سيمين نصوحيان- Simin Nosouhian
عنوان : تاثير مشخصات ساختاري سطح آلومينيم خالص بر زاويه تماس آن با آب
TITLE : Effects of surface structural features of pure Aluminum on its contact angle with water
چکيده فارسي
كنترل زاويه ترشوندگي سطوح جامد با آب از اقدامات مهمي است كه در صنايع مختلف جهت بهبود خواص سطحي مواد در كاربردهاي در تماس با رطوبت، آب يا يخ مورد توجه قرارگرفتهاست. سطوح آبگريز به علت كاهش خوردگي، سايش و يخزدگي در دهههاي اخير بسيار مورد توجه قرارگرفتهاند. چالش اساسي استفاده از پوششهاي مناسب جهت آبگريز كردن سطوح، پايداري و چسبندگي به زيرلايه است. در اين پژوهش بهمنظور بررسي تاثير مشخصات ريزساختاري آلومينيوم خالص مانند جهتگيري كريستالي دانهها و مورفولوژي و همچنين تاثير قرارگيري در هواي محيط و نحوه آمادهسازي سطح بر زاويه تماس آب بر روي آن، آلومينيوم بهصورت جهتدار ريختهگري شد. سه مقطع در جهات مختلف طولي، عرضي و 45 درجه برش زدهشد. بافت ترجيحي سه مقطع طولي، عرضي و 45 درجه به روش درون صفحهاي اندازهگيري و به ترتيب برابر (200)،(200) و (111) تعيين شد. هر مقطع بهصورت جداگانه حكاكي شيميايي شد و با تعيين نقاط مختلف روي هر سطح، شامل دانه، تك مرز، ناحيه سهگانه تلاقي مرزها و ناحيهاي با تعداد مرز زياد، بلافاصله پس از حكاكي و يك، دو، هفت و پانزده روز قرارگيري در هواي محيط، آزمون ترشوندگي و زبريسنجي از سطوح انجام گرفت. همچنين پس از حكاكي شيميايي در روز اول، هفتم و پانزدهم، مورفولوژي نقاط انتخاب شده از سطح توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد مطالعه قرارگرفت. به منظور بررسي تاثير نحوه آمادهسازي سطح، تمام مراحل ذكر شده بر روي مقطع طولي با بافت (200) پوليش شده نيز انجام گرفت. نتايج بدست آمده نشان داد كه خوردگي ناشي از حكاكي در محلول قوي حاوي يون كلر باعث ايجاد تونلهاي عميق و لايه لايه و گوشهدار بر روي صفحات با بافت (200) شد. درحاليكه بر روي صفحات با بافت (111)، مكعبهاي پهن و سطحي با زبري كمتر ايجاد شد. بنابراين بافت ترجيحي سطوح با تركيب شيميايي يكسان ميتواند بر مورفولوژي و زبري ايجاد شده ناشي از حكاكي اثر بگذارد. در كليه مناطق انتخاب شده روي سطوح حكاكي شده، پس از گذشت يك تا دو روز قرارگيري در هواي محيط، رفتار سطح از آبدوست به آبگريز تغيير كرد و زاويه داخل دانه از 18 به 100 درجه در مقطع طولي رسيد. به نظر ميرسد اين مسئله به دليل جذب تركيبات ارگانيك بر روي سطح باشد. روند افزايش زاويه تماس به مرور با اشباع شدن سطح از تركيبات ارگانيك كاهش يافت بهطوريكه در روز پانزدهم در كليه مقاطع اين روند متوقف شد و زوايا ثابت ماند. همچنين با توجه به روند افزايش بيشتر زاويه تماس بر روي مقاطع با بافت (200) نسبت به مقطع با بافت (111)، به نظر ميرسد كه سرعت و مقدار جذب تركيبات ارگانيك توسط لايه اكسيدي موجود روي بافت (200) بيشتر از سطح با بافت (111) باشد. براساس نتايج بدست آمده بنظر ميرسد نقاط انتخاب شده در هر سه سطح مقطع از مدل كسي- بكستر پيروي ميكند. مشخص شد جهتگيري كريستالي دانهها، مورفولوژي سطح، آمورف يا كريستالي بودن لايه اكسيد آلومينيوم سطحي، قرارگرفتن نمونه در معرض هواي محيط و وجود ذراتي چون SiO۲ بر روي سطح بر زاويه ترشوندگي اثر گذار است.
ABSTRACT
Control of wetting angle of water on solid surfaces is of significant importance in applications where the surface is exposed to humidity, water or ice. Hydrophobic surfaces have attracted a lot of attention in recent years to reduce corrosion, wear and freezing of solid surfaces. One way of creating hydrophobic surfaces is to coat them with certain hydrophobic coatings. However, the main challenge is poor stability and cohesion of the coating to the surface during service. To investigate the effects of such microstructural features of pure aluminum as grain texture and morphology, exposure to air and surface preparation method on its wetting angle with water, a directionally solidified aluminum billet was cast and three cross sections in longitudinal, transversal and 45? directions were cut. The preferential orientations of the longitudinal, transverse and 45? cross-sections were determined to be (200), (200) and (111), respectively. Each section was separately etched and its wetting angle and roughness on selected positions of the surface were measures right after etching and after one, two, seven and fifteen days of air exposure. The studied positions included inside a grain as well as on areas containing a single grain boundary, triple boundaries intersect and multiple boundaries. Morphology of the selected locations was investigated on the day of etching and after seven and fifteen days following the etching by scanning electron microscopy. In order to study the effects of surface preparation method, all the steps were also carried out on the longitudinal cross section with (200) texture after polishing and etching. The results showed that the etching induced corrosion in a strong Cl bearing solution resulted in formation of deep, multi-layered and angular tunnels on the planes with (200) texture. On the planes with (111) texture, however, wide shallow cubes of lower surface roughness were formed. It was concluded that the surface texture at a given surface composition could affect the etching induced surface morphology and roughness. Wetting behavior of all the selected areas on all the etched surfaces was changed from hydrophilic to hydrophobic after one or two days of air exposure. Wetting angle of the inside grain area on the longitudinal cross section, for example, increased from 18? to 100?. This seemed to be due to adsorption of organic compounds on the surfaces. Increasing rate of the contact angle was gradually decreased by ...
