Fulltext

Optimization of Mild Steel Anodizing using Box-Wilson Experimental Design

ايجاد الظروف المثالية لانودة الصلب الكربوني المطاوع باستخدام تصميم تجريبي بطريقة (Box-Wilson)

Sami Abualnoun Ajeel --- Abeer Abdulhussein Radhi

Engineering and Technology Journal مجلة الهندسة والتكنولوجيا
ISSN: 16816900 24120758 Year: 2014 Volume: 32 Issue: 11 Part (A) Engineering Pages: 2830-2845
Publisher: University of Technology الجامعة التكنولوجية

Abstract

In this study, a mild steel alloy has been used to determine the influences of voltage, temperature, concentration and time on the film growth, thickness, characteristics and properties of anodic oxide film. A Box–Wilson experimental design method was used to determine effects of parameters and optimum conditions for anodized mild steel alloy. Anodizing of the mild steel alloys in potassium hydroxide solution generates the barrier and porous layers of anodic films according to the conditions used. Mild steel alloy is anodized under different conditions in the KOH solution. Constant voltage technique is used to form oxide films on mild steel alloys in (KOH) electrolyte as a function of the anodization voltage of (1-6V), concentration of (40-70Vol. %), temperature of (20-100°C) and anodization time of (5-75 min). The second order response surface model is given in equations. The model is used in the formulation of objective and constraint functions for the optimization of a optimum conditions of mild steel:T=2.949+0.781X1+0.131X2+1.240X3+0.334X4+0.047X11+0.003X22+0.377X33-0.153X44+0.041X12+0.115X13+0.026X14+0.046X23+0.025X24+0.141X34 Optimum conditions for anodizing mild steel in the alkaline solution were determined by Hook and Jeeves method. The optimum conditions were found as follows: voltage (1V), KOH concentration (40Vol.%), temperature (20°C), and time (5 min). The thickness for mild steel alloy was [0.65µm]. The electrical conductivity characteristic of the oxide was measured; it was found that it has electrical conductivity but with different values depending on anodizationconditions. Different colors of anodic oxide film are formed on carbon steel alloys and change with different conditions. The pores diameter for mild steel was [91.78 nm]. AFM topography shows the roughness values of mild steel is [0.496 nm]. The microhardness of anodic oxide film was [1477.5 Hk].

استخدمت في هذه الدراسة سبيكة فولاذ طري لتحديد تأثير كل من الجهد المسلط , درجة الحرارة , التركيز والزمن على نمو الطبقة , السمك , خصائص وصفات طبقة اوكسيد الانودة. تم انودةهذا الفولاذ الطري في محلول هيدروكسيد البوتاسيوم لتكوينطبقة الانودة المتآلفة من طبقة حاجزة وطبقة مسامية اعتمادا على الظروف المستخدمة. يتم انودة الفولاذ الطري بظروف مختلفة في محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH). وتتم عملية الانودة باستخدام تقنية الجهد المسلط الثابتة لتشكيل طبقة اوكسيد على سطح سبائك الفولاذ الطري في المحلول الالكتروليتيأعلاه , جهد الانودة الثابتكان من (1-6V) , التركيز من (40-70Vol.%) , درجة الحرارة من (20-100°C) وزمن الانودة من (5-75min). ولغرض تصميم التجارب العملية تم استخدام طريقة (Box- Wilson) لربط المتغيرات اعلاه بمعادلة من الدرجة الثانية تشير الى العلاقة بين المتغيرات الاربعة وسمك طبقة الانودة المتكونة على سطح الصلب الكاربوني الخامد والطري من خلال ايجاد ثوابت للمعادلات المتعددة الحدود.المعادلة التي تم الحصول عليها كانت كما يلي:T=2.949+0.781X1+0.131X2+1.240X3+0.334X4+0.047X11+0.003X22+0.377X33-0.153X44+0.041X12+0.115X13+0.026X14+0.046X23+0.025X24+0.141X34تم تحديد الظروف المثالية لأنودةالصلب الطري بأستخدام برنامج (Hook - Jeeves) للحصول على امثل سمك لطبقة الانودة وكانت الظروف كما يلي:(5min ,20°C ,40Vol.% ,1V). سمك الطبقة كانت (µm0.65) فحصت الموصلية الكهربائية للطبقة الاوكسيدية ووجد انها موصلة للكهربائية وتعتمد على ظروف الانودة.وجد بان الموصلية الكهربائية للطبقة تتغير بقيم مختلفة تعتمد على ظروف الانودة. تظهر الوان مختلفة لطبقات الانودةالاوكسيدية على سبائك الصلب الكاربوني والتي تتغير بتغير ظروف الانودة المختلفة. قطر المسام للصلب الطري كان (nm91.78). من خلال طبوغرافية سطح العينات بجهاز (AFM) لوحظ ان قيم خشونة للصلب الطريكان (nm0.496) مقارنة بالعينة قبل الانودة. من خلال فحص الصلادة الدقيقة (microhardness) للسبيكةالمؤنودة بالظروف المثالية تم ملاحظة زيادة الصلادة للصلبالطري وكانت القيمة (HK1477.5).