اثر رنگدانه بر جذب و گسیل اپتیکی و مقاومت سایش پوشش‌های آندایزینگ سیاه: مطالعه موردی آلیاژ آلومینیوم 7075

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه نانو فناوری، دانشکده شیمی، دانشگاه اصفهان، اصفهان

2 پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران، اصفهان، ایران

چکیده

تولید پوشش‌های سیاه ایده‌آل با جذب و گسیل اپتیکی و نیز مقاومت سایش مناسب برای بسیاری از کاربردها نظیر کاربردهای فضایی دارای اهمیت بسیار است. یک روش مناسب برای تولید این پوشش‌ها، آندایزینگ آلیاژهای آلومینیوم و رنگ‌کاری پوشش‌های آندی تولید شده به کمک رنگدانه‌های آلی یا معدنی سیاه می‌باشد. لازم است اثر پارامترهای فرآیندی بررسی و بهینه شود تا جذب و گسیل اپتیکی و نیز مقاومت سایش پوشش‌ها حداکثر شود. این مهم در پژوهش حاضر انجام شده است و اثر پارامترهای فرآیندی و نوع رنگدانه مورد بررسی قرار گرفته است تا جذب و گسیل اپتیکی و نیز مقاومت سایش پوشش حداکثر شود. برای اولین بار تأثیر نوع رنگدانه بر جذب و گسیل اپتیکی و مقاومت سایش پوشش مورد بررسی قرار گرفت و بر خلاف انتظار مشاهده شد که انتخاب نوع رنگدانه اثر قابل توجهی بر خواص اپتیکی و مکانیکی پوشش‌ها دارد. همچنین مشاهده شد که در پوشش‌های آندی حاوی رنگدانه‌های معدنی، با افزایش زمان آندایزینگ از 15 دقیقه به 45 دقیقه، ضریب جذب اپتیکی پوشش از 0/85 به 0/95 و ضریب گسیل اپتیکی از 0/82 به 0/91 افزایش و کاهش وزن در اثر سایش در آزمون پین بر دیسک از 6 به 2 میلی‌گرم کاهش یافت. در مقابل، در پوشش‌های حاوی رنگدانه‌های آلی بهبود کوچکی مشاهده شد و علی‌رغم افزایش زمان آندایزینگ، تغییرات مقادیر ضریب جذب و گسیل اپتیکی و کاهش وزن در اثر سایش ناچیز بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Effect of Pigment Material on the Optical Absorbance, Emittance, and Wear Resistance of Black Anodized Coatings: A Case Study on 7075 Aluminum Alloy

نویسندگان [English]

  • A. Nourmohammadi Abadchi 1
  • S. H. Hashemi Rizi 1
  • M. Forghani 2
1 Department of Nanotechnology, Faculty of Chemistry, University of Isfahan, Isfahan, 81746-73441, Iran
2 Materials and Energy Research Institute
چکیده [English]

Producing ideal black coatings with optical absorption and emission followed by desirable wear resistance is crucial for various applications such as space applications. A suitable method for producing these coatings is anodizing aluminum alloys followed by black dying the produced anodic coatings using black organic or inorganic pigments. It is necessary to investigate and optimize the effect of the process parameters to maximize the optical absorption, emission, and the wear resistance of the coatings. These issues have been addressed in this research, and the influence of process parameters and type of pigment has been studied to maximize the absorptivity, emissivity, and the wear resistance of the coatings. For the first time, the effect of pigment on the absorptivity, emissivity, and wear resistance of the coatings was investigated. Unexpectedly , it was observed that the type of pigment had a significant effect on the optical and mechanical properties of the coatings. It was also found that in the anodic coatings containing inorganic pigment, absorptivity increased from 0.85 to 0.95, the emissivity increased from 0.82 to 0.91, and weight loss value in pin‐on‐disk wear test decreased from 6 to 2 mg with increasing the anodizing time from 15 minutes to 45 minutes. In contrary, slight improvement was observed in the coatings containing organic pigments. Despite increasing the anodizing time in the latter case, the absorptivity, emissivity, and the weight loss during wear test changed insignificantly.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Black anodizing
  • Pigment
  • Optical absorbance
  • Emittance
  • wear resistance

مراجع

  1. daSilva Mattos W, Rivolta B, Totten G, Meekisho L, deCampos Franceschini Canale L. Encyclopedia of Aluminum and Its Alloys. First Edition. Taylor and Francis; 2018.
  2. Kromet International Inc. What is Anodizing? [Internet]. Canada: N1R 7K1; 2023. Available from: http://www.kromet.com/anodizing.html.
  3. Sharifi H, Aliofkhazraei M, Darband GB, Shrestha S. A review on adhesion strength of peo coatings by scratch test method. Surface Review and Letters. 2018 Apr 25;25(03):1830004.
  4. Mondolfo LF. Aluminum alloys: structure and properties. Elsevier; 2013 Sep 24.
  5. Sharma AK. Surface engineering for thermal control of spacecraft. Surface engineering. 2005 Jun 1;21(3): 249-53.
  6. Runge JM. The metallurgy of anodizing aluminum. Cham: Springer International Publishing; 2018.
  7. Ebrahimi F, Yazdi SS, Najafabadi MH, Ashrafizadeh F. Influence of nanoporous aluminum oxide interlayer on the optical absorptance of black electroless nickel–phosphorus coating. Thin Solid Films. 2015 Oct 1;592:88-93.
  8. Poinern GE, Ali N, Fawcett D. Progress in nano-engineered anodic aluminum oxide membrane development. Materials. 2011 Feb 25;4(3):487-526.
  9. Hashemi Rizi SH, Nourmohammadi Abadchi A, Effect of multi-step anodizing methods on the optical absorption of black coatings on 2024 aluminum alloy. Scientific research journal of advanced materials in engineering. 2022;40(4):15-28. ‎(In persion)
  10. Methods AT. Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus1. Wear. 2011;5:1-5.
  11. Körte K, inventor; Clariant Finance BVI Ltd, assignee. 1: 2 chromium complex dyes, the production and use thereof. United States patent US 6,210,448. 2001 Apr 3.
  12. Bloxsome N. FOCUS ON CLARIANT. Aluminium International Today. 2019;32(1):51-2.
  13. Suzuki Y, Kawahara K, Kikuchi T, Suzuki RO, Natsui S. Corrosion-resistant porous alumina formed via anodizing aluminum in etidronic acid and its pore-sealing behavior in boiling water. Journal of The Electrochemical Society. 2019 Jul 2;166(12):C261.
  14. ASTM E. 903-96 Standard Test Method for Solar Absorptance. Reflectance and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres, reapproved. 2007., https://www.astm.org/e0903-20.html.
  15. ASTMe E408-13. Standard Test Methods for Total Normal Emittance of Surfaces Using Inspection-Meter Techniques. West Conshohocken, PA: American Society for Testing Materials., https://www.astm.org/e0408-13r19.html.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 42، شماره 2
شهریور 1402
صفحه 15-27

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی