آشنایی با پوشش های کامپوزیتی (بخش دوم)
پوشش‌های الكترولس كامپوزيتي
پوشش‌هاي الكترولس كامپوزيتي نوعي از پوشش‌هاي كامپوزيتي هستند كه ذرات جامد توسط آبكاري الكترولس و غوطه وري در حمام الكترولس با زمينة پوشش بر روي سطح قطعه هم‌رسوب مي‌شوند. پوشش‌هاي الكترولس نيكل-فسفر به علت دارا بودن خواصي نظير هدايت الكتريكي و مغناطيسي مطلوب،خواص تريبولوژيكي، مكانيكي و فيزيكي مناسب، كاربرد فراواني به عنوان زمينه پوشش‌هاي كامپوزيتي دارند.
ايده هم‌رسوبي ذرات مختلف در پوشش الكترولس نيكل به منظور افزايش سختي، مقاومت سايشي و مقاومت خوردگي، منجر به توسعه پوشش‌هاي الكترولس كامپوزيتي نيكل شد. تلاش‌هاي اوليه جهت ساخت پوشش الكترولس كامپوزيتي ناموفق و اغلب با تجزيه حمام همراه بودند. ورود ذرات ريز به حمام الكترولس منجر به افزايش سطح بار تا 800 برابر و در نتيجه ناپايداري حمام مي‌شد. ولي با كمك پايداركننده‌هاي مناسب بالاخره امكان توليد پوشش الكترولس كامپوزيتي فراهم آمد.
اودي‌كركن براي اولين بار در سال 1960 جهت بهبود مقاومت خوردگي رسوب الكتريكي Ni-Cr از يك لايه مياني حاوي ذرات ريز Al2O3 و PVC كه در يك زمينه فلزي قرار گرفته بودند، استفاده كرد. اين لايه مياني به روش الكترولس ايجاد شده بود. از آن زمان به بعد سيستم‌هاي مختلفي جهت ايجاد پوشش‌هاي كامپوزيتي به كار گرفته شد. اغلب اين پوشش‌ها شامل ذرات سخت از قبيل اكسيدها، كاربيدها، سراميك‌ها، پودرهاي غير قابل حل، بوريدها، الماس و يا شامل ذرات نرم از قبيل PTFE، كربن، CFx و نمك‌هاي فلوريدي هستند كه در ادامه به آن‌ها پرداخته مي‌شود.
پوشش‌هاي كامپوزيتي با ذرات سخت
پوشش‌هاي الكترولس كامپوزيتي مقاوم به سايش عمدتاً شامل ذرات سخت اكسيدي و كاربيدي بوده كه از آن جمله مي‌توان به ذرات wc،TiO2, ZrO2, Al2O3, Cr2O3, CeO2, SiO2, TiC, B4C, SiC و همچنين ذرات الماس اشاره كرد و اندازه ذرات مذكور در پوشش‌هاي الكترولس كامپوزيتي بين 1/0 تا 30 ميكرون است كه براي برخي از كاربردها، اندازه ذرات تا 60 ميكرون نيز مي‌رسد. اين در حالي است كه درصد حجمي ذرات هم‌رسوب تا 40 درصد است. كاربرد اين ذرات بيشتر به منظور افزايش سختي و بهبود خواص سايشي پوشش‌هاي الكترولس است.
پوشش‌هاي كامپوزيتي با ذرات روانكار
پوشش‌هاي الكترولس كامپوزيتي روانكار عموماً شامل ذرات پلي‌تترافلوئوراتيلن(PTFE)، گرافيت، MoS2 و BN هستند. به‌جز پلي‌تترافلوئوراتيلن كه يك ماده آلي روانكار است، ذرات ديگر داراي ساختار كريستالي هگزاگونال بوده و به علت وجود پيوندهاي واندروالس بين برخي از صفحات آن‌ها، صفحات مذكور مي‌توانند به آساني روي يكديگر بلغزند كه اين خاصيت در پوشش‌هاي كامپوزيتي سبب كاهش اصطكاك مي‌شود. ضخامت پوشش كامپوزيتي با خاصيت روانكاري عموماً بين 5 تا 25 ميكرون بوده و درصد حجمي ذرات در پوشش تا 30 درصد نيز مي‌رسد.
مكانيزم رسوب‌گذاري در پوشش‌هاي الكترولس كامپوزيتي
رسوب‌گذاري پوشش‌هاي الكترولس كامپوزيتي به عوامل مختلفي نظير غلظت ذرات در محلول، دما، pH، اجزاء موجود در محلول و نرخ هم‌زدن بستگي دارد. با توجه به عوامل فوق‌الذكر نظريات مختلفي جهت مكانيزم هم‌رسوبي ذرات در پوشش كامپوزيتي ارائه شده است كه غالب‌ترين آن‌ها شامل مكانيزم زير است:
1- گيرافتادن ذرات به صورت مكانيكي در پوشش به وسيله عمليات هم‌زدن.
2- جذب فيزيكي ذرات به سطح قطعه (زيرلايه) با توجه به پارامتر پتانسيل زتا ذرات.
پتانسيل زتا پارامتري است كه چگونگي جذب و حركت ذرات جامد به سمت كاتد را در محلول آبكاري مشخص مي‌كند. مكانيزم هم‌رسوبي ذرات در پوشش الكترولس نيكل-فسفر به اين شرح است كه ابتدا در حمام الكترولس، كاتيون‌هاي Ni++ بر روي سطح ذرات با توجه به شارژ منفي جزئي ذرات ناشي از پتانسيل زتا آن‌ها جذب شده و هنگامي كه ذرات بر اثر هم‌زدن محلول به سطح جسم (زيرلايه) كه ماهيت كاتد دارد نزديك مي‌شوند يون‌هاي نيكل به صورت نيكل فلزي بر روي كاتد رسوب مي‌كنند.
اين در حالي است كه يون‌هاي نيكل بر سطح ذرات جذب سطحي شده و اتصال ميان سطح كاتد و زمينه پوشش و ذرات توسط نيكل ايجاد مي‌شود و عمليات آبكاري به اين ترتيب ادامه يافته تا پوشش كامپوزيتي تشكيل شود.
