مبانی تئوری پوشش فسفاته
مایعی اسیدی است که برای مقاومت قطعات آهنی در برابر اکسیداسیون بعد از عملیات چربیگیری با پوششی از کریستالهای متوسط و تا حدودی ریز مورد استفاده قرار می گیرد
تئوری پوشش فسفاته
پوشش (آبکاری) فسفاته روی یکی از اولین آبکاریهای انجام شده در صنایع است.این آبکاری به صورت پاششی و غوطه وری استفاده میشود.
هدف از فسفاته كاري، بهبود چسبندگي رنگ، افزايش مقاومت به خوردگي، كمك به تغيير شكل سرد و افزايش مقاومت به سايش سطح مي باشد. 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. اين پوشش در فسفاته هاي گروه آهن بصورت قوس وقزح تيره و در فسفاته هاي گروه روي و يا منگنز بصورت كريستالهاي خاكستري تيره تا مشكي مي باشد.با استفاده از اكتيواتور و شتاب دهنده ميتوان تغييرات ظاهري در يكنواختي و اندازه كريستالهاي فسفاته ايجاد كرد.
پوشش هاي فسفاته به سه منظور كلي زير كاربرد دارد:
1-افزايش چسبندگي رنگ : كريستالهاي فسفاته با ايجاد زبري روي سطح قطعات باعث افزايش چسبندگي رنگ مي شود.
2 -افزايش مقاومت به خوردگي : كريستالهاي فسفاته با ايجاد زبري روي سطح قطعات محمل بسيار مناسبي براي نگهداري هر چه بيشتر و طولاني تر براي 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.
3 -كشش مفتول يا ورق یا لوله : كريستالهاي فسفاته با ايجاد زبري محمل بسيار مناسبي براي نگهداري روغن يا پودر هاي كشش است كه ضمن روانكاري بهتر با خرد شدن كريستالها در فرايند كشش يا پرسكاري باعث افزايش كيفيت سطح قطعات و جلوگيري از خط و خش مي 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- یون 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- یون فسفات :
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 برای تنظیم اسید آزاد و اسید کل و در نتیجه تنظیم اندازه دانه رسوب ،تنظیم pH و تامین کننده یون نیترات بکار می رود. 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 می شود.
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 pH نیز 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)
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 90-55 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 2 تا 4 به منظور سرعت اکسیداسیون سطحی مناسب تنظیم شوند.
مطالب مرتبط
