2-16 جمع بندی34
فصل سوم: مواد و روشها
3-1 زیرلایه مورد استفاده35
3-2 آمادهسازی سطح نمونه35
3-3 حمام پوششدهی36
3-4 عملیات پوششدهی36

3-5 مطالعات مورفولوژی36
3-6 اندازهگیری ضخامت پوشش37
3-7 بررسی توپوگرافی37
3-8 مطالعات بافت پوششهای ایجاد شده37
3-9 اندازه گیری زاویه تماس پوششها با آب37
3-10 مطالعات الکتروشیمیایی37
3-11 مطالعات خوردگی الکتروشیمیایی38
3-11-1 پلاریزاسیون پتانسیودینامیک38
3-11-2 طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی38
فصل چهارم: بحث و تحلیل یافتهها
4-1 اثرات الکتروشیمیایی آمونیوم کلرید بر مکانیسم رسوبدهی الکتریکی نیکل39
4-1-1 آزمون ولتامتری چرخه‌ای40
4-1-2 آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی41
4-2 تأثیر غلظت آمونیوم کلرید روی مورفولوژی پوشش‌ها43
4-3 اثر آمونیوم کلرید روی بافت نسبی پوششها47
4-4 رفتار ترشوندگی پوششهای نیکل تهیه شده از حمام حاوی آمونیوم کلرید48
4-5 مقاومت به خوردگی پوششهای نیکل تهیه شده از حمامهای پوششدهی حاوی آمونیوم کلرید50
4-5-1 پلاریزاسیون پتانسیودینامیک50
4-6 طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی52
4-7 عملکرد طولانی مدت پوششهای نیکل حاصل از حمام حاوی آمونیوم کلرید در محلول خورنده55
4-8 تأثیر غلظت آمونیوم کلرید روی مورفولوژی پوشش‌های نیکل60
4-9 رفتار ترشوندگی پوششهای نیکل تهیه شده از حمام حاوی اتیلندیآمونیوم دیکلرید62
4-10 رفتار خوردگی پوشش نیکل رسوب داده شده از حمام پوششدهی حاوی اتیلندیآمونیوم دیکلرید63
فصل پنجم: نتیجهگیری و پیشنهادات
5-1 نتیجهگیری67
5-2 پیشنهادات68
منابع و مراجع69
فهرست شکلها
شکلصفحه
فصل دوم
شکل ‏21 تصاویر سطوح فوقآبگریز با ساختار سلسله مراتب5
شکل ‏22 تصاویر SEM سطوح فوقآبگریز طبیعی با ساختار واحد5
شکل ‏23 تصاویر لغزش قطره آب از سطح آبگریز نرمال واز سطح فوقآبگریز6
شکل 2-4 زاویه تماس قطره آب با سطح7
شکل ‏25 شرح زاویه تماس پیشرونده و پسرو7
شکل ‏26 زاویه لغزش7
شکل ‏27 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح صاف و همگن مطابق مدل یانگ8
شکل ‏28 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح زبر مطابق مدل ونزل8
شکل ‏29 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح زبر مطابق با مدل کاسی باکستر9
شکل ‏210 تصاویر سطوح PVC به دست آمده در محتوای مختلف اتانول در محلول PVC11
شکل ‏211 فیلم نانومیلهTiO2 و یک پاپیلا در بزرگنمایی بالا12
شکل ‏212 تغییرات زاویه تماسی فیلم نیکل در مدت زمان نگهداری در شرایط محیطی13
شکل ‏213 طیف XPS فیلم نیکل با ساختار سلسله مراتبی میکرو- نانو14
شکل ‏214 تصاویر SEM پوشش چند لایه مس/ نیکل با مورفولوژی خیار دریایی با بزرگنماییهای مختلف15
شکل ‏215 تصویر SEM پوشش نیکل با ساختار مخروط مانند با پله های مارپیچی15
شکل ‏216 منحنیهای نایکوئیست زیرلایه مسی، فیلم نیکل فوقآبدوست و فیلم نیکل فوقآبگریز در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید16
شکل ‏217 منحنیهای باد پوشش نیکل فوقآبگریز در مدت زمانهای مختلف غوطهوری در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید16
شکل ‏218 منحنیهای نایکوئیست زیرلایه منیزیمی و سطح فوقآبگریز اعمال شده روی آلیاژ منیزیم در مدت زمانهای مختلف غوطهوری در محلول 5% وزنی سدیم کلرید17
شکل ‏219 طرح کلی پیل الکتروشیمی19
شکل ‏220 تصاویر SEM رسوبات نیکل تهیه شده در حضور مقادیر مختلف اتیلندیآمونیوم دیکلرید27
شکل ‏221 تصاویر SEM فیلمهای نیکل پوششدهی الکتریکی شده در چگالی جریان ها وزمانهای مختلف28
شکل ‏222 گراف بصری از قطره آب روی فیلم نیکل با ساختار نانو مخروطی مطابق شکل ‏22129
شکل ‏223 ارتباط بین زاویه تماس و زاویه لغزش با ارتفاع مخروطهای فیلم نیکل29
شکل ‏224 نمودارزاویه تماس نسبت به زمان الکترولیز در نیکل کلرید 74/. مولار و 08/0 مولار میرستیک اسید31
شکل ‏225 ارتباط بین زاویه تماس سطح کاتد و غلظت نیکل کلرید حمام پوششدهی31
شکل ‏226 تصاویر SEM سطح نیکل بعد از الکترولس30
شکل ‏227 گراف بصری زاویه تماس قطره آب روی فیلمهای نیکل بر حسب مدت زمان الکترولس31
شکل ‏228 منحنی پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نیکل با اندازه مختلف دانه در اسید سولفوریک 132
شکل ‏229 منحنیهای پلاریزاسیون نیکلهای تهیه شده از حمام پوششدهی با مقادیر مختلف یونهای ساماریم33
فصل چهارم
شکل ‏41 ولتاموگرامهای چرخهای به دست آمده از حمامهای پوششدهی نیکل40
شکل ‏42 منحنیهای گالوانوستات رسوب نیکل در چگالی جریان A. dm-2 241
شکل ‏43 منحنیهای نایکوئیست و مدار معادل الکتریکی رسوبدهی الکتریکی نیکل.42
شکل ‏44 تصاویر SEM پوششهای نیکل تهیه شده از حمام با مقادیر مختلف آمونیوم کلرید طی رسوب تک مرحلهای و دو مرحلهای44
شکل ‏45 ارتفاع و عرض میکرو مخروط های پوششهای نیکل به دست آمده از شکل ‏4445
شکل ‏46 تصاویر سطح مقطع پوششهای نیکل تهیه شده در دو مرحله رسوبدهی الکتریکی46
شکل ‏47 الگوهای پراش اشعه ایکس از پوششهای نیکل تهیه شده در حضور مقادیر مختلف آمونیوم کلرید47
شکل ‏48 ضرایب بافت نسبی پوششهای نیکل نسبت به میزان آمونیوم کلرید در حمام پوششدهی48
شکل ‏49 زاویه تماس پوششهای نیکل تهیه شده با آب در حضور مقادیر مختلف آمونیوم کلرید48
شکل ‏410 تصاویر میکروسکوپی کانفوکال و مقادیر زبری متوسط پوششهای نیکل تهیه شده از حمامهای پوششدهی با مقادیر مختلف آمونیوم کلرید49
شکل ‏411 منحنیهای پلاریزاسیون پوشش C2 فوقآبدوست و فوقآبگریز در محلول 5/3% سدیم کلرید51
شکل ‏412 منحنیهای نایکوئیست و باد- فاز پوششهای نیکل تهیه شده از حمام پوششدهی53
شکل ‏413 مدار معادل الکتریکی سیستم مورد مطالعه54
شکل ‏414 طرحوارهای از فصل مشترک بین سطح فوقآبگریز و آب دریا54
شکل ‏415 منحنیهای نایکوئیست و باد – فاز پوششهای نیکل فوقآبگریز تهیه شده از حمام پوششدهی در محلول 5/3% سدیم کلرید56
شکل ‏416 مدارهای معادل الکتریکی پیشنهادی برای تفسیر فیلم رویین57
شکل ‏417 تصاویر SEM پوششهای نیکل تهیه شده از حمام پوششدهی حاوی آمونیوم کلرید در مدت زمانهای مختلف غوطهوری در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید60
شکل ‏418 ‏تصاویر SEM پوششهای نیکل تهیه شده از حمام با مقادیر مختلف EDA طی رسوب تک مرحلهای و دو مرحلهای61
شکل ‏419 ارتفاع و عرض میکرومخروطهای پوششهای D1 و D2 به دست آمده از شکل ‏41862
شکل ‏420 نمایش طرحوارهای از مکانیسم رشد پیشنهادی در حضور EDA62
شکل ‏421 زاویه تماس پوششهای نیکل تهیه شده در حضور مقادیر مختلف EDA با آب63
شکل ‏422 تصاویر میکروسکوپی کانفوکال و مقادیر زبری متوسط پوششهای نیکل تهیه شده از حمامهای پوششدهی با مقادیر مختلف EDA63
شکل ‏423 منحنیهای نایکوئیست و باد- فاز پوشش D4 آبگریز در مدت زمانهای غوطهوری مختلف در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید64
شکل ‏424 مدار معادل الکتریکی سیستم مورد مطالعه65
فهرست جداول
جدول صفحه
فصل دوم
جدول ‏21 ترکیب محلول واتز20
جدول ‏22 وضعیتهای عملکرد محلول واتز20
جدول ‏23 ترکیب محلول سولفامات20
جدول ‏24 پارامترهای پلاریزاسیون به دست آمده از منحنیهای پلاریزاسیون نیکل با اندازه دانه مختلف در سولفوریک اسید یک مولار33
فصل سوم

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

جدول ‏31 ترکیب شیمیایی زیرلایه مسی35
جدول ‏32 نماد اختصاری غلظتهای مختلف افزودنی در حمام پوششدهی36
فصل چهارم
جدول ‏41 پارامترهای استخراج شده از منحنیهای نایکوئیست شکل ‏4342
جدول ‏42 ثابت تعادل ترمودینامیکی تشکیل کمپلکسهای نیکل در دمای 298 کلوین43
جدول ‏4-3 مقادیر پتانسیل خوردگی و چگالی جریان خوردگی پوششهای نیکل تهیه شده در حضور مقادیر مختلف آمونیوم کلرید51
جدول ‏44 مقادیر المانهای مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنیهای شبیهسازی شده شکل ‏41254
جدول ‏45 مقادیر المانهای مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنیهای شبیهسازی شده شکل ‏4 15الف و ه58
جدول ‏46 مقادیر المانهای مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنیهای شبیهسازی شده شکل ‏415ب و و58
جدول ‏47 مقادیر المانهای مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنیهای شبیهسازی شده شکل ‏415 ج و ز58
جدول ‏48 مقادیر المانهای مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنیهای شبیهسازی شده شکل ‏415 د و ه59
جدول ‏49 مقادیر المانهای مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنیهای شبیه سازی شده شکل ‏42365
چکیده
پوششهای نیکل از حمامهای کلریدی حاوی مقادیر مختلف آمونیوم کلرید با روش رسوبدهی الکتریکی دو مرحلهای و بدون وقفه تهیه شدند. مورفولوژی، توپوگرافی و بافت پوششها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پروفیلومتر کانفوکال و پراشسنج اشعه ایکس (XRD) مطالعه شدند. تصاویر SEM نشان داد که پوشش حاصل از حمام پوششدهی فاقدآمونیوم کلرید دارای ساختارهای میکرو مخروطی هستند. افزودن آمونیوم کلرید به حمام پوششدهی باعث تشکیل ساختارهای مخروطی متقارنتر، تیز تر و ظریفتری شد و همچنین در حضور g. L-1 200 آمونیوم کلرید، ساختار میکرو- نانو مخروطی یکنواختتری به دست آمد. تشکیل ساختارهای میکرو- نانو مخروطی شکل به وسیله تئوری “رشد توسط نابجاییهای پیچی” تحلیل شد. آنالیز XRD نشان داد که آمونیوم کلرید سبب تغییر جهتگیری مرجح صفحات کریستالی پوشش از (220) به (111) میشود. نقش آمونیوم کلرید با روشهای ولتامتری چرخهای و طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی مطالعه شد. نتایج نشان داد که آمونیوم کلرید با تشکیل کمپلکسهای نیکل- آمونیاک باعث افزایش مقاومت انتقال بار در فرایند رسوبدهی الکتریکی نیکل میشود و بنابراین از جوانهزنی رسوبات نیکل ممانعت میکند. ترشوندگی پوششهای نیکل با اندازهگیری زاویه تماس آنها با آب بررسی شد و مشاهده شد که پوششهای تازه تهیه شده رفتار فوقآبدوست دارند و با نگهداری آنها در هوا، زاویه تماس به طور تدریجی افزایش مییابد و نهایتا بعد از 2 هفته نگهداری در هوا، پوششها فوقآبگریز میشوند. افزایش زاویه تماس در طول مدت نگهداری در هوا به جذب مواد آلی روی سطح پوششها نسبت داده شد. زبری متوسط پوشش تهیه شده از حمام حاوی g. L-1 200 آمونیوم کلرید بیشتر از پوششهای دیگر بود، بنابراین طبق مدل ونزل این پوشش فوقآبگریز تر از پوششهای دیگر شد. مقاومت به خوردگی پوششها با آزمون طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی به صورت غوطهوری مدتدار در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید بررسی شد. نتایج نشان داد که خاصیت فوقآبگریزی باعث افزایش به طور میانگین 12 برابری مقاومت پلاریزاسیون پوششها میشود. با افزایش زمان غوطهوری مقاومت پلاریزاسیون به طور تدریجی کاهش یافت که ناشی از کاهش خاصیت آبگریزی بود. بعد از حذف خاصیت آبگریزی، مقاومت پلاریزاسیون تمامی پوششها شروع به افزایش چشمگیری کرد. این افزایش ناشی از تشکیل فیلم رویین در سطح پوششها در اثر خوردگی در محلول خورنده بود. برای مطالعه دقیقتر اثر اصلاح کننده کریستال، پوششهای نیکل در حضور افزودنی دیگری با نام اتیلندیآمونیوم دیکلرید با فرایند رسوبدهی الکتریکی دو مرحلهای تهیه شدند. تصاویر SEM نشان داد که پوششهای نیکل حاصل، فاقد ساختار میکرو- نانو مخروطی مطلوب میباشند. زبری پوششهای تهیه شده کمتر از پوششهای تهیه شده از حمامهای آمونیوم کلریدی بود، بنابراین با نگهداری در هوا پوششها صرفاً آبگریز شدند. بررسی مقاومت به خوردگی این پوششها نشان داد که خاصیت آبگریزی برخلاف فوقآبگریزی اثر چندانی روی مقاومت به خوردگی ندارد. مقاومت پلاریزاسیون این پوششها نیز با افزایش زمان غوطهوری افزایش یافت اما میزان افزایش آن کمتر از میزان مشاهده شده در پوششهای حاصل از حمام آمونیوم کلرید بود. نتایج شبیهسازی دادههای امپدانس نشان داد که تجمع محصولات خوردگی و پلاگ شدن سطح باعث بهبود مقاومت به خوردگی شده است.
کلمات کلیدی: فوقآبگریزی، نیکل، رسوبدهی الکتریکی، آمونیوم کلرید، اتیلندیآمونیوم دیکلرید.
فصل اول
مقدمه
امروزه سطوح فوقآبگریز با زاویه تماس بزرگ با آب (بزرگتر از °150) به علت ویژگیهای منحصر به فردشان همچون خواص دفع آب، ضد رسوب، مقاومت بالا به خوردگی و خودتمیز شوندگی علاقه روز افزونی را به خود جلب کردهاند. محققان تلاش کردهاند که ویژگیهای سطوح طبیعی با خاصیت آبگریزی را تقلید کنند که از جمله این سطوح، برگ نیلوفر آبی1 است. لازمه فوق آبگریز بودن یک سطح، انرژی سطحی پایین و پیروی از الگوی زبری خاص در ابعاد میکرو و نانومتر است. دو مدل مشهور برای توصیف ترشوندگی سطوح، مدل ونزل2 و مدل کاسی- باکستر3 است. روشهای متنوعی برای ایجاد زبری و تولید سطوح فوقآبگریز بکار رفته است که از جمله میتوان به اچکردن پلاسما، لیتوگرافی، اکسیداسیون آندی، سل ژل و رسوبدهی الکتریکی اشاره نمود. اغلب روشهای مذکور پرهزینه هستند و به دلیل عملیات شیمیایی دشوار و فرایندهای چند مرحلهای پیچیده به سادگی قابل استفاده در مقیاسهای صنعتی نمی باشند. در مقابل رسوبدهی الکتریکی مزایایی نظیر آسان بودن، هزینه کم و شرایط کاری قابل کنترل برای تولید انبوه دارد. در سالهای اخیر، تحقیقات وسیعی روی ساخت سطوح فوقآبگریز فلزی به روش رسوبدهی الکتریکی صورت گرفته است. محققین مشاهده کردند که برای فوقآبگریز شدن پوشش، مورفولوژی پوشش باید به صورت ساختار سلسله مراتبی میکرو- نانو باشد. همچنین مشخص شد که مورفولوژی سطوح به شدت به شرایط پوششدهی از جمله چگالی جریان، مدت زمان الکترولیز، pH ، دما و ترکیب حمام پوششدهی بستگی دارد. برای ایجاد ساختار سلسله مراتبی مناسب به افزودن ترکیبات معینی به حمام پوششدهی نیاز است که این افزودنیها، اصلاح کننده کریستال نامیده میشود. برای تهیه پوششهای نیکل با مورفولوژی سلسله مراتبی اغلب از اتیلندیآمونیوم دیکلرید و به ندرت از آمونیوم کلرید استفاده شده است. تحقیقات انجام شده روی اثر اتیلندیآمونیوم دیکلرید نشان میدهد که غلظت افزودنی روی مورفولوژی پوشش تاثیر قابل ملاحظهای دارد. مکانیسم افزودنیهای مذکور در فرایند رسوبدهی الکتریکی مشخص نشده است و در تعداد کمی از تحقیقات تئوریهای رشد برای تشکیل ساختارهای سلسله مراتبی پیشنهاد شده است. انرژی سطحی کم پارامتر مهم دیگر برای ایجاد خاصیت فوقآبگریزی است. عموماً سطوح فلزی با انرژی سطحی بالا به طور ذاتی آب دوست میباشند، بنابراین برای ایجاد خاصیت فوقآبگریزی روی فلزات نیاز به اصلاح سطح با مواد دارای انرژی سطحی کم است. بدین منظور در بیشتر موارد از مواد آلی کاهنده انرژی سطحی استفاده میشود. در تحقیقات اخیر مشاهده شده است که پوششها با مورفولوژی زبر مناسب با نگهداری در هوا فوقآبگریز میشوند. محققین مکانیسمهای متعددی برای این رخداد پیشنهاد کردند و توافقی در مورد مکانیسم افزایش زاویه تماس با زمان وجود ندارد.
با توجه به اینکه نقش اصلاح کننده کریستال در فرایند رسوبدهی الکتریکی و ایجاد ساختار سلسله مراتبی مشخص نیست و پژوهشهای انتشار یافتهای در این زمینه وجود ندارد، هدف از این تحقیق بررسی مکانیسم اصلاح کننده کریستال در فرایند رسوبدهی الکتریکی میباشد. همچنین تاثیر مقادیر مختلف اصلاح کننده کریستال روی میکروساختار از جمله مورفولوژی، توپوگرافی و بافت ، رفتار ترشوندگی و مقاومت به خوردگی پوششهای نیکل بررسی میشود.
این پایان نامه در پنج فصل تنظیم شده است. ابتدا در فصل دوم این پایان نامه مروری بر منابع صورت گرفته سپس در فصل سوم چگونگی انجام آزمونها و مواد و روش تحقیق آورده شده است. نتایج به دست آمده در فصل چهارم مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و نهایتاً در فصل پنجم نتیجهگیری و پیشنهادات ارائه شده است.
فصل دوم
مروری بر منابع
معرفی و تاریخچه
بیش از 2000 سال پیش مشاهده شد که برخی از گیاهان دارای خاصیت خودتمیزشوندگی می باشند که به عنوان عامل نجاتبخش گیاه در محیطهای آلوده عمل میکند. نیلوفر آبی، نمونه معروفی از این نوع گیاهان میباشدکه معمولا در مردابها و آبهای سطحی در شرق آسیا وشرق آمریکای شمالی رشد میکند. مکانیسم ظهور این خاصیت به صورت راز باقی ماند تا زمانی که پیشرفت میکروسکوپ الکترونی روبشی4 (SEM) در اواسط دهه 1960 میلادی صورت گرفت. مطالعات روی اکثر برگهای گیاهان طبیعی در طول دهه گذشته آشکار کرد که سطح صاف ماکروسکوپی معمولا از زبریهای میکروسکوپی با مقیاسهای طولی مختلف تشکیل شده است و ساختار میکرو– نانوی سطح به همراه واکس اپیکیوتیکیولار5 باعث آبگریزی میشود. این کشف به عنوان یک پیشرفت بزرگ در زمینه فوقآبگریزی برای ساخت این سطوح به تقلید از طبیعت در نظر گرفته میشود. علاوهبراین در سال 2007 میلادی به دو نوع میکرو ساختار سطحی عمده در برگهای گیاهان با خاصیت فوقآبگریزی پی برده شد که یکی ساختار سلسله مراتبی میکرو– نانو و دیگری ساختار میکرو الیاف6 است. این یک کشف حیاتی بود و به عنوان نقطه آغازی برای توسعه روشهای ساخت سطوح فوقآبگریز به تقلید از سطوح فوقآبگریز طبیعی محسوب میشود. شکل ‏21، الف و ب به ترتیب تصاویر SEM برگ نیلوفرآبی با بزرگنمایی کم و زیاد است. همانطور که مشاهده میشود سطح برگ نیلوفرآبی به طور یکنواخت با برآمدگیها و فرورفتگیهای 3- 10 میکرومتری بافتدار شده است و این ساختار با مواد مومی آبگریز به اندازه 30- 100 نانومتری آراسته شده است. اعتقاد براین است که مشارکت این سلسله ساختار سطحی و مواد موم- مانند آبگریز دلیلی بر فوقآبگریزی، یعنی زاویه تماسی حدود °162 میباشد [1].
شکل ‏21 تصاویر سطوح فوقآبگریز با ساختار سلسله مراتب، الف و ب به ترتیب تصاویر SEM برگ نیلوفرآبی با بزرگنمایی کم و زیاد، ضمیمه شکل (ب) زاویه تماسی سطح با آب در حدود °162 [1].شکل ‏22، تصاویر سطوح فوقآبگریز طبیعی با ساختار میکرو الیاف را نشان میدهد. شکل ‏22، الف و ب مربوط به تصاویر SEM پشت برگ رامعی7 را با زاویه تماس °159 است. طبق شکل مذکور، شمار زیادی الیافهای کاملا نرم با قطر 1-2 میکرومتر به طور یکنواخت روی سطح توزیع شدهاند و ساختار واحدی را تشکیل دادهاند [1].
شکل ‏22 تصاویر SEM سطوح فوقآبگریز طبیعی با ساختار میکرو الیاف. الف و ب تصاویر SEM پشت برگ رامعی با بزرگنمایی به ترتیب کم و زیاد و ضمیمه شکل ب زاویه تماس سطح با آب در حدود °164 [1].ترشوندگی سطوح جامد و اهمیت آن
ترشوندگی سطح جامد جزء ویژگیهای مهم آن میباشد، چون کنترل ترشوندگی در بیشتر کاربردهای عملی بسیار سخت است. بیان مستقیم این ویژگی به وسیله زاویه تماس8 (CA) با سطح میباشد. سطوح با زاویه تماس بزرگتر از °150، فوقآبگریز نامیده میشوند. این سطوح به دلیل ویژگیهایی همچون ضد چسبندگی، ضد آلودگی و خودتمیزشوندگی مورد توجه ویژه قرار دارند. اینها ویژگیهای مطلوب برای کاربردهای صنعتی و زیستی همچون رنگهای ضد لک برای قایقها، ضد چسبندگی برف به آنتنها و پنجرهها، خودتمیزشوندگی شیشه اتومبیل، پالایش فلز، پارچههای ضد لک و پوششهای معماری ضد گرد و غبار به شمار میآیند [2].
مواد با سطح انرژی کم، برای مثال سطح با گروههای فشرده شش وجهی 3-CF، زاویه تماس °120 با آب دارند. این سطوح به آسانی پاک میشوند، اما ویژگی خود تمیزشوندگی ندارند. اما قطرات آب روی سطوح فوقآبگریز طبیعی همچون برگ نیلوفرآبی به آسانی میلغزد، بنابراین به عنوان حذف کننده آلودگیها عمل میکنند. مکانیسم خود تمیزشوندگی برگ نیلوفرآبی مطالعه شده است. در فصل مشترک سیال چسبناک و سطح جامد، معمولا وضعیت مرز غیرلغزشی حکمفرماست. لغزش روی مرز در مقیاس چند ده نانومتری رخ میدهد که در مقیاس ماکروسکوپی محسوس نمیباشد. به هر حال، وقتی قطرهای روی سطح فوقآبگریز زبر کج شده به سمت پایین حرکت میکند، لغزش ماکروسکوپی موثر روی مقیاس سازگار با ویژگی سطح رخ میدهد. قطره آب در حال لغزش روی برگ نیلوفر آبی مانند توپ الاستیک رفتار میکند نه یک سیال. در مورد سطح آبگریز معمول، به دلیل اینکه وضعیت مرز غیرلغزشی قطرات آب در امتداد ذرات آلوده کننده قرار میگیرند، این ذرات عمدتا در کنارههای قطرات قرار می گیرند و پشت قطره دوباره رسوب میکنند (شکل ‏23، الف). در مورد سطوح زبر دافع آب، فصل مشترک آب– جامد به کمترین حد میرسد. آب، قطرات کروی تشکیل میدهد و ذرات از سطح جمع میشوند (شکل ‏23، ب). لغزش قطرات آب و جمع شدن ذرات آلودگی از سطح برگ نیلوفر آبی، به اثر لوتوس9 معروف است [2].
شکل ‏23 الف و ب به ترتیب لغزش قطره آب از سطح آبگریز نرمال واز سطح فوقآبگریز. الف- قطره آب روی ذرات گرد و غبار می خزد و ب- سطح فوقآبگریز کج شده که ذرات توسط قطره، جمع شده و از سطح دور میشوند: خودتمیزشوندگی [2].پارامترهای آبگریزی
زاویه تماس ظاهری10
زاویه تماس ظاهری برابر با زاویه تماس حالت تعادل پایدار (کمترین حالت انرژی آزاد برای سیستم) می باشد (شکل، 2-4). بسته به حالت تعادل سیستم، این زاویه با معادله ونزل یا کاسی باکستر به دست میآید.
شکل ‏24 زاویه تماس قطره آب با سطح. پسماند زاویه تماس11
پارامتر مهم دیگر که برای تعیین ترشوندگی سطوح استفاده میشود، پسماند زاویه تماس یا هیستریزیس زاویه تماس میباشد. این پارامتر، اختلاف بین زاویه تماس پیشرو12 و پسرو13 میباشد که این زاویه ها به طور معمول با اندازهگیری به ترتیب انبساط و انقباض قطرات ناشی از قراردادن سوزن در آنها و تزریق و برداشت مکرر آب تعیین میشود [3].
شکل ‏25 شرح زاویه تماس پیشرونده و پسرو.
زاویه لغزش14
زاویه لغزش برای تعیین خودتمیزشوندگی سطوح استفاده میشود و به عنوان زاویه بحرانی که قطره آب با وزن معین شروع به لغزش روی صفحه کج شده میکند، تعریف میشود [4].
شکل ‏26 زاویه لغزش. ارتباط بین پسماند زاویه تماس و زاویه لغزش با معادله 2-1 توصیف میشود:
(‏21)(“m g” “sin” ⁡”(α)” )/”w” “=” “γ” _(“lv” ) “(” “cos” ⁡〖”θ” _”R” 〗 “- cos” “θ” _”A” “)” که در این رابطه α زاویه لغزش، g شتاب گرانش ، m جرم قطره و w قطر سطح خیس شده میباشد. طبق معادله مذکور، زاویه لغزش به جرم یا اندازه قطره بستگی دارد و برای یک قطره با اندازه معین، پسماند زاویه تماس کوچک منجر به زاویه لغزش کوچک میشود. به دلیل وابستگی زاویه لغزش به اندازه قطره، پسماند زاویه تماس پارامتر بهتری برای شناسایی ترشوندگی سطوح میباشد [4].
مدلهای ترشوندگی
مدل یانگ15
وقتی قطرهای مایع روی سطح جامد قرار داده میشود با سطح تشکیل یک زاویه تماس (θ) میدهد. زاویه تماس مایع روی یک سطح جامد کاملا صاف و از نظر شیمیایی همگن به وسیله معادله یانگ (معادله ‏22) به دست میآید.
(‏22)”cos” ⁡〖”θ” 〗= (“γ” _”sv” “-” “γ” _”sl” )/”γ” _”lv” در معادله مذکور، “γ” _”sv” ، “γ” _”sl” و 〖” γ” 〗_”lv” به ترتیب کشش سطحی فصل مشترکهای جامد– بخار، جامد– مایع و مایع– بخار میباشد (شکل ‏27).
شکل ‏27 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح صاف و همگن مطابق مدل یانگ. ترشوندگی سطوح واقعی که زبر و از نظر شیمیایی ناهمگن میباشند، پیچیدهتر است. اثر زبری سطح روی ترشوندگی توسط ونزل در سال 1936 میلادی و سپس توسط کاسی باکستر در سال 1944 میلادی بحث شد.
مدل ونزل
در مدل ونزل، که به مدل همگن نیز معروف می باشد، مایع کاملا به شیارهای زبری نفوذ میکند (شکل ‏28) و زاویه تماسی در چنین حالت به وسیله معادله ونزل (معادله ‏23) تعیین میشود.
شکل ‏28 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح زبر مطابق مدل ونزل [5].
(‏23)”cos” ⁡〖”θ” _”w” “= r” (“γ” _”sv” “-” “γ” _”s l” )/”γ” _”lv” 〗 “= r” “cos” ⁡”θ” در این معادله، wθ زاویه تماس سطح زبر، θ زاویه تماسی یانگ و r فاکتور زبری میباشد. فاکتور زبری نسبت مساحت واقعی یک سطح زبر به مساحت هندسی که در معرض دید است، میباشد. برای یک سطح کاملا صاف r برابر با یک بوده و برای سطح زبر، r بزرگتر از یک میباشد. معادله ونزل پیشبینی میکند که اگر (°90 > θ) باشد، ترشوندگی توسط زبری تقویت میشود و اگر (°90 < θ) باشد، زبری باعث کاهش ترشوندگی میشود.
مدل کاسی باکستر
مدل کاسی باکستر به مدل ناهمگن یا مرکب نیز معروف میباشد. در این مدل شیارهای زیر قطره پر از بخار به جای مایع در نظر گرفته میشود (شکل ‏29).
شکل ‏29 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح زبر مطابق با مدل کاسی باکستر [5].در چنین وضعیتی، فصل مشترک مایع– جامد شامل دو فاز میباشد: فصل مشترک جامد– مایع و فصل مشترک مایع– بخار. زاویه تماس ظاهری، مجموع مشارکت فازهای مختلف می باشد، همان طور که در معادله 2-4 بیان میشود:
(‏24)”cos” ⁡〖”θ” _”c” 〗 “=” “f” _”1″ “cos” ⁡〖”θ” _”1″ 〗 “+” “f” _”2″ “cos” ⁡〖”θ” _”2″ 〗در این رابطه cθ زاویه تماس ظاهری، f1 و f2 به ترتیب کسر سطحی فاز 1 و فاز 2 میباشد. این معادله شکل کلی بوده و حتی برای سطوح صاف هم بکار میرود. وقتی یکی از این سطوح، فصل مشترک هوا– مایع است، f به عنوان کسر سطح جامد که به وسیله مایع تر میشود، تعریف میشود و بنابراین کسر هوای در تماس با مایع ( f-1) میباشد. با در نظر گرفتن 180 = θ برای هوا، زاویه تماس با معادله 2-5 تعیین میشود:
(‏25)cos⁡〖θ_c 〗=r f cos⁡〖θ+f-1〗پارامتر f از صفر تا یک تغییر میکند. وقتی 0= f میباشد، قطره مایع سطح را اصلا تر نمیکند و در 1= f سطح کاملا تر میشود که برای سطح صاف اینگونه میباشد. وقتی قطره در حالت کاسی باکستر است، زاویه کوچک بین قطره مایع و سطح جامد، باعث لغزش آسان قطره روی سطح میشود [6].
حالت شبهپایدار کاسی16
مارمور [7]، مکانیسم فوقآبگریزی برگ نیلوفرآبی را بررسی کرد. وی استنباط کرد که همانند حالت فوقآبگریزی برگهای نیلوفرآبی، طبیعت حالت ترشوندگی ناهمگن را به دلایل زیر ترجیح میدهد:
* برای اکثر ترکیبات با سطح برآمده و تیز، زاویه تماس کاسی باکستر بیشتر از ونزل است.
* زاویه کاسی باکستر به فاصله برآمدگیها حساس نیست و به طور ملایم به تیزی حساس است.
* در حالت ترشوندگی ناهمگن، سطح کمتر میشود، حتی وقتی که زاویه تماس ونزل و کاسی باکستر یکی باشد.
از دیدگاه ترمودینامیکی، حالت ترشوندگی با کمترین زاویه تماس پایدارتر است، چون انرژی آزاد گیبس با افزایش زاویه تماس به طور یکنواخت افزایش می یابد. بنابراین، وقتی حالت ناهمگن زاویه تماس بیشتر پیشنهاد میکند، شبهپایدار خواهد بود.
انتقال بین حالت ونزل و کاسی:
به طور کلی، قطرات مایع در حالت ونزل روی سطح زبر زاویه لغزش بیشتری از حالت کاسی باکستر نشان میدهند. در واقع نحوه تماس جامد– مایع از حالت کاسی به ونزل تحت وضعیتهای فشار، ضربه یا ارتعاش قطره تغییر خواهد کرد [7]. علاوه بر انتقال بین حالات، کیشی و همکارانش [8]، نشان دادند که در سطح نانوستونی، هر دو حالت میتوانند وجود داشته باشد. به طور کلی، یک ارتفاع بحرانی برای نانوستونها وجود دارد که بیشتر از آن قطرات آب روی سطوح آبگریز ستونی میتوانند در هر دو حالت کاسی و ونزل باشند که بستگی به نحوه قرارگیری اولیه قطرات دارد.
سطوح فوقآبگریز مصنوعی
بیشتر سطوح فوقآبگریز طبیعی زبری شدید و ساختار میکرو– نانوی پیچیده دارند. تعدادی از این سطوح توسط محققان مطالعه شدند تا خاصیت فوقآبگریزی را تقلید کنند. برای مثال، ترکیب پلیوینیل کلرید17 و اتانول همانطور که در شکل ‏210 مشاهده میشود، برای تشکیل فیلمهای فوقآبگریز استفاده شدهاند. سطوح PVC تشکیل شده با افزایش محتوای اتانول (زیر 50%) در محلول PVC، زبرتر میشود و تخلخلها و نانوکامپوزیتهای بیشتری تشکیل میشود. این سطوح، ساختار فوقآبگریز لوتوس مانند را تشکیل میدهند که شامل ذرات با اندازه 100– 300 نانومتر میباشد. همچنین، سطوح فوقآبگریز شاخص در طبیعت دارای زبریهای چندمقیاسی شامل فلسهای نانومتر روی برآمدگیهای میکرومتر میباشند. این نوع مورفولوژی، با استفاده از روشهای لیتوگرافی، تکنیکهای الگومانند، عملیات پلاسما، رسوبدهی الکتروشیمیایی، رسوبدهی لایه به لایه18، اجتماع کلوییدی19 و الکترواسپینینگ20 به دست میآید. این روشها مطابق با مدلهای تئوری بحث شده در بخشهای قبل میباشند و راهکار رایج برای ایجاد فوقآبگریزی برای اکثر فرایندهای مذکور، تولید سطوح زبر با ساختار سلسله مراتبی و انرژی سطحی کم میباشد [5].
شکل ‏210 تصاویر سطوح PVC به دست آمده در محتوای مختلف اتانول در محلول PVC.الف- 0% (v/ v)، ب- 7/16% (v/v)، ج- 5/37%(v/v)،د-4/44% (v/v)، ه- %50 (v/v)، و- بزرگنمایی بالاتری از تصویر SEM(ه). ضمائم، تصاویر زاویه تماس آب با سطوح PVC تهیه شده است [5].روشهای تهیه سطوح فوقآب گریز مصنوعی
روشهای ایجاد سطوح فوقآبگریز را میتوان به دو دسته کلی طبقه بندی کرد [9]:
الف- زبر کردن مواد دارای انرژی سطحی کم
ب- ایجاد زیرلایه زبر و اصلاح کردن آن با مواد با انرژی سطحی کم
زبر کردن مواد دارای انرژی سطحی کم
در این روش، برای ایجاد سطوح فوقآبگریز معمولا پلیمرهای آبگریز به عنوان زیرلایه استفاده میشود. با ایجاد زبری روی سطوح مواد پلیمری، رفتار فوقآبگریزی به آسانی مشاهده میشود. مواد آبگریز رایج به شرح زیر میباشند.
فلوئورکربنها21
پلیمرهای فلوئوردار انرژی سطحی بسیار کمی دارند و از این رو مورد توجه میباشند. زبر کردن سطوح این مواد مستقیما باعث فوقآبگریزی میشود. به دلیل حلالیت محدود مواد فلوئوردار، اکثرا این مواد مستقیما استفاده نمیشوند و برای ایجاد فوقآبگریزی، مواد فلوئوردار با مواد دیگر که اغلب به آسانی زبر میشوند، آمیخته یا متصل میشوند [9].
سیلیکونها
ماده شناخته شده دیگر با انرژی سطحی کم، پلیدیمتیلسیلوکسان22 (PDMS) میباشد. PDMS به دلیل آبگریزی و قابلیت شکل پذیری به سادگی با روشهای مختلف فوقآبگریز میشود [9].
موادآلی
اگرچه فلوئورکربنها و سیلیکونها به عنوان مواد فوقآبگریز مشهور هستند، طبیعت فوقآبگریزی و خودتمیزشوندگی خود را از هیدروکربنهای پارافینی به دست میآورد [9].
مواد معدنی
مواد معدنی معینی نیز باعث خاصیت فوقآبگریزی میشوند. برای مثال سطوح فوقآبگریز از ZnO و TiO2 تولید شده است. فنگ و همکارانش [10] ، نانومیلههای ZnO را با روش محلول دو مرحلهای ساختند. فیلمهای نانومیلهای ZnO فوقآبگریز بودند که ناشی از زبری سطحی و انرژی سطحی کم صفحه (001) روی سطح فیلم بود که توسط اشعه ایکس اثبات شد. همچنین مشاهده شد که در اثر تابش UV و در نتیجه جذب هیدروکسیل در سطح ZnO، فوقآبگریزی به فوقآبدوستی23 تبدیل شد. نگهداری فیلم UV شده در تاریکی به مدت 7 روز دوباره فیلم را آبگریز کرد. به طور مشابه، فیلمهای نانومیله TiO2 با ترشوندگی برگشتپذیر سنتز شده است (شکل ‏211( [9].
شکل ‏211 فیلم نانومیله TiO2 و یک پاپیلا در بزرگنمایی بالا [9]. ایجاد زیرلایه زبر و اصلاح کردن آن با مواد با انرژی سطحی کم
روشهای ایجاد سطوح فوقآبگریز به وسیله زبر کردن سطوح دارای انرژی سطحی کم، اغلب یک مرحلهای و ساده میباشند. اما این روشها محدود به مجموعهای کوچک از مواد میباشد. ایجاد سطوح مذکور با راهکاری کاملا متفاوت، یعنی ابتدا ایجاد زیرلایه زبر و سپس اصلاح آن با مواد با انرژی سطحی کم ، ترشوندگی سطح را از بالک کاملا جدا میکند و کاربرد سطوح فوقآبگریز را گستردهتر میکند. روشهای زیادی برای ایجاد سطوح زبر وجود دارد از جمله کشش مکانیکی، اچ کردن شیمیایی24، پلاسما، لیزر، لیتوگرافی، فرایند سل- ژل25، ریختهگری محلول، مونتاژ کلوییدی، رسوبدهی الکتریکی26، الکترواسپینینگ و رسوب بخار شیمیایی27. همچنین چندین روش برای اصلاح سطح وجود دارد. برای مثال بین طلا و آلکیل تیولها پیوند کوالانسی میتواند تشکیل شود. سیلانها اغلب برای کاهش انرژی سطحی استفاده میشوند. اتصال فیزیکی، جذب و پوشش نیز میتواند شیمی سطح را تغییر دهند [9].
اکثر روشهای که برای ایجاد سطوح زبر توسعه یافتهاند از جمله لیتوگرافی، اچ کردن پلاسما، اکسیداسیون آندی و رسوب بخار شیمیایی، پرهزینه هستند و به دلیل وضعیتهای عملیات شیمیایی دشوار، مواد گران و فرایندهای چند مرحلهای پیچیده قابل استفاده در مقیاسهای بزرگ نمیباشند [11-12]. در مقابل رسوبدهی الکتریکی آسان است و مزایایی از نظر قیمت کم و وضعیتهای عملیاتی ملایم برای تولید انبوه دارد [13].
محققین معتقدند که سطوح فوقآبگریز، از سطح با زبری سلسله مراتبی و زیرلایه آبگریز ناشی میشود. بنابراین فلزات که دارای انرژی سطحی بالا و عموما آبدوست میباشند، برای فوقآبگریزی، نیازمند اصلاح سطوح زبر با مواد با سطح انرژی کم همچون ترکیبات فلوئوردار وسیلیکونی میباشد. اما در سالهای اخیر، سطوح فوقآبگریز با ایجاد ساختار سلسله مراتبی فلزات و بدون اصلاح شیمیایی به دست آمده است. فیلمهای نیکل فوقآبگریز با ساختار سلسله مراتبی میکرو – نانو به وسیله رسوبدهی الکتریکی روی زیرلایه مس تهیه شدهاند. هنگ و همکارانش [11]، ساختار سلسله مراتبی میکرو – نانو را به روش مذکور با استفاده از اتیلندی آمونیومدی کلرید28 به عنوان عامل اصلاح کننده کریستال روی زیرلایه مس ایجاد کردند.گنگ و همکارانش [14]، ساختار مذکور را با استفاده از افزودنی آمونیوم کلرید ایجاد کردند. آنها مشاهده کردند که فیلم سلسله مراتبی تازه تهیه شده، فوقآبدوست میباشد اما با نگهداری ساختار به مدت 15 روز در هوا، انتقال فوقآبدوستی به فوقآبگریزی صورت میگیرد. شکل ‏212 تغییرات زاویه تماس را در مدت زمان نگهداری در شرایط محیطی نشان میدهد. برای شناسایی مکانیسم این تغییر، مطالعات SEM و طیفسنجی فوتوالکترونی اشعه ایکس 29 (XPS) روی فیلمهای تهیه شده انجام شد. مطالعاتSEM نشان داد که مورفولوژی سطح در طول مدت زمان نگهداری در هوا تغییر نمیکند. اما آنالیز ترکیب شیمیایی سطح با روش XPS بیانگر تغییر ترکیب شیمیایی بود.
شکل ‏212 تغییرات زاویه تماسی فیلم نیکل در مدت زمان نگهداری در هوا [14].
شکل ‏213 طیف XPS فیلم نیکل با ساختار سلسله مراتبی میکرو- نانو، الف- طیف بررسی فیلم تازه تهیه شده، ب- طیف بررسی فیلم ذخیره شده به مدت 90 روز، ج- طیف Ni2p فیلم تازه تهیه شده، د- طیف Ni2p فیلم نگهداری شده به مدت 90 روز [14]انتقال رفتار فوقآبدوستی به فوقآبگریزی با نگهداری پوشش در هوا برای پوششهای فلزی دیگر نیز گزارش شده است. تنگ و همکارانش [15]، با روش سایش لیزری30، سطح بسیار زبری روی زیرلایه برنجی ایجاد کردند. آنها مشاهده کردند که با نگهداری سطح مذکور در هوا به مدت 2 هفته، خاصیت فوقآبگریزی در سطح به وجود میآید. مطالعه تغییر ترکیب شیمیایی سطح با آنالیز طیفسنجی تفکیک انرژی پرتو ایکس(EDX)31 نشان داد که ترکیبات CuO و ZnO بر سطح برنج با نگهداری در هوا تشکیل شده است. این محققان، بروز خاصیت فوقآبگریزی را به تشکیل ترکیبات مذکور نسبت دادند. کیتزیگ و همکارانش [16]، در سطح آلیاژهای مختلف فولاد زنگنزن ساختارهای زبر دو مقیاسی به وسیله پرتو افکنی لیزری ایجاد کردند. آنها نیز مشاهده کردند که با نگهداری پوششها در محیط شرایط فوقآبگریزی حاصل میشود. این گروه، تغییر رفتار ترشوندگی را به تغییرات محتوای کربن سطح نسبت دادند. لیئو و همکارانش [17]، فرایند تغییر ترشوندگی سطوح آلومینیومی را در محیطهای مختلف شامل N2، CO2، O2 و محیط غنی از مواد آلی بررسی کردند. آنها مشاهده کردند که تغییر ترشوندگی سطح عمدتا ناشی از جذب مواد آلی از اتمسفر اطراف روی سطح اکسید است.
ژانگ و همکارانش [18]، پوشش چند لایه مس– نیکل فوقآبگریز را از طریق روش دو مرحلهای ساده که شامل رسوب به روش الکترولس والکتریکی بود، روی زیرلایه مس اعمال کردند و به مورفولوژی جدید به شکل خیار دریایی دست یافتند (شکل ‏214). زاویه ترشوندگی سطح °156 به دست آمد که دلالت بر فوقآبگریزی سطح داشت. همچنین آنها اظهار داشتند که این ساختار را می توان برای بهبود عملکرد الکتروشیمیایی آندی باطریهای یون– لیتم بعد از رسوبدهی عناصری همچون سیلیسیم و ژرمانیم بکار برد.
شکل ‏214 تصاویر SEM پوشش چند لایه مس/ نیکل با مورفولوژی خیار دریایی با بزرگنماییهای مختلف[18].تیان و همکارانش [19]، ابتدا از طریق رسوبدهی الکتریکی، پوشش نیکل را روی مس ایجاد کردند و سپس آلیاژ نیکل- فسفر را از طریق الکترولس روی ساختارهای نانو نیکل اعمال کردند. پوشش نیکل ایجاد شده دارای ساختار مخروط مانند با پلههای مارپیچی روی وجوه جانبی و زاویه ترشوندگی °135 بود (شکل ‏215).
شکل ‏215 تصویر SEM پوشش نیکل با ساختار مخروط مانند با پله های مارپیچی [19]. رفتار خوردگی پوششهای فلزی فوقآبگریز
خرسند و همکارانش [20]، پوششهای نیکل در حضور افزودنی اتیلندیآمونیوم دیکلرید با روش رسوبدهی الکتریکی تهیه کردند. آنها مشاهده کردند که با نگهداری پوششها به مدت 2 هفته در هوا، خاصیت فوقآبگریزی حاصل شد. مقاومت به خوردگی پوششهای فوقآبدوست و فوقآبگریز به طور مدتدار در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید با روش طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی32 (EIS) بررسی شد. آنها مشاهده کردند که فوقآبگریزی مقاومت به خوردگی فیلم نیکل را به طور قابل ملاحظه افزایش داد (شکل ‏216، الف)، اما با افزایش مدت زمان غوطهوری فیلم فوقآبگریز، مقاومت پلاریزاسیون شروع به کاهش کرد که ناشی از کاهش زاویه تماس با افزایش زمان تماس با محلول خورنده بود (شکل ‏216، ب).
شکل ‏216 منحنیهای نایکوئیست الف- زیرلایه مسی، فیلم نیکل فوقآبدوست و فیلم نیکل فوقآبگریز بعد از 30 دقیقه غوطهوری، ب) فیلم نیکل فوقآبگریز به طور طولانی مدت در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید [20].شی و همکارانش [21]، پوششهای نیکل فوقآبگریز را روی آلیاژ منیزیم با روش رسوبدهی الکتریکی در حضور افزودنی اتیلندیآمونیوم دیکلرید اعمال کردند. رفتار خوردگی سطح فوقآبگریز در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید در طول 48 ساعت غوطهوری بررسی شد. در شکل ‏217، منحنیهای باد حاصل از آزمون مذکور نشان شده است. همانطور که مشاهده میشود، با افزایش زمان غوطهوری، بزرگی امپدانس پوشش به طور پیوسته کاهش یافته است که ناشی از کاهش زاویه تماس با افزایش زمان غوطهوری است.
شکل ‏217 منحنیهای باد پوشش نیکل فوقآبگریز در مدت زمانهای مختلف غوطهوری در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید [21].ایشیزاکی و همکارانش [22]، مقاومت به خوردگی سطح فوقآبگریز ایجاد شده روی آلیاژ منیزیم پوششداده شده با فیلم سریم اکسید و مولکولهای فلوئورآلکیلسیلان33 را در محلول 5% وزنی سدیم کلرید با آزمونEIS بررسی کردند. نتایج نشان داد که پوشش فوقآبگریز مقاومت به خوردگی زیرلایه منیزیمی را به طور قابل ملاحظه افزایش داد. با انجام آزمونهای EIS مدتدار در طول غوطهوری در محلول خورنده مشخص شد که مقاومت به خوردگی سطح فوقآبگریز با افزایش زمان تماس کاهش مییابد (شکل ‏218) که ناشی از تغییرات مورفولوژی سطح پوشش و کاهش زاویه تماس با افزایش زمان غوطهوری بود.
شکل ‏218 منحنیهای نایکوئیست زیرلایه منیزیمی و سطح فوقآبگریز اعمال شده روی آلیاژ منیزیم در مدت زمانهای مختلف غوطهوری در محلول 5% وزنی سدیم کلرید [22].رسوبدهی الکتریکی نیکل

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

بوتگر34 اولین دستورالعمل کاربردی برای پوششدهی نیکل را در سال 1834 میلادی توسعه داد که حمام پوششدهی شامل محلول آبی نیکل و آمونیوم سولفات بود. بیرد35 ظاهرا نیکل را روی الکترود پلاتین در سال 1837 میلادی از محلول نیکل کلرید یا سولفات رسوب داد و شور36 نیز از محلول نیکل نیترات در سال 1840 میلادی استفاده کرد. محلول استفاده شده توسط بوتگر به مدت 70 سال به صورت تجاری توسعه یافت به طوری که اذعان میشود، وی مبتکر پوششدهی نیکل میباشد. آدامز37 یکی از اولین اشخاصی بود که پوششدهی نیکل را در ایالت متحده تجاری کرد و فرایند ثبت اختراع وی، پوششدهی نیکل را از 1869 تا 1886 میلادی به کارخانه وی منحصر کرد. اختراعش، استفاده از نیکل آمونیوم سولفات خالص را دربرداشت. اگر چه محلول آدامز شبیه به محلول بوتگر بود، تاکید وی برای بکار بردن حمام در pH خنثی برای کنترل کیفیت رسوبات نیکل حیاتی بود، چون مقادیر اضافی آمونیاک تمایل به کاهش بازده کاتد داشت و سبب تردی رسوب می شد. وتسون38 استفاده از بوریک اسید را معرفی کرد و برانکروفت39 از اولین کسانی بود که پی برد که کلریدها برای تضمین انحلال کافی نیکل آندی ضروری است. در سال 1916 میلادی، پروفسور واتز الکترولیتی را معرفی کرد که حاوی نیکل سولفات، نیکل کلرید و اسید بوریک بود و ترکیب محلول پوششدهی نیکل را بهینه کرد. به مزایای دستورالعمل دمای بالا و سرعت بالای محلول وی، پی برده شد و سرانجام منجر به حذف محلولهای آمونیوم سولفات و محلولهای اختصاصی دیگر نیکل شد. محلولهای پوششدهی تزئینی نیکل، متغیرهایی از دستورالعمل اصلی واتز میباشند. اختلاف اصلی، وجود ترکیبات آلی و فلزی معین برای روشن کردن و تراز کردن رسوب نیکل میباشد. معرفی محلولهای پوششدهی نیمه روشن نیکل توسط رز40 در سال 1945 میلادی سهم بزرگی داشت، چون بعدا منجر به توسعه پوششهای نیکل دو و سه لایه با بهبود زیاد مقاومت به خوردگی شد. موقعیت برتر محلولهای واتز از زمانی به زمانی دیگر به چالش کشیده شده است، اما تنها محلولهایی که با مقیاس قابل توجه تطبیق یافتهاند، محلولهای سولفامات نیکل می باشد. محلولهای واتز و سولفامات نیکل برای پوششدهی عاملی41 و الکتروفورمینگ42 استفاده میشود اما سولفامات برای الکتروفورمینگ عمومیتر میباشد [23].
کاربرد پوششهای نیکل و آلیاژهای آن
پوششدهی نیکل، یک فرایند پرداخت سطحی مهم و متنوع تجاری می باشد. اهمیت تجاری آن از میزان مصرف سالیانه نیکل به شکل فلز و نمک برای پوششدهی الکتریکی و تنوع کاربردهای آن مشخص میشود.کاربرد پوششهای الکتریکی نیکل در سه گروه اصلی طبقهبندی میشود: تزئینی، عاملی والکتروفورمینگ.


پاسخ دهید