مقایسه خواص مکانیکی و متالورژیکی آندایز معمولی و آندایز رنگی با استفاده از نانو رنگدانه های فلزی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Comparison of Mechanical and Metallurgical Properties of Conventional Anodized Layers with Colored Anodized Layers by Nano Metallic Pigments Anodizing of aluminum in sulfuric acid produce anodic aluminum oxide (AAO) with a regular nano-porous structure. Nano-pores are cylindrical and perpendicular to the aluminum substrate. Electrocoloring (electrolytic coloring) precipitate nano-metallic particles in the bottom of the regular nano-pores leading to induce electrolytic colors on the treated aluminum surface, but these colors differ from brown to black. modification of nano-porous anodic aluminum oxides induces light interference leading to various tones of colors (named Interference colors) after electrolytic coloring process. Interference colors predicted to be as same as the electrolytic colors but with various interesting tones of colors. In this research, nano-morphology of an anodic aluminum oxide was modified via two procedures in sulfuric and phosphoric acid baths. The metallurgical changes after the modifications were evaluated and compared with unmodified conventional layer. Layer thickness, crystalline structure, surface topography and morphology, mechanical characteristics including elastic modulus and nano-hardness, corrosion behavior and electronic properties of the oxide layers were evaluated by metallography, low-angle X-Ray diffraction (LAXRD), atomic force microscopy (AFM) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), nano-indentation (NHT), electrochemical Tafel polarization and mott-shottky analysis, respectively. From the overall view, the modification had some destructive effects on corrosion performance and mechanical properties of the anodized layers. Mott-Shottky analysis showed that the aluminum oxide layer was characterized as an n-type semiconductor and the modification increased its conductivity. The effects of the oxide modification on creating interference colors using the electrolytic coloring method were evaluated. The oxide layer modified in the sulfuric acid bath extended conventional electrolytic colors in the same tone. Conversely, different interference colors were obtained for the oxide layer modified in phosphoric acid bath. The electrochemical impedance spectroscopy was employed to examine the differences between the conventional electrolytic and interference colors. The results showed that the interference color anodized layer had a thinner barrier layer in comparison with conventional electrolytic anodized layer. In addition, interference colored layers had some problems with ordinary sealing techniques; only steam sealing was found to be effective for these layers. The modified layers were colored by electroless precipitation of Fe 2 hy;O 3 nano-particles and no interference

اصلاح لایه اکسیدی آلومینیوم می تواند پس از رنگی سازی الکترولیتی منجر به ایجاد رنگ های متنوع از طریق پدیده تداخل نور شود. در این تحقیق، نانومورفولوژی لایه اکسیدی آلومینیوم از طریق دو فرایند، اصلاح در سولفوریک اسید و اصلاح در فسفریک اسید اصلاح شد. تغییرات متالورژیکی بعد از اصلاح مورد ارزیابی قرارگرفت و با لایه آندایز معمولی مقایسه شد. ضخامت لایه، ساختار کریستالی، توپوگرافی و مورفولوژی سطحی، مشخصه های مکانیکی شامل مدول الاستیک و نانوسختی، رفتار خوردگی و خواص الکترونیک لایه اکسیدی بررسی شد. فرایند های اصلاح تاثیرات مخربی بر روی خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی لایه نشان داد. آنالیز موت-شاتکی نشان داد که لایه اکسیدی یک نیمه هادی از نوع n است و فرایند اصلاح هدایت الکتریکی آن را افزایش داد. تاثیر نوع فرایند اصلاح بر قابلیت ایجاد رنگ های تداخل نوری بررسی شد، لایه های اصلاح شده در سولفوریک اسید شدت رنگ ناشی از رنگی سازی الکترولیتی را تغییر داد و فرایند اصلاح در فسفریک اسید رنگ هایی کاملاً متفاوت از لایه های رنگی الکترولیتی معمولی را از طریق پدیده تداخل نور ایجاد نمود. نتایج نشان داد که لایه حایل در لایه اکسیدی رنگی تداخل نوری، نسبت به لایه آندایز الکترولیتی معمولی، نازک تر است. همچنین روش های آب بندی معمول برای لایه های آندایز رنگی تداخل نوری جوابگو نبوده و روش آب بندی با بخار آب، روش مناسبی است. لایه های اکسیدی اصلاح شده، به روش الکترولس و با رسوب نانورنگدانه های اکسید آهن رنگی سازی شدند. در اثر این روش رنگی سازی، پدیده تداخل نور مشاهده نشد. در مقابل، رنگی سازی الکترولیتی لایه آندایز اصلاح شده در فسفریک اسید توسط الکترولیت های پایه قلع، پایه نیکل یا پایه مس باعث ایجاد یک رنگ تداخل نوری یکسان شد. از این پدیده نتیجه گرفته شد که رنگ های تداخل نوری، در حقیقت از رسوب رنگدانه های فلزی ته نانوحفرات لایه اکسیدی بوجود می آید و رسوب الکترولس ذرات غیرآلی، منجر به ایجاد رنگ های تداخل نوری نمی شود. لایه های رنگی شده به وسیله رسوب الکترولس ذرات اکسیدی، الکترولیتی معمولی و تداخل نوری، بعد از قرار گرفتن در برابر اشعه فرابنفش به مدت 300 ساعت، مقاومتی عالی از خود نشان دادند. مطابق با استاندارد ASTM B 571 A، لایه های آندایز رنگی تداخل نوری مقاومت به خمش بیشتری از خود نشان دادند. همچنین، لایه های تداخل نوری آب بندی شده با بخار آب، استاندارد های کیفیت آب بندی ASTM B 136–84 و ASTM B 680–80 را با موفقیت پشت سر گذاشتند. نتایج استاندارد ASTM B 137–95 نشان داد که لایه های اکسیدی رنگی تداخل نوری تقریباً دانسیته 30% کمتر از لایه های اکسیدی رنگی الکترولیتی معمولی دارند که در توافق خوبی با میزان تخلخل تخمین زده شده برای لایه ها از روابط خواص مکانیکی، مقاومت به تنش حرارتی و تصاویر FE-SEM است. کلمات کلیدی: آندایزینگ، لایه اکسیدی آلومینیوم، تداخل نور، رنگی سازی الکترولیتی.