نمایش موارد بر اساس برچسب: پوشش فسفاته روی
نکاتی مهم در ارتباط با فرآیند فسفاته روی
فرایند فسفاته کردن یک واکنش مبتنی بر اکسایش و کاهش است. ابتدا سطح آهن اکسیده می شود و آهن بصورت آهن کاتیونی با ظرفیت سه بار مثبت، از سطح بستر جدا می شود. این ناحیه عملا نقش آند را ایفا کرده و باعث شده تا هیدروژن اسیدی حاصل از فسفریک اسید در نقش کاتد در این مناطق احیا شود که احیای هیدروژن را بصورت خروج و آزاد شدن حبابهای روی سطح قطعه به سهولت میتوان مشاهده کرد.
بدلیل احیای هیدروژن عملا بخشی از هیدروژن اسیدی کاهش می یابد و به تبع با کم شدن هیدروژن اسیدی pH محلول در سطح مشترک فلز و محلول بالا می رود. این فرایند، یک عدم تعادلی را در مورد pH به سیستم تحمیل میکند. برای برقراری توازن بخشی از ترکیبات محلول فسفاته روی Zn(H2PO4)2طبق معادله زیر هیدروژن فسفات خود را رها میکنند تا با آزاد شدن هیدروژن مجددا تعادل pH برقرار شود و خود به ترکیبات فسفات کم محلول ZnHPO4 و درنهایت نامحلول Zn3PO4 پیش میروند. این تنظیم pH تا جایی پیش میرود که ترکیبات فسفات روی محلول، کل هیدروژن خود را از دست داده و نهایتا بصورت فسفات روی نامحلول Zn3PO4بر روی قطعه ترسیب میشوند.
ü رشد کریستالهای فسفات بر روی سطح فلز تا جایی ادامه پیدا می کند که پوشاندن سطح توسط فرایند خود بازدارندگی
(self-inhibiting) کریستالهای نامحلول فسفات مانع از انحلال فلز و احیای هیدروژن شود.
نکات مهم:
1- با توجه به اینکه تغییر pH محلول در سطح مشترک فلز و محلول عامل اصلی ترسیب فسفاته می باشد لذا در صورت تکان خوردن قطعه یا حرکت کردن محلول این تغییر در سطح pH از بین رفته و درنتیجه ترسیب مناسبی از فسفات روی بر روی فلز نخواهیم داشت.
2- هر عاملی که باعث خورده شدن سطح آهن و تبدیل آن به کاتیون سه ظرفیتی مربوطه شود باعث تسریع در فرایند فسفاته کاری می شود که عملا نقش تسریع کننده همین فرایند است. از این جهت تسریع کننده ها همه ماهیت اکسید کنندگی دارند.
برای خواندن ادامه مطلب به سایت نویسنده مراجعه کنید
نکاتی مهم در ارتباط با فرایند فسفاته روی
فرایند فسفاته کردن یک واکنش مبتنی بر اکسایش و کاهش است. ابتدا سطح آهن اکسیده می شود و آهن بصورت آهن کاتیونی با ظرفیت سه بار مثبت، از سطح بستر جدا می شود. این ناحیه عملا نقش آند را ایفا کرده و باعث شده تا هیدروژن اسیدی حاصل از فسفریک اسید در نقش کاتد در این مناطق احیا شود که احیای هیدروژن را بصورت خروج و آزاد شدن حبابهای روی سطح قطعه به سهولت میتوان مشاهده کرد.
بدلیل احیای هیدروژن عملا بخشی از هیدروژن اسیدی کاهش می یابد و به تبع با کم شدن هیدروژن اسیدی pH محلول در سطح مشترک فلز و محلول بالا می رود. این فرایند، یک عدم تعادلی را در مورد pH به سیستم تحمیل میکند. برای برقراری توازن بخشی از ترکیبات محلول..............
برای خواندن ادامه مطلب به سایت نویسنده مقاله مراجعه فرمایید.
مرجع : شرکت جلاپردازان پرشیا
فرایند فسفاته روی اسپری
مقدم
یکی از اولین ابکاریهای انجام شده در صنایع آبکاری فسفات روی است. این ابکاری به صورت پاششی و غوطه وری استفاده میشود.
بهبود چسبندگي رنگ، افزايش مقاومت به خوردگي، از اهداف استفاده از فسفاته اسپری است. مواد تشكيل دهنده حمام فسفاته كاري روي، شامل اكسيد روي، اسيد فسفوريك، نيتريت ها يا نيترات ها (به عنوان تسريع كننده) و آب مقطر مي باشد.
پوشش فسفاته بعنوان يك پوشش تبديلي، از واكنش قطعات آهني با محلول فسفاته حاصل مي شود . اين واكنش فقط در سطح قطعات اتفاق مي افتد.اين فرايند بهمراه عمليات چربيگيري و بعضاً اسيد شوئي تحت عنوان آماده سازي قطعات شناخته شده است.
پوشش هاي فسفاته اسپری به دو منظور كلي زير كاربرد دارد:
1-افزايش چسبندگي رنگ : كريستالهاي فسفاته با ايجاد زبري روي 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 افزايش چسبندگي رنگ به سطح مي شود.
2-افزايش مقاومت به خوردگي : كريستالهاي فسفاته با ايجاد زبري روي سطح قطعات محمل بسيار مناسبي براي نگهداري هر چه بيشتر و طولانيتر روغنهاي ضد خوردگي مي باشد. همچنين از جوش خوردن قطعات آهني به يكديگربعلت زنگ زدگي مانند پيچ ومهره جلوگيري ميكند.اين كاربرد را anti galling گويند.
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.
خواص حفاظتی پوشش فسفاته
پوششهای فسفاته بدون انجام عملیات اضافی قابلیت حفاضتی خوبی ندارند. بسته به نوع مصرف آنها میتوان از روغن، رنگ یا لاک استفاده کرد. در برخی موارد میزان حفاظت این پوششها به همراه آببندی به مراتب بیش از پوشش های فلزی است.
در جدول1-2 مقاومت به خوردگی انواع پوششهای فسفاته مشاهده میشود.
جدول 1-2مقاومت به خوردگی قطعه فولادی با پوششهای مختلف
| پوشش حفاظت کننده | زمان ظهور اولین نشانه های خوردگی در مه نمک NaCl%3 (بر حسب ساعت) |
| بدون حفاظت کننده | 1/0 |
| فسفاته کاری شده | 5/0 |
| آبکاری نیکل | 13- 10 |
| آبکاری کرم | 24- 23 |
| فسفاته شده سپس با پارافین براق شده | 60 |
| دولایه روغن جلای کوره ای | 70 |
| فسفاته شده و یک بار هم با روغن جلای کوره ای پوشش داده شده | پس از 500ساعت علائمی از خوردگی مشاهده نشده است. |
بیشترین مقاومت به خوردگی در پوششهای فسفاته، مربوط به فسفات منگنز است که در حالت فسفاته داغ (فسفاته کردن با تسریع کننده در دمای بالا) حاصل میشود. از طرفی کمترین مقاومت به خوردگی توسط فسفات آهن ایجاد خواهد شد.
1) انواع پوشش فسفاته
پوششهای فسفاته در قدیم شامل فسفات روی، آهن و منگنز بود. در سالهای اخیر برای بهینه کردن پوشش فسفاته از ترکیب نیکل، منگنز و کلسیم به همراه روی بصورت پوششهای فسفاته چند کاتیونی استفاده شد که دارای سطحی صاف و مناسب برای زیر لایه رنگ میباشد. ازطرف دیگر به علت استفاده از ترکیبات نیکل و منگنز مقاومت به خوردگی پوشش نیز افزایش مییابد.
1-1) پوششهای فسفاته تک کاتیونی
1-1-1 ) پوشش فسفاته روی
فسفاتههای روی به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی در مقایسه با فسفاته آهن مورد توجه هستند. این فسفاته ها میتوانند به عنوان زیر لایه رنگ، فسفاته قبل از کشش لوله و سیم و همچنین پوشش محافظ مورد استفاده قرار گیرند. معمولا در صورت استفاده از این فسفاته ها به عنوان زیر لایه رنگ وزن پوششی معادل 2 الی 6 گرم بر متر مربع کافی میباشد. در صورتی که اعمال این فسفاته جهت کشش به وزنی معادل 15 گرم در هر متر مربع نیاز دارد. در فسفاته فلزات سنگین گاهاً تا 35 گرم در هر متر مربع پوشش ایجاد میشود.
کاربرد آسان و کنترلهای راحت این نوع فسفاته در گسترش استفاده از این فسفاته جهت آماده سازی سطوح برای اعمال فسفاته زیر رنگ موثر بوده است. لایهای نازک از فسفاته با ضخامت 2 الی 4 گرم در هر متر مربع با مقاومت خوب در برابر خوردگی از مشخصههای خوب این پوشش است این فسفاته معمولا در دمای 65 الی 75 درجه سانتیگراد و در زمان 5 الی 10 دقیقه انجام میشود.
1-1-2) پوشش فسفاته آهن
معمولترین نوع فسفاته مصرفی در خطوط اسپری فسفاته آهن است. این نوع فسفاته به دلیل نگهداری آسان و هزینههای کم آن مورد استقبال قرار گرفته است. از دیگر قابلیتهای این فسفاته ترکیب آن با چربیگیر و انجام هم زمان چربی گیر و فسفاته است. هر چند در برابر خوردگی به نسبت فسفاته روی مقاومت کمی دارند اما به دلیل تولید لجن کم دارای مزیت هستند.
یکی از روشهای معمول در فسفاته کردن قطعات غوطهور کردن آنها در وان حاوی این مواد است. قطعات قبل از فسفاته بایستی کاملا چربی زدایی شوند تا بتوان وزنی معادل 1/0 تا 5/0 گرم در هر متر مربع بر روی آنها رسوب داد این عملیات در دمای 50 الی 60 درجه و در زمان 5 الی 10 دقیقه انجام میشود و ظاهر شدن رنگ آبی یا خاکستری یا زرد کم رنگ و یا قرمزی و ترکیبی از همه اینها نشان دهنده کامل شدن واکنش است.
1-2) فسفاته دو کاتیونی
1-2-1) پوشش فسفاته روی - کلسیم
افزودن کلسیم به حمامهای فسفات روی، عملکرد مثبت زیادی ایجاد میکند که بیش از حمامهای فسفاته کاری روی - نیکل است. به علاوه قیمت و هزینه آن نیز پایینتر است. پوششهای فسفاته روی - کلسیم اصلاح شده، کاربردهای صنعتی مختلفی دارند که از آن جمله میتوان به زیر لایه ای جهت کشش عمیق، اکستروژن و کار سرد، به عنوان پیش عملیات جهت عملیات حرارتی، رنگ کاری الکترو فورتیک و عایق الکتریکی اشاره کرد. به طور کلی پوشش های روی - کلسیم به دلیل موارد زیر به کار میروند:
1- بهبود شکل پذیری فلز زیر لایه در کار سرد به دلیل خاصیت روان کنندگی خوب
2- بهبود رنگ پذیری فلز زیر لایه
3- افزایش مقاومت به خوردگی
4- بالا رفتن کیفیت پوشش وکاهش زمان فرایندفسفاته کاری
5- اقتصادی، غیرسمی و راحتی دسترسی به ترکیبات حاوی کلسیم.
کلسیم به ندرت در حمامهای فسفاته به تنهایی استفاده میشود، زیرا چسبنگی پوشش فسفاته کلسیم خالص به سطح ضعیف میباشد، اما چسبندگی با افزایش درصد روی در پوشش افزایش مییابد.
اضافه کردن کلسیم در حمام های فسفاته روی باعث تغییر ساختا ر کریستال پوشش فسفاته از فسفوفیلیت -هوپیت به شولزیت - فسفوفیلیت - شوالتزیت میشود.
در واقع این چنین است که درصدی از هوپیت به شوالزیت تبدیل میشود ، در نهایت هرسه فاز کریستالی تشکیل میشوند.
پوششهای فسفاته روی - کلسیم با سرعتی آهسته تشکیل میشوند. توانایی ذاتی کلسیم در پایین آوردن اندازه دانه اغلب منجر به ساختار میکرو کریستالی یا نزدیک به آمورف میشود. پوششهای فسفات کلسیم نازک و چسبنده میباشند و کریستالها دارای هموژنیتی بالایی هستند.
1-2-2) پوشش فسفاته روی - نیکل
مهمترین پیشرفت در فسفاته کاری صنایع خودروسازی تولید میزان بیشتری از فسفوفیلیت نسبت به هوپیت در ترکیب شیمیایی پوشش فسفاته میباشد. بلورهای هوپیت ساختاری سوزنی شکل دارند، در حالی که بلورهای فسفوفیلیت به شکل مکعبی و یا دیسکی بوده و ساختار ریزدانه دارند. مقاومت پوششهای فسفاته نسبت به تخریب توسط عوامل قلیایی مورد مطالعات بیشتری قرار گرفته است. این مطالعات نشان داده که افزایش مقاومت قلیایی موجب بهبود کارایی لایه رنگ میشود[6]. در میان افزودنیهای مؤثر به پوششهای فسفاته، یون فلز نیکل از اهمیت بسیاری برخوردار است. این موضوع موجب شده است تا پیشرفتهای بزرگی در کاربردهای رنگ شدهی پوشش فسفاته به وقوع بپیوندد (مخصوصاً در محصولات گالوانیزه). معمولاً از مقادیر نسبتاً کمی نیکل در حمام فسفاته کاری استفاده میشود (gr/lit5/0 - 15/0)[6]. این کار بخاطر قیمت بالای نیکل است. مقادیر بالاتر نیکل (gr/lit4 - 6/0) به علت کاربرد بیشتر این حمامهای فسفات، مطرح میشوند. افزودن نیکل تأثیر قابل توجهی بر روی خواص ماکروسکوپی پوشش میگذارد. در عمل یون نیکل (Ni2+) بدین دلیل به حمام فسفاته روی اضافه میشود تا پوششی با ساختار کاملاً همگن (از لحاظ اندازه دانه) و دارای سطحی مناسب جهت افزایش چسبندگی رنگ و همچنین کاهش میزان تخلخل پوشش و نیز بهبود مقاومت به خوردگی آن، تولید شود. حضور یونهای نیکل در حمامهای فسفاته چندین نتیجه را موجب میشود. در حقیقت با ورود یونهای فلزات سنگین به داخل ساختار کریستالی، ریز شدن اندازه کریستالی و کاهش وزن واحد سطح پوشش حاصل میشود. پیشرفت روشهای آنالیز نشان میدهد که نیکل باعث تمرکز پوشش میشود. این امر میتواند ناشی از خاصیت جوانهزا بودن یونهای نیکل در حمامهای فسفاته باشد.