مقایسه پوشش‌های دی‌کاتیونیک و تری‌کاتیونیک

مقدمه

در نوشتار قبلی با پوشش‌های فسفاته روی دی‌‌کاتیونیک و تری ‌کاتیونیک آشنا شدیم و فرآیند شیمیایی تشکیل پوشش فسفاته روی را بیان کردیم.

در این مقاله قصد داریم این دو نوع پوشش فسفاته روی را با هم مقایسه کرده و هرکدام را از لحاظ ترکیب شیمیایی، خواص، عملکرد، ملاحظات عملی و هزینه‌ها بررسی کنیم.

تعریف و ترکیب شیمیایی

همانطور که از نام‌گذاری این پوشش‌ها پیداست، فسفاته دی‌کاتیونیک به نوعی از پوشش فسفات روی اطلاق می‌شود که محلول حمام آن علاوه بر یون روی (Zn^2+) دارای یک کاتیون فلزی دوّم نیز هست. رایج‌ترین فرمولاسیون‌های دی‌کاتیونیک شامل روی-نیکل یا روی-کلسیم می‌باشند. به عنوان مثال، در فسفاته روی-نیکل از ترکیب یون‌های Zn^2+ و Ni^2+ در حمام استفاده می‌شود و در نوع روی-کلسیم از Zn^2+ به همراه Ca^2+ در مقابل، پوشش تری‌کاتیونیک حاوی سه نوع یون فلزی در حمام است که معمولاً شامل روی، نیکل و منگنز به صورت همزمان می‌باشد. بنابراین ترکیب کلی حمام تری‌کاتیونیک عبارت است از Zn–Ni–Mn در یک محلول اسید فسفریک. حضور کاتیون‌های مختلف در حمام، خواص پوشش تشکیل‌شده را تحت تاثیر قرار می‌دهد. در فسفاته‌های دی‌کاتیونیک روی-نیکل، یون روی عمدتاً مسئول تشکیل بلورها و ایجاد چسبندگی خوب به فلز است و یون نیکل در ساختار فسفات مشارکت کرده و مقاومت به خوردگی پوشش را افزایش می‌دهد. در فسفاته تری‌کاتیونیک، علاوه بر این دو، یون منگنز نیز وارد ترکیب لایه فسفاته می‌شود که نقش مهمی در بهبود مقاومت سایشی و استحکام مکانیکی پوشش دارد. به طور خلاصه، نیکل به عنوان جزء افزایش‌دهنده مقاومت خوردگی و منگنز به عنوان جزء افزایش‌دهنده مقاومت سایشی و صافی پوشش عمل می‌کنند. حاصل این ترکیب سه‌گانه، تشکیل پوششی است که از نظر چسبندگی رنگ، مقاومت خوردگی و مقاومت سایشی برتر از فسفاته‌های ساده‌تر است .

عملکرد و خواص

پوشش‌های دی‌کاتیونیک نسبت به نوع تک‌فلزی (مونوکاتیونیک) عملکرد بهتری دارند. اضافه شدن مثلا یون نیکل به فرآیند فسفاته روی باعث تشکیل پوششی چگال‌تر و مقاوم‌تر می‌شود که در محیط‌های خورنده شدید دوام بیشتری دارد. این پوشش‌ها علاوه بر مقاومت خوردگی، دارای قدرت چسبندگی بسیار بالایی به رنگ می‌باشند و از زنگ زدن زیر لایه رنگ به خوبی جلوگیری می‌کنند. اما پوشش‌های تری‌کاتیونیک یک گام فراتر رفته و با حضور منگنز، مزایای دیگری نیز ایجاد شده است. منگنز موجب اصلاح ساختار کریستالی فسفات (ریزتر شدن دانه‌ها) و استحکام بیشتر آنها می‌گردد و در نتیجه مقاومت سایشی پوشش افزایش یافته و پوشش خاصیت خودچربی‌کاری بهتری پیدا می‌کند. آزمون‌ها نشان می‌دهد که فسفاته تری‌کاتیونیک از نظر مقاومت خوردگی و پایداری در تست مه نمکی، عملکرد بهتری از دی‌کاتیونیک دارد و با ضخامت پوشش کمتر می‌تواند ساعات بیشتری در برابر خوردگی مقاومت کند. همچنین پوشش تری‌کاتیونیک به دلیل پوشش‌دهی یکنواخت‌تر، چسبندگی عالی برای رنگ‌های پودری و الکتروپوشش (ED) فراهم می‌کند و برای انواع فلزات از جمله فولاد، روی و آلومینیوم قابل استفاده است. بنابراین دامنه کاربرد آن وسیع‌تر بوده و برای خطوط رنگ مدرن گزینه مطلوب‌تری محسوب می‌شود.

ملاحظات عملی و هزینه

هرچند پوشش‌های تری‌کاتیونیک از نظر عملکرد برتر هستند، اما فرمولاسیون و کنترل حمام آن‌ها پیچیده‌تر است. حضور سه فلز در حمام مستلزم کنترل دقیق‌تر نسبت‌های شیمیایی (نسبت اسید کل به اسید آزاد) و استفاده منظم از افزایه‌ها برای پایدار نگه داشتن حمام است. همچنین مواد شیمیایی شامل نیکل و منگنز از نظر زیست‌محیطی جزو فلزات سنگین محسوب می‌شوند و باید در تصفیه پساب مورد توجه قرار گیرند (البته نوع دی‌کاتیونیک نیکل نیز این چالش را دارد). از منظر هزینه، ممکن است قیمت مواد شیمیایی تری‌کاتیونیک کمی بالاتر باشد، اما در مقابل به دلیل امکان اجرای فرآیند در دمای محیط و کاهش لجن، هزینه‌های عملیاتی مانند انرژی و دفع لجن کاهش می‌یابد. به طور کلی در اکثر خطوط مدرن رنگ، مزایای فنی پوشش تری‌کاتیونیک به توجیه اقتصادی آن می‌چربد و این پوشش به گزینه اصلی تبدیل شده است، در حالی که پوشش‌های دی‌کاتیونیک در کاربردهای کمتر بحرانی یا به عنوان جایگزین ارزان‌تر (مثلاً در برخی قطعات داخلی که مقاومت خوردگی فوق‌العاده بالا نیاز نیست) هنوز استفاده می‌شوند.

در نوشتار بعدی، مزایای پوشش‌های فسفاته روی را برای شما بیان کرده‌ایم.

برای آشنایی بیشتر با فسفاته‌های روی FYP می‌توانید وارد شوید.