بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها

دسته: مکانیک
بازدید: 97 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 78 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 77

آبكاری آلیاژی به عنوان یك شاخه مهم و بسیار جالب در روشهای پوشش دهی، رسوبدهی همزمان دو یا چند جزء فلزی، از یك حمام آبكاری می‌باشد پوشش آلیاژی دارای ویژگی‌های منحصر به فرد و گاه متفاوت از هر جزء به تنهائی می‌باشد در آبكاری آلیاژی عواملی همچون دانسیته جریان، دما، اسیدیته(PH) و تركیب حمام بر تركیب و خواص پوشش آلیاژی موثر است

قیمت فایل فقط 4,900 تومان

بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها

بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها

چكیده :

در اواخر دهه 1970 استفاده از پلاستیكهای آبكاری شده به منظور كاهش وزن و ایجاد پوششهای تزئینی بر روی برخی از قطعات خودرو اهمیت یافتند. هم زمان با آن توسعه صنعت الكترونیك استفاده از پلاستیكهای آبكاری شده در ساخت صفحات مدارهای چاپی به منظور ایجاد خاصیت هدایت الكتریكی اهمیت یبشتری یافت، به طوری كه با پیشرفت روز افزون این صنعت، بررسی خواص چسبندگی پوششهای فلزی به زیر لایه پلاستیكی مهم به نظر می‌رسند.

در این تحقیق ضمن معرفی فرآیند آبكاری پلاستیكها به بررسی برخی از عوامل موثر بر چسبندگی پوشش به زیر لایه پرداخته شده، به طوری كه عواملی نظیر خواص فیزیكی و شیمیایی پوششهای فلزی، چگونگی آماده ساختن زیرلایه پلاستیكی و خواص فیزیكی و شیمیایی زیر لایه پلاستیكی به عنوان مهم ترین عوامل موثر بر چسبندگی پوششهای فلزی به زیر لایه پلاستیكی ارزیابی شده اند.

1- اهمیت آبكاری پلاستیكها

استفاده از قطعات پلاستیكی آبكاری شده در اواخر دهه 1970 در صنایع مختلف گسترش چشمگیری یافت، به طوری كه به سرعت در صنایعی نظیر خودرو سازی، الكترونیك و مصارف تزئینی به ویژه تولید وسایل خانگی كاربرد وسیعی یافتند[1]. مثالهایی كه از این كاربردها در ادامه آورده شده است.

الف – صنعت خودرو

پلاستیكهای آبكاری شده هم به منظور زیبایی و هم به منظور افزایش مقاومت به خوردگی در قسمتهای مختلف خودرو استفاده می‌شوند. به عنوان مثال برخی از پلاستیكهای آبكاری شده مقاوم به سایش نظیر پلی اورتان در قسمت‌های داخلی اتومبیل استفاده شده‌اند، ضمن این كه از قطعات پلاستیكی آبكاری شده كه دارای خاصیت مقاومت به ضربه باشند نیز می‌توان در سپرهای خودرو استفاده كرد. در شكل (1) نمونه ای از این كاربرد نشان داده شده است.

ب – صنعت الكترونیك

در صنعت الكترونیك ، آبكاری پلاستیكها به منظور ایجاد خاصیت هدایت الكتریكی انجام می شود كه نمونه بارز این كاربرد در ساخت صفحات مدارهای چاپی (P.C.B) Printed Circuit Board می‌باشد [2] .

شكل (2) نمونه ای از این كاربرد را در ساخت صفحات مدارهای چاپی نشان می‌دهد.

ج – جنبه های تزئینی

استفاده از پلاستیكهای آبكاری شده به دلیل خاصیت مقاومت به خراش و خواص زینتی پوششهای ایجاد شده به طور وسیع در تولید وسایل خانگی مورد توجه قرار گرفته اند.[1]

درشكل (3) نمونه‌ای از این كاربرد نشان داده شده است.

2- معرفی پوشش الكترولس

آبكاری الكترولس عبارت است از احیاء شیمیایی با اتوكاتالیتیكی یونهای فلزی موجود در وان الكترولس بر روی سطح قطعات. در این فرایند پوششی یكنواخت از فلز مورد نظر به وسیله یك سری واكنشهای شیمیایی بر روی سطح قطعه ایجاد می‌شود.

پرمصرف ترین پوشش‌های فلزی كه در آبكاری الكترولس مورد استفاده قرار می‌گیرند، مس و نیكل می‌باشند. كه درادامه به مكانیزم اصلی عملیات آبكاری الكترولس نیكل اشاره می‌شود[3].

3- اجزاء حمام الكترولس

به طور كلی در حمام الكترولس هشت جزء وجود دارد:

3-1- منبع یونهای نیكل

متداول‌ترین نمكهای به كار رفته در فرایند الكترولس نیكل، سولفات نیكل و كلرید نیكل می‌باشند، به طوری كه غلظت یونهای نیكل در حمام‌های اسیدی بین 4 تا 10 گرم در لیتر می‌باشند. [4و5]

3-2- هیپوفسفیت سدیم

این ماده یونهای نیكل را در محلول به شكل عنصر، احیاء می كند به طوری كه در طی فرایند احیاء آنیونهای هیپوفسفیت به ارتوفسفیت تجزیه شده و گاز هیدروژن ایجاد می‌گردد. ضمن آن كه درصد فسفر تا حدود 15 درصد نیز در رسوب نیكل ظاهر می‌شود. [3]

3-3- بافرها

وظیفه بافرها جلوگیری از تغییرات PH در حمام می‌باشد به طوری كه از افزایش بیش از حد اسیدیته محلول در طی رسوب گذاری جلوگیری می‌كنند.[3]

3-4- كمپلكس كننده ها

این اجزاء تقریباً اسیدهای آلی بوده كه معمولاً دی كربوكسیلاتها می‌باشند. این مواد تاثیر دو گانه ای دارند زیرا اولا باعث كاهش نرخ رسوب گذاری شده، ثانیاً همانند یك بافر عمل می كنند[3].

3-5- شتاب دهنده ها

شتاب دهنده‌هایی نظیر تركیبات فلوئوریدی و تیواوره در حد ppm2 تا 20 باعث افزایش نرخ رسوب گذاری می‌شوند [4].

3-6- پایدار كننده ها

وظیفه پایدار كننده‌هایی نظیر تركیبات سرب، كادمیم و روی یا تركیبات سیانیدی در حد ppm1 تا 10 این است كه از تجزیه خود به خودی حمام در اثر حرارت اضافی یا وجود عناصر ناخالصی (ذرات گرد وغبار) جلوگیری می‌كنند.[3]

3-7- عوامل تر كننده :

این مواد باعث كاهش كشش سطحی حبابهای گازی ایجاد شده در حمام می شوند و از ایجاد حفرات گازی بر روی رسوب جلوگیری می‌كنند[3].

3-8- متعادل كننده ها:

این مواد باعث افزایش نرخ رسوب گذاری به وسیله تبدیل یون ارتوفسفیت به هیپوفسفیت می شوند[3].

4- معرفی پروسه آبكاری پلاستیكها

عمده فرایند آبكاری پلاستیكها مربوط به عملیات پیش از آبكاری است، به طوری كه از هفت مرحله پروسه مربوط به آبكاری پلاستیكها به روشهای متداول (مانند الكتروپلیت یا الكترولس) امكان پذیر گردد[1].

این مراحل عبارتند از :

الف – آمده سازی اولیه

در این مرحله عملیات تمیز سازی سطح و چربی زدایی به وسیله محلول‌های اسیدی و قلیایی انجام می‌شود [6].

ب- اچ كردن

هدف از این مرحله افزایش انرژی سطحی قطعه پلاستیكی و ایجاد زیری میكروسكوپی و تغییرات شیمیایی در سطح پلاستیك می‌باشد كه در نهایت قطعه پلاستیكی آماده پذیرش رسوب فلزی با چسبندگی مناسب می شود. درواقع وظیفه ماده اچ كننده جدا كردن یك ماده پلیمری فعال از سطح پلاستیك و یا تغییر در شیمی سطح پلاستیك می‌باشد. به عنوان مثال در مورد پلیمر اكریلونیتریل بوتادین استایرن (A.B.S) ‏ ، ذرات بوتادین به وسیله محلول اچ اكسید شده و در محلول حل می‌شوند و درنهایت حفرات میكروسكوپی در سطح قطعه به وجود می آیند. محلول اچ كننده مورد استفاده در این حالت تركیبی از اسید سولفوریك واسید كرمیك می‌باشد[1و6].

ج – اچ كردن

در این مرحله به منظرو برطرف كردن یونهای كرم شش ظرفیتی باقی مانده ناشی از مرحله اچ كردن، از اسید كلریدریك رقیق استفاده می شود[1و6].

د- كاتالیز كردن ( فعال سازی)

در این مرحله مقدار كمی پالادیم یا نقره همراه با تركیبات قلع روی سطح پلاستیك به صورت شیمیایی رسوب می كند.

پالادیم ممكن است به روش تك مرحله ای یا دو مرحله ای روی سطح رسوب كند. در  روش دو محرله ای از دو حمام جداگانه حاوی تركیبات قلع و تركیبات پالادیم استفاده می شود، ولی در روش تك مرحله ای عملیات فعال سازی در یك حمام جداگانه حاوی تركیبات قلع و تركیبات پالادیم اسفتاده می شود، ولی در روش تك مرحله ای عملیات فعال سازی در یك حمام حاوی تركیبات قلع و پالادیم انجام می‌شود. [1و6]

ه- شتاب دادن

در این مرحله عامل هیدروكسید قلع از روی سطح پلاستیك به وسیله محلول اسید كلریدریك رقیق یا یك نمك اسیدی جهت آماده سازی برای مرحله بعدی پوشش دهی برداشته می شود.

و- ایجاد پوشش الكترولس

پس از عملیات شتاب دهی، عملیات پوشش دهی در حمام الكترولس قلیایی انجام می شود كه در این حالت ضخامت 25/0 تا 5/0 میكرون از پوشش نیكل یا مس به طور یكنواخت بر روی سطح قطعه تشكیل می‌شود[1و6]

ز- آبكاری ثانویه

پس از ایجاد یك پوشش بسیار نازك هادی بر روی سطح قطعه می‌توان ضخامت پوشش را به روش‌های آبكاری متداول نظیر الكتروپلیت با الكترولس افزایش داد [1و7]. در شكل (4) تصویر شماتیكی از مراحل آبكاری پلیمری اكریلونیتریل بوتادین استایرن نشان داده شده است.

5- پلاستیكهای قابل آبكاری

پلاستیكهای قابل آبكاری به آن دسته از پلاستیكهایی گفته می‌شود كه پس از آبكاری، چسبندگی مناسبی بین پوشش و قطعه پلاستیكی به وجود می‌آید [1و7]. برخی از پلاستیكهای قابل آبكاری متداول عبارتند از اكریلونیتریل بوتادین استایرین (A.B.S) ، پلی پروپیلن (P.P) ، پلی سولفون ، پلی فنیلن اكساید، پلی كربنات، پلی استر، نایلون، پلی اتریمید و پلی اتیل اتركتون.

6- معرفی خواص

6-1- خواص پوشش‌های الكترولس

به طور كلی خواص پوشش‌های الكترولس شامل موارد زیر می‌باشند[3]:

الف – یكنواختی ضخامت پوشش در تمامی نقاط قطعه بدون توجه به شكل هندسی آن.

ب – ایجاد پوشش برای تمام زیر لایه‌ها اعم از رسانا، نیمه رسانا و نارسانا.

ج – هدایت الكتریكی و قابلیت لحیم پذیری مناسب

د – مقاومت به خوردگی بالا.

ه – سختی نسبتاً‌بالا

و – اصطكاك سطحی پایین

ز – جنبه تزئینی پوششهای الكترولس

6-2- خواص زیر لایه پلاستیكی

به منظور بررسی خواص زیر لایه به برخی از مزایا و معایب عمومی قطعات پلاستیكی اشاره می‌گردد[1و7]:

6-2-1- مزایا:

الف. آزادی بیشتر در طراحی قطعه بدون توجه به ابعاد و شكل هندسی قطعه.

ب. حذف عملیات پرهزینه ثانویه مانند ماشین كاری.

ج. پایین بودن وزن قطعه،

د. هزینه پایین قطعات پلاستیكی نسبت به فلزات.

ه- تغیر شكل آسان با كیفیت سطح استثنایی.

و. مقاومت به خوردگی بالا.

ز. قابلیت انعطاف پذیری و خواص ارتجاعی مناسب.

ط. استحكام فشاری مناسب و نسبت استحكام به وزن مطلوب.

6-2-2- معایب:

الف. محدودیت كاربرد قطعات پلاستیكی در دماهای پایین.

ب. ضریب انبساط حرارتی بالا.

ج. استحكام كششی ضعیف.

د. عدم وجود خاصیت هدایت الكتریكی.

6-3- خواص پلاستیكهای آبكاری شده

در نتیجه عملیات آبكاری بر روی قطعات پلاستیكی، خواص قطعه از لحاظ سختی، مقاومت به خراش، هدایت الكتریكی ، سفتی، الاستیسیته و ضریب انبساط حرارتی بهبود می‌یابد. بهبود عملكرد این قطعات در شرایط كاری به استحكام چسبندگی در فصل مشترك فلز / پلاستیك بستگی دارد[7]:

لذا عوامل مؤثر بر چسبندگی این پوششها به زیر لایه پلاستیكی به صورت زیر ارزیابی شده اند:

الف. خواص فیزیكی و شیمیایی زیر لایه پلاستیكی.

ب. نحوه آماده سازی زیر لایه پلاستیكی به منظور عملیات پوشش دهی.

ج . خواص فیزیكی و شیمیایی رسوبات فلزی.

6-3-1- خواص فیزیكی و شیمیایی زیر لایه پلاستیكی

این خواص به طور كلی عبارتند از:

الف – ضریب انبساط حرارتی

اختلاف بیش از حد ضریب انبساط حرارتی بین زیر لایه پلیمری با پوشش فلزی باعث تاول زدن پوشش از زیر لایه و چسبندگی ضعیف پوشش در سیكلهای مختلف حرارتی می‌شود[7].

ب – دمای اعوجاج حرارتی

این عامل نیز به مانند ضریب انبساط حرارتی تأثیر به سزایی در چسبندگی پوشش به زیر لایه در شرایط كاری خواهد گذاشت [7].

ج. شرایط قالب گیری نظیر نقطه ذوب و فشار تزریق

نقطه ذوب و فشار تزریق تاثیر زیادی بر استحكام و چسبندگی پوشش به زیر لایه داد كه تاثیر این موارد در اشكال (5) و(6) نشان داده شده اند[7].

عوامل سه گانه فوق به شدت تحت تاثیر تركیب‌ شیمیایی پلیمر قرار دارند به طوری كه با اضافه كردن مواد پركننده به ویژه در مرحله ساخت قطعه پلاستیكی می‌توان تغییرات زیادی را در خواص فیزیكی و شیمیایی قطعه پلاستیكی ایجاد كرد[7].

6-3-2- نحوه آماده سازی زیر لایه پلاستیكی

چگونگی آماده سازی زیر لایه پلاستیكی برای ایجاد چسبندگی بهتر به دو عامل مهم بستگی دارد كه یكی تركیب شیمیایی محلول اچ و دیگری زمان اچ كردن می‌باشد كه در هر دو مورد بایستی حالت بهینه‌ای را جهت بهبود خواص چسبندگی در نظر گرفت.[7] درشكل (7) تاثیر زمان اچ كردن بر استحكام چسبندگی پوشش به زیر لایه نشان داده شده است.

6-3-3- خواص فیزیكی و شیمیایی پوشش فلزی

خواص نظیر اختلاف كم ضریب انبساط حرارتی پوشش فلزی با زیر لایه پلاستیكی سبب افزایش استحكام چسبندگی پوشش به زیر لایه می‌شود، ضمن این كه افزایش ضخامت پوشش سبب بهبود خواص سطحی پلاستیكهای آبكاری شده [7].

7- مكانیزم چسبندگی پوشش به زیر لایه

مكانیزم غالب در چسبندگی پوشش به زیر لایه پلاستیكی ایجاد اتصال و قفل مكانیكی به وسیله رسوب فلز در حفرات ناشی از مرحله اچ می باشد. علاوه براین مكانیزم در تعداد محدودی از پلیمرها نظیر پلی پروپیلن، اتصال شیمیایی ( پیوند واندروالس) به وسیله ایجاد گروههای قطبی باعث به وجود آمدن پیوند شیمیایی می‌شود[3و7].

این موضوع در اشكال (8) و(9) كه تصاویر TEM تهیه شده از نمونه‌های پلیمر A.B.S در مرحله اچ و در مرحله پوشش دهی می‌باشد نشان داده شده است[7] .

8- جمع بندی

الف. چگونگی عملكرد قطعات پلاستیكی آبكاری شده بستگی به استحكام چسبندگی پوشش در فصل مشترك فلز / پلاستیك دارد.

ب. مكانیزم اصلی چسبندگی پوشش فلزی به زیر لایه پلاستیكی ایجاد قفل و اتصال مكانیكی بین پوشش و زیر لایه می‌باشد.

ج. با انتخاب شرایط بهینه نظیر تركیب شیمیایی محلول اچ، زمان اچ كردن و همچنین كنترل شرایط تزریق در پلیمرها می توان خواص چسبندگی راغ به نحوه مطلوبی در پلاستیكهای آبكاری شده بهبود بخشید.

د. با تغییر در خواص فیزیكی و شیمیایی پلیمرها (نظیر اضافه نمودن ماده پركننده) و افزایش ضخامت پوشش فلزی می توان اختلاف ضریب انبساط حرارتی پوشش و زیرلایه پلاستیكی را به حداقل رسانید.

آبكاری آلیاژی با جریان پالسی

چكیده

آبكاری آلیاژی یك شاخه مهم در روشهای پوشش دهی است. در این نوع آبكاری، جریان الكتریكی تاثیر زیادی بر تركیب و خواص پوشش دارد. در صورت استفاده ازجریان پالسی (PC)، این تاثیر افزایش یافته و اصلاح قابل توجهی در خواص پوشش به وجود می‌آورد. كاهش تخلخل، افزایش هدایت الكتریكی، كم شدن تعداد تركها، كاهش میزان مشاركت گاز و همچنین یكنواختی بیشتر در تركیب پوشش آلیاژی، از جمله مزایای آبكاری با جریان پالسی است. در این مقاله ضمن بیان مزایا و محدودیتهای آبكاری پالسی، نحوه تأثیر جریان پالسی بر تركیب و خواص بعضی پوششهای آلیاژی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

مقدمه

آبكاری آلیاژی به عنوان یك شاخه مهم و بسیار جالب در روشهای پوشش دهی، رسوبدهی همزمان دو یا چند جزء فلزی، از یك حمام آبكاری می‌باشد. پوشش آلیاژی دارای ویژگی‌های منحصر به فرد و گاه متفاوت از هر جزء به تنهائی می‌باشد. در آبكاری آلیاژی عواملی همچون دانسیته جریان، دما، اسیدیته(PH) و تركیب حمام بر تركیب و خواص پوشش آلیاژی موثر است. در این میان، دانسیته جریان از اهمیت بیشتری برخوردار است. معمولاً جریان الكتریكی مورد استفاده در آبكاری آلیاژی، جریان مستقیم (DC) می‌باشد.در صورت آبكاری آلیاژی با جریان پالسی، اثر دانسیته جریان بر خواص پوشش تغییرمی‌كند و در اغلب موارد این تغییر با اصلاح خواص پوشش همراه است. استفاده از جریانهای پالسی (PC) روشی جدید در آبكاری فلزات خالص و آلیاژی بوده كه موجب ایجاد زمینه‌های جدید در آبكاری به ویژه آبكاری آلیاژی شده است. آبكاری پالسی در اغلب صنایع مهم ( كامپیوتر، نیمه هادی، فیبرنوری و … به طور وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرد. براساس شكل (1) جریان پالسی با پارامترهایی همانند جریان حداكثر زمان برقراری جریان ، فركانس (t)، سیكل كاری (Dutycycle )  شناخته می‌شود. سیكل كاری در محدوده (1-0) تغییر نموده و براساس رابطه (1) محاسبه می‌شود.

(1)                                           

فركانس پالس (f) از طریق رابطه (2) با زمان برقراری و قطع جریان مرتبط است.

(2)                                           

جریان حداكثر  نشان دهنده جریان عبوری در زمان برقراری جریان  و جریان متوسط  عبارت است جریان عبوری در زمان كل آبكاری  و نقش آن همانند نقش دانسیته جریان در آبكاری تحت شرایط جریان مستقیم است.

ارتباط جریان حداكثر  و  جریان متوسط  براساس رابطه (3)‌می‌باشد.

(3)                                            

سه پارامتر جریان حداكثر، زمان قطع جریان و زمان برقراری جریان به صورت مستقل قابل تغییر هستند.

وجود این سه پارامتر مستقل، امكان به وجود آوردن وضعیتهای متعدد را در شرایط آبكاری آلیاژی فراهم می‌كند. به عبارت دیگر می‌توان با تغییر این سه پارامتر مستقل، پوششی با تركیب و خواص دلخواه، به دست آورد. در حالی كه در آبكاری با جریان مستقیم تنها پارامتر مستقل، پوششی با تركیب و خواص دلخواه، به دست آورد. در حالی كه در آبكاری با جریان مستقیم تنها پارامتر مستقل دانسیته جریان بوده و انتخاب با محدودیت بیشتری روبه رو است. توانائی در ایجاد پوششهای متنوع از نظر تركیب و خواص، از یك حمام با تركیب ثابت، به وسیله پارامترهای پالس ( جریان حداكثر، زمان برقراری و قطع جریان) رابه اصطلاح كنترل الكترونیكی آبكاری می‌نامند. این توانائی یكی از مهم‌ترین مزایای آبكاری آلیاژی با جریان پالسی است. 

جهت دریافت فایل بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها لطفا آن را خریداری نمایید

قیمت فایل فقط 4,900 تومان

برچسب ها : بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها , طرح توجیهی بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها , دانلود بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها , مكانیزم چسبندگی پوشش به زیر لایه , مکانیک , خواص فیزیكی و شیمیایی زیر لایه پلاستیكی , دمای اعوجاج حرارت