مقدمه
در نوشتار قبلی به مقایسه پوشش‌های فسفاته روی دی‌کاتیونیک و تری‌کاتیونیک پرداختیم و این دو نوع پوشش فسفاته را از لحاظ ترکیب شیمیایی، خواص و عملکرد، ملاحظات عملی و هزینه ها بررسی کردیم.
در این نوشتار، مزایای استفاده از پوشش روی را بیان می کنیم و در ادامه به کاربردهای صنعتی آن می‌پردازیم.
مزایای استفاده از پوشش فسفاته روی
به کارگیری پوشش‌های فسفاته روی (به ویژه انواع دی‌کاتیونیک و تری‌کاتیونیک) مزایای متعددی در فرایند پوشش‌دهی و عملکرد نهایی قطعات دارد که مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از:
- افزایش چشمگیر چسبندگی رنگ: لایه فسفاته به عنوان یک پرایمر عالی عمل کرده و رنگ یا پوشش نهایی را محکم به سطح فلز می‌چسباند. پوشش فسفاته روی یک سطح فعال و زبر ایجاد می‌کند که باعث می‌شود رنگ حتی تحت تنش‌های مکانیکی نیز جدا نشود . این امر به خصوص در فرآیندهای رنگ پودری و الکترواستاتیک اهمیت دارد که نیازمند سطحی با قابلیت شارژ و چسبندگی بالا هستند.
- بهبود مقاومت به خوردگی و زنگ‌زدگی: فسفاته کردن، مقاومت ذاتی فلز در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد. این پوشش خود تا حدی نقش یک سد حفاظتی را ایفا کرده و از تماس مستقیم رطوبت و عوامل خورنده با فلز جلوگیری می‌کند . مهم‌تر آنکه فسفاته روی زیر لایه‌های رنگ، از گسترش خوردگی در صورت ایجاد خراش یا آسیب در رنگ ممانعت می‌کند و اصطلاحاً از زیرزنگ زدن جلوگیری می‌نماید. نتایج تست‌ها نشان می‌دهد قطعات فسفاته‌کاری و رنگ‌شده می‌توانند صدها ساعت در تست مه نمکی بدون زنگ‌زدگی مقاومت کنند، در حالی که قطعات رنگ‌شده بدون فسفاته شدن خیلی زود دچار خوردگی می‌شوند.
- پوشش‌دهی یکنواخت و کاهش عیوب رنگ: وجود لایه فسفاته باعث یکنواختی ضخامت و کیفیت رنگ می‌شود. بلورهای فسفات به عنوان لنگرهای میکروسکوپی، از شره کردن رنگ (شره‌های رنگ) جلوگیری کرده و قابلیت تر شوندگی سطح توسط رنگ را بهبود می‌دهند. نتیجه این است که حفرات، لبه‌ها و نقاط دشوار نیز به خوبی رنگ می‌گیرند و عیوبی مانند تاول‌زدگی یا پوسته‌شدن کاهش می‌یابد .
- افزایش دوام قطعات و عمر مفید آنها: ترکیب بهبود چسبندگی و مقاومت خوردگی، عمر سرویس‌دهی قطعات را به طور قابل توجهی بالا می‌برد.
پوشش فسفاته به عنوان یک لایه بالشتک بین فلز و رنگ، تنش‌های حرارتی و مکانیکی را توزیع کرده و از جدا شدن پوشش در شرایط سخت جلوگیری می‌کند. همچنین در انواع حاوی منگنز، مقاومت سایشی لایه زیرین رنگ بیشتر شده و در نتیجه در کاربردهایی که قطعات در معرض سایش یا ضربه هستند، دوام پوشش افزایش می‌یابد . به عنوان مثال، در قطعاتی که در معرض اصطکاک اند (مانند برخی اتصالات)، پوشش فسفاته می‌تواند همراه با روغن عمل کرده و اصطکاک را کاهش دهد و از سایش زودرس جلوگیری کند .
- کاهش هزینه‌های کلی و بهبود بهره‌وری: هرچند اعمال پوشش فسفاته خود مرحله اضافی در فرایند تولید است، اما این مرحله هزینه‌های کلی را از طریق جلوگیری از خرابی زودرس قطعات و کاهش موارد دوباره‌کاری یا گارانتی، کاهش می‌دهد. قطعاتی که به خوبی فسفاته و رنگ شده‌اند نیاز به تعمیرات کمتر و دوره نگهداری طولانی‌تری دارند. علاوه بر این، وجود فسفاته روی امکان کاهش ضخامت رنگ نهایی (بدون افت عملکرد) را فراهم می‌کند که این موضوع می‌تواند صرفه‌جویی در مصرف رنگ را به همراه داشته باشد. از منظر عملیاتی نیز، بسیاری از فرایندهای مدرن فسفاته (به ویژه تری‌کاتیونیک) قابلیت انجام در دمای محیط را دارند که موجب صرفه‌جویی در انرژی و ساده‌سازی تجهیزات گرمایشی می‌شود. همچنین لجن کمتر حاصل از این فرایندها به معنی دفعات پاکسازی کمتر خط و کاهش هزینه‌های دفع ضایعات شیمیایی است .
به طور خلاصه، فسفاته کردن روی قطعات فلزی یک سرمایه‌گذاری در کیفیت است که با ایجاد پایه‌ای محکم برای رنگ، از زنگ‌زدگی جلوگیری کرده، دوام پوشش را افزایش می‌دهد و در نهایت صرفه اقتصادی بیشتری در طول عمر محصول خواهد داشت. به همین دلیل این فرآیند به یک استاندارد صنعتی در بسیاری از تولیدات فلزی تبدیل شده است.
کاربردهای صنعتی پوشش فسفاته روی
پوشش‌های فسفاته روی (به ویژه انواع چندکاتیونه) در طیف وسیعی از صنایع به عنوان مرحله‌ای اساسی در آماده‌سازی سطوح به کار می‌روند. مهم‌ترین صنایع و کاربردها عبارت‌اند از:
- صنعت خودروسازی: صنعت خودرو بزرگ‌ترین مصرف‌کننده پوشش‌های فسفاته روی است. بدنه خودروها (بدنه خام یا Body in White) پس از مراحل شست‌وشو، حتماً تحت فرآیند فسفاته‌کاری (اغلب از نوع تری‌کاتیونیک) قرار می‌گیرد و سپس رنگ‌آمیزی الکترودیپ (ED) و رنگ نهایی روی آن اعمال می‌شود . این لایه فسفاته پایه‌ای برای رنگ‌های الکترواستاتیک و پوشش‌های الکتروفورزی ایجاد می‌کند که بدون آن رسیدن به استانداردهای بالای مقاومت خوردگی (مانند ۱۰۰۰ ساعت نمک‌پاشی) ممکن نیست. علاوه بر بدنه، بسیاری از قطعات شاسی، موتور و سیستم تعلیق نیز پیش از پوشش‌دهی نهایی فسفاته می‌شوند تا مقاومت در برابر زنگ‌زدگی در تمام عمر خودرو تضمین گردد.
- صنایع هوافضا: در صنعت هوافضا و ساخت هواپیما، آلومینیوم فلز غالب است که روش‌های اختصاصی خود (مثل کروماته و آندایز) را برای آماده‌سازی می‌طلبد. با این حال، قطعات فولادی هواپیماها (نظیر بخش‌هایی از ارابه فرود، اتصالات فولادی و پیچ‌ها) جهت جلوگیری از خوردگی و کسب چسبندگی رنگ، اغلب فسفاته و سپس رنگ‌آمیزی می‌شوند. پوشش فسفاته روی فولاد، جایگزینی برای کروماته سطوح گالوانیزه یا فولاد آبکاری‌شده نیز در قطعات هوافضا به شمار می‌رود، خصوصاً که فسفاته نسبت به کروماته سمی‌تر، ایمنی بالاتری دارد. در صنایع دفاعی مرتبط با هوافضا (موشک‌ها، تجهیزات ماهواره‌ای)، هرجا قطعات فولادی نیاز به رنگ داشته باشند، فسفاته کردن آنها مدنظر قرار می‌گیرد.
- لوازم خانگی و تجهیزات فلزی خانگی: بسیاری از لوازم خانگی فلزی مانند یخچال، ماشین لباسشویی، ظرف‌شویی، اجاق گاز و کولر، دارای بدنه فلزی (اغلب فولادی) هستند که پوشش نهایی آنها رنگ پودری یا مایع است. برای اطمینان از دوام رنگ در محیط آشپزخانه یا فضای مرطوب، تقریباً تمام این قطعات قبل از رنگ شدن فسفاته می‌شوند. بسته به حساسیت محصول، ممکن است از فسفاته آهن (ارزان‌تر و ساده‌تر) یا فسفاته روی استفاده شود؛ اما در محصولات رده‌بالا که مقاومت خوردگی بیشتر مورد انتظار است (مثلاً ماشین لباسشویی با بدنه گالوانیزه)، فسفاته دی‌کاتیونیک یا تری‌کاتیونیک به کار می‌رود. این پوشش‌ها پایه‌ای با چسبندگی عالی برای رنگ پودری الکترواستاتیک فراهم می‌کنند و مانع زنگ زدن بدنه طی سالیان استفاده می‌شوند .
- صنایع فلزکاری و تجهیزات صنعتی: در کارگاه‌ها و صنایعی که قطعات فلزی تولیدشده نیاز به رنگ یا پوشش بعدی دارند، فسفاته روی یک مرحله کلیدی است. برای مثال تولیدکنندگان پروفیل‌های فلزی، ورق‌های رنگ‌شده، قفسه‌های فلزی، کابینت‌ها و تابلوهای برق، قطعات ماشین‌آلات و … از خطوط فسفاته‌کاری برای آماده‌سازی سطح پیش از رنگ بهره می‌برند.
حتی در صنایعی مانند تولید لوله و اتصالات که قطعات معمولاً گالوانیزه یا آبکاری می‌شوند، گاهی از فسفاته روی به عنوان لایه پایه قبل از پوشش نهایی استفاده می‌شود تا خواص ضدخوردگی بهتری حاصل گردد.
- صنایع نظامی و دفاعی: تجهیزات و ادوات نظامی به مقاومت خوردگی و دوام فوق‌العاده‌ای نیاز دارند، زیرا در شرایط محیطی سخت (رطوبت، گل‌ولای، آب‌وهوای دریایی) به کار گرفته می‌شوند. فسفاته کردن قطعات نظامی از دهه‌ها پیش مرسوم بوده است؛ چنان‌که اصطلاح پارکرایزینگ (Parkerizing) به عنوان نام تجاری فرآیند فسفاته منگنز/روی روی اسلحه‌ها معروف است. بسیاری از سلاح‌های انفرادی (تفنگ، تپانچه) و قطعات آنها با فسفات روی/منگنز پوشش داده می‌شوند تا هم در برابر زنگ‌زدگی محافظت شوند و هم سطوح لغزنده برای کاهش سایش قطعات متحرک داشته باشند. در خودروهای نظامی، تانک‌ها و تجهیزات زرهی نیز پیش از اعمال رنگ‌های ویژه استتار و مقاوم شیمیایی، از لایه فسفاته روی استفاده می‌شود. به طور کلی هرجا بحث قابلیت اطمینان در شرایط سخت مطرح باشد (از تجهیزات مهندسی نظامی گرفته تا سازه‌های فلزی در معرض آب و هوای بد)، پوشش فسفاته روی به عنوان یکی از مراحل اصلی پوشش‌دهی مورد توجه قرار می‌گیرد.
افزون بر موارد فوق، پوشش‌های فسفاته روی در صنایعی نظیر تولید قطعات الکتریکی و الکترونیکی (برای جلوگیری از خوردگی اتصالات یا ایجاد پایه رسانا/نارسانا برای پوشش‌ها)، صنایع نفت و گاز (برای محافظت تجهیزات فولادی در برابر زنگ قبل از نصب)، و ماشین‌آلات کشاورزی و راه‌سازی (که در محیط خورنده گل و رطوبت کار می‌کنند) نیز به کار می‌روند. گستردگی کاربرد فسفاته روی ناشی از سازگاری آن با انواع روش‌های رنگ‌آمیزی (پودری، مایع، الکتروفورز) و انواع فلزات (فولاد، آهن، گالوانیزه، آلومینیوم و…) است . این پوشش به عنوان یک لایه پایه همه‌کاره، در بسیاری از خطوط تولید مدرن نهادینه شده و به ارتقای کیفیت محصولات فلزی در صنایع مختلف کمک کرده است.
در نوشتار بعدی، راهکارهای مهم جهت بهینه‌سازی فرآیند فسفاته روی را عنوان کرده‌ایم.
برای آشنایی بیشتر با فسفاته‌های روی FYP می‌توانید وارد شوید.
