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

نتایج و بحث (ادامه)

مقادیر SFE تقریبا برای همه نمونه ها یکسان است. اگر چه، می توان مشاهده کرد که شرایطی که در آن کمترین WCA و بالاترین SFE بدست آمد؛ نمونه آزمایش شده با DBD در ۳۰ کیلو ولت (۱۶ دقیقه) بود. افزایش SFE باعث بهبود رطوبت سطح می شود. بنابراین، تغییرات سطح با استفاده از هر دو سیستم پلاسما منجر به یک سطح سوپر هیدروفیلی می شود که باید چسبندگی بهتر رنگ بر روی آلومینیوم را ایجاد کند.

مقادیر زاویه تماس و SFE که در این آزمایش بدست آمده است؛ با مطالعات قبلی موافق هستند که در آن انواع مختلف پارامترهای پلاسما و تجربی برای آلیاژهای مختلف آلی مورد استفاده قرار می گیرند.

اندازه گیری زبری سطح

میانگین آزاد مسیر ذرات پلاسما در تخلیه فشار اتمسفری بسیار کوچک است به طوری که گونه های پلاسما دارای انرژی کمِ جنبشی هستند. بنابراین اصلاح سطح توسط اسپری شدن در فشار اتمسفر امکان پذیر نیست. با این حال، در مورد گازهای واکنشی، برخی از مواد را می توان از طریق سطح اکتیو از سطح نمونه برداشت. با این حال، در محیط هوا، این روند بسیار خفیف است. به عنوان مثال نویسندگان پس از عملیات بر روی آلیاژهای آلومینیم با پلاسما، یک زبری بالاتر از حدِ بالا دریافت کردند.

می توان نتیجه گرفت که در نااطمینانی آزمایشی، زبر بودن نمونه های دریافت شده و تحت عملیات، عملا یکسان است. بدین ترتیب، هر دو روش پلاسمای جوى، تغییرات ناچیز را در زبری سطح نشان دادند که این بدان معناست که رطوبت بهبودى در آزمایش ها ناشى از شکنندگی سطحی نبود. بنابراین افزایش هیدرولیزی پس از پردازش پلاسما به علت فعال شدن سطح و ترکیب اکسیژن و نیتروژن گونه در سطح آلومینیوم با افزایش قابل توجهی از مولفه قطبی SFE همراه است.

تست چسبندگی

نتایج آزمایش تست چسبندگی در نمونه های رنگ نشده

شکل زیر نتایج آزمایش تست چسبندگی را در نمونه های رنگ نشده نشان می دهد که در آن رنگ داخل شبکه به طور کامل پس از آزمایش اعمال شد.

نتایج آزمایش تست چسبندگی در نمونه های رنگ نشده

همان روش آزمون در نمونه هایی که در معرض پلاسما قرار داشتند؛ انجام شد. شکل زیر نتایج آزمون چسبندگی برای نمونه هایی که توسط APPJ و DBD مورد استفاده قرار می گیرد را نشان داده است.

نتایج تست چسبندگی

شکل بالا (a)، (b)  نشان دهنده نمونه هایی است که تحت APPJ با ۸ و ۱۲ کیلوولت تحت عملیات قرار می گیرند. هر دو شرایط باعث چسبندگی کامل شد. چون هیچ رنگی از داخل شبکه برداشته نشد. توجه داشته باشید که تنها بخشهایی از رنگ که در خارج از جت نازل قرار داشتند (در معرض پلاسما قرار نگرفتند) وجود داشت.

به طور متفاوت، نمونه های تحت عملیات با DBD در ۲۰ کیلو ولت و ۱۸ دقیقه (شکل  بالا (c)) نشان داد که حدود ۵۰ درصد از رنگ در خارج و داخل شبکه برداشته شده است. در حالی که برای فرآیند DBD در ۲۰ کیلو ولت و ۴۴ دقیقه (شکل بالا  (d))، نمونه، بیش از ۳۵٪ حذف رنگ در داخل شبکه را نشان داد. علاوه بر این، برای نمونه تحت عملیات DBD در ۳۰ کیلو ولت و ۶.۵ دقیقه (شکل بالا (a)) حدود ۲۰ درصد رنگ از شبکه برداشته شد. برای آخرین شرایط، نمونه آزمایش شده با DBD در ۳۰ کیلو ولت و ۱۶ دقیقه (شکل بالا (f)) حذف رنگ کمی را در داخل شبکه نشان داد که مربوط به کمتر از ۵ درصد است.

با توجه به ASTM D3359، نتایج آزمون چسبندگی باید در یک مقیاس از 0B  تا ۵B  طبقه بندی شود. این مقیاس بر اساس درصد پوشش ناشی از پوشش در داخل شبکه پس از آزمایش است.

هر دو روش پلاسما، چسبندگی رنگ پلی یورتان به آلیاژ AA1100 را در مقایسه با نمونه های بدون عملیات بهبود می بخشد. با این حال، عملیاتی که بهترین نتایج آزمایش چسبندگی را ارائه داد؛ APPJ) 8  و ۱۲ کیلو ولت) و پس از آن DBD در ۳۰ کیلو ولت و ۱۶ دقیقه بود. حتی زمانی که هر دو روش پلاسما با انرژی متفاوت در واحد مربع (APJJ – 44 J / cm2 و DBD – 108 J / cm) هنوز پروسه APPJ در بهبود چسبندگی رنگ به آلومینیوم بیشتر کارآمد بود. این یافته نیاز به بررسی بیشتر دارد. با این حال، توضیح محتمل، ترکیب متفاوتی از پلاسماهای APPJ و DBD است. در واقع، گونه های فعال در پلاسما DBD بوسیله الکترون برخورد می شوند در حالی که مکانیزم غالب در APPJ ها برای تولید اجزای O و N سه واکنش  با متاستاز Ar است.

در مطالعات قبلی آزمایش چسبندگی انجام شده توسط نویسندگان نشان داد که پلاسمای فشار پایین به تنهایی برای به دست آوردن ۱۰۰٪ چسبندگی رنگ کافی نبود. این شرایط فقط با استفاده از فرایندهای زیر انجام شد: پلاسما، کاربرد پرایمر در سطح آلومینیم و پس از آن کاربرد لایه رنگ. در تحقیق ما، درمان جت پلاسما به تنهایی منجر به چسبندگی کامل رنگ پلی یورتان بر روی آلومینیوم بدون کمک گرفتن از یک لایه پرایمر شد. بنابراین، نتایج به دست آمده با پلاسمای فشار اتمسفر می تواند امیدوار کننده باشد؛ زیرا بدون نیاز به یک لایه پرایمر اضافی برای رسیدن به چسبندگی کامل رنگ وجود ندارد. علاوه بر این، هنگامی که هر دو فرآیند پلاسما مقایسه می شوند؛ پلاسما فشار جو به اتاق خلاء و پمپ نیاز ندارد.

معمولا اتصال چسبنده به یک مکانیسم فردی سخت است. ترکیبی از مکانیزم های مختلف معمولا مسئول پیوند در یک سیستم چسبنده خاص است. میزان نقش هر مکانیسم برای سیستم های مختلف متفاوت خواهد بود. بهبود به دست آمده در چسبندگی نقاشی پلی یورتان می تواند به ترکیب گروه های قطبی به سطح آلومینیوم تبدیل شود که نشان دهنده افزایش مولکول قطبی در SFE است. از آنجایی که این مساله تایید شده است که چسبندگی ناشی از اتصال مکانیکی یا شل شدن نیست؛ نظریه رطوبت در این مورد می تواند مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که در این کار بهبود چسبندگی می تواند به افزایش سطح رطوبت بر روی آلومینیوم پس از پلاسما منجر شود.

نتیجه گیری

آلیاژ AA1100 با دو منبع پلاسمای فشار اتمسفری معمولی APPJ و DBD تحت آزمون قرار گرفت. اثر پلاسما بر رطوبت سطح، زبری و چسبندگی رنگ پلی یورتان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این مطالعه به قرار زیر است:

(۱) زاویه تماس به ترتیب از ۸۷ درجه (تقریبا hydrophobic) تا ۸ و ۱۳ درجه پس از  APPJ و DBD کاهش یافته است.

(۲) قرار گرفتن در معرض پلاسما تغییرات قابل توجهی در توپوگرافی و زبری سطح ایجاد نمی کند. بنابراین، اثر اصلی پلاسما در فعال سازی و تمیز کردن سطح است.

(۳) با تست چسبندگی  هر دو شرایط APPJ)  ۸ کیلو و ۱۲ کیلو ولت) و DBD 30 کیلو ولت (۱۶ دقیقه) امکان پذیر بود که به طور قابل توجهی چسبندگی رنگ پلی یورتان به بستر آلومینیوم را بهبود بخشید. هر دو سیستم پلاسما (APPJ و DBD) برای بهبود سطح AA1100 با افزایش رطوبت آن کارایی داشتند. با این حال، بر اساس نتایج بدست آمده از آزمون چسبندگی، APPJ سیستم کارآمدتری از DBD در بهبود چسبندگی پوشش پلی  اورتان در شرایط مورد بررسی بود.