آلومینای قهوهای ذوبشده با روکش ایریدیوم، یک ماده کوراندوم اصلاحشده ویژه است. اصل تولید آن ترکیبی از تهیه آلومینای قهوهای ذوبشده با فناوری آبکاری سطحی ایریدیوم است که هدف آن بهبود عملکرد ماده در محیطهای سخت (مانند مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا، پایداری شیمیایی و فعالیت الکتروکاتالیستی) است. در ادامه، تجزیه و تحلیل دقیقی از اصل تولید اصلی آن ارائه شده است:
I. تهیه آلومینای ذوبشده قهوهای
آلومینای ذوبشده قهوهای نوعی آلومینا (Al₂O₃) است که از طریق ذوب در دمای بالا از بوکسیت تولید میشود:
فرآوری مواد اولیه: بوکسیت برای حذف رطوبت و ناخالصیها کلسینه میشود.
ذوب کوره قوس الکتریکی: در دماهای بالاتر از 2000 درجه سانتیگراد، یک عامل کاهنده کربن (مانند آنتراسیت) و برادههای آهن برای کاهش ناخالصیها (مانند SiO₂، Fe₂O₃ و غیره) اضافه میشوند و رسوب آلیاژ سیلیکون-آهن تولید میشود که جدا میشود.
خنکسازی و تبلور: پس از خنکسازی، مایع مذاب کریستالهای آلومینای ذوبشده قهوهای با سختی بالا (عمدتاً α-Al₂O₃، حاوی مقادیر کمی اکسید تیتانیوم و آهن برای رنگ) تشکیل میدهد.
خرد کردن و شکلدهی: آلومینای قهوهای بلوکی شکل ذوب شده، خرد شده و به ذرات ساینده یا ماتریسی با اندازه مورد نیاز الک میشود.
II. اصول فرآیند پوششدهی ایریدیوم
ایریدیوم (Ir) یک فلز گروه پلاتین مقاوم در برابر خوردگی، با چگالی بالا و نقطه ذوب بالا (2466 درجه سانتیگراد) است. این فلز با استفاده از تکنیکهای آبکاری سطحی روی سطح آلومینای قهوهای ذوب شده پوشش داده میشود. روشهای متداول عبارتند از:
۱. اصل رسوب فیزیکی بخار (PVD)
: در یک محیط با خلاء بالا، هدف ایریدیوم توسط قوس الکتریکی یا پاشش بخار میشود و اتمها یا یونهای ایریدیوم روی سطح آلومینای قهوهای ذوب شده رسوب میکنند تا یک لایه نازک تشکیل دهند.
ویژگیها: پوشش یکنواخت، چسبندگی قوی، مناسب برای آبکاری دقیق.
۲. اصل رسوب بخار شیمیایی (CVD)
: در یک محفظه واکنش با دمای بالا، ترکیبات پیشساز ایریدیوم (مانند تری کلرید ایریدیوم (IrCl₃)، استیل استونات ایریدیوم و غیره) کاهش یافته یا تجزیه میشوند و اتمهای ایریدیوم روی سطح زیرلایه رسوب میکنند.
۳. آبکاری الکتریکی یا آبکاری شیمیایی
اصل: در یک الکترولیت حاوی یونهای ایریدیم، ایریدیم با استفاده از جریان الکتریکی یا یک عامل کاهنده، روی سطح یک زیرلایه رسانا رسوب داده میشود. اگر آلومینای قهوهای ذوبشده نارسانا باشد، پیشفرآوری متالیزاسیون (مانند پوشش یک لایه رسانا) مورد نیاز است.
ویژگیها: هزینه کمتر، اما پوشش ممکن است نازکتر باشد.
III. نکات فنی کلیدی برای آلومینای قهوهای ذوبشده با ایریدیوم
پیش تصفیه سطح:
سطح آلومینای قهوهای ذوبشده نیاز به تمیز کردن و فعالسازی دارد. این کار ممکن است از طریق اسیدشویی، تمیزکاری اولتراسونیک یا عملیات زبرسازی برای افزایش چسبندگی انجام شود.
بهینهسازی پیوند بین سطحی:
با توجه به تفاوت قابل توجه در ضرایب انبساط حرارتی بین ایریدیم و Al₂O₃، یک لایه انتقالی (مانند W، Mo یا یک پوشش گرادیان) برای کاهش تنش و جلوگیری از لایه برداری مورد نیاز است.
کنترل ضخامت پوشش:
این پوشش معمولاً در محدوده میکرومتر است. ضخامت بیش از حد میتواند منجر به ترک خوردگی شود، در حالی که ضخامت ناکافی بهبود عملکرد محدودی را ارائه میدهد.
پس از درمان:
برای بهبود بلورینگی و استحکام اتصال پوشش، میتوان عملیات حرارتی (آنیل کردن) را انجام داد.
IV. عملکردها و بهبود عملکرد آبکاری ایریدیوم
مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا: ایریدیوم در دماهای بالا یک لایه اکسید متراکم (IrO₂) تشکیل میدهد و از زیرلایه قهوهای کوراندوم محافظت میکند.
بیاثری شیمیایی: مقاوم در برابر خوردگی اسیدی و قلیایی، مناسب برای محیطهای بسیار خورنده.
فعالیت الکتروکاتالیستی: ایریدیم یک الکتروکاتالیست عالی است و میتواند در مواد الکترود الکترولیز آب مورد استفاده قرار گیرد.
مقاومت سایشی بهبود یافته: سختی بالای ایریدیم، مقاومت سایشی سطح را بیشتر بهبود میبخشد.
V. حوزههای کاربرد
سایندهها و پوششهای ویژه: برای ماشینکاری دقیق یا قطعات مقاوم در برابر سایش استفاده میشوند.
مواد الکترود دما بالا: مانند آندهای سلول الکترولیتی، کاتالیز الکتروشیمیایی.
هوافضا: پوششهای مقاوم در برابر دمای بالا، اجزای سیستم پیشرانش.
صنعت هستهای: مواد مقاوم در برابر خوردگی تشعشعی.