مقدم
یکی از اولین ابکاریهای انجام شده در صنایع آبکاری فسفات روی است. این ابکاری به صورت پاششی و غوطه وری استفاده میشود.
بهبود چسبندگی رنگ، افزایش مقاومت به خوردگی، از اهداف استفاده از فسفاته اسپری است. 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.
پوشش های فسفاته اسپری به دو منظور کلی زیر کاربرد دارد:
1-افزایش چسبندگی رنگ : کریستالهای فسفاته با ایجاد زبری روی سطح قطعات و ایجاد خلل و خرج در سطح در ابعاد میکرونی باعث گیر افتادن زنجیرهای پلیمری پایه رنگ در این خلل و خرج شده و در نتیجه باعث افزایش چسبندگی رنگ به سطح می شود.
2-افزایش مقاومت به خوردگی : کریستالهای فسفاته با ایجاد زبری روی سطح قطعات محمل بسیار مناسبی برای نگهداری هر چه بیشتر و طولانی‌تر 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.
فرایند و مکانیزم پوشش دهی فسفاته روی آهن:
فرایند پوشش دهی روی سطح فلز در ابتدا با فرایندهای اکسیداسیون و آزاد سازی یون آهن در غشا بین محلول و سطح شروع میشود. در این مرحله ابتدا سطح فلز توسط یون هیدروژن موجود در محلول، اکسید 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 نوع واکنش اسید شویی دارد.
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
با اتمام این واکنشها و پوشیده شدن سطح سرعت کاهش یافته و به یک مقدار ثابت میرسد(خطی به زمان)
در سیستم‌های اسپری چند نکته حائز اهمیت است و آن اینکه به دلیل جاری بودن مواد روی قطعه و عدم ایجاد محیط یکنواخت مانند سیستم غوطه‌وری محلول فسفاته باید توانایی این را داشته باشد که در حداقل زمان ممکن یک پوشش مناسب از نظر ضخامت پوشش و خلل و فرج سطحی به منظور ایجاد سطح مناسب زیر رنگ را ایجاد کند. از طرفی باید توجه داشت که سرعت پرتاب مواد به سمت سطح هدف نباید از یک حداقل پایین تر باشد زیرا باعث افزایش ضخامت و ایجاد کریستالهای درشت شده که در نتیجه آن زبری سطح بالا رفته و بعد از رنگ نیز ممکن است پوشش رنگ نامناسب به نظر برسد از طرفی به دلیل افزایش اندازه کریستال تراکم آنها پایین آمده و فضای خالی بین این کریستالها افزایش یافته و چسبندگی رنگ به آن کاهش می‌یابد.
از طرفی چنانچه سرعت از یک مقدار بالاتر باشد سرعت حرکت مواد روی سطح بالا رفته و در نتیجه ضخامت لایه اشباع کاهش یافته و اندازه کریستال خیلی پایین آمده وتراکم سطحی افزایش می‌یابد. درنتیجه آن فضای کافی بین کریستالهای فسفاته ایجاد نشده و در نتیجه گیر افتادن زنجیر پلیمری در این فضاها کاهش یافته و چسبندگی رنگ کاهش می‌یابد.
اسید ازاد و اسید کل:
به منظور انالیز محلولهای فسفاته 2 عامل اسید کل و ازاد 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=25 و fa=5.2و با نسبت4.8 ).
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 75-50 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.
طریقه ساخت محلول آماده مصرف:
غلظت بهینه برای ساخت محلول آماده به صورت 1 تا 3 درصد حجمی بوده و برای ساخت 100 لیترمحلول فسفات روی اسپری ابتدا مقدار دو سوم از حجم وان را با آب پر کرده و به آن مقدار مورد نیاز ماده فسفاته روی را در حالتی که محلول سرد است اضافه کرده و هم بزنید. پس از آن با استفاده از آب وان را به حجم رسانده و سپس تا رسیدن به دمای مورد نظر گرم کنید. فشار سر نازل نیز باید در حد 1 تا 2 اتمسفر تنظیم شود. زمان فسفاته کاری نیز 2 تا 4 دقیقه است. در موارد شارژ نیز دقت داشته باشید که به ازای هر درجه کاهش در اسید کل 1 تا 2 لیتر ماده فسفاته به وان اضافه شود.
