری در اتصال مسی با چسب، ایجاد می کنند.
برنج یک آلیاژ مس و روی است و برنز آلیاژ مس و قلع. سندبلاست و سایر روش های مکانیکی آماده سازی سطحی ممکن است برای هر دوی این آلیاژها، مورد استفاده قرار گیرد. عملیات های سطحی که در آن، عملیات های شیمیایی و مکانیکی، ترکیب شده اند، برای ماکزیمم شدن خاصیت چسبندگی، پیشنهاد می شود. چسب های پیشنهاد شده برای مس، ممکن است برای زیرلایه های برنجی و برنزی نیز استفاده شوند.
منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.