مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
فولاد و آهن
به دلیل استفاده ی متداول از این فولاد و آهن در صنایع، این مواد به طور مکرر اتصال داده می شوند. مشابه سطوح اکثر فلزات، سطوح آنها در حقیقت به صورت مخلوط های پیچیده ای از اکسیدهای هیدراته و آب جذب شده، می باشند. بدبختانه، اکسیدهای آهن اغلب سطوح مناسبی برای اتصال دهی چسب ها نیستند زیرا این مواد ممکن است بعد از اعمال چسب، با اتمسفر واکنش دهند و تشکیل لایه های کریسالی تضعیف شده، دهند. اکسیدهای آهن نسبتا به اکسید آلومینیوم، مس و تیتانیم با سختی بیشتری مهندسی می شوند. به عنوان یک نتیجه، گریت بلست اغلب برای این محصولات، استفاده می شود. اگر چه این روش موجب ایجاد چسبندگی مطلوبی می شود و دوام ایجاد شده، برای بسیاری از کاربردها، کافی است، گریت بلست موجب افزایش قابل توجهی در دوام قطعات چسبیده در محیط های خشن، نمی شود. پوشش های تبدیلی اغلب برای این موارد، استفاد می شوند.عملیات های اتصال دهی، به صورت مکرر نیازمند حذف لایه های اکسیدی از سطوح آهنی و فولادی هستند. در واقع پیش از اتصال دهی با چسب، باید این عملیات ها، بر روی نمونه انجام شود. به منظور حفاظت در برابر واکنش های آهسته ای که در محیط های مرطوب و پس از اتصال دهی با چسب، ایجاد می شود، سطوح آهنی و فولادی اغلب پیش از چسباندن، فسفاته می شوند. این فرایند اتم های آهن فعال را به گونه های پسیو تر تبدیل می کند. یک چنین پوشش هایی به منظور تبدیل یک سطح فعال به سطح خنثی تر، اعمال می شود.
محافظت در برابر خوردگی، برای اتصال دهی فولاد مهم می باشد، حتی این مسئله مهم تر از سایر زیرلایه های فلزی می باشد. چسبندگی اولیه ی مربوط به فولاد، معمولاً خوب است اما عوامل ناخالصی به سرعت به دلیل عوامل محیطی، ایجاد می شود. بنابراین، پرایمرهای جلوگیری کننده ی خوردگی، معمولاً پیشنهاد می شوند زیرا این پرایمرها، موجب محافظت سطح در برابر خوردگی و تغییرات پس از اتصال می شود. سیکل های خشک کردن پس از تمیزکردن نیز بسیار مهم می باشد. در طی این فرایندها، شستشو با الکل پس از شستشو با آب منجر به تشدید خشک شدن و کاهش لایه های سطحی نامطلوب، می شود.
فولاد کربنی یا فولاد نرم، ممکن است نیازمند عملیات های چربی زدایی و سایش کمتری باشد. آزمون هایی باید بر روی چسب های واقعی انجام شود تا بدین صورت، تعیین شود که آیا اچ شیمیایی و یا سایر عملیات های سطحی ضروری می باشد یا نه؟ شکل 1 بخش اول این مقاله نشاندهنده ی استحکام اولیه و باقیمانده ی بدست آمده از اتصال هایی است که با فولاد نرم و چسب های مختلف تولید شده است. از این نتایج، فهمیده می شود که دوام اتصال های فولادی تولید شده با چسب های اپوکسی، عملکرد بهتری نسبت به سیستم های چسب عمل آوری شده در دمای اتاق، دارد.
توالی کلی مربوط به آماده سازی سطحی مربوط به سطوح آهنی عبارتست از: چربی زدایی، اچ اسیدی و یا تمیزکاری قلیایی، شستشو، خشک کردن، آماده سازی سطحی شیمیایی و اعمال پرایمر. مرحله ی آماده سازی سطحی شیمیایی در رویه ی استاندارد در نظر گرفته نمی شود اما برخی اوقات، برای افزایش استحکام اتصال، ضروری می باشد. این یخش شامل تشکیل یک فیلم محافظت کننده در برابر خوردگی با ترکیب و ضخامت مشخص می باشد. این فیلم ها، در حقیقت ترکیب های پیچیده ای از فسفات ها، فلئوریدها، کرومات ها، سولفات ها، نیترات ها و ... می باشند. ترکیب این فیلم ها، ممکن است فاکتور مهمی در کنترل استحکام اتصال باشد.
فولاد ضد زنگ و یا فولاد مقاوم در برابر خوردگی، دارای میزان کروم بالا (بالاتر از 11 %) می باشد. لایه ی اکسیدی پایداری که بر روی فولاد ضد زنگ ایجاد می شود، به سختی به سطح می چسبد. شستشو نیز برای اطمینان یافتن از یک اتصال مناسب با سطح فولاد ضد زنگ، ضروری است اما حتی شستشوی با کیفیت بالا نیز ممکن است نتواند به طور کامل آلودگی ها را حذف کند.
یک تعداد زیاد از فرایندهای آماده سازی سطحی موجب می شود تا اتصال مناسبی با فولاد ضد زنگ، ایجاد شود. علاوه بر روش های مکانیکی، اسیدها و بازهای قوی نیز در این مورد استفاده می شوند. ماسه پاشی با گریت های 200 و سپس شستشو به منظور حذف باقیمانده ی مواد مورد استفاده، یک روش مورد قبول در برخی کاربردهاس اما اتصال ایجاد شده با این روش، استحکام قابل توجهی ندارد. عملیات های اسید شویی قوی معمولاً برای تولید اتصال های با استحکام بالا در چسب ها، استفاده می شوند. پسیو کردن با محلول اسید نیتریک و محلول اسید سولفوریک غلیظ به همراه سدیم دی کرومات، موجب تولید اتصال با کیفیت بالا می شود. البته نمونه های آماده سازی شده با این روش، استحکام پوسته ای شدن پایینی دارند. اچ اسیدی می تواند برای آماده سازی فولادهای 301 و 302 مورد استفاده قرار گیرند. برای ایجاد استحکام حداکثر برای اتصال های ایجاد شده از این مواد، باید حتماً عملیات آماده سازی بر روی آنها انجام شود. فرایند اچ اسیدی موجب تولید اتصال هایی با استحکام پوسته ای شدن و برشی خوب می شود. سری 400 از فولادهای ضد زنگ کروم دار، باید به شیوه ای مشابه فولادهای کربنی آماده سازی شوند. فولادهای ضد زنگ سخت کاری شده با روش رسوبی، نیز هر کدام مشکلاتی را دارند. فرایندهای خاص باید برای هر کدام از آنها، توسعه یابد.
وقتی این مواد به خوبی عمل آوری می شوند، هزاران ترکیب آلی وجود دارند که برای اتصال دهی فولادهای ضد زنگ، موجود می باشد. متداول ترین چسب های ساختاری مورد استفاده برای اتصال دهی فولاد ها، عبارتند از چسب های ترموست مانند اپوکسی ها، یوریتان ها و فنولیک ها. در صنایع با حجم بالا، مانند صنعت اتومبیل و صنعت لوازم خانگی، آماده سازی فولاد انجام نمی شود. سیستم های چسب خاصی توسعه یافته اند که می تواند فولاد را به خوبی به مواد دیگر بچسباند. این زیرلایه ها معمولاً با روغن های سبک پوشش داده می شوند تا بدین صورت در برابر خوردگی در امان باشد. چسب های اپوکسی با تافنس بالا، چسب های اکریلیک ترموست و سیستم های خاص دیگر، برای این کاربردها، مناسب است. این چسب ها معمولاً بر روی سطوح روغنی نیز کار می کنند. در واقع این کار از طریق جابجایی ترمودینامیکی روغن در سطح چسب، عمل می کنند.
قلع
سطح قلع هیچ مشکل قابل توجهی برای اتصال چسب، ایجاد نمی کند. تمیزکاری با حلال پیش از سایش سطح، پیشنهاد می شود. فرایند سایش باید با تمیزکاری ثانویه با حلال ادامه یابد. اچ اسیدی معمولاً برای زیرلایه های قلعی استفاده نمی شود.چسب های پیشنهاد شده برای این زیرلایه ها، عبارتند از اپوکسی ها، اکریلیک ها، پلی یوریتان ها، استارین بوتادین و پلی ایزوبوتادین می باشند. معمولاً چسب های انعطاف پذیر پیشنهاد می شوند زیرا موجب کاهش تمایل چسب به پوسته ای شدن می شود.
تیتانیم و آلیاژهای آن
تیتانیم به طور گسترده ای در کاربردهای هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد. در این کاربردها، نیازمند نسبت استحکام به وزن بالا در دماهای بالا هستیم. به عنوان یک نتیجه، یک تعداد از فرایندهای آماده سازی سطحی مختلف برای تیتانیم گزارش داده شده اند. توالی مربوط به اماده سازی این زیرلایه ها، عبارتند از: چربی گیری، اچ اسیدی یا تمیزکاری قلیایی، شستشو، خشک کردن ، آماده سازی سطحی شیمیایی، شستشو و خشک کردن، در نهایت نیز استفاده از پرایمر و ایجاد اتصال با چسب. سایش مکانیکی عموماً برای سطوح تیتانیمی، پیشنهاد نمی شود.اگر حلال های کلردار برای سطوح تیتانیمی، استفاده شود، این حلال ها پیش از اتصال، باید به طور کامل خارج شوند. حلال های کلردار موجب افزایش ترک های ناشی از خوردگی تنشی در نزدیکی جوش ها می شود. جوشکاری تیتانیم اغلب مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین، بهترین کار جلوگیری از استفاده از حلال های کلردار می باشد. چندین تولیدکننده ی هواپیما که آلیاژهای تیتانیم تولید می کنند، اجازه ی استفاده از حلال های کلردار را نمی دهند.
Shafferو همکارانش بررسی خوبی بر روی اتصال دهی تیتانیم با استفاده از چسب، انجام دادند که علاوه بر آن، پارامترهای فرایندی را نیز مورد بررسی قرار داد. از 31 روش آماده سازی پیشنهاد شده برای آلیاژهای تیتانیم، فرایند فسفاتی- فلئوریدی (PF) به عنوان روشی بهینه، انتخاب شده است. این فرایند بوسیله ی Picatinny Arsenal اصلاح شد و در استاندارد MIL-A-9067 توصیف شده است. این روش دوام استثنایی را برای تیتانیم آلیاژی و تیتانیم خالص شیمیایی (CP) ایجاد می کند. به هر حال، مورد اول پس از 5 سال، استحکام برشی لبه روی لبه ی خود را از دست می دهد. ولی تیتانیم CP این اثر را از خود نشان نمی دهد.
آماده سازی سطحی با پروکسید قلیایی (AP) تیتانیم نیز منجر به ایجاد ساختاری اتصالی می شود که استحکام چسبندگی بالا و مقاومت در دمای بالای مناسبی دارد. استفاده از این فرایند در سال های اخیر به دلیل عدم ثبات اجزای آن و همچنین زمان آماده سازی طولانی (بیش از 36 ساعت) کاهش یافته است. سطوح تیتانیمی ایجاد شده بوسیله ی آنودایزینگ الکتروشیمیایی، به طور نمونه وار بهترین استحکام اولیه و پایداری دراز مدت را ایجاد می کند. این عملیات موجب ایجاد مورفولوژی اکسیدی سلولی و متخلخل می شود که تطابق خوبی با چسب ها دارد. بهترین فرایند آنودایزینگ مورد استفاده، فرایند آنودایزینگ اسید کرومیک (CAA) است. اخیراً یک فرایند آماده سازی آنودایزینگ هیدروکسید سدیم (SHA) نیز نتایج مناسبی بدست آورده است. این روش آخر، در حقیقت دوست دار محیط زیست می باشد.
یک تمیزکننده ی قلیایی مانند پربوند 700، برای یک سری از زیرلایه ها مانند زیرلای های تیتانیمی، مناسب می باشد. این ماده اخیراً به عنوان یکی از فرایندهای مطلوب برای آماده سازی سطحی تیتانیم و سایر فلزات مورد استفاده قرار گرفته است. یک محلول اچ قلیایی به نام Turco 5578 نیز موجود می باشد که برای این هدف، استفاده می شود. وقتی این ماده با چربی زدایی بخار و تمیزکاری قلیایی ترکیب شود، موجب می شود تا استحکام اتصال بسیار بالایی برای زیرلایه های تیتانیمی ایجاد شود. فرایند VAST نیز بوسیله ی Vought Systems توسعه یافته است. این فرایند، یک عملیات سطحی سایشی شدید است. در این فرایند، تیتانیم در یک محفظه ی خاص با یک دوغاب حاوی ذرات ساینده و اسید فلئوروسیلیسیک، ماسه پاشی می شود. ذرات اکسید آلومینیوم مش 280 به عنوان ذرات ساینده می باشند و میزان غلظت اسید نیز در حدود 2 % است. این فرایند موجب تولید زنگ های خاکستری بر روی سطح آلیاژ تیتانیم 6و 4 می شود که باید یا شستشو در محلول 5 % نیتریک اسید، از بین رود. استحکام اتصال حاصله از این روش، فوق العاده است اما اندکی کمتر از روش اچ قلیایی در محلول Turco 5578 می باشد.
چسب های پیشنهاد شده برای اتصال دهی زیرلایه های تیتانیمی، عبارتند از اپوکسی ها، نیتریل- اپوکسی، نیتریل- فنولیک، پلی ایمیدها و اپوکسی- فنولیک. چسب های اپوکسی عموماً در زمانی انتخاب می شوند که یک ترکیب از استحکام اولیه ی بالا و دوام مورد نیاز باشد. داده های مربوطه در شکل 1 آورده شده است. این داده ها در مورد چسب های اپوکسی و فرایندهای آماده سازی اختصاصی و غیر اختصاصی این ماده می باشد. Keith تمام جوانب اتصال دهی چسب های تینانیمی را پوشش دهی کرده است.
روی و آلیاژهای روی
استفاده ی متداول از روی در فلزات گالوانیزه می باشد. سطح روی خالص عموماً به صورت مکانیکی آماده سازی می شود. اچ اسیدی (هیدروکلریک اسید در دمای اتاق و زمان 2 تا 4 دقیقه و سولفوریک اسید / دی کرومات به مدت 3 تا 6 دقیقه در دمای 100 فارنهایت)، نیز به عنوان عملیات سطحی برای زیرلایه های روی، پیشنهاد شده است. پوشش های تبدیلی فسفاتی و کروماتی نیز برای روی موجود می باشد. در حقیقت برخی از رویه ها، اختصاصی این ماده می باشد. چسب های پیشنهاد شده برای زیرلایه های روی، شامل نیتریل- اپوکسی ها، اپوکسی ها، سیلیکون ها، سیانواکریلات ها و چسب های بر پایه ی رابر می باشند.منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
