فناوری جوش لیزری

 

فناوری جوش لیزری

 

در این روش از پرتو لیزر برای جوشکاری استفاده می شود. در جوشکاری لیزری چگالی انرژی فراهم شده بسیار بیشتر از جوشکاری با قوس آرگون یا با مشعلهای اکسی اسیتیلن است. از لیزرهای مختلفی میتوان برای جوشکاری استفاده کرد مانند لیزر گازکربنیکی یا لیزر یاقوت ولی باید دقت کرد که انرژی پرتو آنقدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود. به طور عمده ار دو نوع لیزر در جوشکاری و برش کاری استفاده می شود: لیزرهای جامد مثل Ruby  وND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO2 .

لیزر Ruby از یک کریستال استوانه ای شکل Ruby (یک نوع اکسید آلومینیوم که ذرات کروم در آن پخش شده اند) تشکیل شده است. دو سر آن کاملا صیقلی و آینه ای شده ودر یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد. در اطراف این کریستال گاز زنون (گزنون) قرار دارد کهلامپ فوق برای کار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانیه طراحی شده است. لامپ زنون با استفاده از یک خازن که حدود 1000 بار در ثانیه شارز و دشارژ شده فلاش میزند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر ای فلاشها قرار بگیرد اتمهای کروم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در این تحریک امواج نور از خود ساطع میکنندو با بازتابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها  اشعه لیزر شکل میگیرد. اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس بوسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد، انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد میکند که باعث ذوب شدن قطعه میشود.محدودیت لیزر Ruby پیوسته بودن اشعه آن است درحالیکه انرژی خروجی آن بیشتر از لیزرهای گاز مانند لیزر CO2  است که در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO2 بیشتر به منظور برش استفاده میشود و از لیزر ND:YAG  بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود. از آنجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل میشوداین سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد. در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد، یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن با چند سری پرتاب اشعه ایکس است. در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب  و انجماد در چند ثانیه انجام میگیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد. بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب میباشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ار طرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود. از اشعه لیزر می توان در جوش دادن آلیاژها و سوپر آلیاژها با نقطه ذوب بالا وبرای جوش دادن فلزات غیر  همجنس استفاده کرد. به طور کلی این روش جوشکاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده می شود. از این روش می توان در صنعت اتومبیل و مونتاژ قطعات، برای جوش دادن دررهای بلند استفاذه نمود.

 

بر گرفته از خبر نامه مواد (ماهنامه خبری دانشکده مهندسی مواد دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات)

نویسنده: جناب آقای مصطفی مقداری

توجه توجه!!

دوستان عزیز سلام.

خبرنامه ی بلاگ راه اندازی شد.. اگر میخواین از این بلاگ استفاده ی بهینه و بهتری ببرید..

اگر از این سایت خوشتون اومده حتماً و حتماً و حتماً در خبرنامه عضو بشین..  حتماً و حتماً و حتماً

جوشکاری زیر آب

 

جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب از زمان جنگ جهانی دوم هنگامی که کشتی‌های خسارت دیده باید سریعاً در آب تعمیر می‌‌شدند به وجود آمد. بیرون آوردن کشتی برای تعمیر کردن آن، هم اکنون هم بسیار هزینه بر است و صرفه اقتصادی ندارد.

شاید بسیاری از مردم جوشکاری زیر آب را بسیار عجیب می‌‌پندارند چون ماهیت آن را از آتش می‌‌دانند. ولی جوشکاری ماهیت قوس الکتریکی دارد و روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا یونیده می‌شود و در آب، بخار آب یونیزه می‌شود. جوشکاری زیر آب به دو صورت انجام می‌شود: جوشکاری خشک و مرطوب. آثار منفی جوشکاری مرطوب عبارت‌اند از ترک خوردگی هیدروژنی، افت شدید دما که باعث تغییرات ساختاری و متالورژیکی می‌شود و همچنین اکسیژن با عناصر آلیاژی ترکیب می‌شود و اکسید این آلیاژها در آب حل می‌‌شوند. جوشکاری خشک در یک اتاقک در داخل آب انجام می‌‌گیرد و داخل اتاقک هوای فشرده وجود دارد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس می‌‌کند. اتاقک‌ها را دو تکه می‌‌سازند و داخل آب، و روی قطعه مورد نظر دو تکه را به هم وصل می‌‌کنند. یک لوله رابط بین کشتی و اتاقک است و وسایل مورد نیاز را به وسیله این لوله به اتاقک می‌‌فرستند. این روش برای اولین بار در آمریکا انجام گرفت اما چون بسیار پرهزینه و وقت گیر است دانشمندان سعی می‌کنند مشکلات جوشکاری مرطوب را حل کنند چون سریعتر و ارزانتر است. وسایل ایمنی همان وسایل ایمنی جوشکاری روی خشکی است بعلاوه تجهیزات غواصی.

جوشکاری زیر آب با صنعت نفت و گاز گره خورده است.

کوره سرامیک1 (تونلی)

کوره تونلی

کورهٔ تونلی یا Tunnel Kiln یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. اولین کورهٔ تونلی در سال ۱۷۵۱ توسطی فردی به نام وینسنز ابداع شد ^[1] و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال، مواد دیرگداز و چینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات متحرک و آتش ثابت است.

ساختار کورهٔ تونلی

کورهٔ تونلی یک تونل دراز و باریک است که کف آن ریل‌گذاری شده‌است و محصولات، با عبور از درون آن در معرض حرارت قرار می‌گیرند و پخته یا زینتر می‌شوند. محصولات برای عبور از کورهٔ تونلی می‌بایست بر روی واگن‌های مخصوصی چیده شوند. کورهٔ تونلی شامل سه مرحلهٔ پیش‌گرمایش، پخت و خنک‌کن می‌باشد. در ساده‌ترین نوع کورهٔ تونلی، مشعل‌های موجود در منطقهٔ پخت باعث گرم شدن هوای کوره می‌شود. این هوا با حرکت به سمت ورودی تونل (پیش‌گرمایش) آرام آرام حرارت خود را به واگن‌های این منطقه منتقل می‌کند و در نهایت از دودکش خارج می‌شود. از سوی دیگر هوای تازه از خروجی تونل وارد می‌شود و در مواجهه با واگن‌هایی که مرحلهٔ پخت را پشت سر گذاشته‌اند، آنها را آرام‌آرام خنک می‌کند و دمایش به تدریج افزایش می‌یابد تا به منطقهٔ پخت برسد و اکسیژن لازم برای احتراق مشعل‌های این منطقه را فراهم نماید. البته قسمتی از هوای گرم شده به بیرون از کوره هدایت می‌شود تا در خشک‌کن و بعضا برای تنظیم دمای هوای سالن تولید مورد استفاده قرار بگیرد. معمولا ۶۰درصد از طول کوره به منطقهٔ پخت، ۲۰درصد به منطقهٔ پیش‌گرمایش و ۲۰درصد به منطقهٔ خنک‌کن اختصاص دارد.

دمای مناطق مختلف کوره از طریق ترموکوبل و سیستم‌های کنترل اندازه‌گیری و تنظیم می‌شود. همچنین اتمسفر کوره نیز از نظر اکسیدی، احیایی یا خنثی بودن قابل کنترل است.

مزایای کورهٔ تونلی

استفاده از کورهٔ تونلی در مقایسه با سایر انواع کوره‌ها (کوره‌های سنتی، هوفمن و متناوب) دارای مزایایی است که برخی از آنها را می‌توان بدین شرح برشمرد:

1. کنترل مناسب‌تر دمای کوره و یکنواختی حرارت
2. افزایش کیفیت تولید
3. تشابه کیفی محصولات
4. افزایش سرعت تولید
5. کاهش نیروی انسانی
6. کاهش مصرف انرژی
7. کاهش آثار زیان‌بار زیست‌محیطی

کاربرد کورهٔ تونلی در صنایع آجر و سفال

کورهٔ تونلی یکی از پیشرفته‌ترین انواع کوره‌است که در صنایع آجر و سفال مورد استفاده قرار می‌گیرد. خشت‌های خام که قبلا از خشک‌کن تونلی عبور کرده‌ و بیشتر آب خود را از دست داده‌اند، وارد منطقهٔ پیش‌گرمایش می‌شوند و تا ۳۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد گرم می‌شوند. خشت‌ها سپس وارد منطقهٔ پخت می‌شوند و با توجه به نوع مواد اولیه، در دمایی بین ۸۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند.

کوره سرامیک2 (هوفمن)

کوره هوفمن

کورهٔ هوفمن یا کورهٔ هوفمان (Hoffmann kiln) یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. این کوره در سال ۱۸۵۶ توسط فردی به همین نام ابداع شد و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال و مواد دیرگداز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات ثابت و آتش متحرک است.

چگونگی پخت محصولات در کورهٔ هوفمن

کورهٔ هوفمن، تونل طویلی است که به شکل حلقه یا بیضی ساخته می‌شود و با استفاده از دیواره‌ها یا تیغه‌هایی به اتاقک‌هایی تقسیم می‌شود. اتاقک‌های کورهٔ هوفمن از کانال دریچه‌ها یا درهایی که در تیغه‌های جداکنندهٔ اتاق‌ها تعبیه شده‌است، با یکدیگر در ارتباط هستند. هر یک از اتاق‌ها نیز یک درب خروجی به بیرون دارند که برای بارگیری و تخلیهٔ کوره مورد استفاده قرار می‌گیرند. به این درها خمیره یا قمیره می‌گویند. اندازهٔ کورهٔ هوفمن با استفاده از این درها بیان می‌شود؛ مثلا یک کورهٔ ۳۲ قمیره‌ای، کوره‌ای است با ۳۲ درب که هر درب به یک اتاقک برای چیدن آجرها (یا سایر محصولات) مرتبط است. ^[محل استقرار سوخت‌پاش‌ها نیز در سقف قرار دارد.

در کورهٔ هوفمن، محصولات قبل از آنکه مستقیما توسط آتش پخته شوند، با حرارت سایر اتاقک‌ها گرم می‌شوند که اصطلاحا پیش‌گرمایش نامیده می‌شود. این حرارت همراه با گاز خروجی اتاقک پخت و از طریق دریچه‌هایی که قبلا تعبیه شده‌است حرکت می‌کند و به اتاق‌های مجاور وارد می‌شود و محصولات موجود در آن‌ها را پیش‌گرم می‌کند. زمانی که در یک اتاق، عملیات پخت در جریان است، در اتاقک مقابل (دورترین اتاق)، عملیات تخلیه و بارگیری در جریان است. این کار با استفاده از دری که اتاقک به بیرون کوره دارد انجام می‌شود. ضمن بار گیری، هوای خنک نیز وارد کوره می‌شود که به وسیلهٔ آتش موجود در اتاقک پخت و از طریق دریچه‌های تعبیه شده بین اتاق‌ها مکیده می‌شود. بنابراین هوا از اتاق‌هایی که عملیات پخت قبلا در آنها صورت گرفته‌است حرکت می‌کند و باعث خنک شدن محصولات پخته‌شده می‌شود. به این ترتیب در حلقهٔ کورهٔ هوفمن دو جریان هوا وجود دارد؛

هوایی که در نیم‌دایرهٔ اول، از اتاق پخت به سمت بیرون جریان دارد و اتاق‌های بعدی را پیش‌گرم می‌کند.

هوایی که در نیم‌دایرهٔ مقابل، از بیرون به سمت اتاقک پخت جریان دارد و اتاق‌های قبلی را خنک می‌کند.

با اتمام عملیات پخت در اتاق پخت، در اتاق روبرویی حلقهٔ هوفمن نیز عملیات بارگیری تمام می‌شود و درب آن به بیرون بسته می‌شود. در این مرحله، مشعل‌ها از سقف اتاق پخت به سقف اتاق بعدی منتقل می‌شوند و درب اتاق روبرویی این اتاق (اتاق پخت جدید) برای تخلیه و بارگیری گشوده خواهد شد.

 انواع کورهٔ هوفمان

کوره‌های هوفمان در چند مدل مختلف ساخته می‌شود:

• کورهٔ حلقوی
• کورهٔ زیگ‌زاگ (zig-zag)
• کورهٔ بوکس (Bocks)
• کورهٔ هاریزن (Harrizon)

اما معمولا به کورهٔ حلقوی، کورهٔ هوفمن اطلاق می‌شود.

 

شیشه-سرامیکها

شیشه-سرامیک‌

شيشه-سراميک‌ها مواد جامد چندبلوری هستند كه با اعمال فرايند كنترل شدهٔ تبلور بر روی شيشهٔ پايه حاصل می‌شوند.

ساخت:

 روش مرسوم ساخت قطعات شيشه سراميكی شكل دهی مذاب شيشه به روش‌های مرسوم شكل‌دهی شيشه و عمليات حرارتی اين قطعات در دماهای جوانه‌زنی و رشد می‌باشد. پيامد اين فرآيند ايجاد فاز یا فازهای بلورين درزمينهٔ شيشهٔ باقيمانده خواهد بود.. در مرحلهٔ عمليات حرارتی با كنترل شرايط جوانه‌زنی و رشد كريستال‌ها از طريق رسوب دادن فازهای بلورين، خواص دلخواه در قطعه ايجاد می‌شود.

خواص و کاربردها:

مقدار و نوع فازهای بلورين و ريز ساختارابعاد و شكل ذرات بلوری، طرز آرايش آنها، مقدار تخلخل و… تعيين كنندهٔ ويژگی‌های نهايی قطعه خواهد بود.

به دليل دارا بودن مزايایی مانند چگالی كم، مقاومت شيميايی خوب، مقاومت الكتريكی بالا، استحكام مكانيكی بالا و ضريب انبساط حرارتی بسيار پايين و حتی منفی و… امروزه شيشه سرامیک‌ها، كاربردهای بسيار متنوع و فراوانی يافته‌اند. محصولاتی مانند ظروف شوک‌پذير آشپزخانه، كاشی‌ها و سنگ‌های ساختمانی، مقره‌های الكتريكی، لوله‌ها و پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی، قطعات الكترونيكی و اپتيكی، دماغه‌های موشك، آئينه‌های تلسكوپ و بسياری از فرآورده‌های ديگر می‌توانند با استفاده از فرايند ساخت شيشه سراميک‌ها توليد شوند.

شرح علم سرامیک به صورت تیتر وار

سرامیک

به مواد (معمولاً جامد)ی که بخش عمدهٔ تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.

این تعریف نه‌تنها سفالینه ها، پرسلان(چینی)، دیرگدازها،محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها، سوخت‌های هسته‌ای و ... نیز می‌شود.

تاریخچه

برخی‌ها آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند. ولی در کل اکثریت تاریخنگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند. (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)

واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.

طبقه‌بندی سرامیک‌ها

سرامیک‌ها از لحاظ ساختار شیمیایی به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• سرامیک‌های سنتی(سیلیکاتی)
• سرامیک‌های مدرن(مهندسی)
  • اکسیدی
  • غیر اکسیدی

سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:

• سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
• سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی

انواع سرامیک‌ها

سرامیک‌های سنتی

این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...

سرامیک‌های مدرن

این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.

سرامیک‌های اکسیدی

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:

• برلیا (BeO)
• تیتانیا (TiO₂)
• آلومینا (Al₂O₃)
• زیرکونیا (ZrO₂)
• منیزیا (MgO)

سرامیک‌های غیراکسیدی

این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:

1. نیتریدها
   • BN
   • TiN
   • Si₃N₄
   • GaN
2. کاربیدها
   • SiC
   • TiC
   • WC

و....

صنعت سرامیک

بازار سرامیک‌های پیشرفته در ایالات متحده امریکا در سال ۱۹۹۸ نزدیک به ۷۰۵ میلیون دلار بود که در سال ۲۰۰۳ به ۱۱ بیلیون دلار رسید.

خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر

• دیرگدازی بالا
• سختی زیاد
• مقاومت به خوردگی بالا

کاربردهای مختلف مواد سرامیکی

در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:

1. الکتریکی و مغناطیسی
   • عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al₂O₃)
   • دی الکتریک (BaTiO₃)
   • پیزوالکتریک (ZnO- SiO₂)
   • پیروالکتریک (Pb(Zr_xTi_1-x)O₃))
   • مغناطیس نرم (Zn_1-xMn_xFe₂O₄)
   • مغناطیس سخت (SrO.6Fe₂O₃)
   • نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO₂)
   • رسانای یونی (β-Al₂O₃)
   • تابانندهٔ الکترون (LaB₆)
   • ابررسانا (Ba₂LaCu₃O_7-δ)
2. سختی بالا
   • ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (₂O₃TiN-Al)
   • مقاومت مکانیکی (SiC- Si₃N₄)
3. نوری
   • فلورسانس (Y₂O₃)
   • ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO₂)
   • منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
   • بازتاب نوری (TiN)
   • بازتاب مادون قرمز (SnO₂)
   • انتقال دهندهٔ نور (SiO₂)
4. حرارتی
   • پایداری حرارتی (ThO₂)
   • عایق حرارتی (CaO.nSiO₂)
   • رسانای حرارتی (AlN - C)
5. شیمیایی و بیوشیمیایی
   • پروتزهای استخوانی P₃O₁₂(Al₂O₃.Ca₅(F,Cl))
   • سابستریت (TiO₂- SiO₂)
   • کاتالیزور (KO₂.mnAl₂O₃)
6. فناوری هسته‌ای
   • سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
   • مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
   • مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور
   • مواد محافظت کننده از راکتور

مهندسی سطح

سطح قطعات صنعتي، مهمترين بخش آن است، زيرا بسياري از شكست ها، از سطح شروع می‌‌شود. لذا، حفاظت و مقاوم سازي سطح از مسائل بسيار حساس و تعيين كننده كيفيت و عمر قطعات و در نهايت، كارايي يك واحد توليدي و بهاي تمام شده محصول می‌‌باشد. با اين حال، اصطلاح مهندسي سطح ( Surface Engineering )، در حقيقت از اوايل دهه ۱۹۸۰ متداول گرديد و به عنوان پايه مشخصي كه بسياري از ميدانهاي مهندسي؛ فيزيك و علم مواد را در خصوص قطعات صنعتي پوشش می‌‌دهد، در نظر گرفته شد.

بطور خلاصه مهندسي سطح شامل كاربرد تكنولوژي هاي سنتي و يا نوين عمليات هاي حرارتي و يا ديگر عمليات هاي سطحي نظير انواع روشهاي پوشش دهي بر روي مواد و قطعات حساس مهندسي به منظور دستيابي به بك ماده مركب با خواصي است كه در هيچ يك از مواد تشكيل دهنده مغز و يا سطح قطعه به تنهايي وجود ندارد. اغلب ديده شده كه تكنولوژي هاي مختلف سطحي را بر روي قطعات مهندسي از پيش طراحي و ساخته شده اعمال می‌‌كنند. مع هذا شايان ذكر است كه مهندسي سطح عبارت است از طراحي و ساخت قطعه با علم به اينكه چه نوع عمليات سطحي و يا عمليات حرارتي سطحي قرار است كه بر روي آن انجام گيرد.

انگيزه براي توسعه و گسترش عمليات حرارتي سطحي و مهندسي سطح تا حدودي بر می‌‌گردد به پيشرفت هاي سريع و وسيع در تكنولوژي هايي نظير ليزر ،‌پرتو الكتروني ،‌عمليات حرارتي شيميايي، ‌توليد و بكارگيري پدالها ،‌انواع روش هاي لايه نشاني نوآوري در رابطه با پوشش هاي مهندسي و هچنين كاشن بيروني و روشهاي نوين ديگر. علاوه بر اين منشا و مباني و اصول مهندسي سطح را بايد در تكنولوژي هاي سنتي عمليات حرارتي سطحي نظير تبريد سريع بمنظور سخت كردن ،‌كربن دهي نيتروژن دهي و ... آلياژهاي آهن جستجو كرد. در حقيقت دهها سال است كه طراحان قطعات مهندسي در تمام بخش هاي توليدي صنايع با استفاده از ... كنترل شده تبديل آستنيت به مارتنزيت بطور موضعي بر روي سطخ حقطعات توانستهاند آلياژهاي آهني مركب تهيه كنند به نحوي كه مجموعه ساخته شده بدليل خواص ويژه و منحصر بفرد آن در هيچ يك از نواحي سطحي و يا حجمي به تنهايي قابل حصول نمی‌باشد.

ظهور تكنولوژي هاي نوين سطحي براي اولين بار اين فرصت استثنايي را براي مهندسان فراهم كرد كه بتوانند قطعات ساخته شده از آلياژهاي غير آهني و حتي مواد غير فلزي را نيز تحت عمليات سطحي قرار دهند بدين ترتيب دامنه كاربرد مهندسي سطح گسترش يافته و نه تنها آلياژهاي آهني بلكه آلياژهاي غير آهني و حتي در مواردي مواد غير فلزي و پليمرها را نيز در برگفته است.

انواع عملیات مهندسی سطح

• افزودن ماده به سطح: رسوب دادن سطحي شامل افزودن ماده اي با تركيب شيميايي متفاوت از زمينه به سطح قطعه است كه برخي از روشهاي آن شامل آبكاري الكتريكي، پوشش دهي بدون استفاده ازجريان برق، رسوب دادن از فاز بخار فيزيكي يا شيميايي و پاشش حرارتي می‌‌باشد.

• تغيير ساختار ميكروسكوپي سطح: دراين روش بدون تغيير تركيب به كمك روشهايي مانند عمليات حرارتي به يكي از روشهاي شعله اي، القايي و يا ليزري ساختار ميكروسكوپي سطح تغيير خواهد كرد. دراين روشها عمدتا سختي سطحي بدست آمده و با انتخاب روش و كنترل پارامترها می‌‌توان عمق سختي را كنترل نمود.

• تغيير شيميايي سطح: فرآيند تغيير در فلز پايه سطح به شكل غير فلزي بدون افزودن ماده اي جديد و يا تغيير ابعاد است كه خواص متفاوت از خواص اوليه به سطح خواهد داد. سخت كردن توسط عناصر بين نشيني اكسيژن، نيتروژن و كربن و بور بصورت نفوذي از اين جمله اند .

خوردگی

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M⁺ⁿ می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی

برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.

پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت ر الکترواستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به اکسید آهن‌ سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوششهای کادمیوم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیرآلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

معرفی يک سايت مفيد

راستش حيفم اومد اين سايت رو به بروبچ موادی..به ويژه بچه های ترمهای پايين تر که کريستالوگرافی دارن معرفی نکنم

اين سايت بحث های مختلف فيزيک رو که برای درک بهتر نياز به نمايش تصوير دارن با انيميشن(fiash) به زيبايی نشون داده بطوری که برای هر کسی قابل فهم بشه (فقط ما نفهميديم کريستالوگرافی چه ربطی به فيزيک داره!!)

Animated Figures

for Physics

http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/index_a.html