آبکاری کرم سخت برای سطوح داخلی



عنوان پروژه:
آبکاری کرم سخت برای سطوح داخلی

استاد راهنما:

تحقیق از:

آبکاری کرم سخت در لوله‎های بلند
مقدمه:
اولین تحقیقاتی که در مورد رسوب دادن کرم توسط جریان برق انجام شده به سالهای اولیه صنعت آبکاری برمی‎گردد. بطوریکه در سال 1854 گزارشی توسط ‎Robert wilhelm Bunsen مبنی بر بدست آوردن فلز کرم توسط الکترولیز محلول کرم مطرح شد بعد از این گزارش افراد زیادی بر روی این فرآیند کار کردند مانند ‎A.geuther که رسوب کرم را از الکترولیز محلول اسید کرمیک بدست آورد.
این تحقیقات آنقدر ادامه پیدا کرد تا در سال 1923 آبکاری کرم به صورت دستورالعمل در صنعت آبکاری مطرح شد. برای بالا بردن کیفیت این پوشش کوششهای فراوانی در زمینه‎های مختلفی انجام شده و هنوز هم ادامه دارد که از جمله می‎توان به غلظت محلول آبکاری، نوع و مقدار افزودنی به محلول، درجه حرارت محلول، شدت جریان آبکاری، عملیات قبل و بعد از آبکاری بر روی نمونه و موارد دیگر اشاره کرد. آبکاری کرم در مقایسه با روشهای دیگر آبکاری معایب زیادی دارد.
این معایب عبارتند از:
– بالا بودن درجه سمیت اسید کرمیک، که برای سلامت افراد و محیط زیست زیان‎آور است و برای مقابله با آن باید هزینه اضافه در نظر گرفت.
– راندمان بسیار کم شدت جریان با وجود حمامهای پتانسیل بالا، که این امر موجب مصرف انرژی بسیار زیادی شود. (در حدود صد برابر بیشتر از روشهای دیگر)
– انجام فرایند در شدت جریانهای بسیار بالا که این امر احتیاج به نبع شدت جریان و تبدیل‎کننده بسیار گران قیمت است.
– آزاد شدن مقدار قابل ملاحظه‎ای هیدروژن و اکسیژن و در هنگام عمل الکترولیز که باعث خارج شدن مواد شیمیایی با ارزش از محلول می‎شود.
– جذب بسیار بالای هیدروژن توسط پوشش و فلز زمینه که باعث تردی هیدروژنی محلول بدست آمده می‎شود.
– احتیاج به آند غیر محلول که در غیر اینصورت باعث ضایع شدن محلول آبکار می‎گردد لیکن علت استفاده از این پوشش در صنعت با وجود معایب فوق، خواص بسیار عالی و قابل توجه رسوب کرم نسبت به دیگر روشهای آبکاری می‎باشد. این خواص عبارتند از:
– سختی و مقاومت در مقابل سایش
– مقاومت در مقابل خوردگی و حرارت
– ضریب اصطکاک پایین و عدم چسبندگی با مواد
– خواص ظاهری و تزیینی
– خواص پارامغناطیسی
ضخامت پوشش کرم بستگی به نوع کاربرد آن در صنعت دارد. می‎توان این بستگی را به صورت زیر نشان داد:
1- پوشش ضخامت 12 میکرون. موارد استفاده این پوشش در صنعت بصورت زیر است:
الف: ابکاری قالبهای پلاستیک برای جلوگیری از خوردگی سطح قالب و همچنین سهولت جدا شدن مواد از سطح آن.
ب: آبکاری بر روی ابزارهای برش لبه‎های قالبها و غیره که پوشش کرم از سایش اصلی در هنگام کار جلوگیری می‎کند.
2- پوشش ضخامت 12 تا 50 میکرون.
الف: آبکاری بازوهای هیدرولیکی
ب: آبکاری داخل سیلندرهای موتورهای احتراق داخلی
3- پوشش با ضخامت بالای 50 میکرون
الف: برای جلوگیری از خوردگی و سایش قطعاتی که تحت شرایط حاد کار می‎کنند (5)
کاربرد پوشش کرم، صرف نظر از جنبه تزئینی آن در مصارف صنعتی می‎باشد. در این حالت از پوشش کرم سخت با ضخامتهای مختلف استفاده می‎شود. یکی از کاربردهای سهم آن در صنایع نظامی می‎باشد که این موج 5 نیز زمینه روشها وسایل مورد نیاز آبکاری کرم سخت داخل لوله‎های توپ ارائه است. هنگامی که توپی شلیک می‎کند انرژی گرمایی قابل ملاحظه‎ای در مدت زمان کوتاهی در یک فضای بسته آزاد می‎گردد از آنجایی که توپهای جدید به نحوی طراحی می‎شوند که سرعت آتش سریع دارند مسئله انتشار حرارت بسیار، اهمیت می‎گردد. دمای شعله گلوله‎های معمولی در حدود ‎C2000 می‎باشد بنابراین سطح لوله باید در برابر گاز خروجی با سرعت بالا (که اثری بنام شستشوی گازی ایجاد می‎کند) و تنشهای مکانیکی و اصطکاک ناشی از عبور پرتاب ب گلوله مقاومت نماید.
به علت دمای بالای شلیک سطح لوله در بعضی نقاط بطور موضعی ذوب می‎گردد که سرعت بالای پرتاب باعث سایش و کندگی آن نقاط می‎شود در نتیجه آن، سایز لوله تغییر می‎کند و دقت لوله و برد توپ کاهش می‎یابد در موارد بحرانی استحکام لوله ممکن است به میزان قابل ملاحظه‎ای کاهش یابد لذا استفاده از نوعی پوشش برای چنین لوله‎هایی ضروری است.
– خواص مطلوب در پوشش مقاوم به سایش عبارتند از:
– نقطه ذوب بالا
– سختی زیاد بویژه سختی بالا در دمای بالا
– خنثی بودن شیمیایی (برای مقاومت در برابر تشکیل ترکیبات با نقطه ذوب پائین در نتیجه واکنش با گاز ناشی از شلیک گلوله
– ضریب اصطکاک پائین
فرآیند رسوب الکتریکی کرم تا میزان زیادی خواص را تامین می‎کند (جدول 1).
کرم در لوله توپ معمولاً در معرض سایش قرار ندراد محدودیت اساسی آناداکتلی ناچیز کرم می‎باشد که موجب ترکدار شدن و پوسته شدن پوشش هنگام کار شده لذا فولاد زیر لایه در معرض سایش قرار می‎گیرد و نهایتاً توپ را به مرحله انهدام می‎رساند.
جدول (1) مقایسه خواص فولاد لوله توپ با رسوب الکتریکی کرم

خواص
رسوب الکتریکی کرم
فولاد و لوله توپ
نقطه ذوب
C1920
C1480
سختی (سرد)
‎DPH 1000-900
‎DPH 240
سختی (گرم)
بسیار بالاتر از فولادلوله در دمای زیر C500
–
خنثی بودن شیمیایی
زیاد
کم
ضریب اصطکاک‎لغزشی
کرم روی فولاد 16 و 0
فولاد روی فولاد 30 و 0
داکنیلیتی
% 1 و 0<
%20

1- ویژگی‎های پوشش
پوشش کرم چسبیده با صافی سطح عالی در سراسر لوله و محفظه انفجار مورد نیاز است.
ضخامت و توضیح آن نیز باید به نحوی باشد که تلرانسهای خواسته شده در لوله رعایت گردد و آبکاری به مقدار قابل توجهی هم محور باشد دستیابی به هم محوری بویژه در میان لوله به سادگی به دست نمی‎آید در محدوده تعیین شده هر چه لایه کرم ضخیم‎تر باشد نتیجه بهتر بدست می‎آید ولی ارتفاع سطح خان حداکثر ضخامت ممکن را تعیین می‎کند.
ضخامت اضافی کرم ممکن است منجر به ایجاد سطوحی شود که تقریباً به صورت کامل از کرم تشکیل شده باشد بدون آنکه در آنها از مغزی فولاد که برای مقاومت در برابر تنشهای برشی اعمالی از سوی پرتاب لازم است اثری باشد در عمل در توپهای متوسط آبکاری با ضخامت 005/0 و 01/0 اینچ (1225/0 و 254/0 میلیمتر) روی سطوح خان متفاوت می‎باشد.
در شیارهای 75/0 می‎باشد همانطوریکه ذکر شد توضیح طولی باید به حد کافی یکنواخت باشد تا تلرانسهای خوانده شده بدست آید. ویژگی‎هایی در جدول (2) برای سه نوع توپ آماده است.
ویژگی‎های اصلی آبکاری لوله‎های توپ عبارتند از:

یکنواختی توزیع جریان برق
سیر کولاسیون محلول
کالیبر
تلرانس داخلی لوله
طول تقریبی

قبل از آبکاری
بعد از آبکاری
طول تقریبی
575/1 اینچ
0002/0+
583/1
0003/0+
573/1
10 فوت 6 اینچ

000/0-

001/0-

3 اینچ
0002/0+
008/3
002/0+
583/1
18 فوت 6 اینچ

001/0-

000/0-

6 اینچ
002/0+
008/6
0002/0+
583/1
25 فوت

002/0-

000/0-

1-2 یکنواختی توزیع جریان برق
برای دستیابی به یکنواختی توزیع جریان برق در امتداد لوله استفاده از الکترود مرکزی به صورت مفتول راست می‎باشد. این مفتول را درون لوله قرار می‎دهند و توسط اتصالاتی از جنس دیسکهای پلاستیکی به جهت سیر کولاسیون الکترولیت سوراخ شده اندازه بدنه لوله عایق می‎شوند.
این مفتول که آند نامیده می‎شود هنگام پوشش الکتریکی کاتد و هنگام آبکاری آند می‎باشد که در اینجا به جزئیات به آنها می‎پردازیم:

2-2 سیر کولاسیون محلول:
سیر کولاسیون محلول را می‎توان از طریق همرفتی و یا از طریق سیر کولاسیون با فشار انجام داد. با توجه به نوع سیر کولاسیون سه نوع آبکاری می‎توان در نظر گرفت که عبارتند از:
– فرآیند غوطه‎وری کامل
– فرآیند غوطه‎وری ناقص (سیر کولاسیون با فشار)
– سیر کولاسیون با فشار (روباز)

1-2-2 فرآیند غوطه‎وری کامل
در این روش لوله بطور کامل درون وان الکترولیت بصورت عمودی قرار می‎دهند سیر کولاسیون شدید الکترولیت بصورت اتوماتیک در اثر صعود گاز ناشی از آزاد شدن حجم زیاد اکسیژن و هیدروژن در کاتد و آند و نیز همرفتی حرارتی انجام می‎گیرد.
مزایای این فرآیند عبارتند از:
سادگی انجام کار کنترل اتوماتیک سرعت سیر کولاسیون در نتیجه قابلیت تکرار شرایط عملیاتی وجود دارد به علت غوطه‎وری کامل در الکترولیت حداکثر یکنواختی غلظت و کنترل دمای عملیاتی میسر می‎باشد.
عیب این روش لوزم استفاده از مخازن عمیق و گودالهایی برای نگهداری آندها می‎باشد در کارگاه‎هایی که برای تولید انواع کالیبر متوسط توپ طراحی گشته‎اند مخازن باید در حدود 30 فوت (9 متر) عمق داشته باشد.
چنین مخازنی گران بوده و همچنین هزینه نگهداری آن زیاد می‎باشد.

2-2-2 فرآیند غوطه‎وری ناقص:
از این فرآیند تا قبل از آنکه مخازن عمیق به بازار عرضه شوند برای آبکاری لوله بزرگ (سه طول 6 متر) بکار می‎رفت. با این روش لوله‎های بسیاری از این نوع با موفقیت آبکاری می‎شوند.
قسمت پایانی لوله (محفظه انفجار توسط یک اتصال که دارای یک دریچه ورود درزگیری شده می‎باشد) به ارتفاع 2 متر یا در همین حدود در الکترولیت موجود در یک مخزن نسبتاً کوچک (به عمق 2-3 متر) قرار می‎گیرد. الکترولیت از مخزن به درون قسمت تحتانی لوله (محفظه انفجار) پمپ می‎شود. الکترولیت در داخل لوله بالا می‎آید و از دهانه لوله توپ به تانک ذخیره الکترولیت باز می‎گردد.

3-2-2 فرآیند سیر کولاسیون با فشار
این روش مشابه فرآیند قبلی است با این تفاوت که در آن از مخازن ذخیره جداگانه‎ای استفاده می‎شود. اعتقاد بر این است که این روش عملی بوده و در مقایسه با فرآیندهای غوطه‎وری، مزایای مهمی از نظر حداقل نیاز به مخازن و تاسیسات خاص، انعطاف‎پذیری و حذف مراحل دست و پاگیر جا به جایی لوله را دارند. برای توپهایی که می‎توان آنها را به نحو مطلوبی از طریق کار بیدزدایی الکترولیتی فرآوری نمود (قسمت 3-3 را ملاحظه کنید) این امکان وجود دارد که با این روش لوله را پولیش‎ آندی، کاربیدزدایی و آبکاری کرم نمود. همین عمل از طریق لوله‎کشی مناسب برای عبور الکترولیت‎های گوناگون و هدایت آنها درون لوله، بدون حرکت دادن لوله و آند میسر است. وابستگی کلیه فرآیندهای سیر کولاسیون به یمپها، شیرها و خطوط لوله، عیب آنها به شمار می‎رود. میزان اهمیت این موارد را باید در عمل آزمود. در حال حاضر می‎توان گفت که این عوامل با توجه به تجربیات گسترده‎ای که در سیستم غوطه‎وری ناقص موجود می‎باشد چندان مشکل‎آفرین نمی‎باشد.

3. مراحل اصلی فرآیند آبکاری
مراحل اصلی فرآیند آبکاری عبارتند از:
– اورسایز کردن قطعه1؛ پولیش آندی2؛ کار بیدزدایی؛ آبکاری کرم3؛ عملیات حرارتی4؛ پیرایش5.

1-3 اورسایز کردن قطعه
بدیهی است برای آنکه لوله پس از رسوب قابل توجهی کرم، از اندازه نهایی طبق طرح برخوردار باشد ضروری است که در ابتدا خان و لوله اورسایز گردند. به عنوان مثال لوله‎ای که قرار است تا ضخامت 005و10 اینچ (127و0 میلیمتر) آبکاری گردد، باید 01و0 اینچ (254و0 میلیمتر) اورسایز شود و میزان آن در محفظه انفجار مخروطی است.
لوله‎هایی که از ابتدا برای ابکاری کرم طراحی می‎شوند نسبت قابل توجهی از اورسایز کردن را حین تولید لوله ایجاد می‎کنند. اورسایز کردن نهایی از طریق پولیش آندی بر عهده پیمانکار آبکاری می‎باشد. به عنوان مثال لوله‎ای که نیاز به 005و10 اینچ (127و0 میلیمتر) پولیش کرم دارد را می‎توان با روش مکانیکی تا 008و0 اینچ (203و0 میلیمتر) را اورسایز شود و 001و0 اینچ (شعاعی) از طریق پولیش آندی برداشته می‎شود.
لوله‎هایی که قبلا تا اندازه طرح ماشینکاری شده‎اند را نمی‎توان بصورت مکانیکی اورسایز نمود. چنین لوله‎ها باید کاملا از طریق پولیش آندی اورسایز گردند.

2-3 پولیش آندی
1-2-3 هدف از پولیش آندی
علاوه بر هدف اصلی یعنی اورسایز کردن، پولیش آندی اهداف مهم دیگری را برآورده می‎سازد مانند: کندن فیلم متلاشی شده و کار سخت شده فولادی باقیمانده از عملیات ماشینکاری، موجب از بین بردن به منظور افزایش چسبندگی لایه رسوبی کرم باید انجام شود. به علاوه نیز یا برآمدگی‎های حاصل از سطوح خان می‎گردد که در غیر این صورت این مناطق مولد زبری و رشد لبه در رسوب کرم خواهد شد و بالاخره موجب گرد شدن لبه‎های سطوح می‎گردد و انحنایی بوجود می‎آورد که موجب می‎شود کرم ترد، مقاومت بیشتری در برابر نیروهای برشی اعمالی از سوی پرتابه متحرک داشته باشد.
به همین دلایل پولیش آندی به عنوان روش استاندارد کشور انگلستان و برخی نهادها در امریکا پذیرفته شده است. در روشهای دیگر، لوله در ساخت کاملا اورسایز شده و از طریق سنگ زنی با بخار6 برای آبکاری آماده می‎شود. مثلا از طریق پرتاب توده‎ای از ذرات ساینده بسیار ریز بر روی سطوح لوله تحت فشار بعد از آماده‎سازی لوله، آن را اچ کرده و بعد آبکاری می‎کنند. این فرآیند مزایای محسوسی از نقطه‎نظر تولید دارد. اما تجربه میزان چسبندگی کمتری را نشان می‎دهد.

2-2-3 شرایط عملیاتی و محلول پولیش آندی
در این روش دو نوع محلول استفاده گسترده‎ای دارد که در ابتدا در انستیتو یادبود جنگ انگلستان ابداع شده و هر دو به ثبت رسیده‎اند.
ترکیب شیمیایی این دو محلول به شرح زیر می‎باشد:
محلول اول:
اسید فسفوریک (H3PO4 85%) 10000 میلی‎متر
اسید سولفوریک (وزن مخصوص 84و1) 626 میلی‎لیتر
اسید کرمیک (‎CrO3 بدون آب) 1730 گرم
آب مقطر یا آب (وزن مخصوص 63و1) 3250 میلی‎لیتر
یون زدایی شده در دمای 20 درجه
محلول دوم:
اسید فسفریک (‎H3PO4 85%) 50 درصد حجمی
اسید سولفوریک (وزن مخصوص 84و1) 50 درصد حجمی
محلول اول طبقه تجربه، پولیش بهتری ایجاد می‎کند ولی محلول دوم ارزانتر است و می‎توان در صورت لزوم از آن برای حذف آهن حل شده استفاده کرد. از همین‎رو در انگلستان و امریکا بکار می‎رود. از این محلول با شدت جریان 250 آمپر بر فوت مربع (9و26 آمپر بر دسیمتر مربع) و دمای 243 درجه سانتیگراد استفاده می‎شود.

3-2-3 سرعت و توزیع پولیش آندی
در یک محلول معین راندمان آند از حیث حل کردن آهن بستگی به دما، شدت جریان، میزان تلاطم و تا حدی به غلظت آهن محلول بستگی دارد.
اثر برخی از این عوامل در سرعت پولیش کاری در طی آزمایشهای آزمایشگاهی با استفاده از دستگاه شبیه‎سازی شرایط لوله توپ بررسی شد. مثلا افزایش دمای محلول موجب افزایش خطی سرعت خوردگی می‎شود (شکل 4).

شکل 4. نمودار تغییرات راندمان آند با درجه حرارت
راندمان آند سریعا با کاهش شدت جریان به کمتر از یک حد مشخصی افزایش می‎یابد (شکل 5). افزایش تلاطم موجب افزایش غلظت آهن و موجب کاهش راندمان آند می‎گردد به شرط آنکه سایر عوامل ثابت بمانند.
بنابراین آشکار است که فاکتورهای تعیین کننده توزیع‎خوردگی در عملیات پولیش آندی الکتریکی لوله پیچیده می‎باشند. به عنوان مثال افت پتانسیل در پایین آند و بالای لوله گرادیانی از شدت جریان کاهندهدر پایین لوله ایجاد کرده و این امر در محفظه انفجار به علت فاصله بیشتر الکترود و بدنه لوله شدید می‎شود. به علاوه دمای الکترولیت هنگام عبور آن به سمت بالای لوله افزایش می‎یابد. در اثر این عوامل انتظار می‎رود سرعت خوردگی در قسمت‎های فوقانی لوله افزایش یابد. ولی در عمل این عوامل در نتیجه عوامل دیگر خنثی می‎شوند. لذا همانطور که ذکر شد راندمان آند محسوساً در شدت جریانهای کمتر از 200 آمپر بر فوت مربع (52و21 آمپر بر دسیمتر مربع) افزایش می‎یابد. حجم زیاد گازهای آزاد شده هنگام پولیش آندی (آبکاری کرم) نیز موجب محدود شدن خوردگی یا رسوب، در قسمت انتهای فوقانی لوله می‎گردد. به عنوان مثال، برای آبکاری کرم لوله 3 اینچی (2و76 میلیمتر) از آندی به قطر 5و1 اینچ استفاده می‎گردد که در هر لحظه معیین، غلظت متوسط حباب گاز الکترولیت حدود 25 درصد حجم می‎باشد. این مقدار گاز تا حد زیادی در نیمه فوقانی لوله متمرکز شده و موجب افزایش مقاومت اهمی الکترولیت گشته و در نتیجه اثر یکنواخت سازی بر توزیع جریان خواهد داشت.

این روابط درونی پیچیده نشان می‎دهد که محاسبات و پیشرفت فعلی لزوماً تجربی بوده است. مع هذا این نکته ثابت شده است که در اکثر نقاط لوله، سرعت خوردگی در پولیش آندی فقط مقداری بیشتر از انتهای فوقانی (معمولا دهانه) می‎باشد و برای پولیش لوله در حدود 001و0 اینچ شعاعی، زمان 15 دقیقه برای محلول 50:50 با شرایط عملیاتی 250 آمپر بر فوت مربع و دمای 42 درجه سانتیگراد مناسب می‎باشد.
در شکل 6 نمودار درجه‎بندی شده از مراحل متوالی پولیش کاری آندی یک لوله 40 میلیمتری برای برداشتن 012و0 اینچ (شعاعی) نشان داده شده است. در این لوله کل اورسایز از طریق پولیش آندی انجام شده است. لوله‎های تولیدی با تلرانس 001و0 یا 002و0 اینچ (شعاعی) را می‎توان معمولاً در یک مرحله الکتروپولیش اورسایز نمود و بدون اندازه‎گیری، آبکاری کرم را متعاقباً انجام داد.

شکل 6. نمودار درجه‎بندی شده از مراحل الکتروپولیش و آبکاری لوله با کالیبر 40 میلیمتر به میزان 012و0 اینچ در شعاع.

4-2-3 عمر محلول پولیش کاری آندی
عمر محلول پولیش کاری به دو عامل بستگی دارد.
الف- تجمع آهن در محلول؛
ب- رقیق شدن محلول در نتیجه جذب رطوبت اتمسفر.
اهمیت نسبی این دو عامل بدون شک به میزان استفاده از کارگاه بستگی دارد ولی با توجه به تجربیات فعلی رقیق شدن مشکل بزرگتری می‎باشد.
حد ماکزیمم توصیه شده برای غلظت آهن در محلول 30 گرم بر لیتر می‎باشد. لذا ر حدود 500 لوله با کالیبر متوسط (3 اینچ) اورسایز شده مکانیکی را می‎توان در یک مخزن 2000 گالنی پولیش نمود قبل از آنکه غلظت آهن به حداکثر مجاز برسد. روش بازیابی محلول 50:50 از طریق الکترولیز محلولبا یک کاتد بزرگ و یک آند کوچک می‎باشد. در این حالت آهن به سولفات فرو احیا می‎شود که نسبتاً نامحلول بوده و بر اطراف و روی کاتد جدا می‎گردد. نمک آهن از محلول خارج گشته و به مقدار متعادل آن اسید سولفوریک به محلول اضافه می‎گردد. جنس کاتد از فولاد ضد زنگ یا سرب می‎باشد. شدت جریان لازم نباید از 50 آمپر بر فوت مربع (38و5 آمپر بر دسیمتر
مربع) تجاوز کند.
روبرو شدن با رقیق شدن اتمسفری مشکل‎تر است زیرا با گرم کردن محلول تا دمای مقابل حصولی در یک تانک فرآوری، قادر به حذف آب از این محلول نمی‎باشیم. شرکت آبکاری ‎ionic بیرمنگام با موفقیت روشی را ابداع کرده است که شامل خارج ساختن قسمتی از محلول و افزودن ‎P2O5 بدون آب و ‎oleum (محلول روغنی غلیظ‎تری اکسید سولفور در اسید سولفوریک بدون آب) می‎باشد ولی این عملیات دشوار بوده و همچنین خطرناک می‎باشد.

3-3 کار بیدزدایی
فرآیند پولیش آندی موجب برجا ماندن فیلم بسیار نازکی از رسوب نامحلول کاربید (پرلیت) بر روی فولاد می‎گردد، در صورتیکه آن را خارج نکنیم، باعث کاهش چسبندگی رسوب کرم به زمینه فولادی می‎شود و در مواردی که محفظه انفجار لوله‎های با قطر بزرگ را آبکاری می‎کنند این مساله حادتر می‎شود. به همین دلایل کار بیدزدایی لوله و محفظه انفجار قبل از آغاز مرحله آبکاری کرم، ضروری است. برای این عمل از دو روش استفاده می‎شود.
– کار بیدزدایی الکترولیتی (آندی) در اسید کرمیک؛
– شستشوی دستی با آب و سنگ7

1-3-3 فرآیند الکترولیتی
فرآیندی است که ابتدا توسط متخصصین امریکایی ابداع شده و استاندارد گشته است. مزیت این روش آن است که پس از کار بیدزدایی می‎توان لوله را بلافاصله آبکاری کرم نمود بدون آنکه نیازی به تعویض یا جابجایی آند وجود داشته باشد. در نتیجه زمان جابجایی لوله و عملیات دستی صرفه‎جویی می‎گردد. کار بیدزدایی الکترولیتی شامل 1چ- معکوس لوله و محفظه انفجار با شدت جریان 200-300 آمپر بر فوت مربع (52و21- 28و32 آمپر بر دسیمتر مربع) بهمدت 3-6 دقیقه در محلول آبکاری کرم و در دمای آبکاری می‎باشد. معمولا از یک تانک کرم جداگانه برای این فرآیند استفاده می‎شود تا از تجمع آهن اضافی در تانک اصلی آبکاری جلوگیری شود. سپس لوله را یک بار دیگر تحت عملیات مختصر آندی (60 ثانیه) در تانک آبکاری قرار داده تا مانع از خشک شدن و اکسیداسیون سطح لوله در هنگام انتقال شود، ولی این امر مستلزم تعبیه کلید معکوس کننده جریان در تانک آبکاری کرم می‎باشد.

2-3-3 شستشو با سنگ
پس از پولیش آندی مجموعه آند- لوله کاملاً شسته شده، آند و اتصالات برداشته می‎شود، لوله را در وضعیت افقی بر روی سه پایه قرار می‎دهند سپس کاملاً توسط محلول سوسپانسیون
غلیظی از پودر سنگ (pumice) و آب و یک برس، لوله شسته می‎شود.
بعد از شستشو، لوله و محفظه انفجار کاملاً از سنگ خالی گشته با اسید سولفوریک رقیق (%10 حجمی) شسته شده و از اسید عاری می‎گردد و نهایتاً با محلول %2 سود سوزآور شسته می‎شود تا مانع از زنگ زدن در خلال غوطه‎وری در محلول آبکاری کرم گردد. لوله به وضعیت عمودی برگردانیده شده اتصالات و آند مجددا وصل می‎گردد و سپس لوله دوباره شسته شده و به تانک کرم منتقل می‎گردد. این فرایند در مقایسه با فرآیند الکترولیتی بسیار وقت‎گیر می‎باشد زیرا باید اتصالات و آند از لوله جدا گردد و دوباره وصل شود.

4-3 آبکاری کرم
آبکاری کرم پس از مراحل چربی‎گیری، اورسایز، پولیش آندی و 1 چ- معکوس انجام می‎گیرد. محلولی که به صورت سنتی برای آبکاری استفاده می‎شود حاوی 250 گرم بر لیتر اسید کرمیک و 5و2 گرم بر لیتر اسید سوفوریک می‎باشد. این محلول در دمای 151 درجه سانتیگراد و شدت جریان 250 آمپر بر فوت مربع (9و26 آمپر بر دسیمتر مربع) بکار می‎رود. تحت این شرایط میزان رسوب کرم حدود 001و0 اینچ (0254و0 میلیمتر) در هر ساعت بر روی سطح خان می‎باشد.
الکترولیت به آرامی از کف همزده می‎شود تا یکنواختی ترکیب شیمیایی و دما هنگام رسوب دهی تضمین گردد. در هنگام آبکاری هآهن و یون کرم سه ظرفیتی در الکترولیت ایجاد می‎شود که غلظت مجموع آنها نباید از 10 گرم بر لیتر تجاوز کند. به همین دلیل محلول مرتباً باید آنالیز شود.
همانطور که ذکر شد، مرحله نهایی تمیزکاری 1چ- معکوس در محلول آبکاری کرم به مدت 60 ثانیه در آمپر 250 آمپر بر فوت مربع (9و26 آمپر بر دسیمتر مربع) می‎باشد این روند در آزمایشهای کمی چسبندگی برای تعیین چسبندگی کرم به فولاد لوله که استحکام کششی موثر را افزایش می‎دهد، بکار می‎رود. اگرچه لوله‎های آبکاری کرم شده نهایتاً در نتیجه پوسته شدن رسوب منهدم می‎شوند که این امر احتمالاً ناشی از تردی کرم است و به چسبندگی لایه به زمینه مربوط نمی‎شود. به غیر از ویژگی بدیهی چسبندگی زیاد، خصوصیات مهم دیگری که در آبکاری کرم لوله‎های توپ همچون صافی، شفافیت زیاد و توزیع نسبتاً یکنواخت پوشش مهم می‎باشد.
عاری بودن از رشد دانه‎های برفکی مطلوب بوده زیرا نه تنها تنشهای موضعی را به حداقل می‎رساند، که در نتیجه آن از شکسته شدن پوشش هنگام شلیک کاسته می‎شود، بلکه از کسب نتایج گمراه‎کننده اندازه‎گیری ضخامت و قطر لوله‎ها پس از آبکاری جلوگیری می‎شود. باید توجه داشت که لوله‎ها تا حدود چند هزارم اینچ آبکاری می‎شوند و رشد اضافی هر چند بسیار کم نیز موجب برگشتی شدن قطعه خواهد شد.
در مورد اهمیت پرداخت خوب سطح در ماشینکاری اولیه لوله نمی‎توان اغراق نمود زیرا دستیابی به رسوب کرم صاف و شفاف روی یک سطح زیرین ضعیف بویژه با پولیش آندی بسیار محدودی که در نورد لوله‎های اورسایز شده مکانیکی اعمال می‎شود غیرممکن است.
هنگام آبکاری اقدامات لازم را باید انجام داد تا حمام عاری از ناخالصی‎های معلق در هوا باشد. هوای ورودی به کارگاه باید تمیز باشد و در مواردی که واحد آبکاری کار نمی‎کند، روی مخازن را باید پوشاند. فیلتراسیون مداوم محلول می‎تواند مفید باشد. ضمناً پیشنهاد شده است که عبور مداوم الکترولیت از روی یک جداکننده مغناطیسی مفید خواهد بود.
توزیع شعاعی پوشش توسط انحنای خان و نیز هم محوری و راستی آند تعیین می‎شود. طبیعی است که سطوح خان که به آند نزدیک‎تر هستند رسوب بیشتری نسبت به شیارها به خود می‎گیرند و این امر تا حد زیادی عامل سرعت بالای غیرمعمول رسوب می‎باشد (حدود 001و0 اینچ بر ساعت در شدت جریان 250 آمپر بر فوت مربع).
نسبت ضخامت رسوب روی شیارها و سطوح خان از حدود 6و0 تا 75و0 در لوله‎های مختلف متفاوت می‎باشد. این اختلاف ضخامت در شکل 7 ملاحظه می‎شود. به طوریکه گردی لبه‎های خان حاصل از پولیش آندی نیز موید همین امر است. در یکی از این لوله‎ها کل میزان اورسایز (012و0 اینچ در شعاع) از طریق پولیش آندی بدست آمده است.
افت پتانسیل در سمت پایین آند و در امتداد لوله، وجود حبابهای گاز آزاد شده و اثر شدت جریان بر راندمان کاتد از عوامل مهم در توزیع طولی پوشش همانند پولیش آند می‎باشد.
شکل 7. مقطع سطح خان لوله که توسط کرم پوشش داده شده است.
بالایی: لوله 40 میلیمتری 012و0 اینچ الکتروپولیش شده و سپس 012و0 اینچ پوشش کرم شده
پائینی: لوله 3 اینچی 005و0 اینچ اورسایز مکانیکی و 001و0 اینچ الکتروپولیش 006و0 اینچ پوشش کرم شده

اندازه‎گیری عملی توزیع طولی و شعاعی پوشش بدست آمده از طریق مقطع زدن یک لوله 60 میلیمتری آزمایشی در جدول 3 نشان داده شده است و در بررسی این نتایج هیچ‎گونه وسیله‎ای برای اندازه‎گیری راستی آند وجود نداشته است.
جدول 3. توزیع شعاعی وطولی پوشش کرم در داخل لوله با کالیبر 40 میلیمتر
موقعیت

محیطی
(16 خان)
لوله 40 میلیمتری که در سه محل مقطع خورده است. جنس آند از مس با پوشش سرب بوده توسط پولیش آندی اورسایز شده. روش آبکاری غوطه‎وری کامل بوده است

25و3 اینچ از سر لوله
36 اینچ از سر لوله
71 اینچ از سر لوله

سطح (L)
10-3×in
شیار (‎G)
10-3×in
G/L
سطح (L)
10-3×in
شیار (‎G)
10-3×in
G/L
سطح (L)
10-3×in
شیار (‎G)
10-3×in
G/L
1
0و10
1و7
710و0
2و10
6و6
647و0
2و13
7و8
659و0
2
8و10
8و7
722و0
9و10
3و7
670و0
0و13
7و8
669و0
3
6و11
6و8
741و0
5و12
1و8
648و0
7و12
8و8
693و0
4
4و12
6و8
694و0
9و13
5و8
612و0
8و12
8و8
688و0
5
9و12
2و9
713و0
6و14
6و9
658و0
7و12
6و8
677و0
6
4و13
5و9
709و0
3و15
3و10
673و0
9و12
1و9
705و0
7
2و13
6و9
727و0
9و14
3و10
691و0
6و12
2و9
730و0
8
6و12
4و9
784و0
4و14
0و10
694و0
5و12
5و8
680و0
9
2و12
6و9
787و0
8و12
4و9
734و0
8و13
0و10
725و0
10
4و11
–
–
0و12
4و8
700و0
2و14
–
–
11
1و10
1و8
750و0
2و11
7و7
688و0
6و14
4و9
644و0
12
6و9
7و7
763و0
6و9
7و6
698و0
8و14
7و9
655و0
13
5و9
–
–
1و9
6و6
725و0
8و14
0و10
676و0
14
5و9
–
–
0و9
0و6
667و0
4و14
2و9
639و0
15
6و9
4و8
884و0
9و8
0و6
674و0
4و14
2و9
639و0
16

9و7
823و0
2و10
7و6
657و0
1و14
3و9
660و0
متوسط
24و11
58و8
764و0
85و11
0و8
675و0
6و13
15و9
3

معهذا می‎توان گفت که هنگام پولیش کاری و آبکاری به طریقه فرآیند غوطه‎وری کامل با استفاده از آند کادمیم- مس، هنگام پولیش کاری آندی تمایل به تشکیل شکل مخروطی رسوب کرم (که در سمت دهانه بزرگتر است) محسوساً یکنواخت ایجاد می‎شود. در مورد لوله‎های اورسایز شده مکانیکی که مستلزم پولیش آندی بسیار کمی می‎باشند مخلوط حاصل در لوله پرداخت شده کم می‎باشد. در واقع با این فرآیند می‎توان لوله‎هایی مطابق اندازه طرح که نیاز به اورسایز کامل از طریق پولیش آندی دارند را آبکاری نمود به نحوی که پرداخت نهایی در حدود اندازه خواسته شده باشد.
جدول 4. تنش زدایی فولاد قبل از آبکاری
حداکثر استحکام کششی فولاد
Rm (Mpa)
عملیات حرارتی
1050 Rm <
1450 < Rm < 1450
1800 < Rm < 1450
1800 Rm >
احتیاج ندارد
حداقل یک ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد
حداقل 18 ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد
حداقل 24 ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد

در یک لوله 3 اینچی که تعداد قابل توجهی از آنها از طریق غوطه‎وری ناقص سیرکولاسیون با فشار با استفاده از یک آند مسی آبکاری می‎شوند این تمایل وجود دارد که کرم قدری بیشتر در نیمه محفظه انفجار رسوب نماید و بدین ترتیب مخلوط حاصل از پولیش آندی تشدید می‎گردد ولی این امر احتمالاً ناشی از استفاده آندهای مسی بجای آندهای مس- کادمیم می‎باشد. با این وجود اکثر لوله‎های پرداختی در محدوده اندازه خواسته شده قرار می‎گیرند ‎]4‎[.

5-3 عملیات حرارتی
1-5-3 عملیات حرارتی قبل از آبکاری
عملیات حرارتی به منظور تنش‎زدایی بر روی فولادهای استحکام بالا انجام می‎پذیرد. اگر این نوع قطعات قبل از آبکاری تنش‎زدایی نشوند خطر پوسته شدن پوشش وجود داشته و از آن گذشته تنشهای باقیمانده در قطعه به همراه گازهای جذب شده توسط پوشش در خلال عمل آبکاری باعث شکست قطعه در هنگام کار می‎گردد.
عملیات حرارتی باید قبل از هرگونه آماده‎سازی قطعه و شستشوی قلیایی صورت گیرد و میزان حرارتی که به قطعه باید داده شود و زمان آن برای فولادهای مختلف در جدول 4 آمده است.
اگر عملیات حرارتی بعد از ساچمه‎زنی و یا بر روی قطعاتی که کار سرد شده‎اند صورت بگیرد درجه حرارت نباید از ‎C220 بالاتر برود. همچنین قطعاتی که سطح آنها سخت شده است باید در دمای C150-130 و به مدت 5 ساعت تنش‎زدایی شوند.
2-5-2 عملیات حرارتی بعد از آبکاری
عملیات حرارتی فولادها بعد از آبکاری به منظور کاهش هیدروژن تردی آنها صورت می‎گیرد و طبق جدول 5 صورت می‎گیرد، ولی عملیات حرارتی در دمای C480-400 برای قطعاتی بکار می‎رود که در معرض شکست خستگی قرار دارند.

جدول 5. عملیات حرارتی فولاد بعد از آبکاری
حداکثر استحکام کششی فولاد
Rm (Mpa)
عملیات حرارتی برای کاهش تردی هیدروژنی
الف) برای قطعاتی که ساچمه‎زنی نشده‎اند و یا در برابر خستگی مقاوم نیستند
ب) برای تمام قطعات ساچمه‎زنی شده
عملیات حرارتی برای کاهش تردی هردوژنی
1050 Rm <
احتیاج ندارد
حدقل یک ساعت در دمای 480-400 درجه سانتیگراد
1450 < Rm < 1050
حداقل دو ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد
حداقل یک ساعت در دمای 480-400 درجه سانتیگراد
1800 < Rm < 1450
حداقل 6 ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد
حداقل یک ساعت در دمای 480-400 درجه سانتیگراد
1800 Rm <
حداقل 18 ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد
حداقل یک ساعت در دمای 480-400 درجه سانتیگراد

به منظور بالا بردن مقاومت به شکست خستگی، سطح قطعات را ساچمه‎زنی می‎کنند. در اثر این امر می‎توان دمای عملیات حرارتی و زمان آن را کاهش داد. همچنین قطعاتی که سطح آنها سخت شده است باید در دمای C150-130 و به مدت حداقل 5 ساعت عملیات حرارتی شوند. ]5[.

6-3 پیرایش (کرم زدایی)
لوله‎هایی که مطابق اندازه‎های خواسته شده نبوده، نمی‎توان آنها را صیقل داد و یا لایه رسوب آنها معیوب بوده باید پیرایش شوند. این امر به آسانی از طریق فرآیند آندی در محلول معمولی هیدرواکسید سدیم %9 در دمای اتاق با شدت جریان 20 آمپر بر فوت مربع (15و2 آمپر بر دسیمتر مربع) و کاتد فولادی صورت می‎گیرد. پس از پیرایش لوله یکبار دیگر تحت پولیش آندی مختصری (5 دقیقه) قرار گرفته و مجددا آبکاری می‎گردد.

4. آند
1-4 کلیات
ویژگیهای اصلی آند عبارتند از:
حداکثر راستی؛ قابلیت هدایت الکتریکی بالا؛ حداکثر صلبیت مکانیکی متناسب با رسانایی خوب؛ مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی و الکتروشیمیایی در محلولی فرآوری.
کامل‎ترین مجموعه این ویژگیها در عمل، در صورت استفاده از مفتول توپر آلیاژ کادمیم- مس و یا مس با رسانایی زیاد که دارای پوشش سربی می‎باشد، بدست می‎آید. قطر این آندها معمولا نصف کالیبر توپ می‎باشد و پوشش سرب را یا از طریق رسوب الکتریکی و یا اکستروژن داغ بر روی آند می‎دهند. از آند کادمیم- مس (%9 CD) در انگلستان به علت برتری خواص مکانیکی و افت کم رسانایی الکتریکی (حدود %15) استفاده می‎شود. اهمیت رسانایی الکتریکی با رجوع به روش آبکاری کرم مشخص می‎شود.
روشی که برای راست کردن آندهای فولادی (که دارای مقاومت الکتریکی نسبتا بالایی) در مرحله اولیه کار اعمال می‎شود، شامل اتصال وزنه سنگینی به انتهای آند و اتصال کوتاه کردن مفتول فولادی به امتداد میله آندی آبکاری است.8 دمای مفتول فولادی به سرعت به C800-700 رسیده و در اثر کشش وزنه، آند راست می‎شود.
متاسفانه چنین روش ساده‎ای برای راست کردن آندهای مسی که برای آبکاری یکنواخت لوله‎های بزرگ ضروری است، وجود ندارد. آندها حتی‎الامکان راست ساخته می‎شوند و با آویزان نگاه داشتن آنها بصورت عمودی در هنگام داخل کردن و خارج ساختن آند از لوله و هنگام نگهداری به دقت از آنها محافظت می‎شود. آندها هرگز از وضعیت عمودی خارج نمی‎شوند مگر آنکه توسط فیکسچرهای خاصی کاملا محکم شده و سپس جابجا شوند.
راستی آند تضمینی برای حداکثر یکنواختی شعاعی، هنگام خوردگی در پولیش آندی یا رسوب‎دهی آبکاری کرم می‎باشد. راستی کامل اگرچه ایده‎آل می‎باشد ولی قابل دسترسی نیست. با این وجود کمپانی ‎messers british insulated (callenders) cable در ابداع روشهایی برای ساخت آندهای با پوشش اکستروژن در اندازه‎های به قطر 75و0 اینچ (19 میلیمتر) و طول 12 فوت (6و3 متر) تا قطر 5و3 اینچ (89 میلیمتر) و طول 28 فوت (5و8 متر) به موفقیتهایی دست یافته است. به عنوان مثال میزان کمانش یک آند 20 فوتی (6 متر) کمتر از 05و0 اینچ (3و1 میلیمتر) می‎باشد. آندها را باید در زمانهای مشخص بازرسی نمود تا از راستی آنها اطمینان حاصل شود. این امر، کار ساده‎ای نیست هرچند روش دقیقی ابداع شده و تجهیزات مناسب در این رابطه ایجاد شده است ولی هزینه کار آنچنان بالاست که استفاده از آن بجز در کارگاه‎های بزرگ که مرتباً درگیر آبکاری لوله‎های بلند می‎باشد میسر نمی‎باشد. این روش در شکل 8 نشان داده شده است که شامل معلق‎سازی آند بصورت عمودی در یک گودال می‎باشد و در اطراف آند چهار الیاف نایلونی9 کاملا راست، توسط اتصالاتی که زاویه 90 درجه با آند دارند و در دو انتهای آند متصل می‎شوند. سپس فاصله بین این الیاف و آند، در فواصل معینی (مثلا 30 سانتیمتری) بوسیله دستگاه cathetometer اندازه‎گیری می‎شود. که توسط اندازه‎گیری این فواصل میزان راستی آند بدست می‎آید. دستگاه ‎cathetometer بر روی یک بالابر یکنفره در گودال نگهداری آند قرار دارد.
برای رفع مشکل راستی آند کوششهای گوناگونی به عمل آمده است در برخی واحدها امریکایی، آند توسط توپهای پلاستیکی که در فواصل معینی در امتداد طول آند نصب شده‎اند در داخل لوله نگاه داشته می‎شود و آند هنگام آبکاری مرتباً می‎چرخد تا نقاطی از لوله که در تماس با این توپها می‎باشند در معرض آبکاری قرار گیرند. نوع دیگر برای برطرف کردن این عیب چرخاندن مداوم آند می‎باشد.

شکل 8. روش اندازه‎گیری راستی آند

برای بدست آوردن پولیش آندی و پوشش کرم یکنواخت در محفظه انفجار (که در برخی لوله‎ها به میزان محسوسی از نظر قطر بزرگتر از لوله می‎باشد) ممکن است از آند خاصی استفاده شود. این نوع آند در یک سمت ضخیم‎تر می‎باشد تا با انحنای محفظه انفجار مطابقت داشته باشد. ساخت و وصل کردن این آندها مشکل‎تر از آندهای ساده می‎باشد و نمی‎توان آنها را از طریق اکستروژن پوشش داد. لذا همواره از آندهای ساده برای کلیه لوله‎ها استفاده می‎کنیم و چون در محفظه انفجار رسوب مخروطی مجاز می‎باشد این نوع آندها برای کلیه انواع لوله‎های آبکاری شده قابل استفاده بوده است. برای بدست آوردن پوشش کرم یکنواخت در لوله‎ها با محفظه انفجار بزرگ لازم می‎باشد تا کار بیدزدایی صورت گیرد.
2-4 پوششهای آند
آند مسی یا مس- کادمیم هنگامی که در محلول آبکاری کرم قرار می‎گیرد به سرعت خورد می‎شوند، به همین علت سطح این آندها باید پوشش داده شوند. این پوشش می‎تواند از جنس سرب و یا آلیاژ سرب- قلع باشد که از طریق اکستروژن و یا رسوب الکتریکی و یا اکستروژن داغ بر روی آند داده می‎شود. فرآیند رسوب الکتریکی دارای مزایای زیر می‎باشد:
– به علت شباهت این فرایند با روش آبکاری کرم می‎توان با منابع موجود در خود کارگاه، آبکاری آن را انجام داد و مساله بالقوه تامین مواد برطرف می‎گردد.
– چون این روش فرآیندی سرد است از خطر آنیل شدن و در نتیجه نرم شدن مغزی آند جلوگیری می‏‎شود. این امر در مورد پوشش دادن مفتول مسی از طریق اکستروژن داغ روی می‎دهد. البته این مشکل در مورد آند کادمیم- مس ضعیف‎تر است.
در امریکا آبکاری الکتریکی پوشش قلع- سرب (حاوی %6 ‎sn) استفاده گسترده‎ای دارد. مثلا در یک کارگاه، آندهایی به قطر 25و1 اینچ (75و31 میلیمتر) و طول 20 فوت (6 متر) که از جنس مس (که از طریق کشش عمیق ایجاد می‎شود) هستند، تا ضخامت 0625و0 اینچ (59و1 میلیمتر) پوشش داده می‎شوند. برای انجام این امر، آند مسی را بصورت افقی در یک مخزن کم عمق طویل قرار داده و طرفین آن را توسط قیدهایی مهار می‎کنند و توسط قلابهایی واقع در دو یا سه محل در امتداد طول آند آن را نگه می‎دارند. سپس آبکاری را در الکترولیت فلوئوبرات انجام می‎دهند و برای آنکه در محل قلابها نیز پوشش ایجاد بشود جای آنها را هنگام آبکاری مرتبا عوض می‎کنند. نهایتا پوشش ایجاد شده را پرداخت می‎کنند تا حفره‎ها و ناصافی‎های سطح برطرف گردد و چگالی پوشش افزایش یابد.
اصل تخطی‎ناپذیر مبنی بر جابجایی آندها در وضعیت عمودی همواره باید رعایت گردد. لذا آنها را در وضعیت عمودی درون مخازن عمیق، 1 چ و آبکاری می‎کنند. آبکاری سرب از محلول فلوئوبرات با ضخامت پوشش حدود 025و0 اینچ (64و0 میلیمتر) متداول است. با این ضخامت، پوششهای سربی پرداختی کاملا صاف داشته و نیازی به عملیات بعدی ندارند. تمیزکاری و 1 چ مفتول مس- کادمیم به طول 20-25 فوت (6-6و7 متر) برای چسبندگی رسوب سرب مشکلاتی به همراه دارد. انتقال سریع این مفتول‎های طویل از مرحله 1چ به شستشو و سپس به آبکاری، عملی نیست و استفاده از اسید نیتریک یا محلول 1چ ‎bright dip از نظر ایمنی مساله آفرین است.
در یک موسسه روشی به صورت اختصاصی ابداع شده است که این ویژگی‎ها را برآورده می‎سازد. این روش شامل گریس‎زدایی آند (محلول قلیایی کاتدی و بخار حلول)، شستشو با سنگ در حالیکه آند از جرثقیل آویزان است، آبکشی و سپس غوطه‎وری به مدت یک ساعت در دمای اتاق در محلول حاوی اسید فسفریک 10 درصد (وزن مخصوص 7و1 گرم بر سانتیمتر مکعب)، محلول پراکسید هیدروژن (20 حجم) که در یک لوله ‎pvc به قطر 13 سانتیمتر و طول 9 متر می‎باشد. آند کاملا هنگام خروج از محلول 1چ با آب شستشو می‎شود و در محلول قلیا (‎NaOH 5%-Na2O3 5%) غوطه‎ور می‎شود و سپس شسته شده و در مخزن آبکاری سرب قرار می‎گیرد. محلول آبکاری سرب در یک مخزن فولادی با آستر ‎pvc به ابعاد 9×6و0 متر و 15 سانتیمتر (عمق مخزن 9 متر می‎باشد) قرار دارد و در دمای اتاق و شدت جریان 1 آمپر بر دسیمتر مربع کار می‎کند. در فرآیند اکستروژن مفتول ابتدا تمیز شده و با لحیم قلع پوشش می‎شود. سپس از میان یک دستگاه استاندارد کشش سیم عبور داده می‎شود. مزیت این فرآیند آن است که اولاً پوشش صاف و شفاف بوده و ثانیا هر ضخامت دلخواهی برای پوشش می‎توان ایجاد کرد. در عمل ضخامت پوشش در کارگاه‎های اکستروژن 6و1 یا 4و2 میلیمتر می‎باشد که بستگی به اندازه آند دارد.

3-4 عمر مفید و نحوه تعمیر آندها
اطلاعات کافی برای ارائه ارقام قاطع در مورد عمر آندهای آبکاری لوله‎های توپ موجود نیست. در یک کارگاه بزرگ آبکاری کرم که در تولید لوله‎های کالیبر متوسط به مدت 18 ماه فعال بوده است، عمر آندهای اکسترود شده سربی در حدود 100-400 لوله ذکر شده است، ولی برای رسیدن به این نتیجه بازرسی مداوم و تعمیرات آنها ضروری بوده است. طول عمری در این حدود برای آندهای کوچک با پوشش اکستروژن سرب برای لوله‎های 40 میلیمتری در کاردیف ‎R.O.F بدست آمده است. تا به حال تعداد قابل توجهی از لوله‎های کالیبر متوسط توسط آندهای با پوشش سرب آبکاری شده‎اند و چنین برمی‎آید که عمر آند نامحدود است به شرط آنکه آن را از آسیب مکانیکی محافظت نمایند. طول عمر 50 الی 100 آبکاری برای آندهای به قطر 38 میلیمتر×6 متر برای آبکاری لوله‎های 2و76 میلیمتر به ثبت رسیده است.
جلوگیری از آسیب رسیدن مکانیکی به پوششهای نرم سرب، دشوار است و این امر عامل کلیه انهدام‎ها می‎باشد. لذا ضروری است که قبل از استفاده از آند آن را به دقت بازرسی نمود و عیب اولیه آن را تعمیر نمود. این امر از طریق قرار دادن تکه‎های سرب در اطراف عیب و ذوب آن توسط فلاکس و لحیم به درون حفره انجام می‎شود. نهایتاً محل تعمیر با سوهان پرداخت می‎شود این فرآیند به سهولت در مورد آندها با پوشش اکستروژن نیز عملی است ولی در پوششهای رسوب الکتریکی به علت نازکی پوشش سرب، دشوارتر می‎باشد.
5. طراحی و طرز کار اتصالات
در فرآیند ابکاری لوله‎ها؛ اتصالات خاصی برای نگهداری آند در مرکز لوله ضروری است. اتصالات نمونه برای آبکاری لوله‎های کالیبر متوسط از طریق فرآیند غوطه‎وری کامل در شکل 9، 10، 11 نشان داده شده‎اند.

1-5 اتصالات دهانه و محفظه انفجار لوله
این اتصالات به طرفین دهانه و محفظه انفجار لوله متصل شده و دارای بوشهای ‎pvc سخت می‎باشد که آند را در مرکز لوله نگاه داشته و آن را از کاتد عایق می‎کند. اتصالات از جنس فولاد معمولی بوده و به نحوی طراحی می‎شوند که با شکل خاص لوله هماهنگ باشند. این اتصالات را می‎توان توسط پوشش سرب و نیکل محافظت نمود اگرچه ضرورتی ندارد. داخل اتصالات دهانه پوشش سرب نمی‎شود و به شکل یک دنباله لوله ساخته می‎شوند، به این ترتیب به عنوان رباینده عمل می‎کنند که از تجمع کرم در سمت انتهای دهانه لوله جلوگیری می‎نماید. هرچند وقت یکبار رسوب کرم از قسمت داخلی اتصالات دهانه پاک می‎شود. هر دو اتصالات فوق مجهز به دریچه‎هایی هستند تا سیرکولاسیون آزاد الکترولیت میسر باشد. (ورودی محلول در اتصالات در سمت محفظه انفجار و خروجی آن در دهانه می‎باشد). اندازه دریچه‎ها باید کافی باشد تا قادر به جابجایی مقدار قابل توجهی الکترولیت (حدود 100-150 لیتر بر دقیقه) برای لوله به قطر 2و76 میلیمتر باشد. نکته مهم دیگر در طراحی اتصالات دهانه و محفظه انفجار آن است که براحتی قابل شستشو باشند یعنی نباید محلهایی برای حبس شدن محلول داشته باشند؛ زیرا این محلها موجب انتقال الکترولیت از فرآیندی به فرآیند دیگر می‎شود. این امر به ویژه در انتقال لوله از محلول پولیش کاری به مخزن آبکاری اهمیت دارد. لذا رزوه‎های پیچ، کانالها و سوراخهای کور باید دارای دریچه‎های فرعی باشند تا شستشوی آنها تسهیل گردد.

شکل 9. اتصالات محفظه انفجار با آند

شکل 10. اتصالات دهانه لوله، دستگاه کشش آند، اتصال دهنده‎های آند و کاتد.

2-5 اتصال کاتد و نگهدارنده لوله
لوله توسط یک تسمه فولادی کم کربن که دور آن قلاب شده است و مجهز به بازوهای نگهدارنده می‎باشد به درون مخازن فرآوری حمل می‎شود. هنگام فرآوری در بلوکهای ‎V شکل بزرگ مسی قرار گرفته و روی یک چارچوب در بالای مخزن حرکت می‎کند. جریان برق از طریق بلوکهای ‎V شکل به لوله، انتقال می‎یابد و کل مجموعه قادر به انتقال جریانهای زیاد یعنی تا 10000 آمپر می‎باشد بدون آنکه بیش از اندازه گرم شوند.

3-5 اتصال آند
طراحی این اتصال و سیمهای انتقال دهنده جریان در صورتی که بخواهیم از گرم شدن بیش از اندازه آند بپرهیزیم مساله مشکلی است. بدیهی است که اتصال آند را باید به نحوی ساخت که کاملا بالاتر از سطح محلول قرار گیرد و این امر مستلزم تعبیه یک طول اضافی آند در بالای اتصال دهانه لوله می‎باشد. قسمت اضافی آند تحت جریان خنک‎کننده الکترولیت نمی‎باشد که این امر باعث گرم شدن بیش از اندازه آند می‎شود به ویژه هنگام آبکاری کرم که چندین ساعت طول می‎کشد. طول آزاد باید حداقل در نظر گرفته شود تا از تاب‎برداری آند، در نتیجه کشش جانبی ناشی از پوشش سرب آند پرهیز گردد. در یک گارگاه پوشش کاری لوله با قطر 152 میلیمتر و بالاتر، جریانی 10000 آمپردر مخزن باید تامین گردد و برای انتقال این جریان نمی‎توان از کابلهای انعطاف‎پذیر رشته‎ای استفاده کرد.

4-5 کشش آند
به علت ضریب انبساط حرارتی مس و فولاد، آندی که به صورت محکم در طرفین دهانه و محفظه انفجار ثابت شده است؛ هنگام گرم کردن از دمای معمولی به دمای عملیاتی خم خواهد شد. به همین علت ضروری است که یا یک طرف آند آزاد باشد تا نسبت به لوله به صورت طولی حرکت کند یا آنکه کشش مثبتی به آند اعمال شود. معمولا به آند کشش مثبت اعمال می‎کنند تا ضمن آنکه انبساط را خنثی می‎سازد، انعطاف خود بخودی و ناگهانی آند را جبران می‎کند، این حالت در صورتی که جریان شدیدی از آند بصورت ناگهانی عبور نماید، رخ می‎دهد.
عامل این پدیده هنوز دقیقاً معلوم نیست، ولی می‎توان از طریق اعمال تدریجی جریان آن را کاهش داد. البته یکی از اصول آبکاری و 1چ معکوس حداقل تاخیر در اعمال جریان می‎باشد که صحت یا عدم صحت آن به درستی مشخص نمی‎باشد.
در کارهای تحقیقاتی اولیه، کشش آند برای لوله‎های به قطر 40 میلیمتر توسط فنر قوی نصب شده در اتصال دهانه ایجاد شد. استفاده از این روش برای آندهای بزرگ به قطر 5و1-5و3 اینچ (38-89 میلیمتر) برای آبکاری لوله‎های توپ کالیبر متوسط بکار می‎رود به زحمت میسر است. امروز برای این کار از یک پیچ انبساطی قلاب شده به آند استفاده می‎شود که درون یک یاتاقان غلطکی عمل می‎کند. این وسیله هنگام گرم شدن لوله از طریق میله‎های رابط10 منبسط می‎شود و در این هنگام پیچ انبساطی عمل می‎کند و آن را می‎کشد مانند شکل 11. ‎]4‎[

شکل 11. نمایش دستگاه کشش آند
برای اینکه از کیفیت پوشش و خواص آن اطمینان حاصل شود، لازم است بر روی پوشش بدست آمده آزمایشهایی انجام گیرد. این آزمایشات شامل صافی سطح، سختی سنجی، تعیین ضخامت، مقاومت به سایش و مقاومت چسبندگی پوشش می‎باشد. که برای اندازه‎گیری این خواص از روشهای مختلفی استفاده می‎شود.
در این فصل آزمایشهای مربوط به پوشش کرم سخت با توجه به روشهای و استانداردهای موجود توضیح داده خواهد شد. که برای انجام این آزمایشها باید شرایط استاندارد را رعایت کرد، این شرایط بصورت زیر می‎باشد.
‎i) نمونه آزمایشی
نمونه باید از سطح مشخصی از قطعه و یا خود قطعه باشد. اگر آزمایش کردن بر روی خود محصول (قطعه) غیرقابل دستیابی باشد می‎توان نمونه‎هایی را در آن جایگزین کرد تا آزمایشها را بر روی آن نمونه انجام بدهند.
در این حالت نمونه باید از لحاظ ترکیب فلز اصلی، شرایط پرداخت قبل از پوشش دادن مانند محصول اصلی باشد. همچنین عملیات قبل از پوشش دادن و حین پوشش دادن باید در همان وانهایی باید باشد که برای قطعه اصلی استفاده می‎شود تا شرایط کاری تاثیری مشابه با قطعه اصلی بر روی نمونه آزمایشی داشته باشد.
‎ii) شرایط آزمایش و نمونه
شرایطی که برای آزمایش و نگهداری نمونه توصیه شده است در این استاندارد دمای 2‎‎23 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی %65 می‎باشد. ‎]5‎[

1. آزمایش صافی سطح پوشش
برای اندازه‎گیری صافی سطح یا درجه صیقل و جلای هر سطح براق، از یک لامپ کوچک 4 ولتی بر سطح پوشش شده نور می‎تابانند. نور منعکس شده بعد از عبور از فوتوالمنت به الکتریسیته ضعیفی تبدیل می‎شود و آیینه کوچکی را می‎چرخاند، هر چه نور بیشتر وارد فوتوالمنت شود، چرخش آیینه بیشتر خواهد بود. به این ترتیب، با دانستن شدت انعکاس، می‎توان درجه صیقل و جلا را معین کرد.
برای استاندارد کردن درجه صیقل، انعکاس نور نقره تبخیر شده در سطح شیشه آیینه شده را 100 می‎گیرند و سایر سطوح پرداخت شده را نسبت به این آیینه می‎سنجند. نمای کلی این دستگاه در شکل 1 آمده است.
برای بدست آوردن صافی سطح تمام پوششها، چه براق و چه غیربراق، می‎توان با استفاده از سوزنهای مخصوص اندازه‎گیری صافی سطح، میزان زبری و یا صافی سطوح را اندازه‎گیری کرد. ‎]2‎[

شکل 1. دستگاه اندازه‎گیری درجه شفافیت

2. آزمایش ترک‎یابی پوشش
یکی از بارزترین عیوب در سطح پوشش وجود ترک، ناپیوستگی و حفره می‎باشد که برای دیدن این عیوب می‎توان از روشهای زیر استفاده کرد.

1-2 مشاهده ترک توسط چشم
می‎توان سطح ترک را توسط انعکاس نور در یک میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی × 100 مشاهده کرد. برای دیدن شبکه‎های ترکهای ریز باید از میکروسکوپهای قوی‎تر استفاده کرد. با استفاده از یک میکرومتر میکروسکوپی می‎توان تعداد ترکها را در یک فاصله مشخص شمارش کرد و با توجه به بزرگنمایی میکروسکوپ، طول اندازه‎گیری را طولی انتخاب کرد تا حداقل 40 ترک قابل شمارش باشد. با توجه به طول اندازه‎گیری شده می‎توان به بحث در مورد کیفیت پوشش پرداخت.

2-2 استفاده از رسوب مس برای شناسایی ترک و حفره
مس بر روی فلز زمینه در نقاطی که ترک و حفره به صورت راهبدر وجود دارد رسوب می‎کند و این رسوب الکتروشیمیایی از محلول اسید سولفوریک با دانسیته جریان و ولتاژ کم ایجاد می‎شود. این روش سریعترین روش برای ترک‎یابی است ولی اگر شمارش ترکها مدنظر باشد باید از روش 1-2 استفاده کرد.
هنگامی از این روش بهترین نتیجه گرفته می‎شود که به محض پایان یافتن عمل آبکاری، انجام شود. این آزمایش به مدت تقریباً یک دقیقه و در دمای اتاق با محلول حدود 200 گرم سولفات مس هیدراته (‎CuSO4 . 5H2O) و 20 گرم در لیتر اسید سولفوریک و دانسیته جریان 30 آمپر بر متر مربع انجام می‎شود. ‎]5‎[

3. آزمایش سختی سنجی پوشش
سختی بسیار بالای پوشش الکتروشیمیایی کرم موجب گردیده که در صنعت از این پوشش به عنوان پوشش کرم سخت نام برده شود. سختی متوسط این پوشش برابر با 850-1000 ویکرز (‎V.P.N) که معادل با 70 راکول ‎c یا 800 برینل می‎باشد.
شکل 2. اندازه‎گیری سختی توسط دستگاه فرس ویکرز

البته ارقام فوق چندان که تصور می‎شود آسان بدست نیامده‎اند. زیرا سختی براساس مقاومت پوشش در مقابل نفوذپذیری اجسامی مانند الماس، گلوله و غیره محاسبه می‎شود و در این مورد عواملی که بر روی دقت عمل در تعیین سختی موثر می‎باشند، عبارتند از:
– نوع و شکل جسم نفوذ‎کننده؛
– اثر اصطکاک، الاستیسیته و غیره؛
– ضخامت پوشش.
از آنجا که برای تعیین دقیق سختی پوشش کرم باید به طریق عمل نمود که در فلز زمینه هیچگونه تغییر فرمی حاصل نشود، بنابراین با استفاده از دستگاه‎های سختی سنجی معمولی و اعمال نیروهای معمولی نمی‎توان سختی پوشش کرم را اندازه‎گیری نمود. از این جهت در عمل، سختی پوشش کرم را توسط روش ویکرز و با دستگاه مخصوصی بنام دستگاه سختی‎سنجی ‎firth vickers (شکل 2) و یا دستگاه‎های مشابه آن، با اعمال حداقل نیروی وزن ممکن مثلا نیروی در حدود یک کیلوگرم اندازه‎گیری می‎نمایند و برای این کار ضخامت لازم 12و0 میلیمتر می‎باشد که البته بهتر است 250و0 میلیمتر در نظر گرفته شود، قابل ذکر است که این آزمایش با اعمال نیروی وزن 1 تا 2 کیلوگرم نیز نتایج رضایت‎بخشی ارائه می‎دهد مشروط بر آنکه نتیجه نهایی سختی، میانگین 3 مرتبه آزمایش باشد. ‎

4. آزمایش مقاومت به سایش پوشش
سایش پدیده‎ایست که باعث از بین رفتن تدریجی مواد می‎شود و در اثر عوامل مکانیکی از قبیل اصطکاک و پولیش دادن ایجاد می‎شود.

1-4 شکل نمونه
نمونه انتخابی مانند بند ‎i می‎باشد و شکل هر نمونه براساس نوع آزمایش سایشی انتخاب می‎شود.

2-4 دسته‎بندی آزمایشهای سایش
1-2-4 آزمایش ریش ماسه11؛
2-2-4 آزمایش جت12؛
3-2-4 آزمایش حرکت دورانی13؛
4-2-4 آزمایش دیسک تخت چرخشی14؛
5-2-4 آزمایش دورینگ چرخشی15.

1-2-4 تعیین مقاومت سایش نمونه با روش ریزش ماسه
مقاومت به سایش در این روش براساس سقوط آزاد مواد ساینده از ارتفاع مشخص بر روی سطح پوشش اندازه‎گیری می‎شود. دستگاهی که برای این کار استفاده می‎شود در شکل 3 نشان داده شده است.
مواد ساینده بکار رفته در این آزمایش، کاربید سیلیس می‎باشد که دارای دانه‎بندی 80 ‎# (mesh) می‎باشد. این مواد ساینده باید در دمای 110 درجه سانتیگراد خشک شوند و برای نگهداری آنها از دسیکاتور استفاده می‎شود.
الف) وسایل آزمایش
– وسایلی که برای این آزمایش لازم است عبارتند از: تانک تغذیه، قیف، کانال، محفظه‎ای که مواد ساینده در آن بریزند و ‎…
– تانک تغذیه
اندازه تانک تغذیه اختیاری است و باید قابل تنظیم برای ریزش هر مقدار ماده ساینده باشد
– قیف
قیف مورد استفاده از جنس شیشه با زاویه 60 درجه و قطر داخلی قسمت بالای آن 70 میلیمتر و ارتفاع قسمت طولی (پاتی) قیف 50 میلیمتر با قطر داخلی 1و0‎50 میلیمتر می‎باشد. سطح قسمت کف قیف و پای آن باید کاملا صاف باشد. برای تنظیم مقدار ریزش مواد از بالا و پایین بردن میله‎ای در وسط قیف استفاده می‎شود.
– کانال
ارتفاع کانال 970 میلیمتر و قطر داخلی آن 20 میلیمتر می‎باشد و فاصله بین حفره ریزش مواد ساینده و سطح نمونه باید 1000 میلیمتر باشد.
ب) نمونه
نمونه انتخابی باید دارای خصوصیات بند ‎i باشد و ابعاد آن برای این استاندارد 40×50 میلیمتر می‎باشد.
ج) روش آزمایش
– براساس نوع پوشش فلزی، ماده ساینده را انتخاب و میزان ریزش مواد را تنظیم کرده طوری که در هر دقیقه 10‎320 گرم ماده ساینده با دانه‎بندی 80‎# ریزش کند.
– سپس نمونه را وزن کرده و بعد آن را روی دستگاه تحت زاویه 45 درجه نسبت به جهت عمود ببندید.
– توسط کرنومتر زمان انجام آزمایش را اندازه‎گیری کنید.
– آنقدر آزمایش را ادامه بدهید تا بتوان وزن پوشش ساییده شده را اندازه‎گیری کرد و یا سطح زمینه نمونه دیده شود.
– پس از انجام آزمایش وزن نمونه را بگیرید.

که در این حالت:
Wr: مقاومت سایشی بر حسب ثانیه بر میلی‎گرم.
W1: وزن نمونه قبل از آزمایش بر حسب میلی‎گرم.
W2: وزن نمونه بعد از آزمایش بر حسب میلی‎گرم.
‎T: زمان انجام آزمایش برحسب ثانیه.
– اندازه‎گیری مقاومت سایشی توسط مشاهده زمینه نمونه به عنوان نقطه پایان
برای بدست آوردن مقاومت سایشی می‎توان در یک زمان مشخص مقدار ساییدگی پوشش را مشاهده کرد. وقتی که زمینه پوشش به خوبی مشاهده نشود بخصوص برای زمینه‎های آهنی و فولادی از محلول سولفات مس برای مشاهده بهتر استفاده می‎شود.
شکل 2. نمونه‎ای از دستگاه ریزش ماسه برای اندازه‎گیری مقاومت به سایش

2-2-4 تعیین مقاومت سایشی نمونه توسط آزمایش جت
در این روش مواد ساینده با سرعت به سطح پوشش فلزی برخورد می‎کنند. سرعت مواد ساینده توسط فشار هوای ناشی از کمپرسور ایجاد می‎شود. شماتیک دستگاه در شکل 4 آمده است.
مواد ساینده بکار رفته در این آزمایش کاربید سیلیس می‎باشد که دارای دانه‎بندی 100‎# می‎باشد این مواد ساینده باید در دمای 110 درجه سانتیگراد خشک شوند و برای نگهداری آنها از دسیکاتور استفاده می‎شود.
الف) وسایل آزمایش
وسایل مورد نیاز برای این آزمایش شامل یک ناودان برای ریزش مواد ساینده، قیف، میز نمونه‎گیر، درجه اختلاف فشار ستون آب، شیر کنترل فشار، کمپرسور هوا و ‎… می‎باشد که شرایط هر کدام از آنها در جدول 1 آمده است.
مقدار ریزش معمولی مواد ساینده باید 1‎23 گرم در دقیقه باشد که تنظیم این مقدار با بالا و پایین بردن میله‎ایست که در وسط قیف آویزان است.
جدول 1. وضعیت وسایل آزمایش.
تجهیزات
وضعیت
فشار هوا ورودی
توسط یک کمپرسور با قدرت حداقل ‎KW5و1 تامین می‎شود.
شیر کنترل فشار
2Kgf/cm2 {0.20 Mpa} min.
درجه فشار
2Kgf/cm2 {0.20 Mpa} min.
درجه اختلاف فشار ستون آب
1000 mm H2O {9.8 KkPa}
ب) نمونه انتخابی باید دارای خصوصیات بند ‎i باشد و ابعاد آن برای این استاندارد 40×50 میلیمتر می‎باشد.
ج) روش آزمایش
– مواد ساینده را درون ناودان پر کنید سپس مقدار ریزش مواد را به اندازه ‎1‎23 گرم بر دقیقه تنظیم کنید.
– نمونه را روی میز نمونه‎گیر دستگاه تحت زاویه 55 درجه نسبت به جهت عمود ببندید.
– نمونه را به میز طوری ببندید که فاصله نازل تا سطح پوشش 10 میلیمتر باشد.
– کمپرسور هوا را روشن کرده و فشار هوا را با توجه به نوع فلز پوشش بین 408-1000 میلیمتر ستون آب در درجه اختلاف فشار ستون آب توسط شیر کنترل فشار تنظیم کنید.

شکل 3. نمونه‎ای از دستگاه جت برای آزمایش مقاومت به سایش

در هنگام کار مواد ساینده باید به طور مرتب به ناودان اضافه شود تا میزان انحراف ریزش مواد از 1‎23 گرم بر دقیقه به حداقل برسد.
– بعد از انجام آزمایش سطح نمونه را با پارچه نرمی تمیز کرده و مقاومت سایش آن را طبق روشهای زیر تعیین کنید.
د) اندازه‎گیری مقاومت سایشی
– اندازه‎گیری مقاومت سایشی با اندازه‎گیری عمق سایش
مقاومت سایشی نمونه را با داشتن بیشترین عمق ساییده شده پوشش در مدت زمان انجام آزمایش با فرمول زیر بدست می‎آورند.

که در این حالت:
‎Wr: مقاومت سایشی نمونه برحسب ثانیه بر میکرون.
t: بیشترین عمق ساییده شده برحسب میکرون.
‎T: زمان انجام آزمایش برحسب ثانیه.
عمق ساییده شده را می‎توان با سوزن مخصوص صافی سطح و یا توسط میکروسکوپ اندازه‎گیری کرد.
– اندازه‎گیری مقاومت سایشی توسط مشاهده زمینه به عنوان نقطه پایان
برای بدست آوردن مقاومت به سایش می‎توان در یک زمان مشخص مقدار ساییدگی پوشش را مشاهده کرد.

3-2-4 تعیین مقاومت سایشی نمونه توسط روش حرکت دورانی
این آزمایش با دستگاهی که در شکل 5 آمده است انجام می‎شود. اساس کار این دستگاه بر مبنای اندازه‎گیری مقاومت سایشی پوشش فلزی، نسبت به نیروی اصطکاکی که توسط حرکت چرخشی رینگی که دارای کاغذ سمباده است می‎باشد. کاغذ سمباده استفاده شده دارای دانه‎بندی 240-600‎# می‎باشد.
الف) وسایل آزمایش
وسایل مورد نیاز برای این آزمایش: میز نگهدارنده نمونه، رینگ اصطکاکی، وسیله ایجاد حرکت دورانی، مکانیزم اعمال نیرو، دستگاهی برای خواندن تعداد دوران رینگ اصطکاکی و ‎… می‎باشد که دارای مشخصات زیر می‎باشد.
– رینگ اصطکاکی
رینگ اصطکاکی دارای قطر 60 میلیمتر و پهنای 12 میلیمتر می‎باشد که توسط دستگاه اتوماتیکی چرخش آن با دقت 9و0 درجه در هر سیکل تنظیم می‎شود که در این حالت در هر سیکل چرخش، نمونه با سطح جدید کاغذ سمباده در تماس خواهد بود.

– مکانیزم حرکت دورانی
مکانیزم حرکت دورانی باید طوری باشد که بتواند اصطکاک یکنواختی را با سرعت 30 میلیمتر بر ثانیه در مدت 60 DS با سطح نمونه ایجاد کند (یک حرکت تناوبی کامل را یک ‎DS می‎نامند).

– مکانیزم اعمال نیرو
این مکانیزم توانایی اعمال حداکثر 3 کیلوگرم نیرو را بین نمونه و رینگ اصطکاکی دارا می‎باشد.
– دستگاهی که برای خواندن تعداد دورهای رینگ اصطکاکی بکار می‎رود.
شکل 5. نمونه دستگاه حرکت دورانی برای تعیین مقاومت سایشی.

این دستگاه قادر است تعداد دورهای دورانی بین رینگ اصطکاکی و نمونه را شمارش کند. همچنین یک ترمز داخلی و یک کلید اتوماتیک نگهدارنده نیز تعبیه شده است.
ب) نمونه
نمونه انتخابی باید دارای خصوصیات بند ‎i باشد و ابعاد آن برای این آزمایش 80×80 میلیمتر با سطح تخت می‎باشد.
ج) شرایط آزمایش
هرچند، شرایط روش آزمایش برای پوششهای مختلف یکسان نمی‎باشد؛ ولی در جدول 2 در این رابطه توصیه‎هایی شده است.
جدول 2. وضعیت آزمایش
دسته‎بندی
نیروی وارده ‎kgf (N)
دانه‎بندی کاغذ ساینده
موارد مصرف
1

2
5و1-5و2
(7و14-5و24)
حداکثر 5و1
(حداکثر 7و14
240-320

320-600
پوششهای سخت فلزی مانند کرم صنعتی دیگر پوششهای فلزی
د) روش آزمایش
– کاغذ سمباده را با دقت بصورت یکنواخت بر روی رینگ دورانی بچسبانید.
– نمونه را بر روی میز نمونه گیر ثابت کنید.
– بعد از تمیز کردن نمونه با یک پارچه نرم، وزن نمونه و ضخامت پوشش فلزی را اندازه‎گیری کنید.
– حین آزمایش محل ساییده شده را تغییر ندهید.
– کاغذ سمباده قابل استفاده مجدد نمی‎باشد و بعد از انجام 400 ‎DS باید کاغذ سمباده تعویض گردد.
– آنقدر آزمایش را ادامه دهید تا اختلاف وزن قابل اندازه‎گیری باشد و یا اینکه سطح زمینه نمونه دیده شود.
5) اندازه‎گیری مقاومت سایشی
– اندازه‎گیری مقاومت سایشی توسط تغییر در وزن و یا ضخامت پوشش فلزی.
مقاومت سایشی توسط فرمولهای زیر محاسبه می‎شود.

که در این حالت:
‎WR: مقاومت سایشی نمونه برحسب ‎DS بر میلی‎گرم و یا ‎DS بر میکرون.
w1: وزن نمونه قبل از سایش برحسب میلی‎گرم.
‎w2: وزن نمونه بعد از سایش برحسب میلی‎گرم.
t1: ضخامت پوشش فلزی قبل از سایش برحسب میکرون.
t2: ضخامت پوشش فلزی بعد از سایش برحسب میکرون.
‎N: تعداد ‎DS آزمایش.
– اندازه‎گیری مقاومت سایشی توسط مشاهده زمینه به عنوان نقطه پایان.
برای بدست آوردن مقاومت سایشی می‎توان در یک زمان مشخص مقدار ساییدگی پوشش را مشاهده کرد.

4-2-4 تعیین مقاومت سایشی نمونه توسط روش دیسک تخت چرخشی
این روش آزمایش توسط دستگاهی که در شکل 6 آمده است انجام می‎شود. که در آن نمونه بر روی یک دیسک، حرکت چرخشی دارد و دو رینگ که بر روی آنها کاغذ سمباده چسبیده است با نمونه اصطکاک ایجاد می‎کند.
الف) وسایل آزمایش
وسایل مورد نیاز برای این آزمایش شامل بدنه اصلی متحرک، دیسک چرخشی، نمونه‎گیر، دستگاهی برای خواندن تعداد دوران، رینگ چرخشی، دستگاهی برای مگش گردوخاک و ذرات ساییده شده پوشش و ‎… می‎باشد.
ب) نمونه
نمونه انتخابی باید دارای خصوصیات بند ‎i باشد و شکل آن برای این آزمایش بصورت یک دایره با قطر 120 میلیمتر و سوراخی در وسط مرکز آن با قطر 6 میلیمتر می‎باشد.

شکل 6. نمونه دستگاه دیسک تخت چرخشی برای تعیین مقاومت سایشی نمونه
ج) شرایط آزمایش
– برای انجام این آزمایش نمونه را بر روی دیسک تخت چرخشی قرار داده و با نمونه‎گیر آن را محکم نگه داشته. سپس دو رینگ چرخشی که از جنس پلاستیک با سختی 50-60 ‎shore می‎باشد و بر روی آنها کاغذ سمباده با شماره 240-320 چسبانده شده است با نمونه از طرف دیگر درگیر می‎شوند.
– سرعت چرخش دیسک تخت 2‎60 ‎RPM می‎باشد.
– نیروی اعمالی برای پوشش کرم سخت 1 کیلوگرم نیرو است.
د) اندازه‎گیری مقاومت سایشی
– اندازه‎گیری مقاومت سایشی توسط تغییر در وزن
مقاومت سایشی توسط فرمول زیر محاسبه می‎شود.

که در این حالت:
Wr: مقاومت سایشی نمونه برحسب زمان بر میلی‎گرم.
w1: وزنه نمونه قبل از آزمایش برحسب میلی‎گرم.
w2: وزن نمونه بعد از آزمایش برحسب میلی‎گرم.
‎N: تعداد چرخش دیسک برحسب زمان.
– اندازه‎گیری مقاومت سایشی توسط مشاهده زمینه به عنوان نقطه پایان
برای بدست آوردن مقاومت سایشی می‎توان در یک زمان مشخص مقدار ساییدگی پوشش را مشاهده کرد.

5-2-4 تعیین مقاومت سایشی نمونه توسط دورینگ چرخشی
در این روش مقاومت سایشی پوشش فلزی توسط اعمال نیرو بین نمونه و رینگ اصطکاکی اندازه‎گیری می‎شود. دستگاهی که توسط آن این آزمایش انجام می‎شود در شکل 7 آمده است.
الف) وسایل آزمایش
وسایل مورد نیاز برای این آزمایش شامل، شفت نگهدارنده نمونه. شفت محرک، دستگاه چرخشی، دستگاه تزریق روغن روانکار، دستگاهی برای خواندن تعداد دورهای چرخش اصطکاکی، رینگ اصطکاکی و ‎… می‎باشد.
ب) نمونه انتخابی باید دارای خصوصیات بند ‎i باشد و شکل بصورت رینگی با قطر خارجی 40 میلیمتر و قطر داخلی 16 میلیمتر و ضخامت 10 میلیمتر می‎باشد.
ج) شرایط آزمایش
– به علت وجود پوششهای فلزی مختلف نمی‎توان یک وضعیت تعریف شده را برای انجام آزمایش در نظر گرفت، اما در جدول 3 توصیه‎هایی در این مورد شده است.

شکل 7. نمونه دستگاه دورینگ چرخشی برای تعیین مقاومت به سایش

این آزمایش را می‎توان در شرایط خشک و تر انجام داد. منظور از شرایط تر، استفاده از روغن روانکار در هنگام آزمایش می‎باشد. بدین صورت که همواره مقدار ثابتی روغن روانکار در دستگاه تزریق می‎شود.
– ابتدا نمونه را وزن کرده و یا ضخامت پوشش را اندازه‎گیری کنید. سپس نمونه را به شیفت نگهدارنده نمونه و رینگ اصطکاکی را به شیفت محرک وصل کنید.

جدول 3. نیروی مورد نیاز برای آزمایش
دسته‎بندی
بدون روانکار
با روانکار
موارد مصرف
1
100-300
(98و0-94و2
–
آبکاری طلا
2
Gf200-N2
(N96و1-6و19)
Kgf2-15
آبکاری نقره
3
Kgf2-10
(‎N6و19-98)
‎kgf5-20
(N49-196)
پوششهای فلزی سخت مانند کرم صنعتی
– سرعت چرخش نمونه و رینگ اصطکاکی را توسط موتور و چرخ دنده‎ها در حدود 180-200 دور بر دقیقه نگه دارید.
– در حالتی که از روغن روانکار استفاده می‎شود باید سرعت ریزش روغن تنظیم شود (برحسب نوع پوشش)
– آزمایش را آنقدر ادامه می‎دهید تا بتوانید اختلاف وزن و یا تغییر ضخامت را اندازه‎گیری کنید.
د) اندازه‎گیری مقاومت سایشی
– اندازه‎گیری مقاومت سایشی توسط تغییر در ضخامت و یا اختلاف وزن
مقاومت سایشی توسط فرمولهای زیر بدست می‎آید.
یا
که در این حالت:
‎WR: مقاومت سایشی نمونه برحسب زمان بر میلی‎گرم یا زمان بر میکرون.
w1: وزن نمونه قبل از انجام آزمایش برحسب میلی‎گرم.
‎w2: وزن نمونه بعد از انجام آزمایش برحسب میلی‎گرم.
t1: ضخامت پوشش قبل از انجام آزمایش برحسب میکرون.
t2: ضخامت پوشش بعد از انجام آزمایش برحسب میکرون.
‎N: تعداد ‎چرخش اصطکاکی برحسب زمان.

5. آزمایش مقاومت چسبندگی پوشش
برای آزمایش مقاومت چسبندگی پوشش هنوز روش مشخصی بدست نیامده است ولی می‎توان برای موارد مختلف از روشهای زیر استفاده کرد.
1-5 شکل نمونه
نمونه انتخابی مانند بند ‎i می‎باشد و شکل هر نمونه براساس نوع آزمایش چسبندگی انتخاب می‎شود.
2-5 دسته‎بندی آزمایشهای چسبندگی
1-2-5 آزمایش الکترولیز کاتدی16؛
2-2-5 آزمایش فشاری17؛
3-2-5 آزمایش سنگ زدن18؛
4-2-5 آزمایش اسکنه19؛
5-2-5 آزمایش حرارتی20.

6- اندازه‎گیری ضخامت به روش میکروسکوپی:
در این روش ضخامت پوشش بصورت موضعی بوسیله اندازه‎گیری سطح مقطع پوشش و فلز زمینه با میکروسکوپ نوری بدست می‎آید. تحت شرایط ایده‎آل با استفاده از میکروسکوپ نوری می‎توان با دقت 8/0 میکرون ضخامت پوشش را اندازه‎گیری کرد. همچنیناین روش برای اندازه‎گیری ضخامت پوشش‎های نازک، بسیار مناسب می‎باشد.
برای انجام آزمیاش باید قسمتی از نمونه آزمایشی را برش داده بطوری که صفحه برش بر فصل مشترک فلز- پوشش عمود باشد و سپس آنرا مانت کرده و سطح آن را صیقل داده و پولیش کند.
بعد از آن 1چ کرده توسط میکروسکوپ، ضخامت پوشش بوسیله یک واحد کالیبره شده بدست می‎آید.
در این روش فاکتورهای مختلفی در دقت اندازه‎گیری ضخامت پوشش موثرند مانند زبری سطح، انحراف کم در برش عمودی، سطح مقطع، تغییر فرم پوشش، انحنا داشتن نمونه آزمایش بیش از اندازه آبکاری شده نمونه زمان 1چ کردن، پولیش ضعیف، بزرگنمایی میکروسکوپ، کالیبراسیون میکروسکوپ، کیفیت لنز میکروسکوپ، اندازه لوله چشمی و ‎….
نتیجه‎گیری
از بین روشهای مختلف حفاظت از سایش که در سالیان پس از تحقیقات گسترده‎ای در این زمینه انجام شده است. آبکاری کرم سخت بهترین روشی است که قادر به تآمین ویژگی‎های مورد نیاز می‎باشد.
لوله‎های کوچک را می‎توان با استفاده از تجهیزات استاندارد، آبکاری الکتریکی نمود؛ ولی برای لوله‎های بزرگ وسایل خاص لازم است از جمله: ساختمانی بلند با سیستم جرثقیل مناسب، مخازن عمیق مخصوص، گودالهایی برای نگهداری آندها و یک منبع جریان مستقیم یا ظرفیت بالا و ولتاژ کم. لذا هزینه‎های سرمایه‎گذار بالا می‎باشد ولی ثابت شده است به شرط‎های اولیه تولید مرمت و آبکاری نرم نمود.
مشکلات فنی اورسایز و آبکاری لوله توپ در حدود ابعاد دقیق با رسوب ضخیم مناسب؛ اگرچه در نظر اول ناممکن بنظر می‎رسد ولی تجربه نشان می‎دهد که قابل کنترل می‎باشد و این امر در صورت استفاده از روش مناسب در تمیزکاری و فرآیندها به نظر می‎رسد ولی تجربه نشان می‎دهد که قابل کنترل می‎باشد و این امر در صورت استفاده از روش مناسب در تمیزکاری و فرآیندهای فن‎آوری و همچنین استفاده از آند و اتصالات با طرح مناسب و وجود اپراتورهای ماهر، امکان‎پذیر می‎باشد.
اگرچه ویژگی‎های آبکاری لوله توپ شدیداً اختصاصی است ولی می‎توان از این روشها برای آبکاری داخلی هرگونه لوله‎های بلند باریک استفاده کرد. ضمن آنکه مصارف کاملاً مختلف دیگری نیز می‎تواند داشته باشد.

و در پایان از همه کسانی که مرا یاری کردند تا بتوانم به این مقطع تحصیلی دست یابم تشکر می‎کنم. از پدر و مادر گرامی که سالها سعی، تلاش و کوشش خود را برای رساندن من به پیشرفتهای زیاد من گذاشته‎اند و تمام اساتیدی که مرا یاری کرده‎اند از جمله مهندس میرآخوری و دکتر قاسم‎زاده و به خصوص مهندس آرمین رجبی تشکری ویژه دارم.

فهرست مراجع
1- آبکاری کرم سخت: ترجمه گروه مهندسی متالوژی؛ چاپ اول انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی شریف؛ 1371.
2- غفاری، مبانی علمی و عملی آبکاری؛ چاپ اول نشر مگاشیمی؛ 1371.
3- R.weiner and A.walmsely. Chromium plating, Redwood Brunlimited, 1980.
4. International standard ISO 6158, 1984.

فهرست مطالب
آبکاری کرم سخت در لوله‎های بلند 1
مقدمه: 1
1- ویژگی‎های پوشش 4
یکنواختی توزیع جریان برق 5
سیر کولاسیون محلول 5
کالیبر 5
1-2 یکنواختی توزیع جریان برق 5
2-2 سیر کولاسیون محلول: 5
1-2-2 فرآیند غوطه‎وری کامل 6
2-2-2 فرآیند غوطه‎وری ناقص: 6
3-2-2 فرآیند سیر کولاسیون با فشار 7
3. مراحل اصلی فرآیند آبکاری 7
1-3 اورسایز کردن قطعه 8
2-3 پولیش آندی 8
1-2-3 هدف از پولیش آندی 8
2-2-3 شرایط عملیاتی و محلول پولیش آندی 9
3-2-3 سرعت و توزیع پولیش آندی 10
4-2-3 عمر محلول پولیش کاری آندی 13
3-3 کار بیدزدایی 14
1-3-3 فرآیند الکترولیتی 14
2-3-3 شستشو با سنگ 15
4-3 آبکاری کرم 15
حداکثر استحکام کششی فولاد 19
عملیات حرارتی 19
1050 Rm < 19
5-3 عملیات حرارتی 20
1-5-3 عملیات حرارتی قبل از آبکاری 20
احتیاج ندارد 21
حداقل دو ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد 21
حداقل 6 ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد 21
حداقل 18 ساعت در دمای 220-190 درجه سانتیگراد 21
6-3 پیرایش (کرم زدایی) 22
4. آند 22
1-4 کلیات 22
2-4 پوششهای آند 25
3-4 عمر مفید و نحوه تعمیر آندها 27
5. طراحی و طرز کار اتصالات 28
1-5 اتصالات دهانه و محفظه انفجار لوله 28
2-5 اتصال کاتد و نگهدارنده لوله 30
3-5 اتصال آند 30
4-5 کشش آند 31
1. آزمایش صافی سطح پوشش 33
2. آزمایش ترک‎یابی پوشش 34
1-2 مشاهده ترک توسط چشم 34
2-2 استفاده از رسوب مس برای شناسایی ترک و حفره 35
3. آزمایش سختی سنجی پوشش 35
4. آزمایش مقاومت به سایش پوشش 36
1-4 شکل نمونه 37
2-4 دسته‎بندی آزمایشهای سایش 37
1-2-4 تعیین مقاومت سایش نمونه با روش ریزش ماسه 37
2-2-4 تعیین مقاومت سایشی نمونه توسط آزمایش جت 39
3-2-4 تعیین مقاومت سایشی نمونه توسط روش حرکت دورانی 44
4-2-4 تعیین مقاومت سایشی نمونه توسط روش دیسک تخت چرخشی 48
5-2-4 تعیین مقاومت سایشی نمونه توسط دورینگ چرخشی 50
5. آزمایش مقاومت چسبندگی پوشش 52
2-5 دسته‎بندی آزمایشهای چسبندگی 53
6- اندازه‎گیری ضخامت به روش میکروسکوپی: 53
فهرست مراجع 56

1 – oversizing
2 – anodic polishing
3 – chromium plating
4 – heat treatment
5 – stripping
6 – vapour-honing
7 – pumice scouring
8 – bus-bar
9 – nylon threads
10 – Tommy Bars
11 – Sand-falling wear resistance test
12 – Jet wear resistance test
13 – Reciprocating motion wear resistance test
14 – Flat disk revolution wear resistance test (Taber's wear resistance test)
15 – Double ring driving wear resistance test (Amsler's wear resistance test)
16 – Cathotic electrilysis test method
17 – Push-out test method
18 – Grinding test method
19 – Chiseling test method
20 – Thermal test method
——————————

————————————————————

—————

————————————————————

1

60