پوشش (آبکاری) فسفات روی یکی از اولین آبکاریهای انجام شده در صنایع است.این آبکاری به صورت پاششی و غوطه وری استفاده میشود.
هدف از فسفاته کاری، بهبود چسبندگی رنگ، افزایش مقاومت به خوردگی، کمک به تغییر شکل سرد و افزایش مقاومت به سایش سطح می باشد. مواد تشکیل دهنده حمام فسفاته کاری روی، شامل اکسید روی، اسید فسفوریک، نیتریت ها یا نیترات ها (به عنوان تسریع کننده) و آب مقطر می باشد.
پوشش فسفاته بعنوان یک پوشش تبدیلی، از واکنش قطعات آهنی با محلول فسفاته حاصل می شود . این واکنش فقط در سطح قطعات اتفاق می افتد.این فرایند بهمراه عملیات چربیگیری و بعضاً اسید شوئی تحت عنوان آماده سازی قطعات شناخته شده است. این پوشش در فسفاته های گروه آهن بصورت قوس وقزح تیره و در فسفاته های گروه روی و یا منگنز بصورت کریستالهای خاکستری تیره تا مشکی میباشد.با استفاده از اکتیواتور و شتاب دهنده میتوان تغییرات ظاهری در یکنواختی و اندازه کریستالهای فسفاته ایجاد کرد.
پوشش های فسفاته به سه منظور کلی زیر کاربرد دارد:
1-افزایش چسبندگی رنگ : کریستالهای فسفاته با ایجاد زبری روی سطح قطعات باعث افزایش چسبندگی رنگ می شود.
2-افزایش مقاومت به خوردگی : کریستالهای فسفاته با ایجاد زبری روی سطح قطعات محمل بسیار مناسبی برای نگهداری هر چه بیشتر و طولانی تر برای روغنهای ضد خوردگی می باشد. همچنین از جوش خوردن قطعات آهنی به یکدیگربعلت زنگ زدگی مانند پیچ ومهره جلوگیری میکند.این کاربرد را anti galling گویند.
3-کشش مفتول یا ورق یا لوله : کریستالهای فسفاته با ایجاد زبری محمل بسیار مناسبی برای نگهداری روغن یا پودر های کشش است که ضمن روانکاری بهتر با خرد شدن کریستالها در فرایند کشش یا پرسکاری باعث افزایش کیفیت سطح قطعات و جلوگیری از خط و خش می شود.
4- خواص الکتریکی پوشش فسفاته
1-مواد:
مواد مورد استفاده شامل اکسید روی, اسید فسفریک, اسید نیتریک, به عنوان ترکیبات پایه و یونهای نیکل، سدیم ، پتاسیم کلرات و کلسیم به عنوان افزودنی مورد استفاده قرار گرفتند.نقش هر یک در پایین امده است
1. اکسید روی:
از این ماده به عنوان پایه یون روی استفاده میشود.از انجا که در بین ترکیبات مشابه این ماده ارزانتر و با صرفه تر ،استفاده و حمل و نقل ساده تر و تولید شده در گریدهای متنوع میباشد مورد استفاده قرار گرفته است.
2. اسید فسفریک:
از این ماده به عنوان پایه برای یون فسفات استفاده میشود. همچنین این ماده تامین کننده مقداری از اسید لازم جهت فرایند اسید شویی و انحلال یون آهن از سطح قطعه می باشد.
3. اسید نیتریک:
به طور کلی این ماده 1-برای تنظیم اسید آزاد و اسید کل و در نتیجه تنظیم اندازه دانه رسوب 2- تنظیم pH3-تامین کننده یون نیترات بکار میرود. اگر مقدار ان بالاتر برود به سبب افزایش اسید آزاد پوشش با دانه های ریزتر بدست می اید.
4. یون نیکل :
از نمک های نیکل به عنوان تسهیل کننده در این فرایند استفاده میشود ضمن اینکه خود نیکل نیز در سطح رسوب کرده و موجب تیرگی رسوب میشود.
2- فرایند پوشش دهی:
فرایند پوشش دهی روی سطح فلز در ابتدا با فرایندهای اکسیداسیون و آزاد سازی یون آهن در محلول شروع میشود. در این مرحله ابتدا سطح فلز توسط اکسیدکننده‌های مختلف موجود در محلول اکسی شده و یون آهن دوبار مثبت در وان آزاد میشود. در این مرحله میزان اسید وان و نوع اکسید کننده نقش تعیین کننده در سرعت و نوعواکنش اسید شویی دارد. برای دو نوع اکسید کننده متداول نیترات و کلرات میتوان واکنشهای زیر را در نظر گرفت.
4Fe + NaNO3 +10H+ ———-> 4Fe2+ + NH+4 +Na+ +3H2O
3Fe + NaClO3 +6H+ ———–> 3Fe2+ +NaCl +3H2O
در این دست واکنشها علاوه بر اسید شویی سطحی یون هیدروژن آزاد شده از سطح قطعه نیز با اکسید کننده ترکیب شده و در نتیجه از آزاد شدن گاز هیدروژن در سطح قطعه جلوگیری میکند. شایان ذکر است که آزاد شدن گاز هیدروژن از سطح باعث افزایش ضخامت لایه فوق اشباع از آهن شده و در نتیجه فوق اشباع شدن زمان بیشتری به طول می انجامد که در نتیجه آن سرعت کلی فرایند کاهش می‌یابد زیرا در ابتدا لایه ای که در سطح قطعه ساکن است باید توسط یون آهن اشباع شود تا این لایه توانایی رسوب کریستال بر سطح قطعه را داشته باشد.
پس از اشباع شدن محلول در سطح قطعه بلورهای فسفات روی تشکیل شده و روی قطعه رسوب می‌کنند. مکانیسم رسوب شامل مراحل هسته گذاری و رشد است. البته نوع اکسید کننده ،ترکیب محلول، دما و pHنیز از عواملی هستند که بر این مکانیسم تاثیرگذارند.
واکنش متداول تشکیل پوشش به صورت زیر است:
3Zn2+ + 6H2PO–4 ———-> Zn3(PO4)2+ 4H++ 4H2PO–4
اما بسته به ترکیب محلول واکنشهای دیگر نیز به شرح زیر انجام میشود.
2Zn2+ + 4H2PO–4+ Fe ———–> Zn2Fe(PO4)2+ 2H++ H2+ 2H2PO–4
2Zn2+ + 6H2PO–4+Ca ————> CaZn2(PO4)2+ 4H+ + 4H2PO–4
هر یک از فازهای ایجاد شده در این واکنشها دارای خواص متفاوتی هستند. به طور مثال در واکنش سوم از این دسته CaZn2(PO4)2اسکالزیت نام دارد و با ایجاد آن در پوشش، زبری پوشش کاهش می‌یابد.
با اتمام این واکنشها و پوشیده شدن سطح سرعت کاهش یافته و به یک مقدار ثابت میرسد(خطی به زمان)
3- اسید آزاد و اسید کل:
به منظور انالیز محلولهای فسفاته 2 عامل اسید کل و آزاد اندازه گیری میشود. به منظور اندازه گیری از تیتراسیون اسید و باز استفاده میشود . در این روش محلول با استفاده از سود 0.1 نرمال در حضور شناساگر فنول فتالین و متیل اورنژ تیتر میشود. نسبت این دو باید بین 4 تا 9 باشد. به طور کلی با افزایش این عدد رسوب دانه ریزتری بدست می اید.در این روش به هر میلی لیتر سود مصرف شده یک درجه گفته میشود
روش کار:
اندازه گیری به دو صورت انجام میگیرد.در یک روش که در ان مستقیما محلول وان انالیز میشود به این صورت که ابتدا 10mlمحلول وان را به یک ارلن مایر 250 منتقل کرده و سپس با افزایش شناساگر ان را تیتر میکنیم.در روش دیگر که مختص محلولهای تجاری است(محلول های غلیظ که عموما به صورت 5% حجمی بکار میروند) و در ان ابتدا یک محلول 1% اماده شده(10 میلی لیتر از محلول در بالن 1 لیتری)و سپس 10 میلی لیتر از این محلول به ارلن منتقل شده و تیتراسیون انجام میگیرد.(در روش دوم اعداد معمولا در محدوده 5 تا 10 بدست می اید.).)محلول موجود در خط ta=25و fa=5.2و با نسبت4.8 )
4- دما و PH:
دما یکی از مهمترین عوامل در کنترل اندازه دانه و کیفیت پوشش و در عین حال روشهای کنترلی ساده و محدوده کارکرد وسیع است.در این محلول دما در محدوده 85-65 درجه سانتیگراد قرار میگیرد. با کاهش دما دانه ها ریز تر و عدم یکنواختی در سطح دیده میشود(بعضی از نقاط ممکن است پوشش نگیرد.)و با افزایش دما پوشش ضخیم و یکنواخت و با دانه های درشت .
از طرفی pHاین محلول ها باید در حد 1 تا 3 به منظور سرعت اکسیداسیون سطحی مناسب تنظیم شوند.
بیشتر بدانیم
کلیک کنید—> تاریخچه پوشش فسفاته در جهان
کلیک کنید—>ساختار و ترکیب شیمیایی فسفاته
کلیک کنید—>ضخامت و تخلخل درفسفاته ها
کلیک کنید—> سینتیک فسفاته
کلیک کنید—>خواص الکتریکی فسفاته
کلیک کنید—> خواص حفاظتی پوشش فسفاته و مقایسه با پوشش های دیگر
کلیک کنید—> انواع پوشش ها فسفاته
کلیک کنید—>فسفاته کشش و روانکاری در آن -بزودی
