بهبود چسبندگی رنگ پلی یورتان در آلیاژ آلومینیوم توسط جت پلاسما و تخلیه محافظ دی الکتریک (قسمت دوم)

بهبود چسبندگی در رنگ پلی یورتان

در این مطالعه پلاسما با یک منبع تغذیه AC  (Minipuls 4، GBS Elektronik، Dresden، Germany) با ولتاژ ۱۹ کیلو هرتز و ولتاژ اعمال شده ۸ kVp-p و ۱۲ kVp-p تولید شد. قدرت تفکیک شده با استفاده از تکنیک Lissajous  (یک قطعه ولتاژ شارژ)، با مقادیر مربوط به ۴.۰ + ۰.۱ W و ۹.۷ + ۰.۲ W، محاسبه شد. دستگاه با جریان آرگون ۱.۲ لیتر در دقیقه جریان گرفت. برای شرایط عملیاتی داده شده، پلاسما به عنوان فیبرهای توزیع شده به طور تصادفی بین الکترودهای ولتاژ بالا و زیر بستر آلومینیوم ظاهر شد. رشته ها در ناحیه نازل جت محصور شده بودند. نمونه ها به مدت ۴۰ ثانیه در معرض پلاسما قرار گرفتند و از فاصله نازل تا نمونه ۱ میلیمتر استفاده شد. انرژی در واحد مربع انتقالی از APPJ به آلتراسیون آلومینیوم به ترتیب ۴۴ و ۱۰۸ ژول بر سانتی متر مربع بود و آن را با ضرب زمان عملیات به قدرت کل و تقسیم محصول توسط منطقه نازل جت محاسبه شد.

تخلیه محافظ دی الکتریک

راکتور DBD یک دیواره دو طرفه DBD بود. تخلیه بین دو الکترود آلومینیومی موازی با قطر ۹.۵ سانتی متر ایجاد شده است. الکترود بالا متصل شده بود و پایین تر، الکترود ولتاژ بالا بود. هر دو الکترود توسط یک ورق مییلار با ضخامت ۰.۵ میلیمتر پوشیده شده بود. پلاسما توسط منبع تغذیه AC  (۶۰ هرتز) در جریان هوا (۸ لیتر در دقیقه) تولید شد. شکاف بین الکترود  ۱ میلیمتر ثابت بود و ولتاژ اعمال شده به ترتیب ۲۰ kVp-p و ۳۰ kVp-p بود که قدرت پلاسما آن ۰.۶ + ۰.۱ و ۱.۲ + ۰.۱ وات بود. نمونه ها به مدت ۱۸ و ۴۴ دقیقه در ۲۰ کیلو ولت و ۶.۵ و ۱۶ دقیقه در ۳۰ کیلوولت در معرض پلاسمای هوا DBD قرار گرفتند. زمان انتخاب برای به دست آوردن همان مقادیر انرژی در هر نقطه (۴۴ و ۱۰۸ ژول بر سانتی متر مربع( در APPJ به منظور مقایسه هر دو فرآیند محاسبه شد. در مورد DBD، تراکم انرژی با ضرب کردن زمان عملیات به قدرت کل و تقسیم سطح محصول توسط نقطه نمونه محاسبه شد. از آنجا که آلومینیوم یک نمونه رسانا است؛ رشته های پلاسما بر روی سطح سوبسترا تشکیل می شود و هیچ پلاسمای خارج از نمونه مشاهده نمی شود. تصویر راکتور DBD با یک تصویر از پلاسما در داخل آن و نمودار مختصات پیکربندی تجربی در شکل زیر نشان داده شده است.

 

زاویه تماس و انرژی آزاد سطح

اندازه گیری زاویه تماس و انرژی آزاد سطح (SFE) بیش از ۱۰ دقیقه پس از هر دو روش پلاسما بر روی زاویه سنج Rame-Hart 300، با استفاده از روش قطره سخت و نرم افزار DropImage انجام شد. آب دیونیزه شده و دیود و متان به عنوان مایع آزمون استفاده شد و حجم قطرات ۲ میلی لیتر بود. مولفه های قطبی و پراکنده SFE با روش متوسط هندسی بدست آمد.

اندازه گیری قطر

میکروسکوپ لایکا DCM 3D Confocal برای ارزیابی قطر و زبری سطح استفاده شد. توپوگرافی نمونه با استفاده از بزرگنمایی ۵ برابر با میدان دید ۲.۵۵ * ۱.۹۱ میلی متر اندازه گیری شد. مقدار زبری سطح (R) از یک توپوگرافی سطحی پس زمینه گرفته شده با استفاده از نرم افزار ارائه شده توسط سازنده بدست آمد. پروفیل ها با استفاده از خطوط متخلخل از تصاویر توپوگرافی سطح، استخراج شده و یک فیلتر با قطر ۰.۸ میلیمتر را نشان دادند.

رنگ آمیزی

پس از پلاسما، تمام نمونه ها با رنگ پلی یورتان (JET GLOR Sherwin-Williams) رنگ آمیزی شدند. نقاشی با استفاده از یک برس کوچک و بیش از ۱۰ دقیقه پس از عملیات انجام شد. نمونه ها به مدت ۴۸ ساعت در دمای اتاق خشک شدند.

 تست چسبندگی

آزمایش چسبندگی معمولا برای تعیین چسبندگی یک رنگ یا پوشش به یک بستر فلزی یا پلاستیکی، با اعمال و حذف نوار حساس به فشار از طریق برش های ساخته شده بر روی رنگ انجام می شود.

در این تحقیق، آزمون  چسبندگی بر اساس آزمون روش B در ASTM D3359 انجام شد. برش سطوح رنگ آلومینیومی در جهت افقی و عمودی انجام شد (این خطوط ۲۵ رقمی را با ۲ میلیمتر تشکیل می دهند). پس از آن، نوار بر روی شبکه ساخته شده توسط برش قرار داده شد. برای اطمینان از تماس مناسب، برای پاک کردن نوار بر روی بستر از تمیز کننده کن استفاده شد. نوار برای ۹۰ ثانیه اعمال شد و سپس حذف شد. طبقه بندی چسبندگی در مقایسه با جدول آزمایش چسبندگی نتایج موجود در ASTM D3359 ساخته شده است.

نتایج و بحث

زاویه تماس و SFE

زاویه تماس آب (WCA) تحت تأثیر هر دو فرآیند پلاسما و فشار جو قرار گرفت. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. سطح WCA آلومینیوم از ۸۷ درجه (پیش از عملیات) به ترتیب به ۶ و ۱۳ درجه بعد از APPJ و DBD کاهش یافت. رفتار مشابهی برای زاویه تماس دیود و متان مشاهده شد که در آن از هر دو روش به دست آمده از ۶۵ درجه (مقدار برای سطح آلومینیوم پیش از عملیات) تا ۳۴ درجه کاهش یافت.

 

 

 

 

همانطور که مشاهده می شود؛ هنگامی که دوز انرژی افزایش می یابد (با افزایش زمان یا ولتاژ)، WCA برای هر دو فرآیند تمایل به کاهش دارد. بهترین زمان مرطوب کننده برای فرآیند DBD در ۳۰ کیلو ولت، ۱۶ دقیقه و برای APPJ در ۱۲ کیلو ولت، ۴۰ ثانیه بدست آمد.

مقادیر SFE پس از پلاسما در مقایسه با نمونه های پیش از عملیات

مقادیر SFE پس از پلاسما در مقایسه با نمونه های پیش از عملیات به شکل مشابهی در شکل زیر نشان داده شده است. افزایش SFE از ۳۳ نیوتون متر بر متر مربع (سطح آلومینیوم پیش از عملیات) تا ۷۵ نیوتون متر بر متر مربع (بعد از پلاسما) گزارش شده است. هر دو مولفه SFE، پراکنده و قطبی، پس از پلاسما افزایش می یابد. با این حال، می توان به افزایش قابل توجهی از قطب  SFE نیز اشاره کرد. این مسئله می تواند مربوط به ترکیب گروه های قطبی در سطح آلومینیوم نیز باشد. نویسندگان به این نتیجه رسیدند که SFE عمدتا به دلیل افزایش قطب آن افزایش یافته است که ناشی از تشکیل گروه های قطبی (-NH-، -NO، -NO) در سطح آلومینیوم به علت قرار گرفتن در معرض پلاسما بود.