آلومینیوم و ورق آلومینیوم یکی از فلزات پرکاربرد و پرطرفدار در صنایع مختلف است. به دلیل وزن سبک و استحکام و انعطاف پذیری بسیار بالا و همچنین مقاومت به خوردگی و ویژگی های مثبت دیگر، آلومینیوم در صنایع مهمی همچون هوافضا و خودروسازی جایگاه خاصی پیدا کرده است. مهندسان نیز برای بهبود خواص این فلز پرکاربرد راهکارهای علمی و شیمیایی در نظر می گیرند. یکی از این روش ها آندایزینگ نامیده می شود که در طی آن مقاومت آلومینیوم به خوردگی به مراتب بیشتر و بهتر می گردد. در ادامه مطلب به بررسی فرآیند آندایزینگ و تاثیر آن بر مقاومت فلز خواهیم پرداخت.
بیشتر فلزاتی که با آنها سروکار داریم تمایل به ترکیب شدن با اکسیژن محیط و اکسید شدن دارند. وقتی که لایه سطحی فلز اکسید می شود یک لایه نازک پایدار روی آن تولید می گردد که باعث بالا رفتن مقاومت فلز به خوردگی می شود. فلز آلومینیوم نیز از آن دسته فلزات است که این اکسید فلز روی سطح آن شکل می گیرد. اما این لایه اکسید فلز بسیار ضخامت کمی دارد و نمی تواند مدت طولانی بخش های داخلی فلز را از خوردگی حفظ کند. فلز آلومینیوم به دلیل سبکی، استحکام، خاصیت ارتجاعی، رسانای الکتریکی و حرارتی، قابلیت چکش خواری، انعطاف پذیری، قابلیت بازتاب نور، غیر مغناطیس بودن، عدم جرقه زایی، شکل پذیری و جوش پذیری بالا در صنایع بسیاری مورد استفاده قرار می گیرد.
از این رو باید به اندازه کافی به خوردگی و فرسایش مقاوم باشد. برای حل مشکل کم بودن ضخامت لایه اکسید آلومینیوم، مهندسان از روش های الکتروشیمیایی کمک می گیرند. بنابراین فرآیندی که در طی آن لایه اکسید آلومینیوم روی سطح آلومینیوم در شرایط کنترل شده رشد کرده و ضخیم شود آندایزینگ یا Anodizing گفته می شود. این فرایند کمک می کند که لایه اکسید آلومینیوم تا چندین هزار برابر ضخامت طبیعی رشد کند و ورق آلومینیوم تا حد بسیار زیادی نسبت به حالت طبیعی به خوردگی مقاوم تر شود.
فرآیند آندایزینگ آلومینیوم اینگونه انجام می شود که قطعه کار یا همان آلومینیوم در یک محیط الکترولیت مثل اسید اگزالیک یا اسید سولفوریک به عنوان آند قرار می گیرد. بعد از آن ماده مناسب دیگری مثل فولاد ضد زنگ، گرافیت، سرب یا خود آلومینیوم به عنوان کاتد در نظر گرفته می شود. سپس جریان الکتریکی را از بین ماده الکترولیت عبور می دهند و بر اثر جریان الکتریکی کنش و واکنش های شیمیایی روی سطح آلومینیوم رخ داده و باعث به وجود آمدن لایه ای ضخیم از اکسید آلومینیوم می شود.
لازم به ذکر است که در هنگام تشکیل لایه اکسید آلومینیوم، روی آن یک لایه با چگالی بالا و با تخلخل بسیار زیاد نیز شکل می گیرد. لایه متخلخل قابلیت جذب گرد و غبار، مواد خورنده، رطوبت و غیره را دارد. این مواد در طولانی مدت به لایه اکسید آلومینیوم نفوذ کرده و آن را دچار خوردگی می کند. از این رو لازم است که بعد از انجام عملیات آندایزینگ حتما سطح کار با پوششی از رنگ های مخصوص پوشیده شود تا از ورود ذرات خورنده به لایه متخلخل جلوگیری به عمل آید.
آلومینیوم طی مراحل و پرداخت هایی آندایزینگ می شود که به اختصار در ادامه به معرفی آنها می پردازیم. برخی مراحل مربوط به قبل از انجام عملیات آندایزینگ و برخی مراحل مربوط به بعد از فرآیند مورد نظر است.
در این مرحله ابتدا قطعه مورد نظر به صورت مکانیکی به شکل دلخواه تغییر داده می شود. دلیل اینکه پرداخت مکانیکی قبل از آندایزینگ کردن صورت می گیرد این است که لایه اکسید آلومینیوم بر اثر ضربه یا چکش کاری آسیب نبیند و از بین نرود.
در اینجا لازم است که قبل از آندایز کردن، قطعه مورد نظر تمیز و چربی زدایی شود که این کار به واسطه حلال ها و محلول های قلیایی امکان پذیر است. اگر قطعه کار یا سطح آلومینیوم به خوبی تمیز نشود و اکسید آلومینیوم روی کثیفی شکل بگیرد، فلز مورد نظر خیلی سریع دچار خوردگی شده و عملیات آندایزینگ بی فایده خواهد بود.
این مرحله نیز قبل از آندایز کردن بسیار حائز اهمیت است. دوده های شکل گرفته شده روی سطح آلومینیوم توسط اسید نیتریک به خوبی زدوده می شود تا فرآیند آندایزینگ با کیفیت بیشتر و صحیح تر اجرا شود.
بعد از تمیز کردن و دوده زدایی سطح فلز آلومینیوم بایستی آن را به درستی به روش های الکتروشیمیایی براق و صیقلی کنند. هر چقدر سطح فلز با هوا و الکترولیت تماس بیشتری داشته باشد لایه اکسید آلومینیوم به صورت یکنواخت روی آن شکل می گیرد و ناهموار نمی شود.
اجرای این مرحله منوط به انجام مراحل قبل است که بدون آنها عملیات آندایزینگ بی اثر بوده و جلوی خوردگی را نخواهد گرفت. چه بسا حتی ممکن است به دلیل حبس شدن مواد خورنده در لابلای آن، باعث تسریع خوردگی فلز نیز بشود. در این مرحله همانطور که قبلا اشاره شد، قطعه کار در الکترولیت و به واسطه نیروی الکتریکی آندایز شده و یک لایه بسیار ضخیم اکسید آلومینیوم روی آن ساخته می شود که باعث مقاومت چند برابری آلومینیوم به خوردگی می گردد.
همانطور که قبلا گفته شد لایه آندایز شده اکسید آلومینیوم می بایست در اسرع وقت با لایه ای از رنگ پوشیده شود. معمولا دو روش برای این کار یعنی رنگ کردن آلومینیوم آندایزینگ شده در نظر گرفته شده است.
در روش اول از رنگدانه های غیرآلی برای رنگین کردن سطح فلز استفاده می کنند. به این ترتیب که پیگمنت های رنگ غیر آلی با نمک واکنش نشان داده و روی سطح اکسید آلومینیوم رسوب می کند. این رسوب ها تمام حفره های لایه متخلخل را پر می کنند و از ورود مواد خورنده به آن جلوگیری به عمل می‌آورند. هر کدام از نمک های غیرآلی آلومینیوم آندایز شده را به یک رنگ خاص رنگین می کنند. به عنوان مثال دی کرومات نقره به رنگ نارنجی، فریک فروسیانید به رنگ آبی، سولفات باریم به رنگ سفید و دی کرومات سرب نیز به رنگ زرد در می آید.
در روش دوم از رنگدانه‌های نمک‌های آلی برای رنگین کردن قشر اکسید شده آلومینیوم استفاده می شود. برای اینکار آلومینیوم را در حمام سرد محتوی درصد کمی اسید اگزالیک قرار می دهند تا کمپلکس پیگمنت های آلی با آن واکنش داده و در حفره های اکسید آلومینیوم نفوذ و رسوب کنند. البته روش دیگری نیز وجود دارد که به آن الکترولیت آندایزینگ خود رنگ گفته می شود و خیلی معمول نیست. در این روش و در حین عملیات اکسیداسیون فلز، لایه اکسید شده خودبه خود رنگین می شود. در این روش معمولا همه حفره ها به خوبی با رنگ پر نمی شوند و لذا احتمال جذب مواد خورنده وجود دارد. به همین سبب از این روش به ندرت و برای کاربری های خاص استفاده می شود.
در این مرحله نیز نیاز است که بعد از انجام رنگ آمیزی، قطعه کار آب بندی شود تا هم رنگ در جای خود ثابت شود و هم هر گونه احتمال خوردگی از بین برود. این روش نیز یکی از راهکارهای پر کردن حفره های روی اکسید فلز است. برای آب بندی کردن روش های مختلفی وجود دارد اما معمول ترین و متداول ترین آنها استفاده از آب جوش ۹۸ درجه است. به این ترتیب که ورق های آلومینیومی آندایز شده در آب جوش به مدت ۲۰ الی ۵۰ دقیقه خوابانده می شوند تا حفره های آنها با اکسید آلومینیوم هیدراته پر شوند. در کنار آب جوش از محلول نمک های فلزی نیز استفاده می کنند. نمک فلزی استفاده شده در این حالت می تواند یکی از موارد زیر باشد:
محلول سولفات مس یا سولفات کرومیم، محلول کبالت، محلول سیلیکات سدیم و اسید استیک، محلول استات سرب در اسید استیک یا اسید فرمیک، محلول کلرید روی، سولفات کلسیم یا کلرید سدیم، سولفات سدیم. لازم به ذکر است که نیکل به عنوان استات نیکل و کبالت و اسیدبوریک به جهت آب بندی آلومینیوم استفاده می شود.
در پایان عملیات آندایزینگ و مراحل بعد از آن، قطعه کار بایستی به سرعت به روش الکتروشیمیایی خشک شود. این کار در حرارت پایین و با دقت بسیار زیاد انجام می گیرد تا جلوی هر گونه ترک خوردگی رنگ و لایه اکسید آلومینیوم گرفته شود. حالا فلز آلومینیوم آماده است تا در هر شرایط آب و هوایی استفاده گردد، زیرا به اندازه کافی مستحکم شده و خورده نمی شود.
هارد آندایزینگ یا آندایزینگ سخت زمانی اتفاق می افتد که لایه اکسید آلومینیوم را ضخیم تر از حد معمول و بیشتر از ۲۵ میکرون رشد دهند. آندایزینگ سخت برای قطعات فلزی یا آلومینیومی اجرا می شود که نیاز است مقاومت آنها به خوردگی و فرسایش بیشتر باشد و یا اینکه خواص حرارتی و الکتریکی خاصی از آن قطعات مدنظر باشد. به عنوان مثال در ساخت تجهیزات دریایی و یا در صنایع پتروشیمی و هوافضا از آندایزینگ سخت برای آلومینیوم استفاده می شود.
فرآیند آندایزینگ آلومینیوم مزایای بسیار زیادی دارد.
آلومینیوم آندایزینگ شده یک تکنولوژی مدرن به جهت بهبود خواص و عملکرد آلومینیوم و در نتیجه پوشش طیف وسیع تری از صنایع است. از آلومینیوم آندایز شده در صنایع مهم و مختلفی همچون هواپیماسازی، نفت و پتروشیمی، دکوراسیون منزل، ساخت وسایل تزیینی، خودروسازی، ساختمان سازی و غیره استفاده می شود.