--تهیه شده توسط شرکت جلاپردازان پرشیا - واحد تحقیق و توسعه

خواص حفاظتی

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

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 حمام­های فسفاته روی، باعث تغییر ساختار کریستال پوشش فسفاته از فسفوفیلیت - هوپیت به شولزیت - فسفوفیلیت می­شود.

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.

برای تماس با شرکت جلاپردازان پرشیا کلیک کنید.

شرکت جلاپردازان پرشیا - واحد تحقیق و توسعه

خواص حفاظتی

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

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 حمام­های فسفاته روی، باعث تغییر ساختار کریستال پوشش فسفاته از فسفوفیلیت - هوپیت به شولزیت - فسفوفیلیت می­شود.

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.

برای تماس با شرکت جلاپردازان کلیک کنید.

5 . 4 فسفاته کردن به منظور تسهیل فرم دادن سردفلزات

1 . 5 . 4 نگاه کلی

استفاده از روش فسفات دارکردن برای تسهیل فرم دادن سردفلزات به کشفی توسط سینجر در سال 1937 باز می گردد . در این پتنت آلمانی به شماره ثبت اختراع 673405 ، سینجر استفاده از لایه های کریستالیزه شده چگال چسبیده ه به هم اکسیدها یا نمک هایی را برای روکش کردن آهن یا فولاد قبل از انجام عملیات فرم دادن پیشنهاد داد . هدف ، تشکل یک ساختار کریستالی چسبیده به پایه فلزی ، از طریق یک واکنش شیمیایی بود ، همان طور که در روش فسفات دار کردن نیز این هدف دنبال می شود . سینجر متوجه شد که چنین لایه های تشکیل شده از مواد معدنی ، با این مقدار سختی و مقاومت در مقابل فشار های بالا ، فاصله مناسبی بین ابزارمورد استفاده و فلز در حال فرم گرفتن ایجاد می کند . از آن جایی که خاصیت چسبندگی آن ها حتی در صورت کشیده شدن نیز به خوبی حفظ می شود ، می توانند برای تسهیل تغییر شکل های شدید و مکرر استفاده شوند .

فواید استفاده ار روکش فسفات در مقابل مواد استفاده شده در گذشته ، مثل روکش های سرب ، عمدتا اقتصادی هستند و همچنین این که می توان آن ها را به راحتی بعد از عملیات فرم دادن ، از طریق یک حمام اسید معدنی از فلز جدا کرد . استفاده از روکش های هیدروکسید آهن که گاهی در گذشته انجام می گرفتند ، از طریق زنگ زدن قطعه چس از جدا کردن آن انجام می شد . این نوع روکش ها به علت چسبندگی کم و حالت پودری و گسسته شان فقط فلزات نجیب را قادر به تغییر شکل می کردند .

در آلمان ، در زمان جنگ جهانی دوم ، فسفات دار کردن برای شکل دادن آهن و فولاد سرد به کار برده می شد . همراه با شرایط موجود در آن زمان ، این روش برای صنایع تولید مهمات به کار برده می شد ، برای مثال در سال 1944 اهمیت فسفات دار کردن به عنوان یک چسبنده برای شکل دادن فلزات سرد بسیار بیشتر از کاربرد آن به عنوان یک سد در مقابل خوردگی تلقی می شد . در دهه 1960 اهمیت این دو کاربرد فسفات دار کردن تقریبا یکسان شد . با این حال ، در سال های اخیر ، در نتیجه افزایش شدید تولیدات صنایعی چون خودروسازی ، نقش اساسی فسفات دار کردن برای مقاومت در برابر خوردگی به عنوان یک پیش رنگ می باشد ، که باعث کاهش اهمیت آن در فرم دادن فلزات سرد شده است .

در ایالت متحده آمریکا و انگلستان فواید فسفات دار کردنبرای فرم دادن فلزات سرد ، بعد از اتمام جنگ روشن شد . با این حال به سرعت پیشرفت کرد و امروزه در اکثر کشورهای صنعتی و پیشرفته به عنوان سهل کننده شکل دادن به فلزات سرد استفاده می شود . اساسی ترین کاربرد آن شامل تولید سیم ها و لوله های فولاد سردمی شود . پرس کردن مداوم فولاد سرد فقط از طریق فسفات دار کردن امکان پذیر است . در این فرایند و تمام دیگر زمینه های شکل دادن سرد و کشیدن سرد ، سطوح فسفات دار شده بیشترین سرعت تغییر شکل را نتیجه می دهند و در نتیجه از لحاظ اقتصادی فرایند را به صرفه می کنند . فایده دیگر فسفات دار کردن مشخصا افزایش سرعت امکان کشیدن فولاد برای تولید لوله و سیم و در نتیجه صرفه جویی اقتصادی است . سرعت های بالای 100 m/minدر صنایع تولید لوله فولادی و1000 m/minبرای تولید سیم دیده می شود .

روش فسفات دار کردن هیچ مشکلی برای هیچ نوع از فولادهای کربنی موجود در بازار ایجاد نمی کند ، همچنین هیچ مشکلی برای فولاد کم آلیاژ نیز ایجاد نمی شود . اجزا آلیاژ تا 3%نیکل ، 3%کروم ، 2%مولیبدینیوم ، یا 4%سیسلیسم با فرایند روکش دار کردن تداخلی ندارند . با این حال فولادهای پر آلیاژتر مثل بیش از 8%کروم نمی توانند فسفات دار شوند ، چرا که فسفریک اسید نمی تواند واکنش لایه برداری اولیه را که برای انجام فرایند فسفات دار کردن لازم است انجام دهد . برای این نوع فولاد های پرآلیاژ ، فسفات دار کردن توسط فرایندهای دیگر جایگزین می شود ، مثل فرایند هایی بر پایه اگزالیک اسید ، که در آن ها سرعت حمله به فولاد آلیاژ بیشتر است .

1 . 1 . 5 . 4 تاثیر اصطکاک در فرم دادن سرد

بازده فرم دهی سرد آسان از طریق فسفات دار کردن عمدتا به اصطکاک کاهش یافته حین انجام فرایند بستگی دارد . بسته به نوع فرم دهی ، انواع مختلف نیروهای اصطکاک خارجی وجود دارند . با وجود این ، می توان فرض کرد که تقریبا 50%انرژی مورد نیاز فرایند صرف غلبه بر نیروهای اصطکاک موجود می شود . . اثرات همراه فسفات دار کردن و روغن کاری این درصد را به میزان قابل توجهی کاهش داده و باعث طرفه جویی در انرژی می شود . در عین حال ، کاهش سطح مقطع ابزار و آبکاری مناسب روی قطعه نیز باعث کاهش مصرف انرژی می شود .

اثر این اصطکاک بر روی فرم دادن سرد توسط نماد - ضریب اصطکاک ، نشان داده می شود . . در مقابل اصطکاک خشک ، که لغزیدن یک سطح خشک بدون هیچ لایه واسطه روی سطح خشک دیگری تعریف می شود ، شرایط موجود در فرم دهی سرد باعث ایجاد اصطکاک های محدودکنندهیا آمیخته می شود . ضریب اصطکاک اینجا بین 0 . 02تا 0 . 15قرار دارد . اصطکاک محدودکننده زمانی به وجود می آید که صفحات لغزنده توسط یک لایه نازک ، معمولا تک مولکولی از چرب کننده از هم جدا می شوند . یکی از ویژگی های اصطکاک محدودکننده این است که که ضریب اصطکاک آن با افزایش سرعت لغزیدن سریعاکاهش می یابد . در مواردی که سرعت آنقدر بالاست که ضریب اصطکاک دیگر وابستگی قابل توجهی به سرعت ندارد ، اصطکاک هیدرودینامیک ظاهر می شود . . در این حالت ، هر دو سطح لغزنده به طور کامل توسط لایه چرب کننده ( روغن ) از هم جدا شده اند . اصطکاک مشاهده شده تنها به دلیل اصطکاک داخلی لایه روغن وجود دارد و مقدار آن بسیار کم است ، تا آن جایی که ضرایب اصطکاک در حدود 0.001 تا 0.01 قرار دارند .

در کشش سرد سرعت بالا برای تولید سیم و لوله ، اصطکاک های محدودکنند و هیدرودینامیک وجود دارند . این حالت را" اصطکاک آمیخته " میگویند و فرض می شود که در این حالت ، به دلایل مشخص تجربی ، لایه روغن به صورت موضعی سوراخ می شود .

شکل 86-رابطه بین ضریب اصطکاک ، سرعت نسبی لغزش و فشار سطحی بر نوع اصطکاک موجود

تحت شرایط موجود در فرم دهی سرد ، حتی زمانی که از چرب کننده ها استفاده می شود ، همواره احتمال تماس فلز-فلز بین ابزار و قطعه ، بسته به نوع دقیق فرایند فرم دهی ، وجود دارد . در نتیجه فشار و دمای بالا ، ممکن است لایه روغن شکاف بخورد ، که احتمالا به دلیل باز شدن سطح فلز اتفاق می افتد . در این نقاط ، حمله های فرساینده مشاهده می شود ، که در این حالت فلز در یک محل پاره شده و ذرات جدا شده در نقطه مجاور به سطح قطعه فشرده می شوند . ابزار پرس ضربه می خورد ، اصطکاک افزایش یافته و سرعت فرسایش ابزارآلات زیاد می شود . افزودن فیلترهای جامد به روغن ، مثل گچ ، میکا ، گرافیت یا مولیبدینیوم دی سولفید فقط تا حدی در جلوگیری از وقوع تماس فلز-فلز موثر است . عیب چنین افزودنی هایی ، امکان فرو رفتنشان در سطح فلز است که به تجربه ثابت شده که جدا کردنشان بسیار مشکل خواهد بود . 175 به منظور جلوگیری از شکاف خوردن لایه روغن و افزایش میزان اثربخشی اصطکاک آمیخته ، روغن های استفاده شده شامل چندین افزودنی اسید چرب قطبی و-زمانی که فشارهای بسیار بالا استفاده می شود ، افزودنی های فشار بالا می شود . با این حال استفاده از اسید چرب ها ، واکنش شیمیایی گروه های قطبی اسیدها ، کلر ، گوگرد یا فسفر حاوی افزودنی های فشار بالا ( افزودنی های EP) ، باعث افزایش جذب سطحی می شود ، این واکنش ها فقط در دماها و فشار های بسیار بالا به طور کامل اثربخش هستند .

روکش های فسفاتی در اصل طوری طراحی می شوند که توانایی عملکرد در کنار انواع روغن ها را داشته باشند . در جایی که این روکش هاای معدنیکریستالی استفاده شده اند ، فاصله بین قطعه و ابزار پرس در قسمتی که اصطکاک محدودکننده و آمیخته وجود دارد ، ایجاد می کنند ، در نتیجه اثر فرساینده را که عمدتا به دلیل جوش دادن سرد قطعات اتفاق می افتد ، کاهش می دهد . اگر به دلیل اصطکاک خشک ، لایه روغن درست عمل نکند ، با استفاده از روکش فسفات احتمال حملات فرساینده به شدت کاهش می یابدودر این حالت روکش فسفات به عنوان یک لایه محافظ اورژانسی عمل می کند .

در انواع مختلف فرم دهی های سرد ، اصطکاک به وسیله روکش های فسفاتی به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد . در اندازه گیری های تحت شرایط متفاوت قابل مقایسه ، ضریب اصطکاک برای سطوح روی فسفات دار شده همراه روغن امولسیونی در فشار 1440 N/mm2از 0.70به 0.043کاهش یافت ( در مقایسه با سطوح فسفاته نشده ) . مقادیر به دست آمده برای منگنز و آهن فسفاته شده به اندازه مقادیر اندازه گیری شده برای روی مطلوب نبودند . حتی در حالت های خاص که به علت پارگی لایه روغن ، اصطکاک خشک ایجاد می شود ، سطوح فسفاته شده منجر به اصطکاک کمتر در مقایسه با تماس مستقیم فلز-فلز می گردد .

علاوه بر عملکرد به عنوان یک رابط فاصله انداز در فرم دهی سرد ، نباید از اثر فسفاته کردن روی عوی عملکرد روغن های مورد استفاده چشم پوشی کرد . سطح کریستالی و در نتیجه زبر فلز فسفاته شده بهترین پایه ممکن برای نگه داری روغن ها روی فلز را فراهم می آورد . در نتیجه سطوح فسفاته شده چندین برابر یک سطح فسفاته نشده روغن جذب می کنن ( شکل 54 ) . مقدار موثر روغن به میزان زیادی مستقل از ضخامت روکش فسفات است . در یک مقایسه انجام شده ، با استفاده از یک نوع روغن یکسان ، ضخامت روغن روی فلز فسفاته شده 2.3g/m2و 1.0 g/m2بر سطوح فسفاته نشده بوده است . روغن جمع آوری شده از روی سطح فسفاته شده 7 تا 13 برابر سطح فسفاته نشده بوده است . چرب کننده های جامد مثل گرافیت و مولیبدینیوم دی سولفید نیز به راحتی توسط ساختار متخلخل روکش فسفات دوباره جمع آوری می شوند ، در نتیجه می توانند به نحو بهینه مورد استفاده قرار گیرند .

در عمل ، از امکان کاربرد چرب کننده های صابونی در پیوستگی با سطوح فسفاته شده استفاده فراوانی می شود . سولفات روی مصنوعی می تواند به صورت ناقص با صابون های فلزات قلیایی واکنش داده و صابون روی بسیار سریع الثری تولید کند . ترشری روی فسفات روی سطح به شکل زیر واکنش می دهد:

Zn₃ ( PO₄ ) ₂        +    6 CH₃ ( CH₂ ) _x . CO₂Na       →     3 Zn ( CH₃ ( CH₂ ) _x . CO₂ ) ₂     +      2 NaPO₄      ( 62 )

          ( ترشری سدیم سولفات )         ( صابون روی )        ( صابون سدیم )     ( ترشری روی فسفات )

واکنش از طریق غوطه ور کردن قطعه در حمام صابونی کننده در 70-80درجه سانتی گراد برای 2-10دقیقه صورت می گیرد . کامل ترین واکنش ، در نتیجه بهترینواکنش برای فرایند فرم دهی ، توسط چرب کننده های قابل صابونی شدن فعال شده اختصاصی ، انجام می گیرد . با غلظت 2-20%در مخزن غوطه وری ، pHحدود 9-10به دست می آید . با توجه به ضخامت روکش فسفات ، روکش های صابونی با ضخامت 5-20 g/m2تولید شده که می توانند تا 50%صابون روی باشند ( شکل 87 ) .

شکل 87 ) تبدیل روکش روی فسفات روی فولاد( 18 g/m2) با محلول آبی صابون سدیم

3 . 1 . 5 . 4 چسبندگی و قابلیت شکل پذیری روکش های فسفات

قابلیت چسبندگی خوب روکش های فسفات که برای انجام فرایندهای سخت و چندگانه فرم دهی فلزات ضروری است ، تا اندازه ای به دلیل عمل تنظیم کردن روی سطوح زبر شده توسط فرایند لایه برداری و تا اندازه ای به علت ماهیت برآری ( رونشست ، epitaxy) رشد بلور روی سطح فلز است . در مورد فسفات روی رایج ، فولاد عمدتا توسط Zn3 ( PO4 ) 2 . 4H2O( هوپیت ) و Zn­2Fe ( PO4 ) 2 . 4H2O( فسفوفیلیت ) پوشیده می شود ( شکل 88 ) . در حین فرم دهی فلز ، دما های محلی به راحتی تا 100 درجه سانتی گراد بال رفته و حتی می توانند تا 400 الی 500 درجه سانتی گراد هم برسند . در موارد استثنایی ممکن است دماهای بالای 1000 درجه سانتی گراد نیز به صورت موقتی مشاهده شود . این چنین دماهای بالایی تاثیری روی چسبندگی و عملکرد روکش روی فسفات نمی گذارند ، در نتیجه تغییر شکل های بعدی بدون مشکل انجام می شوند . تحقیقات نشان داده است که حتی برای مدت زمان های طولانی تر حدود 15 دقیقه در محیط اکسید کننده هوای داغ در دمای 500 درجه سانتی گراد ، هیچ گونه تغییر نامطلوبی روی لایه روی فسفات دیده نمی شود ، با این حال کمی از آب بلور ازدست می رود .

شکل 88 ) سطح مقطع تنظیم روکش روی فسفات با فولاد

در حین فرم دادن فلزات ، روکش فسفات مثل یک لایه پلاستیک یا مثل رفتار یک چرب کننده جامد مانند گرافیت یا مولیبدینیوم دی سولفید ، که حرکت در جهت ساختار لایه لایه کریستال انجام می گیرد ، عمل نمی کند . میکروکریستال های فسفات میکرو سختی حدود 1300N/mm2دارند ، که تقریبا برابر با سختی فولاد پایه شان است . نشان داده شده است که در حین فرم دهی ، کریستال های فسفات در ابتدا تا حدی کوچک می شوند تا به شکل پودر در بیایند و سپس به شکل یک روکش شیشه ای در می آیند . بعد از اتمامفقط 15%فرم دهی فلز ، ساختار کریستالی فسفات توسط پراسش پرتو Xقابل تشخیص نیست .

پودر ریز تولید شده توسط فرم دهی در تماس با چرب کننده ، نوعی خمیر به وجود می آورد ، با این حال بیشتر نواحی روکش فسفات به سطح فلز چسبیده باقی می ماند . ساختار نهایی در تمام موارد ، روکشی صاف و تقریبا براق به نام "سطح آینه ای کششی فسفات" می باشد . این روکش کاملا برای فرم دهی های بعدی به عنوان یک فاصله انداز و رابط چرب کننده قابل استفاده است . به همین دلیل ، برای مثال ، سیم های فولادی می توانند تحت بیش از 15 فرایند کشش با استفاده از چنین روکشی قرار گیرند . لایه های فسفاتی که چنین عمل می کنند ، سطح خاکستری و براق آینه ای خود را حفظ می کنند .

4 . 5 . 1 . 4 فرایندهای فسفات دار کردن برای فرم دادن سرد فلزات

انتخاب نوع فرایند فسفاته کردن مورد استفاده با توجه به ضخامت روکش مورد نیاز ، درجه سادگی فرایند ، حداقل کردن مقدار مواد شیمیایی مورد نیاز و همچنین تعدادی فاکتور دیگر که بیشتر مربور به کاربرد منظر می شوند ، تعیین می گردد . از آن جا که هیچ قانون مشخصی برای تعیید بهترین روکش موجود برای یک نوع سردکاری خاص وجود ندارد ، معمولا احتیاج به یک سری آزمایش های مقدماتی وجود دارد . برای این کار ، فاکتورهایی از جمله نوع آماده سازی شامل لایه برداری ، نوع فولاد مورد استفاده ، اثرات موجود در فرم دهای و همچنین ، ئر بعضی موارد ، اثرات ناشی از سیستم نگه داری و فسفاته کردن باید مورد آزمایش قرار گیرند . به جز چنین موارد خاصی ، نتایج تجربی یک سری اقدامات راهبردی برای انتخاب مناسب ترین روکش فسفات برای یک فرایند دلخواه به دست داده اند .

می توان گفت رایج ترین روکش مورد استفاده در فرایندهای فرم دهی سرد ، روکش های روی فسفات هستند . با این حال ، سیستم روی-منگنز محبوبیت تازه ای برای فرایندهای اکستروژن ، فشردگی سرد و سردکشی یافته است . فرایندهای روی-کلسیم بعضی اوقات در فرایندهای اکستروژن که در آن ها لایه فسفات تقریبا به طور کامل در حین فرایند تحلیل می رود و سطح براق فلز به عنوان قطعه نهایی به جا می ماند ، انجام می شوند . برای این کاربرد ، فسفات فلز های قلیایی نیز استفاده می شوند ، که در این مورد روکش عمدتا شامل اکسید آهن و فسفات آهن می شود .

نه تنها سیستم فسفات بلکه شتابدهنده مورد استفاده نیز در کاربردهای فرم دهی فلزات باید به دقت انتخاب شوند . ای موارد نه تنها بر ضخامت روکش بلکه بر چسبندگیو ساختار کریستالی روکش نیز تاثیر می گذارند . در سیستم رایج روی فسفات ، شتابدهنده های مطلوب شامل نیترات ها ، نیتریت ها و کلرات ها می شوند .

شتابدهنده های نیترات برای تولید لایه های ضخیم روکش روی فسفاتبا وزن 10-20 g/m2استفاده می شوند . این روکش ها در جایی لازم هستند که فرم دهی های سنگین انجام می شود ، مثل اکستروژن مداوم یا نازک کردن ورق فلز . ویژگی های چنین حمام هایی غلظت و دمای بالای آن هاست ( 70-95درجه سانتی گراد ) . اکثر سیستم های روی فسفات مورد استفاده برای سردکاری از ترکیب شتابدهنده نیترات+نیتریتاستفاده می کنند و به صورت جهانی برای این کاربرد نصب شده اند . بر اساس شرایط عملکرد حمام ، روکش هایی با وزن 4-15 g/m2تولید میکنند . محدوده دمای مورد نیاز 30 تا 80 درجه سانتی گراد است که معمولا در حدود 60 تا 75 قرار دارد .

فرایند های همراه با افزودنی هایی چون فسفات های غلیظ منجر به تولید روکش های بسیار نازک می شوند . این روکش های نازک ، معمولا 1-4 g/m2، برای اکستروژن لوله های فولادی جوش خورده یا نوارهای کشش عمیق کاربرد دارند . زمانی که درفرایندهای شتاب داده شده توسط نیترات + نیتریت ، نیتریت به صورت جداگانه اضافه و بر غلظت آن نظارت شده است ، کنترل فرایند پیچیده تر گشته است . با رعایت کردن شرایط مناسب و داشتن غلظت نسبی بالا از نیترات ، حمام می تواند طوری عمل کند که نیتریت به صورت خودکار از نیترات تولید شود و به جز در ابتدای کار حمام نیازی به اضافه کردن نیتریت نیست ( شکل 89 ) .

فرایندهایی که از کلرات به عنوان شتابدهنده استفاده می کنن ، روکش هایی نسبتا نازک ولی چگال تولید می کنند که معمولا برای فرایندهای فرم دهی فلزات بسیار مناسب هستند . روکش ها معمولا وزنی در حدود 3-6 g/m2دارند . دمای مورد نیاز حمام در حدود 45 تا 85 درجه سانتی گراد است . این فرایندها به دلیل سادگی ذاتی شان معمولا برای روکش فرایندهای کشش سیم و لوله به کار می روند . 81

با استفاده از بعضی شتابدهنده ها ، به خصوص نیترات ها ، می توان حداقل مقداری از آهن حل شده در واکنش لایه برداری را به عنوان Fe(II)به حمام بازگرداند . چنین فرایندهایی ، "فرایندهای متمایل به آهن" ، منجر به کاهش تولید لجن و کاهش مقدار مواد شیمیایی مورد نیاز می شوند . تا جایی که غلظت Fe(II)با افزایش توان عملیاتی کار بالا می رود ، اقدام های معمول برای کنترل آن باید صورت بگیرند ، زمانی که غلظت Fe(II)به درجه ای می رسد که بر تولید روکش و ویژگی هایش به عنوان سهل کننده فرم دهی فلزات تاثیر می گذارد . چنین مقادیری شامل تحلیل و جایگزینی حمام فسفات ، یا اکسیداسیون ناقص Fe(II)به Fe(III)می شود ، که Fe(III)به صورت یک لجن فسفات کم محلول رسوب می کند . عوامل اکسنده مناسب هوا و کلرات ها هستند . با استفاده از افزودنی های حمام اختصاصی می توان چنین حمام های آهنی را در دمای 40 تا 60 درجه سانتی گراد به کار انداخت . این عمل نه تنها باعث صرفه جویی در انرژی می شود بلکه منجر به کاهش تولید لایه جامد بر دیواره های مخزن و سطوح هیتر می گردد .

شکل 89-اثر اکسنده های مختلف بر رشد لایه روی سولفات

در انتخاب مناسب ترین فرایند فسفاته کردن ، اولین فاکتور مورد بررسی نوع روکش مورد نیاز است . فرم دهی های سخت و متوالی نیازمند روکش های ضخیم هستند ، در حالی که فرم دهی هایی که ساده تر انجام می شوند نیازی به روکش های ضضخیم ندارند . ضخامت مورد نیاز روکش بر این اساس تخمین زده می شود که بعد از اتمام کار مقدار کافی از روکش روی قطعه باقی بماند تا بتواند از قطعه و ابزار حفاظت کند . در نتیجه ، در یک فرایند چند مرحله ای برای تولید سیم ، شرایطی انتخاب شده است که پس از بیرون آمدن از آخرین فرم دهی ، روکشی با ضخامت بیشتر از 0.5-1 g/m2روی قطعه باقی مانده باشد . از سوی دیگر ، نیازی به روکش های ضخیم بی دلیل که باعث افزایش مصرف انرژی می شود ، نیست . به طور کلی روکش های ضخیم تر ساختارهای بلوری درشت تری را نتیجه می دهند .

برای مثال در کشش جهت تولید سیم ، استفاده از ضخیم ترین روکش های فسفات ، می تواند منجر به screamingدر حین گذار از اولین مرحله استراحت شود . در مقابل این اتفاق ، زمانی استفاده از روکش روکش های ضخیم اولیه مطلوب است که نیاز داشته باشیم یک روکش بعد از عملیات مکانیکی ، به عنوان یک کمک کننده به فرم دهی های بعدی ، سردکاری یا فرایندهای دیگر ، باقی بماند .

ماهیت و نوع آماده سازی قبل از فسفات دار کردن نیز تاثیر زیادی بر ساختار و ضخامت روکش فسفات می گذارد . در اقدامات عادی برای سردکاری از حمام سولفوریک اسید یا هیدروکلریک اسید برای خواباندن قطعه استفاده می شود که باعث تولید روکشی با ساختار بلورهای درشت تر و ضخیم تر می گردد . در مواردی که نیاز باشد ، می توان این اثرات را از طریق شستشو با یک محلول نمک فلزی ، به خصوص نمک های تیتانیوم ، خنثی کرد . این عمل سرعت هسته گذاری را تحت تاثیر قراردارده و باعثرشد بلورهای بهتر می گردد و روشی رایج برای فسفاته کردن لوله ها و سیم ها می باشد .

در عمل ، زمانغوطه ور کردن در حمام های فسفات دار کردن می تواند متفاوت باشد تا ضخامت های متفاوتی با توجه به نیاز کاربر به دست بدهد . در نتیجه لوله های فولادی برای کشش یک مرحله به مدت 3 دقیقه غوطه ور می شوند ، در حالی که قطعاتی که برای اکستروژن های 2 یا 3 مرحله ای آماده می شوند ، به مدت 10 دقیقه در حمام غوطه ور می شوند که ضخامت هایی در محدوده 6-8 g/m2می دهند . نمی توان محدوده بزرگتری برای ضخامت روکش به دست آورد . چرا که غوطه ور شدن کم تر از 3 دقیقه تنها منجر به نشستن یک لایه پودری روی قطعه می شود و غوطه ور کردن بیش از 10 دقیقه به افزایش ضخامت روکش نمی انجامد . بنابراین این روش باید به عنوان یک تنظیم کننده دیده شود که پس از تعیین تقریبی ضخامت مورد نیاز به توجه به فرم دهی مورد نظر انجام شود .

در فرم دهی سرد فلزات ، بهترین نحوه تعیین ضخامت رو کش های فسفات ، از طریق g/m2است . این مقادیر از طرق مختلف حل کردن و کاهش وزن اندازه گیری می شوند ( قسمت 7 . 1را ببینید ) . تعیین ضخامت روکش ها به در سردکاری توصیه نمی شود ، چرا کهاندازه گیری ضخامت توسط وسایل مغناطیسی با توجه به تنوع زیاد ترکیب و ساختار روکش ها می تواند منجر به داده های غیرقابل اطمینان شود .

در فرایندهای سردکاری ، لایه های روی فسفات ، در مقابل روکش های آهنی یا منگنزی ، بهترین رفتار موضعیرا از خود نشان می دهند که به این دلیل است که روی فسفات با هر شتابدهنده ای عمل می کند . با این حال استفاده از منگنز فسفات ، در مواقعی که فشارهای بسیار بالا مورد استفاده است ، می تواند سودمند باشد . وضعیت دیگری که در آن روی فسفات نامناسب تر از روکش های فسفات آهن/اکسید آهن است ، زمانی است که در مرحله آخر نیاز به سطحی بدون هیچ ماده باقی مانده داریم . سیستم های روی فسفات همراه با شتابدهنده نیترات تمایل به مصرف فزاینده Fe(II) حمام دارد . در نتیجه ، روکش های تولید شده از این طریق ، همراه با با روی فسفات مقادیری آهن نیز دارند . در مواردی که چنین روکش هایی تحت شرایط سخت قرار می گیرند ، مثل اکستروإن های متوالی ، فسفات آهن موجود در روکش اثرات زیان آور خواهد داشت .

با استفاده از چرب کننده های واکنش ، می توان در یک فرایند تک مرحله ای ، روکش های فسفات را روی چرب کننده که از قبل در محل وجود دارد ، تولید کرد ( قسمت 4 . 3 . 3 را ببینید ) . در فرایندهای فسفات دار کردن مطلوب ، که چرب کننده ها در یک مرحله جداگانه استفاده می شوند ، فرایند به صورت 3 یا 4 مرحله انجام می گردد . با این حال ، در کاربردهای بسیار پیچیده باید متذکر شد که سیستم تک مرحله ای فسفات + چرب کننده به خوبی فرایندهای چند مرحله ای قدیمی عمل نمی کنند . با این وجود روش تک مرحله ای ، به استثنای سادگی اش ، فواید دیگری نیز دارد . این فواید شامل محافظت بهبود یافته در برابر زنگ در حین نگه داری و سطح براق فلز همراه با کاهش زبری سطح می شود . در نتیجه این ایده در صنایع آبکاری لوله ها ، سیم ها و دیگر قطعات کشش عمیق فولاد محبوبیت پیدا کرده است .

با توجه به ماهیت دقیق فرایند فرم دهی فلزاتروکش های فسفات یک یا چند ویژگی مطلوب ارائه می کنند:

1) افزایش درجه فرم دهی ممکن در یک مرحله

2) افزایش درجه فرم دهی کلی ممکن

3) کاهش تعداد فرایند های میانی پخت

4) افزایش ماکسیمم سرعت فرم دهی

5) بهبود کیفیت سطح قطعه فرم داده شده ، کاهش ضرب خوردگی و خراش ، همراه با روکش فسفات باقی مانده که ایجاد مقداری محافظت در مقابل فرسایش می کند.

6) کاهش فرسایش و تحلیل ابزار های فرم دهی که منجر به افزایش بهره وری می گردد.

5 . 1 . 5 . 4 اثر فسفات دار کردن بر قطعه فرم داده شده

علاوه بر نقش فسفاته کردن در حین فرایند فرم دهی ، باید اثر آن روی قطعه تکمیل شده را نیز در نظر گرفت . تا اینجا دیدیم که کاهش قابل توجهی در ضرب خوردگیو خراش سطوح ، قطعه ای با کیفیت سطح بهبود یافته تحویل می دهد . اندازه گیری زبری سطح فلز نشان می دهد که با استفاده از فسفاته کردن مقادیر زبری بهبود می یابند . در نتیجه ، مقادیر بهبود یافته زبری سطح ( Rt) در کشش سرد تولید لوله های فولادی با اندازه دقیق نیز یافت شده اند و نتایج مشابهی در کشش میله های فولادی نیز به دست آمده است . 102 در کشش لوله های دقیق برای سیلندرهای هیدرولیک ، معمولا زبری سطح کمتر از 5Rtنیاز است . این مقادیر معمولا با استفاده از روی فسفات با وزن 5 g/m2و ، حتی بهتر ، با اضافه کردن لایه های اکسید آهن/فسفات آهن با وزن حداکثر 2 g/m2، به دست می آیند . برای به دست آوردن مقادیر بسیار کم زبری ، در حدود کمتر از 2Rt، ممکن است لازم باشد از چرب کننده های واکنش مولکولی سنگین به جای ترکیبی از روکش فسفات و چرب کننده های امولسیونی استفاده شود . از این طریق مقادیر بالاتر اصطکاک دیده می شوند که سطوحی با کم ترین مقادیر زبری تولید می کنند .

کاهش اصطکاک از طریق سطوح فسفاته شده همچنین باعث کاهش سخت شده قطعه در حین فرم دهی می شود . در این حالت حرکات درونی جرم داخلی فلز وابسته به لایه های سطح کاهش یافته و منجر به مقادیر کم تر سختی میکرو و ماکرو می شود . در نتیجه ، برای مثال ، قدرت کششی پایین تر و مقادیر بالاتری از افزایش طول در کشش لوله های فولادی فسفاته شده به دست می آیند ( شکل 90 ) .

6 . 1 . 5 . 4 مراقبت های بعد از سردکاری

پس از سردکاری ، سطح فلز همراه با یک روکش فشرده شده از فسفات و چرب کننده بیرون می آید . این حالت باعث وجود درجه ای از محافظت در برابر خوردگی در زمان نگه داری در انبار و حمل و نقل برای قطعه می گردد . در بعضی موارد ، این محافظت باید از طریق روغن های محافظ خوردگی افزایش یابد . در تعدادی از موارد ، لایه باقی مانده برای بعضی فرایندهای بعدی قابل استفاده است . این حالت برای مواردی چون تولید لوله از طریق کشش یا ساخت سیلندر که در آن ها لغزندگی بهتر مطلوب است ، صادق است .

بیشتر بدانیم

1.کشش سیم

2.کشش لوله

3.قالب عمیق

4.باز کشش

مرجع : technical-application-of-phosphating

ترجمه توسط واحد تحقیق توسعه شرکت جلاپردازان پرشیا

برای کسب اطلاعات بیشتر کلیک کنید.

مقدمه ای بر فسفاته منگنز :

فسفاته کاری منگنز فولاد ساده کربنی

مقدمـه:

در زمره سه نوع پوشش تبدیلی فسفاته، پوششهای فسفاته منگنز حداکثر مقاومت به خوردگی در کاربردهای رنگ نشده را بوجود می آورند. این پوششها که بطور وسیعی در صنعت خودرو استفاده می شوند بهترین پوشش برای آسان کردن لغزش و کاهش سایش دو سطح فلزی لغزنده روی یکدیگر می باشد.

.پوششها فسفاته خواص روغنکاری شدیدی ندارند ولی بخاطر طبیعت مختلط که دارند قادرند مقدار قابل ملاحظه ای را جذب کرده و در خود نگه می دارند

بهترین کارکرد سایشی پوششهای فسفاته منگنز با استفاده از پوشش های متخلخل با دانه های ریز که توسط یک محلول شتابدار شده بدست می آید به همراه روغن اعمال شده روی آنها حاصل می شود، از این نوع پوششهای فسفاته برای زیرسازی رنگ استفاده نمی شود.

پوشش های فسفاته منگـنز:

این پوششها بر قطعات آهنی مانند یاتاقانها، چرخدنده ها و قطعات داخلی موتورهای احتراق به منظور جلوگیری از سایش اعمال می شود. رنگ آنها معمولا خاکستری تیره بوده و وزن واحد سطح آنها در محدوده 5.4 الی 32.4 گرم بر متر مربع قرار دارد.پوششهای ریزدانه معمولا به پوششهای درشت دانه ترجیح داده می شوند اگرچه اندازه کریستال را می توان بسته به نیازمندیهای سرویس تغییر داد.

تلاش برای تبدیل محلول فسفاته منگنز به محلول فسفاته کاری در دمای اتاق موفقیت آمیز نبوده است. معمولا دمای کاری محلول فسفاته منگنز برابر با c˚99-93 است و در این دمای کاری پوششهای فسفاته منگنز – آهن تشکیل می شود. مقدار آهن اضافی موجود در حمام را با اضافه کردن یک عامل اکسید کننده مانند پراکسید هیدروژن می توان کنترل نمود.

پوششهای فسفاته منگنز به اثرات تمییزکاری حساس هستند. استفاده از یک تمییز کننده اسیدی یا قلیایی قوی، تولید پوششهای خشن تری می کنند. با آماده سازی سطح قبل از انجام فسفاته کاری توسط سوسپانسیونی از فسفات منگنز ریز، تا حد زیادی می توان بر این مساله فائق آمد. این قضیه بویژه وقتی مهم است که قطعه کار زنگ زده باشد و قبل از فسفاته کاری نیاز به اسید شویی داشته باشد.

بحث و نتیجه گیری :

در اثر افزودن سولفات فرو به محلول فسفاته، یون فرو و سولفات حاصل خواهد شد، یون فرو قادر است با H2PO4-حاصل از تفکیک اسید فسفریک تشکیل نمک فسفات فرو اولیه داده و پس از تبدیل شدن به نمک فسفات ثانویه و ثالثیه در ترکیب پوشش شرکت کند، لذا با افزودن یون فرو به محلول فسفاته اسید کل آن کاهش خواهد یافت. پر شدن خلل و فرج پوشش توسط نمکهای فسفات فرو، دانسیته ظاهری پوشش را می افزاید. افزودن نیترات نیکل به محلول فسفاته نیز یون نیترات و یون نیکل بوجود می آورد. با توجه به نتایج آنالیز تصویری و خطی اشعه Xو نیز با توجه به نتایج تعیین مقاومت به خوردگی پوشش می توان گفت نیکل در ترکیب پوشش های فسفاته نقش داشته است ، لذا در مورد آن تحلیلی مشابه با یون فرو می توان داشت. ولی یون نیترات از آنجا که یک شتابدهنده اکسید کننده است با دیپلاریزه کردن هیدروژن بوجود آمده از واکنش کاتدی روی سطح جلوگیری رشد کریستالها را گرفته و بدین ترتیب اندازه کریستالها ، ضخامت سطح پوشش را کاهش داده و دانسیته ظاهری آن را می افزاید.

در مورد فلورید سدیم می توان گفت از آنجا که ترکیب اسید ضعیف و نمک آن می تواند در محلول خاصیت بافرکنندگی داشته باشد ، لذا افزودن فلورید سدیم به محلول فسفاته طبق معادلات زیرباعث مقاومت محلول در برابر تغییرات ناگهانی PHمی شود:

NaF --> Na ++ F -

HF --> H ++ F -

اولین مرحله تشکیل پوشش فسفاته حمله اسید به سطح فلز و انحلال آن است:

Fe + 2H+ --> Fe2++ H2

در اثر این حمله PHمحلول در مجاورت سطح به طور موضعی افزایش یافته و طبق واکنش زیر ، پوشش فسفاته تشکیل خواهد شد

MeHPO2 + Me3(PO4)2 + 5H+--> 4Me 2++ 3H2PO4-

حضورNaF در محلول فسفاته تغییرات PHمحلول در مجاورت سطح فلز را کنترل کرده و از رسوب کریستالها به صورت مجتمع و دسته ای جلوگیری می کند.

در مورد نیترات نقره نیز می توان تحلیلی مشابه با نیترات نیکل داشت ضمن آنکه نتایج آنالیز خطی اشعه Xاز ضخامت پوشش نشان می دهد که نقره به صورت خالص نیز بر روی سطح فلز راسب شده است و لذا بدین ترتیب با افزایش نواحی کاتدی سرعت فرآیند را افزوده و اندازه کریستالهای پوشش را ریزتر کرده است. وارد شدن نقره در ترکیب پوشش و راسب شدن آن روی سطح فلز پایه از آنجا که جرم اتمی نقره نسبت به نیکل بالاتر است باعث افزایش وزن واحد سطح پوشش حاصل از محلول 4 نسبت به پوشش حاصل از محلول 3 جدول 1 خواهد شد.

جدول 1 – ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده جهت ساخت محلول نهایی

با افزودن نیترات نیکل ، فلورید سدیم و نیترات نقره به محلول فسفاته مقاومت به خوردگی پوشش نسبت به پوشش حاصل از محلول 1جدول 1 افزایش یافته است.

علت افزایش مقاومت به خوردگی را می توان به افزایش دانسیته ظاهری سطح و لذا کاهش میزان سطح سوراخ آزاد نسبت داد .علت افت نمودار در اثر افزودن نیترات نقره نسبت به حالت بدون آن علی رغم افزایش دانسیته ظاهری را نیز می توان به نقش کوپلهای گالوانیک بوجود آمده در اثر نشست نقره روی سطح فولاد نسبت داد.

عملیات روغنکاری باعث جذب روغن توسط کریستال شده و لذا مقاومت به خوردگی پوشش را می افزاید ضمن آنکه مقداری روغن نیز در خلل و فرج پوشش جذب خواهد شد. در اثر سیل کاری پوشش در محلول اسید کرومیک حفره های موجود در پوشش با تشکیل فسفات کروم در محل آنها بسته خواهد شد ، لذا بدیهی است که با مسدود شدن نقاط شروع خوردگی ،مقاومت به خوردگی پوشش افزایش شدیدی بیابد .

استفاده توأم از عملیات سیل کاری در محلول اسید کرومیک و روغنکاری در گریس علاوه بر بستن حفره های موجود در پوشش باعث جذب روغن توسط کریستال نیز شده و لذا نسبت به هر یک از عملیات فوق مقاومت به خوردگی بالاتری نتیجه خواهد شد.

برگرفته از پروژه پایانی :

احمد زندی / دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی خوردگی دانشگاه صنعتی شریف

استاد راهنما : دکتر محمّد قربانی / استاد تمام دانشکده مهندسی و علم مواد دانشگاه صنعتی شریف

لغات کلیدی : فسفاته منگنز , منگنز فسفات , فسفات منگنز , محلول فسفاته منگنز تست بالا , فسفاته مقاوم به خوردگی , فسفاته ضد خوردگی ,

*فسفاته زیر رنگ دما پایین - بزودی تئوری و محصول جدید شرکت

جدول 1- 5 عیوب متداول در فسفاته کاری[21]

استفاده از پوشش­های فسفاته برای محافظت از سطح فولادها از اواخر قرن نوزدهم شناخته شده است و در طول این مدت در بسیاری از تولیدات جهانی مثل اتومبیل، یخچال مبلمان و... مورد استفاده قرار گرفته است. نخستین ثبت موثق از پوشش­های فسفاته که به منظور جلوگیری از زنگ زدن آهن وفولاد اعمال شد، اختراع آقای Ross در
سال 1869 می­باشد. در روش او آهن گداخته در اسید فسفریک غوطه ور شد. از آن پس این فرآیند پیشرفت­های متعددی داشته است که مهمترین آن­ها در جدول 1-1 آورده شده است.

جدول 1-1 گسترش فرایند فسفاته­ کاری در طول تاریخ

در 30 سال اخیر نیز تلاش­های زیادی جهت بهینه کردن و اقتصادی کردن پوشش­های فسفاته انجام شده است؛ از جمله استفاده از حمام­های فسفاته کاری کم دما و پایین آوردن مصرف انرژی استفاده از تکنولوژی روی کم، استفاده از افزودنی­های خاص در حمام استفاده از یون فلزات سنگین بیشتر از یک کاتیون در حمام فسفاته کاری و غیره. اخیراً انواع جدید پوشش­های فسفاته از جمله پوشش­های فسفاته قلع، نیکل و سرب نیز معرفی شده­ اند.

برای تماس با واحد تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان کلیک کنید.

گاهی برای تسریع فرآیند فسفاته کاری از جریان الکتریکی استفاده می­شود که تسریع کننده تأثیرات آن به اختصار در زیر آمده است:

1. عملیات کاتدی فرایند فسفاته کردن را شدیداً تسریع می­کند.

2. عملیات آندی از تشکیل پوشش جلوگیری می­کند و به احتمال زیاد فسفات روی یا فسفات منگنز اولیه به شکل غیر محلول تبدیل نمی­شود، ولی فسفات فروی اولیه از محلول فسفاته­ی فوق اشباع رسوب می­کند و همزمان سطح فلز با پوششی با ترکیب Fe(H2PO4)2.2H2Oرویین می­شود.

3. استفاده از جریان متناوب نتایجی مشابه با عملیات کاتدی را دارد. می­توان نتیجه گرفت که عمل کاتدی جریان متناوب، بسیار شدیدتر از عمل آندی آن است.

4 . استفاده از جریان متناوب و تسریع کننده­ی شیمیایی نتایج را بهبود می­بخشد. در این حالت فرایند خیلی سریعتر به پایان می­رسد. در صورتی که در حالت غوطه ­وری معمولی در این مدت اندک نتیجه حاصل نمی­شود. چنین سرعتی، در غیاب جریان، تنها با استفاده از عملیات پاششی قابل دسترسی است.

پوشش­ فسفاته به دلیل اقتصادی بودن، سرعت تشکیل بالا، محافظت از خوردگی خوب، مقاومت سایشی، چسبندگی و خاصیت روانکاری نقش مهمی را در صنعت اتومبیل و صنایع دیگر ایفا می­کند. بیشترین استفاده پوششهای فسفاته بعنوان پایه ای برای رنگ می باشد همچنین به عنوان نگهدارنده روغن ها و افزایش چسبندگی رنگ، عایق کاری الکتریکی بکار می روند. در زیر به توضیح مختصر هر یک از کاربردهای فوق الذکر می پردازیم .

پوشش فسفاته برای محافظت در برابر خوردگی

تمام انواع پوشش های فسفاته برای حفاظت در مقابل خوردگی می توانند مورد استفاده قرار گیرند. پوشش فسفاته غیر قابل حل به صورت یک سد فیزیکی در مقابل رطوبت عمل می نماید. درجه حفاظت پوشش های فسفاته در برابر خوردگی به عوامل مانندیکنواختی پوشش.، ضخامت دانسیته و اندازه کریستالهای پوشش و نوع آب بندی نهایی بستگی دارد.

پوششهای فسفاته ای که برای مقاصد جلوگیری از خوردگی می باشند. ممکن است نهایتأ توسط محلول آبی حاوی ترکیبات کروم دار آب بندی شوند و یا میتوان برای افزایش مقاومت به خوردگی بعد از فسفاته از روغن یا واکس استفاده نمود. بدون عملیات بعدی، مدت حفاظت در برابر خوردگی پوشش های فسفاته محدود به عمر پوشش می شود. برای بدست آوردن حفاظتی به مدت طولانی از سطوح فسفاته کاری شده انجام عملیات اضافی ضروری می باشد. پوشش های فسفاتی که برای حفاظت از خوردگی استفاده می شوند ممکن است یک شستشوی نهایی توسط محلول های شامل ترکیبات کرم داشته باشند. بدون عملیات تکمیلی فوق این پوشش ها دارای دوام و عمر کوتاهی خواهند بود. برای به دست آوردن لایه های فسفاته موثر و با دوام بر حسب تکمیلی بر روی سطح فسفاته ضروری است. این عمل می تواند به طور مثال با استفاده از روغن غیر خورنده ، گریس، واکس، رنگ یا پوشش های مشابه انجام گیرد.البته ترکیب حمام نیز موثر است، مثلأمولیبدن مقاومت به خوردگی پوشش فسفات آهن را کم می کند و در عوض کلرات مقاومت را افزایش می دهد.

جدول: مقاومت به خوردگی قطعه فولادی با پوشش­های مختلف

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.

پوشش فسفاته برای مقاومت به سایش

خواص رفت و برگشتی قطعات ماشین که محتمل سایش می شوند در اثر فسفاتاسیون بهبود می یابد، زیرا از ساییدگی حرکتی جلوگیری می شود. توانایی پوشش فسفاته برای کاهش سایش اولأ به یکنواختی پوشش فسفاته، ثانیأ به فنر زمینه و ثالثأ جذب روغن توسط پوشش بستگی دارد. پوشش های فسفاته منگنز سنگین (8/10الی 0/43 ) همراه با یک روانساز جهت مقاومت به سایش بکار میروند .

پوشش فسفاته برای زیر سازی رنگ

وظیفه اصلی یک پوشش رنگ محافظ جلوگیری از خوردگی فلز پایه در محیطی که مورد استفاده قرار گرفته می باشد. برای دستیابی به این هدف روش آماده سازی بایستی به نحوی باشد که اکتیویته سطح فلز را کاهش دهد. بطوریکه از خوردگی در فصل مشترک رنگ– فلز جلوگیری شود.

معمولأ پوشش های فسفاته روی بو پوششهای فسفاته آهن بعنوان پایه ای برای رنگ کاری بکار می روند. نمونه ای از این کاربردها برای بدنه اتومبیل، فیلترهای هوا، سیستم ترمز، تانک های سوخت، کابینتهای فلزی، مصارف خانگی و اسباب بازی ها می باشد.

پوشش های فسفاته به عنوان عایق الکتریکی

پوشش های فسفاته روی به عنوان عایق الکتریکی نیز بکار میروند. جرم واحد سطح پوششهای فسفاته تابعی از مقاومت الکتریکی سطح مورد نیاز می باشد .

مرجع: پایان نامه دانشگاهی اقایان خیر خواه و پور فتحی دانشگاه شریف

برای فسفاته کاری سطوح می توان از روش غوطه وری، روش اسپری کردن و یا از ترکیبی از هر دو روش استفاده کرد.به عنوان مثال یک روش مدرن برای اعمال پوشش فسفاته روی بر روی بدنه اتومبیل ترکیبی از روش غوطه وری و اسپری می باشد. بدین ترتیب که هنگام ورود قطعه کار به محلول توسط افشانک هایی در داخل حمام، محلول به قطعه پاشیده می شود. بعضی مواقع ممکن است ایجاد پوشش فسفاته به وسیله برس زدن انجام شود و البته این روش کمتر مورد استفاده قرار میگیرد.

روش غوطه وری

هر سه نوع پوشش فسفاته روی، آهن و منگنز را می توان به روش غوطه وری اعمال کرد. با استفاده از این روش می توان قطعه کارهای باریکه ای شکل مانند نوار را بطور مداوم پوشش کاری کرد. قطعه کارهای کوچک مانند پیچ و مهره و واشر و .. که در حجم های زیادی تولید می شوند فقط به روش غوطه وری می توان برروی آنها پوشش ایجاد کرد. از طرفی این روش برای چنین قطعاتی اقتصادی است. برای پوشش کاری این نوع قطعات، آنها را داخل استوانه ای سوراخ دار می ریزند که این استوانه بعد از غوطه وری در محلول فسفاته با سرعت 4 دور در دقیقه می چرخد. این درام ها معمولأ از جنس فولاد کم کربن ساخته می شوند و در صورتیکه عمر بیشتری انتظار داشته باشیم از نوع فولاد زنگ نزن انتخاب می شود.

در شکل 1 نمونه ای از این درام ها نشان داده شده است.

شکل1 وسیله ای مخصوص فسفاته کاری قطعات کوچک

ممکن است قطعات کوچک در داخل سبدی بدون چرخش وارد حمام فسفاته شوند و معمولأ چنین روشی کاملأ رضایت بخش نمی باشد چون قطعاتی که در تماس با یکدیگر هستند و یا در تماس با دیواره سبد قرار می گیرند بدون پوشش باقی می مانند. قطعات بزرگ بطور دستی حمام می شوند و اگر چنین قطعاتی دارای شکل پیچیده ای باشند مانند بدنه پمپ ها یا دریچه های هیدرولیک بایستی به روش غوطه وری فسفاته کاری شوند. با استفاده از هر دو روش می توان پوشش فسفاته سنگین بر روی سطح اعمال کرد اما روش غوطه وری برای این منظور معمولتر می باشد. با استفاده از روش غوطه وری، پوشش در تمام قسمتهای قطعه کاربصورت یکنواخت ایجاد می شود و قطعأ دارای قسمتهای بدون پوشش کمتری است و در نتیجه به تعمیر کمتری نیاز دارد. سرعت عمل در این روش کند است و نیاز به حمام های بزرگتر و فضای بیشتری می باشد و به علت حجم زیاد شارژ دوباره آن گرانتر است. به علت اینکه حجم حمامها در روش غوطه وری بزرگتر است پس درجه حرارت ثابت و پایدارتر می باشد. فسفاته کاری به روش غوطه وری تغییراتی در ترکیب پوشش فسفاته ایجاد می کند در نتیجه عمل رنگ کاری بهتر انجام می شود.

یک سیستم فسفاته کاری به روش غوطه وری بایستی شامل تعدادی مخزن، کنترل کننده درجه حرارت و سطح محلول، سیستم های خروج بخار، تجهیزات لازم برای جابجا کردن مواد و تجهیزات برای خشک کردن باشد .در زیر یک نمونه فرآیند پوشش دهی به روش غوطه وری نشان داده شده است.

شکل 2: فرآیند فسفاته کاری به روش غوطه وری .

روش اسپری کردن

پوشش فسفاته روی و گاهی فسفات آهن بدین روش اعمال می گردد. اسید کل حمام فسفاته بایستی معمولاحدود10-20 باشد و pH حمام چربیگیری بایستی حدود10-8 باشد.

در پایان فسفاته کاری نمونه بایستی تحت پاشش آب بدون یون با سرعت 3-1 قرار بگیرد. هدایت یونی این آب نبایستی بیشتر از 30 باشد.

شکل3 : فرآیند پوشش دهی به روش اسپری کردن.

انتخاب روش مناسب فسفاته کاری بر اساس خصوصیات ویژه قطعه کار و پروسه کاری آن می باشد. با وجود این راهنمایی های زیر ممکن است در انتخاب روش صحیح مفید واقع شوند :

1) شکل ، اندازه و تعداد قطعات می توانند تعین کنند روش فسفاته کاری باشند. قطعات با شکل پیچیده معمولا به روش غوطه وری فسفاته کاری می شوند

2) جنبه اقتصادی روش و فضای موجود نیز موثر است.

3) کیفیت مورد نظر از پوشش در انتخاب روش دخالت دارد.

4) برای ایجاد پوششهای فسفات سنگین معمولأ از روش غوطه وری استفاده می شود .

مرجع : پایان نامه دانشگاهی اقایان خیر خواه و پور فتحی دانشگاه شریف