پوشش فسفاته
مقدمه :
فسفاته کاری به عملی گویند که در طی آن ،آهن ،فولاد گالوانیزه و آلومینیوم ، با محلول رقیق اسید فسفریک حاوی مواد شیمیائی بر اثر واکنش شیمیائی که در سطح فلز ایجاد میگردد تبدیل به یک لایه محافظ فسفات نامحلول ظريف و يكنواخت در مقابل خوردگی یا سائیدگی گردد. وزن و ساختمان لایه بوسیله کنترل بر روی زمان، حرارت، نوع محلول و نحوه تمیز نمودن سطح قبل از پوشش دادن انجام میگیرد. متدهای فسفانه کاری معمولاً بوسیله اندازه و شکل قطعه فلزی که باید پوشش داده شود تعیین میگردد. اجسام کوچک مانند: زبانه قفل ،برف پاک کن، پیچ و مهره در سبدهای چرخان غوطه ور در محلول پوشش فسفاته میگردند. اما وسایل بزرگتر مانند کابینت ها ،یخچالها، خودروها و دیگر گونه ها را می توان در محلول غوطه ور ساخت یا توسط سیستم پاششی پوشش داد. ورقهای فولادی، نوارهای آهنی و الومینیومی، سیمهای فلزی و دیگر قطعاتی که کاملاً صاف و یکنواخت هستند را بهتر است به روش پاششی فسفاته کرد. قطعاتی که خلل و فرج زیادی دارند را معمولاً به روش غوطه وری و یا به روش پاششی، غوطه وری فسفاته می نمایند.
سه نوع پوشش فسفاته به طور معمول بر روی فلزات اعمال میگردد که عبارتند از:
۱- فسفاته روی
۲ – فسفاته آهن
۳- فسفاته منگنز
۱-۱- پوشش فسفاته روی
این نوع پوشش دارای کاربرد فراوان در صنایع میباشد و از نوع کریستال سنگین زیر تا انواع کریستالی نرم و میکروسکپی متغیر است. انواع رنگهای آن از خاکستری روشن تا خاکستری تیره است.
عواملی که باعث تیره تر شدن رنگ فسفاته میگردند عبارتند از:
۱- استفاده از آهن پر کربن
۲- استفاده از فلزات سنگین در محلول فسفاته
۳- افزایش آهن دو ظرفیتی در پوشش
4- اسید شوئی قبل از فسفاته
این نوع پوشش هم بصورت سیستم پاششی و هم غوطه ور مورد استفاده قرار میگیرد و به عنوان پایه ای جهت رنگ یا روغن کاربرد دارد. در صورتیکه از سیستم پاششی برای پوشش دادن استفاده گردد میزان پوشش بین ۱ تا ۵ گرم در متر مربع خواهد بود. ولی در سیستم غوطه ور این مقدار ۲ تا ۱۰ گرم بر متر مربع است.
فسفاته روی بسته به نوع محلول در دمای ۲۵ تا ۷۰ درجه قابل اجرا است.
یکی از جدیدترین فسفاته هائی که هم اکنون در بازار جهانی عرضه شده است فسفانه ،روی، تری کاتیونیک مخصوصاً نوع سرد آن است.
خواص این فسفاته عبارتست از:
۱- به علت تری کاتیونیک بودن کاملا سازگار با رنگ الکترواستاتیک است و در محیط قلیائی تجزیه نمی شود. ۲- رسوب کم و دوام زیاد
3- استفاده در دمای محیط و کاهش هزینه اقتصادی
۴ ـ حذف کنترلهای مربوط به دما
۱-۲- پوشش فسفاته آهن
این پوشش به صورت زبر و خاکستری برای اولین بار در سطح فلز ایجاد گردید ولی امروزه با پیشرفت این فن پوشش فسفاته آهن بر روی فلزات بسیار نرم و ریز ایجاد میگردد و رنگ آن نیز آبی تا قوس و قزحی است.
این فسفاته به عنوان پایه ای جهت رنگ کاربرد دارد از این فسفاته به هر دو روش اسپری و غوطه ور می توان استفاده کرد. روش پاششی کاربرد بالاتری دارد. حد قابل قبول پوشش جهت فسفاته آهن بین 2/0 تا 8/0 گرم بر متر مربع میباشد. مزیت مهمی که فسفاته آهن در مقایسه با سایر فسفاته ها دارد این است که میتوان از محلول فسفاته و چربیگیر به طور همزمان استفاده کرد. این مورد در سیستمهایی که از لحاظ مخازن و مراحل خط شستشو مشکل دارند استفاده میشود.
۱-۳- پوشش فسفاته منگنز
بیشترین مصارف را در قطعات داخلی موتور دارد و جهت روانکاری و کاهش اصطکاک استفاده می شود.
رنگ این پوشش خاکستری متمایل به سیاه میباشد و چون تمام فسفاته های منگنز به عنوان پایه ای برای روغن می باشند و نیز روغن تقریباً رنگی سیاه دارد به این جهت این فسفاته تقریباً سیاه رنگ به نظر میرسد.
این فسفاته فقط به روش غوطه ور قابل اجرا است. مدت زمان لازم جهت پوشش دادن بین ۱۵ تا ۳۰ دقیقه در نوسان است.
میزان پوشش بین ۵ تا ۲۰ گرم بر متر مربع از سطح فلز می باشد. در این نوع پوشش معمولاً نوع ریز و سفت آن بر نوع درشت و سست ترجیح داده می شود ولی بستگی به نوع کار و عمل دارد.
در خیلی از حالات کریستالها به دلیل عملیات مقدماتی ریزتر می گردند.
فسفاته منگنز در دمای ۸۶ تا ۹۶ درجه سانتی گراد و به مدت ۱۵ دقیقه اعمال می گردد.
2- مکانیسم پوشش فسفاته
تمامی پوششهای فسفاته بوسیله واکنشهای مشابه تولید می شوند. محلول فسفاته با فلزی که قرار است پوشش داده شود واکنش داده و در نتیجه آن سطح فلز تبدیل به یون شده و اسید آزاد در نزدیکی سطح فلز خنثی می گردد. در نتیجه در نزدیکی سطح فلز میزان حلالیت فسفاتهای فلزی کمتر شده و آنها به صورت کریستال و با قدرت الکترواستاتیک سطح فلز جذب آن می گردند و بر روی سطح می نشینند.
کلاً جهت یک فلز دو ظرفیتی سه نوع فسفات در نظر گرفته می شود.
فسفات نوع اول – محلول M (H2 PO4) 2
فسفات نوع دوم – کم محلول MH PO4
فسفات نوع سوم – نامحلول M3 (PO4)2
جهت تشکیل پوشش فسفات بر روی سطح قطعات دو نوع واکنش اتفاق می افتد.
۱- واکنش اچ شدن یا خورده شدن سطح فلز
2- واکنش تشکیل پوشش
تعادل زیر در محلول فسفاته برقرار است:
1) 3M (H2 PO4)2 M3 (PO4)2 + 4H3 PO4
وقتی یک قطعه آهن داخل محلول فسفاته قرار گیرد توسط اسید فسفریک آزاد داخل محلول مورد حمله قرار گرفته و
واکنش اچ شدن اتفاق می افتد که در نتیجه آن فسفات نوع اول تشکیل می شود.
2) M + 2H3 PO4 M(H2 PO4)2 + H2
در نتیجه واکنش ۲ اسید فسفریک مصرف میشود و لذا در نزدیکی نقطه تماس قطعه با محلول اسید فسفریک آزاد خنثی شده و واکنش ۱ از سمت چپ به راست جابجا شده و در نتیجه فسفات نوع سوم که نامحلول است تشکیل می گردد و روی سطح قطعه پیوند شیمیائی برقرار مینماید( واکنش تشکیل پوشش).
مقدار اسید فسفریک آزاد باید در حد کنترل شده ای باشد. اگر مقدار اسید فسفریک آزاد بیش از اندازه باشد مقدار فلز بیشتری باید خورده شود تا محلول خنثی گردد و تا جائی که ممکن است واکنش پوشش اصلاً اتفاق نیافتد از طرفی اگر اسید فسفریک آزاد کمتر از اندازه باشد و اکنش اچ شدن اتفاق نمیافتد و در نتیجه محلول غیر فعال می شود.
بسته به اینکه چه نوع پوشش فسفاته بر روی چه جنسی از قطعه قرار گیرد واکنشهای ذکر شده تا حدودی پیچیده می شود. به طور کلی جهت سطوح آهنی و گالوانیزه واکنش های زیر را داریم :
الف) تشکیل ففته روی بر روی قطعه گالوانیزه
تعادل در محلول فسفاته 3Zn (H2PO4)2 Zn3 (PO4)2 +4H3PO4
واکنش اچ شدن Zn + 2H3PO4 Zn(H2PO4)2 + H2
واکنش تشکیل پوشش 3Zn (H2PO4)2 Zn3 (PO4)2 +4H3PO4
ب) تشکیل فسفاته روی بر روی قطعات آهنی
تعادل در محلول فسفاته3Zn (H2PO4)2 Zn3 (PO4)2 +4H3PO4
واکنش اچ شدن Fe +2H3PO4 Fe(H2PO4)2 + H2
واکنش تشکیل رسوب Fe (H2PO4)2 FePO4 + H3Po4 + H2O
واکنش تشکیل پوشش Fe +2Zn(H2PO4)2 Zn2Fe(PO4)2 .4H2o + 2H3Po4
واکنش تشکیل پوشش 3Zn (H2PO4)2 Zn(PO4) + 4H3PO4
ج) تشکیل فسفاته منگنز بر روی قطعات آهنی
تعدل در محلول فسفاته Mn (H2PO4)2 Mn3 (PO4)2 +4H3PO4
واکنش اچ شدنFe +2H3PO4 Fe(H2PO4)2 + H2
واکنش تشکیل رسوب Fe (2H3PO4)2 FePO4 + H3Po4 + H2o
واکنش تشکیل پوشش 5Fe +5Mn (H2PO4)2 (Mn Fe)5 H2 (Po4)4 + 6H3Po4
د) تشکیل فسفاته آهن بر روی قطعات آهنی
محلول فسفاته Na H2 Po 4
واکنش اچ شدنFe + 4Na H2PO4 Fe(H2PO4)2 + 2Na2 HPo4 + H2
واکنش تشکیل پوشش 2Fe (H2PO4)2 + 2Na2 HPo4 + O 2FePO4 + 4NaH2Po4 + H2o
2Fe (H2PO4)2 + 4Na2 HPo4 + O + 5H2o Fe2 O3 3H2o + 8NaH2Po4
فسفاته های آهن منگنز و روی غالباً دارای تسریع کننده هایی میباشند مانند ، نیتریت ، نیترات، کلرات، پراکسید و غیره که استفاده از این تسریع کننده ها باعث افزایش سرعت میزان پوشش و اکسیداسیون آهن دو ظرفیتی و کاهش اندازه كريستالها می شود. علاوه بر اینها آهن محلول در محیط را اکسیده نموده که خود باعث افزایش طول عمر محلول فسفاته میشود.
مواد اکسید کننده مطابق واکنشهای زیر عمل می نمایند:
4Fe + Na No3 + 10H+ 4Fe2+ + N+4 + Na+ + 3H2O (نيترات
Fe + Na No2 + 8H+ 3Fe2+ + NH4 + Na+ + 2H2O (نیتریت
3Fe + Na Clo3 + 6H+ 3Fe2+ + Nacl+ 3H2O (کلرات
Fe2+ + 2H2o Fe + H2o2 +2H+ (پراکسید
3- موارد استفاده
استفاده از پوشش فسفاته بر روی فلزات به خصوص فولاد به عنوان یک لایه چسبنده و مقاوم در برابر خورندگی در
زیر رنگ میباشد. به طور کلی کاربردهای فسفاته عبارتند از:
۱) یک لایه مقاوم به عنوان پایه رنگ
۲) یک لایه مقاوم به عنوان پایه روغن
۳) روانکاری سطوح در تماس مستقیم
۴) شکل دهی سرد
۳-۱- پوشش فسفاته به عنوان پایه ای برای رنگ آمیزی
به طور کلی عمر معمول هر رنگ آمیزی بستگی به فاکتورهای زیر دارد :
اولین کاری که هر پوشش فسفاته انجام میدهد جلوگیری از خوردگی در سطح فلز میباشد. برای رسیدن به این مهم بایستی فعالیت سطح فلز را کم کرده تا خوردگی بین سطح رنگ شده و رنگ ایجاد نگردد. زمانیکه برای رنگ آمیزی از سطح فلز پوشش داده شده استفاده میگردد این پوشش مقاومتش در مقابل رطوبت و خیس خوردگی زیاد شده و جلوی خوردگی به همین دلیل گرفته می شود. وزن پوشش فسفاته روی سبک تا متوسط بین ۲ الی ۵ گرم در هر متر مربع می باشد. هم چنین فسفاته آهن سبک بین 4/0 تا 8/0 گرم در هر متر مربع در نوسان است. پوشش فسفاته مقاومت فلز و نیز قبول رنگ بر روی سطح فلز را زیاد می نماید موارد استفاده به عنوان پایه ای جهت رنگ در صنایع اتومبیل سازی، لوازم خانگی، قطعات خودرو، شبکه سازی روشنائی و غیره میباشد.
سطوحی که فسفاته گردیده اند به هیچ عنوان نبایستی توسط دست لخت با دیگر قسمتهای بدن در تماس قرار گیرند و اگر رنگ ظاهری آن فلز مهم باشد بایستی حتماً از بوجود آمدن این تماس اجتناب نمود.
۳-۲- جلوگیری از خوردگی و نگهداری
تبدیل سطح فلز به سطحی که دارای پوشش فسفاته میباشد باعث بوجود آمدن خاصیت ضد رطوبت برای آن فلز می شود میزان حفاظتی که پوشش فسفاته بر روی هر نوع فلزی ایجاد مینماید بستگی مستقیم به ضخامت و مقدار آن و هم چنین نسبت مستقیم با وزن مخصوص ،نوع و اندازه کریستال ایجاد شده دارد. پوششهای متنوعی از لحاظ ضخامت و متد تمیز کردن قبل از عملیات فسفاته میتوانند تهیه شوند. این نوع تولید بستگی به غلظت و ترکیب محلول فسفاته و مقاومت آن در عملیات دارد. در عمل فسفانه نمودن به هیچ عنوان از جریان برق استفاده نمی شود. تشکیل فسفات بستگی به تماس بین محلول فسفاته و سطح فلز و میزان درجه حرارت محلول دارد. این عملیات را برای فلزاتی با سطوح صاف با ناهموار میتوان انجام داد. خواص مشترکی که فسفاته سنگین با روغن و موم دارد مقاومت در مقابل خوردگی را افزایش میدهد. اجسامی که پوشش فسفاته شده اند باید بعداً در داخل وانهای حاوی روغن خشک کننده با غیر خشک کننده که حاوی مواد ضد خوردگی میباشند قرار گیرند و سپس از آن خارج گردند. پوشش فسفاته روی سنگین و متوسط و پوشش فسفانه منگنز سنگین به عنوان مکمل در مقابل خوردگی به همراه موم با روغن استفاده میشوند. فسفات منگنز به دلیل داشتن خاصیت جذب و نگهداری بیشتر روغن و موم در مقابل خوردگی مقاومت بیشتری دارد.
3-3- کشش سرد
در مواردی که بایستی لوله های فولادی بدون درز ساخته شود از پوشش فسفانه بهترین استفاده را می توان نمود. تبدیل سازی یک سطح فولادی به سطحی با پوشش فسفاته این امکان را در اختیار می گذارد که سطح از یک حالت روانی و صاف برخوردار گردد این لغزندگی سطح از جوش خوردن و کشیدن در پاره ای از موارد جلوگیری به عمل آورده و در تولید تأثیر میگذارد. پوشش فسفات روی از نوع سبک تا متوسط در موارد کشش فولاد استفاده می گردد. قسمت فسفاته شده قبلاً بایستی توسط صابون، روغن یا امولسیونی از روغن و اسید چرب پوشش داده گردد. پوشش فسفاته روی از تماس مستقیم دو سطح فلز در حال سرد شدن جلوگیری به عمل می آورد.
۳-۴- روانکاری
برای جلوگیری از سایش بین دو فلز وجود یک لایه روغنی و چرب بین آنها لازم میباشد در مواردی که این سایش زیاد نباشد میتوان روش فسفاته کردن را به جای استفاده از روغن به کار برد. قدرت نفوذ پوشش فسفاته در فلز و نیز خواص مشترک آن با روغن چرب و یک پارچه بودن آن از مزایائی است که این روش را قادر می سازد که به جای یک لایه ضخیم از روغن در سطح فلزات استفاده میگردد.
زمانی که دو فلز دارای پوشش فسفاته منگنز در تماس مستقیم با هم قرار میگیرند فسفاته منگنز مانند یک سپر عمل کرده و از پوسته پوسته شدن سطح فلز جلوگیری به عمل می آورد. همچنین در کار با چرخ دنده ها از تماس مستقیم بین دو فلز چرخ دنده جلوگیری مینماید. معمولاً سائیدگی بین دنده های متصل شده به هم در همان چرخشهای اولیه ایجاد می گردد ولی با وجود پوشش فسفاته به دلیل روان بودن سطح از این حادثه جلوگیری به عمل می آورد اما به مجرد اینکه دنده ها با سختی روی هم بلغزند پوشش خراشیده شده و بلافاصله سائیدگی عارض میگردد.
۴- انواع آلیاژهای آهن پوشش داده شده
در این بخش در مورد انواع آلیاژهایی که میتوانند پوشش فسفاته را قبول کنند بحث می شود. به طور مثال فولادهای ضدزنگ یا استینلس استیل نمیتوانند پوشش فسفاته گردند. بیشتر فولادها به راحتی پوشش داده میشوند ولی برخی آلیاژها مقداری مشکلات در امر پوشش دهی دارند به دلیل آنکه بیشترین میزان فولاد پوشش داده شده به صورت ورقهای فولادی کم کربن میباشد برای قالب سازی در قسمت اتومبیل سازی و وسایل خانه پوشش فسفاته موارد کاربرد زیاد دارد.
فولاد کم کربن با میزان مس در حدود 3/0 درصد نمیتواند پوشش فسفاته شود به این جهت میزان مس موجود در فولاد بایستی بدقت کنترل شود. نیکل و کروم به هیچ عنوان فسفاته نمی گردند. فولادهای کم کربن بهترین و مناسبترین فلزات برای دادن پوشش فسفاته هستند. در قسمتهایی که گالوانیزه استفاده میگردد بایستی بوسیله یک لایه روکش شوند تا بر روی آنها رنگ خورده شود. فسفاته نمودن نه تنها از خوردگی در ورق جلوگیری به عمل می آورد بلکه باعث چسبیدن رنگ به سطح فلز به صورت رضایت بخش میگردد.
چدنهای خاکستری و نرم به راحتی قابل پوشش دادن هستند و آلیاژهای موجود در آن به هیچ عنوان مانع این کار نمی گردد. قطعات آلومینیومی در صورتیکه محلول فسفاته حاوی فلوراید باشد میتوانند فسفاته گردند.
۵- شرح عملیات فسفاته کاری
مراحل زیر برای به انجام رسیدن پوشش فسفاته مورد نیاز میباشد :
۱- پاک نمودن سطح یا چربیگیری
۲- آبکشی کردن
۳- فسفاته کردن
۴- آبکشی مجدد
۵- غیر فعال کردن سطح توسط اسید کرومیک با سایر غیر فعال کننده ها
بعضی از مراحل بالا ممکن است حذف یا اضافه گردد.
اینگونه شرایط بستگی به سطح، نوع کار و موارد استفاده دارد.
الف) در صورتیکه قطعات دارای زنگ باشند بعد از مرحله چربیگیری و قبل از فسفاته باید مورد عمل زنگزدانی قرار گیرند.
ب) در صورتیکه فسفاته روی استفاده شود باید قبل از فسفاته یک مرحله فعال سازی انجام گیرد. این مرحله می تواند تواماً با مرحله چربیگیری انجام شود.
ج) فسفاته آهن میتواند در یک مرحله به صورت فسفاته و چربیگیر توأم انجام شود.
د) هنگامی که فسفاته منگنز استفاده میشود باید قبل از مرحله فسفاته قطعات داخل آب جوش قرار گیرد.
۵-۱- چربیگیری
به دلیل آنکه واکنش شیمیائی نتیجه اش رسوب پوشش فسفاته بر روی سطح فلز می باشد و این عمل بستگی مستقیم به تماس فلز با محلول فسفاته دارد به این جهت سطح تماس باید کاملا تمیز بوده تا این عمل انجام شود. تمیز نمودن به دو صورت فیزیکی و شیمیائی قابل اجرا است. در حالت فیزیکی میتوان توسط دستمال، سند بلاست یا شات بلاست استفاده کرد.
در روش شیمیائی از مواد چربیگیر استفاده میگردد این مواد خود بر دو نوع است:
۱- قلیائی
۲- امولسیونی
از مواد چربیگیر میتوان به روش دستی، پاششی و غوطه وری استفاده کرد. مکانیسم عمل چربیگیری به این صورت می باشد که دترجنتهای موجود در چربیگیر دارای دو سر آبدوست و چربی دوست میباشند که از سمت چربی دوست به ذرات چربی موجود در سطح ورق حمله کرده و چربی را احاطه می نمایند. پس از جدا کردن ذرات چربی، دترجنتها از طرف آبدوست در محلول پراکند، می گردند.
۵-۲- آبکشی
قطعات پس از چربیگیری باید کاملا شسته شوند تا از تداخل وانها جلوگیری نماید. آبکشی به دو روش غوطه وری و پاششی انجام میشود.
۵-۲-۱- آبکشی به روش غوطه ور
در داخل تانک آبکشی میبایست محیطی متلاطم بوجود آورده که کاملاً اجسام غوطه ور شده آبکشی گردند. معمولاً در قسمت تحتانی تانک با گذاشتن لوله های منفذ دار که به یک کمپرسور هوا با فشار کم متصل شده می توان با دمیدن هوا در آن محیط را متلاطم نموده تا آبکشی به طور کامل انجام گیرد. زمانیکه کمپرسور در دسترس نباشد پمپ نمودن آب آبکشی از همان لوله این محیط را متلاطم خواهد ساخت متد دیگری که مؤثر خواهد بود استفاده از یک حلقه اسپری بر روی مخزن میباشد. در این حالت قطعات قبل از ورود به مخزن آبکشی با آب تمیز آبکشی میگردند.
۵-۲-۲- آبکشی به روش اسپری
انواع عمودی و افقی اسپری و اندازه نازلهای موجود در تونل اسپری بوسیله ابعاد قطعاتی که باید آبکشی شوند و سرعت دستگاه انتقال دهنده همین قطعات در تونل تعیین میگردد. فشار ۱ تا 5/1 بار در نازلها طبیعی است. مقدار گنجایش حجمی پمپ از ظرفیت حجمی نازلها در تعداد نازلها و جمع آن با طول لوله بدست می آید. ظرفیت و گنجایش تانک محلول اسپری بایستی حداقل 5/2 برابر گنجایش محلولی باشد که در هر دقیقه از نازلها اسپری میگردد. محلول آبکشی بوسیله خط لوله ای که به یک پمپ وصل شده وارد لوله ای عمودی سوراخ نشده می گردد و اسپری می شود. آبکشی قبل از فسفاته باید دارای pH در محدوده 5/7 تا 9 بوده و بهتر است در مورد فسفاته روی حاوی مواد فعال کننده جهت ریزتر شدن اندازه کریستالها باشد.
۵-۳- فسفاته کردن
پوشش فسفاته هم بوسیله سیستم غوطه ور سازی و هم سیستم پاششی و هم هر دو با هم قابل اجرا است.
۵-۳-۱- روش غوطه وری
هر سه نوع پوشش فسفاته ،آهن، روی و منگنز بوسیله غوطه ورسازی در محلول فسفاته میگردند. روی هم رفته قسمتهای کوچک باید بوسیله غوطه ورسازی در محلول فسفاته گردند چون غیر از آن اقتصادی نیست. به طور مثال پیچ ها، مهره ها، برف پاک کن که با حجم بالا تولید میگردند حتماً باید در حوضچه های پوشش فسفاته غوطه ور گردند. اینگونه قسمتها در بشکه چرخان با سرعت ۴ دور در دقیقه در یک وان که از محلول فسفاته پر می باشد قرار گرفته و چرخانده می شوند. قطعات بزرگ که دارای خلل و فرج زیادی میباشند را میتوان توسط آویز غوطه ور نمود. معمولاً به دلیل عدم دسترسی به نقاط داخلی اجسام غوطه ورسازی بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.
۵-۳-۲- روش پاششی
فقط پوشش فسفاته روی و آهن با این سیستم انجام میگردند. روش پاششی را بیشتر برای لوازم خانه یا اتومبیل سازی استفاده مینمایند. قطعات مورد نظر از جلوی نازلها گذشته و مورد عمل پاشش قرار میگیرند. این روش برای کارخانه هایی که دارای تولید بالا میباشند به دلیل زیاد بودن وسایل و متعلقات آن استفاده می شود. مدت زمان اسپری کردن نیز از سیستم غوطه ور سازی کمتر است. برای راه اندازی یک سیستم پاششی معمولاً بین ۵ تا ۱۰ برابر قیمت یک سیستم غوطه ور مخارج ایجاد میگردد. در ضمن سیستم پاششی مخارج بیشتری برای نگهداری و حرارت تولیدی نسبت به سیستم غوطه ورسازی دارد.
۵-۳-۳- مدت زمان فسفانه کردن
روی هم رفته پوشش فسفاته بوسیله اسپری مدت کمتری نسبت به غوطه ورسازی میبرد به طور مثال اگر قرار باشد میزان 5/1 تا ۲ گرم در هر متر مربع پوشش فسفات روی بر روی فلز به مدت 5/1 دقیقه توسط روش پاششی داده شود. همین میزان در مقیاس مساوی برای سیستم غوطه ورسازی به زمانی بیش از ۳ دقیقه نیازمند است. در صورتیکه مدت کمتری از زمان پیشنهاد شده اجسام تحت پوشش فسفاته قرار گیرند مقدار پوشش بسیار نازک خواهد شد. برعکس اگر این میزان بیشتر از مدت داده شده گردد. پوشش کلفت و به صورت کریستالهای درشت زبر و شل بر روی فلز خواهد.
۵-3-4- درجه حرارت فسفاته کردن
درجه حرارت انواع پوششهای فسفات معمولاً بین ۲۵ تا ۹۶ درجه سانتی گراد متغیر است. هر نوع محلول فسفاته بسته به فرمولاسیون در یک دمای خاص فرموله شده است ولی به طور کلی دماهای زیر را داریم.
۱- فسفاته آهن ۲۵ تا ۷۰ درجه سانتی گراد
۲- فسفاته روی ۲۵ تا ۷۰ درجه سانتی گراد
۳- فسفاته منگنز : ۸۶ تا ۹۶ درجه سانتی گراد
۵-۴- آبکشی پس از فسفاته نمودن
به منظور پاک سازی فلز از مواد شیمیانی موجود بایستی قسمتها پس از فسفاته شدن دوباره آبکشی گردند. هر ماده شیمیائی که آبکشی نشود احتمالاً موجبات خوردگی در سطح فلز یا برآمدگی و جدا شدن رنگ را ایجاد می نماید مواد فسفاته در صورت ورود به محلول آبکشی اسید کرومیک با غیر فعال کننده های بدون کروم باعث آلودگی میگردند. در ضمن آب آبکشی بعد از فسفاته نباید گرم باشد و درجه حرارت حداکثر باید ۴۰ درجه سانتی گراد باشد. آب کشی اگر گرم باشد باعث چسبندگی مواد شیمیائی موجود بر سطح فلز میگردد که خود باعث بروز این اشکالات میگردد :
۱- پوشش ناصاف و زیر
۲- تشکیل سفیدک بر سطح فلز
3- مقاومت کمتر در مقابل خوردگی
فقط یک بار شستشو کافیست. اگر املاح معدنی موجود در آب زیاد باشد بایستی از آب بدون یون استفاده نمود.
۵-۵- غیر فعال سازی
بسیاری از اجسام فسفاته شده پس از آبکشی توسط مواد غیر فعال کننده آبکشی شده و غیر فعال می گردند. یکی از متداولترين غير فعال کننده ها محلولهای اسید کرومیک میباشد. محلولهای اسید کرومیک یک پوشش نازک کروم بر روی سطح فلز ایجاد می نماید که باعث بالا بردن مقاومت در مقابل خوردگی فلز می گردد . بدون آبکشی توسط اسید کرومیک پوشش فسفاته رنگ شده در مقابل تستهای رطوبت و فیزیکی کارایی لازم را نداشته و در صورت اسپری توسط آب نمک در مقابل خوردگی ایستادگی نمی کنند. از غیر فعال کننده های دیگر می توان از محلولهایی با پایه زیرکونیم نام برد که خواص مشابهی یا مورد قبلی دارند.
۶- کنترل شیمیائی مراحل فسفاته کردن
به منظور اینکه یک مرحله فسفاته کردن به طور کامل و مؤثر انجام گردد بایستی مراحل استفاده و مواد شیمیائی مورد استفاده دقیقاً کنترل گردد. حتی مواد موجود در آب برای آبکشی که بر روی فلز اثر سوئی نداشته باشد. برای بدست آوردن یک نتیجه رضایتبخش از پوشش فسفاته بایستی مواد شیمیائی مورد مصرف در استاندارد مصرفشان کنترل گردند. این استاندارد بسته به موارد استفاده و غلظت فسفاته مختلف میباشد. محلولها بایستی قبلاً در اشلهای آزمایشگاهی روی نمونه های کوچک آزمایش شده باشند و سپس روی نمونه اصلی پیاده گردند. کنترل عمومی بر روی فسفاته های روی منگنز و آهن در این بخش به تفصیل شرح داده شده اند.
۶-۱- محلولهای فسفاته روی
یک پوشش فسفاته نامرغوب می تواند نتیجه عدم تعادل محلولهای فسفاته روی باشد. زیاد شدن لجن در تانک و ضخامت زیاده از حد و یا عدم پوشش کافی باعث غیر مؤثر بودن پوشش فسفاته میگردد. آزمایشهای زیر بر روی فسفاته روی به منظور کارایی موثر آن انجام میگیرد که عبارتند از اسیدیته کل، اسیدیته آزاد، تسریع کننده، غلظت آهن، غلظت روی
pH و سایر آزمایشات شیمیائی.
۶-۱-۱- اسیدیته کل
اسيديته كل محلول فسفاته روی بایستی در حد استاندارد باشد تا نتیجه مطلوب بدست آید. استاندارد اسیدیته کل بین 10تا30 میباشد. برای تعیین اسیدیته کل یک نمونه ۱۰ میلی لیتری از محلول را بوسیله سود 1/0 نرمال تیتر می نمائیم. معرف اندازه گیری فنل فتالئین میباشد. آخرین نقطه تیتراسیون وقتی است که محلول از حالت بیرنگ به صورتی تبدیل گردد.
مقدار میلی لیتر سود مصرفی نشاندهنده اسیدیته کل محلول می باشد.
۶-۱-۲- اسیدیته آزاد
این مقدار بایستی بین ۱ تا 4 درجه باشد و برای اندازه گیری آن از سود 1/0 نرمال و معرف متیل اورانژ استفاده می گردد. آخرین نقطه تیتراسیون لحظه ای است که محلول از رنگ قرمز به نارنجی تبدیل گردد. مقدار میلی لیتر سود مصرفی نشاندهنده درجه اسید آزاد میباشد.
۶-۱-3- تست تسریع کننده
نیتریت سدیم به عنوان تسریع کننده در بسیاری ازفسفاته های روی مورد استفاده دارد. تست نیتریت سدیم بوسیله استفاده از ۵۰ میلی لیتر نمونه محلول فسفاته انجام میگیرد ۱۰ تا ۲۰ قطره اسید سولفوریک ۵۰ درصد به محلول اضافه می شود و سپس بوسیله پرمنگنات پتاسیم 1/0 نرمال تیتر می گردد. آخرین نقطه زمانی است که محلول بی رنگ تبدیل به صورتی پایدار شود. هر میلی لیتر پرمنگنات مصرف شده مساوی یک درجه است. حد مطلوب آن بین ۲ تا ۴ درجه می باشد.
۶-۱-4- غلظت آهن
این تست زمانی انجام می شود که مطمئن باشیم شتابدهنده ای در محلول باقی نمانده است. محلول فسفاته روی زمانی به خوبی تأثیر می نماید که غلظت آهن آن بین ۱۳ تا ۱۶ درجه باشد. برای تعیین آهن موجود در محلول از یک نمونه ۱۰ میلی لیتری که به آن ۳ قطره از محلولی از اسید سولفوریک و اسید فسفریک ۵۰ درصد افزوده ایم استفاده می نمائیم. سپس این محلول بوسیله پرمنگنات پتاسیم 1/0 نرمال تیتر می شود تا جایی که رنگ صورتی پایدار تشکیل گردد. این طریق فقط برای پوشش فسفاته روی در حالت غوطه ور کاربرد دارد چون در سیستم اسپری بدلیل وجود اکسید کننده ها آهنی بوجود نمی آید. یک میلی لیتر پرمنگنات مصرفی مساوی یکدرجه است.
۶-۲- محلول فسفاته آهن
اگر که استاندارد ذکر شده در محلول فسفاته آهن رعایت نگردد نتایج کار به صورت پوشش کم ناقص، پودری شدن پوشش بر سطح فلز یا ناپایدار شدن پوشش خواهد بود. برای ایجاد هماهنگی مورد نیاز در محلولهای فسفاته آهن با کنترل تیتراسیون میزان اسیدیته کل را مشخص می نمائیم.
۶-۲-۱- اسیدیته کل
اسیدیته کل بوسیله تیتراسیون ۱۰ میلی لیتر نمونه محلول فسفاته با سود 1/0 نرمال تعیین می گردد و به عنوان معرف از فنل فتالئین استفاده می گردد. مرحله آخر تیتراسیون زمانی است که رنگ از حالت بیرنگ به صورتی تبدیل گردد. میزان میلی لیتراستفاده شده از هیدروکسید سدیم 1/0نرمال اسیدیته کل را معین می سازد. درجه اسیدیته کل در محلول فسفاته آهن به ۶ تا ۱۲ می باشد.
۶-۳- محلول فسفاته منگنز
این محلول که برای پوشش دادن فلزات جهت مقاومت در خوردگی و روانکاری استفاده میشود بوسیله کنترل فاکتورهای اسید کل، اسید آزاد نسبت اسید آزاد به اسید کل و غلظت آهن تعیین می گردد.
۶-۳-۱- اسیدیته کل
بوسیله تیتراسیون ۲ میلی لیتر از محلول فسفاته توسط سود1/0 نرمال انجام می پذیرد معرف در اینجا فنل فتالئین است. زمانی تیتراسیون کامل میشود که محلول بی رنگ تبدیل به صورتی گردد. تعداد میلی لیتر از محلول 1/0 نرمال هیدروکسید سدیم ضرب در عدد پنج برابر میزان اسیدیته کل خواهد بود مقدار اسیدیته کل حدوداً باید۶۰ درجه باشد.
۶-۳-۲- اسید آزاد
بوسیله تیتراسیون ۲ میلی لیتر نمونه محلول فسفاته با هیدروکسید سدیم 1/0 ترمال تعیین می گردد. معرف متیل اورانژ میباشد تیتراسیون زمانی کامل میگردد که رنگ از قرمز به نارنجی تبدیل گردد. تعداد میلی لیتر سود مصرفی ضرب در عدد پنج میزان اسید آزاد به درجه میباشد میزان اسید آزاد برای ۶۰ درجه اسیدیته کل بین 5/9 تا ۱۱ درجه باشد.
۶-۳-۳- نسبت اسید آزاد به اسید کل
به منظور بدست آوردن نتیجه رضایتبخش در پوشش فسفاته بایستی نسبت اسید آزاد به کل دارای حد معین باشد. برای محلولی با ۶۰ تا ۷۰ درجه اسيديته كل نسبت باید تا باشد. کمتر از این میزان باعث نامقاوم بودن پوشش، غیر چسبنده بودن آن و یا وجود رگه رگه بر سطح فلز میگردد بیشتر از این میزان نیز نتیجه اش یک پوشش فسفاته ضعیف و غیر مؤثر میباشد.
۶-۳-۴- غلظت آهن
از آنجایی که در طی فسفاته شدن آهن مقداری در محلول فسفاته حل می گردد نتیجتاً در وانهای فسفاته میزان یون فرو زیاد میشود. بعضی از مشکلات پوشش فسفاته منگنز که دلیلش ازدیاد آهن می باشد عبارتست از:
۱- رنگ خاکستری کمرنگ به جای خاکستری پررنگ
۲- پوشش پودر مانند
3- پوشش فسفاته ناتمام در یک زمان معین
میزان غلظت آهن بستگی به سختی سطوح فولاد و نوع آن دارد. یک وان فسفاته منگنز به صورت ایده آل بایستی دارای آهنی در حدود 2/0 تا 4/0 درجه باشد. برای تعیین درجه آهن یک محلول مقدار ۱۰ میلی لیتر محلول فسفاته را با یک میلی لیتر از اسید سولفوریک ۵۰ درصد مخلوط مینمائیم. سپس محلول فوق را بوسیله پرمنگنات پتاسیم 1/0 نرمال تیتر می نمائیم. آخرین مرحله تیتراسیون زمانی است که محلول بی رنگ تبدیل به صورتی شود. یک میلی لیتر از محلول 1/0 نرمال پرمنگنات پتاسیم برابر با یک درجه خواهد بود.
7- کنترل اندازه کریستالها
ساختمان کریستالی پوشش فسفاته به عنوان یک سطح مناسب جهت رنگ آمیزی استفاده میگردد. کریستالها به رنگ اجازه میدهند که در آنها نفوذ کرده و بچسبد. زمانیکه روغن به عنوان یک ضد زنگ استفاده می گردد. خاصیت جذب روغن بوسیله کریستالها باعث ماندن روغن بر سطح فلز می شود. قدرت چسبندگی بر روی فلز مورد نظر بستگی مستقیم به ضخامت پوشش تولید شده دارد. ضخامت بیش از حد پوشش باعث بوجود آمدن کریستالهای بزرگ و زیر گشته که اینگونه کریستالها نمیتوانند به هم چسبیده و پیوستگی ایجاد نمایند در صورتیکه کریستالهای ریز و نرم این خاصیت را دارند. زمانیکه چسبندگی مورد نیاز میباشد میتوان از یک پوشش فسفاته کریستالی ریز و نرم استفاده نمود. کریستالهای ریز و نرم زمانیکه رنگ آمیزی همراه براق بودن لازم است استفاده میگردد. کریستالهای درشت و زبر تیرگی ایجاد مینمایند.
کنترل مشخصات پوشش یک راه حل اولیه برای انتخاب نوع فسفاته وغلظت آن میباشد. معمولاً وانهائی که دارای اسیدیته زیاد میباشند تولید کریستالهای درشت و در زمان طولانی میکنند. اما وانی که بوسیله یک تسریع کننده فعالیت بیشتری پیدا کرده ایجاد کریستالهای ریز در زمان کمتر مینماید. به طور خلاصه تا زمان معینی که قطعات در محلول فسفاته باقی مانند عمل نشستن فسفاته بر روی سطح ادامه پیدا کرده و کریستالها زیاد می گردند. از طرفی به دلیل آنکه نشست فسفاته بر سطح فلز آن را ایزوله مینماید رفته رفته دیگر هیچ گونه کریستالی بر روی سطح فلز به دلیل نداشتن تماس مستقیم با محلول بوجود نمی آید. کنترل کمی بر روی مشخصات فسفاته از تعويض مجدد محلول جلوگیری به عمل می آورد. به هر حال فاکتوری برای کنترل نمودن مشخصات فسفاته وجود دارد که عبارت است از شرایط سطحی قسمتهای پوشش داده شونده.
لایه بسیار نازکی از بعضی روغنها معمولاً پس از چربیگیری یا حل کردن امولسیونها یا چربیگیری با بخار و حلال بر روی فلز باقی میماند که میتواند نقش ریز و نرم کننده کریستالها را باز می نماید. اما اگر از یک پاک کننده قلیائی قوی و آبکشی کافی استفاده شود دیگر هیچ گونه چربی بر سطح فلز باقی نمانده و به این جهت کریستالهای درشت تر و زیرتر بوجود می آید.
متد دیگری برای نرم سازی با کم کردن اندازه کریستالها استفاده از فسفات تیتانیوم میباشد.
این ماده را میتوان هم در آبکشی و هم در چربیگیرهای قلیانی به کار برد.
۸ – متدهای بازدید
اکثر متدهای کنترل کیفیت در پوششهای فسفاته به صورت چشمی میباشد در فسفاته های روی و منگنز فسفاته باید چسبیده بر روی سطح فلز و دارای کریستالهای منظم برای استفاده در کار مورد نظر باشد. رنگ فسفاته بایستی بین خاکستری و سیاه متغیر گردد. حالت سفیدک زدن بر سطح فلز، پودری شدن فسفاته و خشن بودن زیاده از حد باعث بوجود آمدن پوشش نهایی نامناسب میگردد.
۸-۱- تعیین وزن پوشش
در سطوح آهنی به این صورت تعیین میگردد :
۸-۲- پوششهای تو خالی در سطح فلز
جهت تست میزان تو خالی بودن سطح فلز به صورت زیر عمل مینمائیم:
بودن پوشش میباشد.
متد تعیین نسبت بستگی به نوع کار و میزان محلول دارد. یک متد عمومی به شرح زیر می باشد:
۹ – پوششهای کرومات بر روی آلومینیوم
پوششهای کرومات بر روی آلومینیوم بر دو نوع می باشند:
الف) كروماته سبر ب) کروماته زرد
۹-۱- کروماته سبز
این محلول شامل اسید فسفریک، اسید فلوریدریک و اسید کرومیک است. پوششهای ایجاد شده دارای رنگهای قوس و قزحی روشن تا سبز با وزن پوششgr/m2 ۵-1/0 دارد. فرمول شیمیایی پوشش عبارتست از Cr Po4 4H o2 پوششهای نازک جهت رنگ کاری و پوششهای ضخیم تر جنبه تزئیناتی دارد.
1-۹-۱- شرایط عملیات
جهت رنگ کاری : ۳۰ تا ۶۰ ثانیه در دمای c۲۵۰
جهت تزئینات : ۳- ۱ دقیقه در دمای c40۰
۹-۲- کروماته زرد
این محلول شامل اسید فلوریدریک و اسید کرومیک و شتابدهنده است. وزن پوشش از 3/0 تا ۲ گرم بر متر مربع است و رنگ پوشش زرد میباشد. فرمول پوشش عبارتست از OH)2 HCro4)Cr
این کروماته را میتوان به روش پاششی و غوطه وری به کار برد و پوشش حاصله به عنوان پایه رنگ و تزئینانی کاربرد
دارد.
۹-۲-۱- شرایط عملیات
غوطه وری : 30-180 ثانیه در دمای .c25-50
پاششی : ۶۰- ۱۰ ثانیه در دمایی .c25-50
۱۰ – آماده سازی سطوح آلومینیومی
سطوح آلومینیومی معمولاً کمتر مشکل خوردگی را دارند و عملیاتی که بر روی آن انجام می شود عمدتاً به منظورهای زیر میباشد :
۱- تمیز کاری
۲- تشکیل پوشش جهت پایه رنگ
۳- تشکیل پوشش جهت زیبایی ظاهری فلز
۱۰-۱- شرح عملیات
الف) تمیزکاری : از آنجایی که جهت اعمال هر نوع پوشش لازم است که سطح آلومینیوم عاری از مواد چربی و گریس باشد لذا لازم است قطعات قبل از عملیات بعدی کاملاً تمیز گردند. تمیز کاری به دو صورت فیزیکی و شیمیائی قابل اجرا است. چربیگیرهای لازم جهت سطوح آلومینیومی بر دو نوع هستند:
۱) قلیائی
۲) اسیدی
لازم به ذکر است که چربیگیرهای قلیائی که جهت سطوح آلومینیومی به کار می رود باید قلیائیت پائین داشته باشد، تا مانع از خوردگی سطوح گردد.
ب) آبکشی : جهت عدم تداخل مواد و پاک شدن سطح فلز لازم است که قطعات عاری از مواد چربیگیر شده و کاملاً
آبکشی گردند.
پ) جهت پاک کردن اکسیدهای موجود در سطح فلز و هم چنین فعال شدن از اسید نیتریک ۲۵ درصد استفاده می شود. قطعات پس از چربیگیری و آبکشی به مدت ۱ دقیقه در داخل اسید نیتریک ۲۵ درصد قرار گرفته و سپس مورد عملیات بعدی قرار می گیرند.
ج) کروماته : پس از انجام عملیات شستشو قطعات کاملاً آمادگی پذیرش کروماته را دارند. پوشش کروماته را میتوان به هر دو روش پاششی و غوطه ور انجام داد.
د) آبکشی : پس از کروماته شدن قطعات کاملاً آبکشی می شوند تا عاری از باقیمانده مواد گردند.
پوشش فسفاته
مقدمه :
فسفاته کاری به عملی گویند که در طی آن ،آهن ،فولاد گالوانیزه و آلومینیوم ، با محلول رقیق اسید فسفریک حاوی مواد شیمیائی بر اثر واکنش شیمیائی که در سطح فلز ایجاد میگردد تبدیل به یک لایه محافظ فسفات نامحلول ظريف و يكنواخت در مقابل خوردگی یا سائیدگی گردد. وزن و ساختمان لایه بوسیله کنترل بر روی زمان، حرارت، نوع محلول و نحوه تمیز نمودن سطح قبل از پوشش دادن انجام میگیرد. متدهای فسفانه کاری معمولاً بوسیله اندازه و شکل قطعه فلزی که باید پوشش داده شود تعیین میگردد. اجسام کوچک مانند: زبانه قفل ،برف پاک کن، پیچ و مهره در سبدهای چرخان غوطه ور در محلول پوشش فسفاته میگردند. اما وسایل بزرگتر مانند کابینت ها ،یخچالها، خودروها و دیگر گونه ها را می توان در محلول غوطه ور ساخت یا توسط سیستم پاششی پوشش داد. ورقهای فولادی، نوارهای آهنی و الومینیومی، سیمهای فلزی و دیگر قطعاتی که کاملاً صاف و یکنواخت هستند را بهتر است به روش پاششی فسفاته کرد. قطعاتی که خلل و فرج زیادی دارند را معمولاً به روش غوطه وری و یا به روش پاششی، غوطه وری فسفاته می نمایند.
سه نوع پوشش فسفاته به طور معمول بر روی فلزات اعمال میگردد که عبارتند از:
۱- فسفاته روی
۲ – فسفاته آهن
۳- فسفاته منگنز
۱-۱- پوشش فسفاته روی
این نوع پوشش دارای کاربرد فراوان در صنایع میباشد و از نوع کریستال سنگین زیر تا انواع کریستالی نرم و میکروسکپی متغیر است. انواع رنگهای آن از خاکستری روشن تا خاکستری تیره است.
عواملی که باعث تیره تر شدن رنگ فسفاته میگردند عبارتند از:
۱- استفاده از آهن پر کربن
۲- استفاده از فلزات سنگین در محلول فسفاته
۳- افزایش آهن دو ظرفیتی در پوشش
4- اسید شوئی قبل از فسفاته
این نوع پوشش هم بصورت سیستم پاششی و هم غوطه ور مورد استفاده قرار میگیرد و به عنوان پایه ای جهت رنگ یا روغن کاربرد دارد. در صورتیکه از سیستم پاششی برای پوشش دادن استفاده گردد میزان پوشش بین ۱ تا ۵ گرم در متر مربع خواهد بود. ولی در سیستم غوطه ور این مقدار ۲ تا ۱۰ گرم بر متر مربع است.
فسفاته روی بسته به نوع محلول در دمای ۲۵ تا ۷۰ درجه قابل اجرا است.
یکی از جدیدترین فسفاته هائی که هم اکنون در بازار جهانی عرضه شده است فسفانه ،روی، تری کاتیونیک مخصوصاً نوع سرد آن است.
خواص این فسفاته عبارتست از:
۱- به علت تری کاتیونیک بودن کاملا سازگار با رنگ الکترواستاتیک است و در محیط قلیائی تجزیه نمی شود. ۲- رسوب کم و دوام زیاد
3- استفاده در دمای محیط و کاهش هزینه اقتصادی
۴ ـ حذف کنترلهای مربوط به دما
۱-۲- پوشش فسفاته آهن
این پوشش به صورت زبر و خاکستری برای اولین بار در سطح فلز ایجاد گردید ولی امروزه با پیشرفت این فن پوشش فسفاته آهن بر روی فلزات بسیار نرم و ریز ایجاد میگردد و رنگ آن نیز آبی تا قوس و قزحی است.
این فسفاته به عنوان پایه ای جهت رنگ کاربرد دارد از این فسفاته به هر دو روش اسپری و غوطه ور می توان استفاده کرد. روش پاششی کاربرد بالاتری دارد. حد قابل قبول پوشش جهت فسفاته آهن بین 2/0 تا 8/0 گرم بر متر مربع میباشد. مزیت مهمی که فسفاته آهن در مقایسه با سایر فسفاته ها دارد این است که میتوان از محلول فسفاته و چربیگیر به طور همزمان استفاده کرد. این مورد در سیستمهایی که از لحاظ مخازن و مراحل خط شستشو مشکل دارند استفاده میشود.
۱-۳- پوشش فسفاته منگنز
بیشترین مصارف را در قطعات داخلی موتور دارد و جهت روانکاری و کاهش اصطکاک استفاده می شود.
رنگ این پوشش خاکستری متمایل به سیاه میباشد و چون تمام فسفاته های منگنز به عنوان پایه ای برای روغن می باشند و نیز روغن تقریباً رنگی سیاه دارد به این جهت این فسفاته تقریباً سیاه رنگ به نظر میرسد.
این فسفاته فقط به روش غوطه ور قابل اجرا است. مدت زمان لازم جهت پوشش دادن بین ۱۵ تا ۳۰ دقیقه در نوسان است.
میزان پوشش بین ۵ تا ۲۰ گرم بر متر مربع از سطح فلز می باشد. در این نوع پوشش معمولاً نوع ریز و سفت آن بر نوع درشت و سست ترجیح داده می شود ولی بستگی به نوع کار و عمل دارد.
در خیلی از حالات کریستالها به دلیل عملیات مقدماتی ریزتر می گردند.
فسفاته منگنز در دمای ۸۶ تا ۹۶ درجه سانتی گراد و به مدت ۱۵ دقیقه اعمال می گردد.
2- مکانیسم پوشش فسفاته
تمامی پوششهای فسفاته بوسیله واکنشهای مشابه تولید می شوند. محلول فسفاته با فلزی که قرار است پوشش داده شود واکنش داده و در نتیجه آن سطح فلز تبدیل به یون شده و اسید آزاد در نزدیکی سطح فلز خنثی می گردد. در نتیجه در نزدیکی سطح فلز میزان حلالیت فسفاتهای فلزی کمتر شده و آنها به صورت کریستال و با قدرت الکترواستاتیک سطح فلز جذب آن می گردند و بر روی سطح می نشینند.
کلاً جهت یک فلز دو ظرفیتی سه نوع فسفات در نظر گرفته می شود.
فسفات نوع اول – محلول M (H2 PO4) 2
فسفات نوع دوم – کم محلول MH PO4
فسفات نوع سوم – نامحلول M3 (PO4)2
جهت تشکیل پوشش فسفات بر روی سطح قطعات دو نوع واکنش اتفاق می افتد.
۱- واکنش اچ شدن یا خورده شدن سطح فلز
2- واکنش تشکیل پوشش
تعادل زیر در محلول فسفاته برقرار است:
1) 3M (H2 PO4)2 M3 (PO4)2 + 4H3 PO4
وقتی یک قطعه آهن داخل محلول فسفاته قرار گیرد توسط اسید فسفریک آزاد داخل محلول مورد حمله قرار گرفته و
واکنش اچ شدن اتفاق می افتد که در نتیجه آن فسفات نوع اول تشکیل می شود.
2) M + 2H3 PO4 M(H2 PO4)2 + H2
در نتیجه واکنش ۲ اسید فسفریک مصرف میشود و لذا در نزدیکی نقطه تماس قطعه با محلول اسید فسفریک آزاد خنثی شده و واکنش ۱ از سمت چپ به راست جابجا شده و در نتیجه فسفات نوع سوم که نامحلول است تشکیل می گردد و روی سطح قطعه پیوند شیمیائی برقرار مینماید( واکنش تشکیل پوشش).
مقدار اسید فسفریک آزاد باید در حد کنترل شده ای باشد. اگر مقدار اسید فسفریک آزاد بیش از اندازه باشد مقدار فلز بیشتری باید خورده شود تا محلول خنثی گردد و تا جائی که ممکن است واکنش پوشش اصلاً اتفاق نیافتد از طرفی اگر اسید فسفریک آزاد کمتر از اندازه باشد و اکنش اچ شدن اتفاق نمیافتد و در نتیجه محلول غیر فعال می شود.
بسته به اینکه چه نوع پوشش فسفاته بر روی چه جنسی از قطعه قرار گیرد واکنشهای ذکر شده تا حدودی پیچیده می شود. به طور کلی جهت سطوح آهنی و گالوانیزه واکنش های زیر را داریم :
الف) تشکیل ففته روی بر روی قطعه گالوانیزه
تعادل در محلول فسفاته 3Zn (H2PO4)2 Zn3 (PO4)2 +4H3PO4
واکنش اچ شدن Zn + 2H3PO4 Zn(H2PO4)2 + H2
واکنش تشکیل پوشش 3Zn (H2PO4)2 Zn3 (PO4)2 +4H3PO4
ب) تشکیل فسفاته روی بر روی قطعات آهنی
تعادل در محلول فسفاته3Zn (H2PO4)2 Zn3 (PO4)2 +4H3PO4
واکنش اچ شدن Fe +2H3PO4 Fe(H2PO4)2 + H2
واکنش تشکیل رسوب Fe (H2PO4)2 FePO4 + H3Po4 + H2O
واکنش تشکیل پوشش Fe +2Zn(H2PO4)2 Zn2Fe(PO4)2 .4H2o + 2H3Po4
واکنش تشکیل پوشش 3Zn (H2PO4)2 Zn(PO4) + 4H3PO4
ج) تشکیل فسفاته منگنز بر روی قطعات آهنی
تعدل در محلول فسفاته Mn (H2PO4)2 Mn3 (PO4)2 +4H3PO4
واکنش اچ شدنFe +2H3PO4 Fe(H2PO4)2 + H2
واکنش تشکیل رسوب Fe (2H3PO4)2 FePO4 + H3Po4 + H2o
واکنش تشکیل پوشش 5Fe +5Mn (H2PO4)2 (Mn Fe)5 H2 (Po4)4 + 6H3Po4
د) تشکیل فسفاته آهن بر روی قطعات آهنی
محلول فسفاته Na H2 Po 4
واکنش اچ شدنFe + 4Na H2PO4 Fe(H2PO4)2 + 2Na2 HPo4 + H2
واکنش تشکیل پوشش 2Fe (H2PO4)2 + 2Na2 HPo4 + O 2FePO4 + 4NaH2Po4 + H2o
2Fe (H2PO4)2 + 4Na2 HPo4 + O + 5H2o Fe2 O3 3H2o + 8NaH2Po4
فسفاته های آهن منگنز و روی غالباً دارای تسریع کننده هایی میباشند مانند ، نیتریت ، نیترات، کلرات، پراکسید و غیره که استفاده از این تسریع کننده ها باعث افزایش سرعت میزان پوشش و اکسیداسیون آهن دو ظرفیتی و کاهش اندازه كريستالها می شود. علاوه بر اینها آهن محلول در محیط را اکسیده نموده که خود باعث افزایش طول عمر محلول فسفاته میشود.
مواد اکسید کننده مطابق واکنشهای زیر عمل می نمایند:
4Fe + Na No3 + 10H+ 4Fe2+ + N+4 + Na+ + 3H2O (نيترات
Fe + Na No2 + 8H+ 3Fe2+ + NH4 + Na+ + 2H2O (نیتریت
3Fe + Na Clo3 + 6H+ 3Fe2+ + Nacl+ 3H2O (کلرات
Fe2+ + 2H2o Fe + H2o2 +2H+ (پراکسید
3- موارد استفاده
استفاده از پوشش فسفاته بر روی فلزات به خصوص فولاد به عنوان یک لایه چسبنده و مقاوم در برابر خورندگی در
زیر رنگ میباشد. به طور کلی کاربردهای فسفاته عبارتند از:
۱) یک لایه مقاوم به عنوان پایه رنگ
۲) یک لایه مقاوم به عنوان پایه روغن
۳) روانکاری سطوح در تماس مستقیم
۴) شکل دهی سرد
۳-۱- پوشش فسفاته به عنوان پایه ای برای رنگ آمیزی
به طور کلی عمر معمول هر رنگ آمیزی بستگی به فاکتورهای زیر دارد :
اولین کاری که هر پوشش فسفاته انجام میدهد جلوگیری از خوردگی در سطح فلز میباشد. برای رسیدن به این مهم بایستی فعالیت سطح فلز را کم کرده تا خوردگی بین سطح رنگ شده و رنگ ایجاد نگردد. زمانیکه برای رنگ آمیزی از سطح فلز پوشش داده شده استفاده میگردد این پوشش مقاومتش در مقابل رطوبت و خیس خوردگی زیاد شده و جلوی خوردگی به همین دلیل گرفته می شود. وزن پوشش فسفاته روی سبک تا متوسط بین ۲ الی ۵ گرم در هر متر مربع می باشد. هم چنین فسفاته آهن سبک بین 4/0 تا 8/0 گرم در هر متر مربع در نوسان است. پوشش فسفاته مقاومت فلز و نیز قبول رنگ بر روی سطح فلز را زیاد می نماید موارد استفاده به عنوان پایه ای جهت رنگ در صنایع اتومبیل سازی، لوازم خانگی، قطعات خودرو، شبکه سازی روشنائی و غیره میباشد.
سطوحی که فسفاته گردیده اند به هیچ عنوان نبایستی توسط دست لخت با دیگر قسمتهای بدن در تماس قرار گیرند و اگر رنگ ظاهری آن فلز مهم باشد بایستی حتماً از بوجود آمدن این تماس اجتناب نمود.
۳-۲- جلوگیری از خوردگی و نگهداری
تبدیل سطح فلز به سطحی که دارای پوشش فسفاته میباشد باعث بوجود آمدن خاصیت ضد رطوبت برای آن فلز می شود میزان حفاظتی که پوشش فسفاته بر روی هر نوع فلزی ایجاد مینماید بستگی مستقیم به ضخامت و مقدار آن و هم چنین نسبت مستقیم با وزن مخصوص ،نوع و اندازه کریستال ایجاد شده دارد. پوششهای متنوعی از لحاظ ضخامت و متد تمیز کردن قبل از عملیات فسفاته میتوانند تهیه شوند. این نوع تولید بستگی به غلظت و ترکیب محلول فسفاته و مقاومت آن در عملیات دارد. در عمل فسفانه نمودن به هیچ عنوان از جریان برق استفاده نمی شود. تشکیل فسفات بستگی به تماس بین محلول فسفاته و سطح فلز و میزان درجه حرارت محلول دارد. این عملیات را برای فلزاتی با سطوح صاف با ناهموار میتوان انجام داد. خواص مشترکی که فسفاته سنگین با روغن و موم دارد مقاومت در مقابل خوردگی را افزایش میدهد. اجسامی که پوشش فسفاته شده اند باید بعداً در داخل وانهای حاوی روغن خشک کننده با غیر خشک کننده که حاوی مواد ضد خوردگی میباشند قرار گیرند و سپس از آن خارج گردند. پوشش فسفاته روی سنگین و متوسط و پوشش فسفانه منگنز سنگین به عنوان مکمل در مقابل خوردگی به همراه موم با روغن استفاده میشوند. فسفات منگنز به دلیل داشتن خاصیت جذب و نگهداری بیشتر روغن و موم در مقابل خوردگی مقاومت بیشتری دارد.
3-3- کشش سرد
در مواردی که بایستی لوله های فولادی بدون درز ساخته شود از پوشش فسفانه بهترین استفاده را می توان نمود. تبدیل سازی یک سطح فولادی به سطحی با پوشش فسفاته این امکان را در اختیار می گذارد که سطح از یک حالت روانی و صاف برخوردار گردد این لغزندگی سطح از جوش خوردن و کشیدن در پاره ای از موارد جلوگیری به عمل آورده و در تولید تأثیر میگذارد. پوشش فسفات روی از نوع سبک تا متوسط در موارد کشش فولاد استفاده می گردد. قسمت فسفاته شده قبلاً بایستی توسط صابون، روغن یا امولسیونی از روغن و اسید چرب پوشش داده گردد. پوشش فسفاته روی از تماس مستقیم دو سطح فلز در حال سرد شدن جلوگیری به عمل می آورد.
۳-۴- روانکاری
برای جلوگیری از سایش بین دو فلز وجود یک لایه روغنی و چرب بین آنها لازم میباشد در مواردی که این سایش زیاد نباشد میتوان روش فسفاته کردن را به جای استفاده از روغن به کار برد. قدرت نفوذ پوشش فسفاته در فلز و نیز خواص مشترک آن با روغن چرب و یک پارچه بودن آن از مزایائی است که این روش را قادر می سازد که به جای یک لایه ضخیم از روغن در سطح فلزات استفاده میگردد.
زمانی که دو فلز دارای پوشش فسفاته منگنز در تماس مستقیم با هم قرار میگیرند فسفاته منگنز مانند یک سپر عمل کرده و از پوسته پوسته شدن سطح فلز جلوگیری به عمل می آورد. همچنین در کار با چرخ دنده ها از تماس مستقیم بین دو فلز چرخ دنده جلوگیری مینماید. معمولاً سائیدگی بین دنده های متصل شده به هم در همان چرخشهای اولیه ایجاد می گردد ولی با وجود پوشش فسفاته به دلیل روان بودن سطح از این حادثه جلوگیری به عمل می آورد اما به مجرد اینکه دنده ها با سختی روی هم بلغزند پوشش خراشیده شده و بلافاصله سائیدگی عارض میگردد.
۴- انواع آلیاژهای آهن پوشش داده شده
در این بخش در مورد انواع آلیاژهایی که میتوانند پوشش فسفاته را قبول کنند بحث می شود. به طور مثال فولادهای ضدزنگ یا استینلس استیل نمیتوانند پوشش فسفاته گردند. بیشتر فولادها به راحتی پوشش داده میشوند ولی برخی آلیاژها مقداری مشکلات در امر پوشش دهی دارند به دلیل آنکه بیشترین میزان فولاد پوشش داده شده به صورت ورقهای فولادی کم کربن میباشد برای قالب سازی در قسمت اتومبیل سازی و وسایل خانه پوشش فسفاته موارد کاربرد زیاد دارد.
فولاد کم کربن با میزان مس در حدود 3/0 درصد نمیتواند پوشش فسفاته شود به این جهت میزان مس موجود در فولاد بایستی بدقت کنترل شود. نیکل و کروم به هیچ عنوان فسفاته نمی گردند. فولادهای کم کربن بهترین و مناسبترین فلزات برای دادن پوشش فسفاته هستند. در قسمتهایی که گالوانیزه استفاده میگردد بایستی بوسیله یک لایه روکش شوند تا بر روی آنها رنگ خورده شود. فسفاته نمودن نه تنها از خوردگی در ورق جلوگیری به عمل می آورد بلکه باعث چسبیدن رنگ به سطح فلز به صورت رضایت بخش میگردد.
چدنهای خاکستری و نرم به راحتی قابل پوشش دادن هستند و آلیاژهای موجود در آن به هیچ عنوان مانع این کار نمی گردد. قطعات آلومینیومی در صورتیکه محلول فسفاته حاوی فلوراید باشد میتوانند فسفاته گردند.
۵- شرح عملیات فسفاته کاری
مراحل زیر برای به انجام رسیدن پوشش فسفاته مورد نیاز میباشد :
۱- پاک نمودن سطح یا چربیگیری
۲- آبکشی کردن
۳- فسفاته کردن
۴- آبکشی مجدد
۵- غیر فعال کردن سطح توسط اسید کرومیک با سایر غیر فعال کننده ها
بعضی از مراحل بالا ممکن است حذف یا اضافه گردد.
اینگونه شرایط بستگی به سطح، نوع کار و موارد استفاده دارد.
الف) در صورتیکه قطعات دارای زنگ باشند بعد از مرحله چربیگیری و قبل از فسفاته باید مورد عمل زنگزدانی قرار گیرند.
ب) در صورتیکه فسفاته روی استفاده شود باید قبل از فسفاته یک مرحله فعال سازی انجام گیرد. این مرحله می تواند تواماً با مرحله چربیگیری انجام شود.
ج) فسفاته آهن میتواند در یک مرحله به صورت فسفاته و چربیگیر توأم انجام شود.
د) هنگامی که فسفاته منگنز استفاده میشود باید قبل از مرحله فسفاته قطعات داخل آب جوش قرار گیرد.
۵-۱- چربیگیری
به دلیل آنکه واکنش شیمیائی نتیجه اش رسوب پوشش فسفاته بر روی سطح فلز می باشد و این عمل بستگی مستقیم به تماس فلز با محلول فسفاته دارد به این جهت سطح تماس باید کاملا تمیز بوده تا این عمل انجام شود. تمیز نمودن به دو صورت فیزیکی و شیمیائی قابل اجرا است. در حالت فیزیکی میتوان توسط دستمال، سند بلاست یا شات بلاست استفاده کرد.
در روش شیمیائی از مواد چربیگیر استفاده میگردد این مواد خود بر دو نوع است:
۱- قلیائی
۲- امولسیونی
از مواد چربیگیر میتوان به روش دستی، پاششی و غوطه وری استفاده کرد. مکانیسم عمل چربیگیری به این صورت می باشد که دترجنتهای موجود در چربیگیر دارای دو سر آبدوست و چربی دوست میباشند که از سمت چربی دوست به ذرات چربی موجود در سطح ورق حمله کرده و چربی را احاطه می نمایند. پس از جدا کردن ذرات چربی، دترجنتها از طرف آبدوست در محلول پراکند، می گردند.
۵-۲- آبکشی
قطعات پس از چربیگیری باید کاملا شسته شوند تا از تداخل وانها جلوگیری نماید. آبکشی به دو روش غوطه وری و پاششی انجام میشود.
۵-۲-۱- آبکشی به روش غوطه ور
در داخل تانک آبکشی میبایست محیطی متلاطم بوجود آورده که کاملاً اجسام غوطه ور شده آبکشی گردند. معمولاً در قسمت تحتانی تانک با گذاشتن لوله های منفذ دار که به یک کمپرسور هوا با فشار کم متصل شده می توان با دمیدن هوا در آن محیط را متلاطم نموده تا آبکشی به طور کامل انجام گیرد. زمانیکه کمپرسور در دسترس نباشد پمپ نمودن آب آبکشی از همان لوله این محیط را متلاطم خواهد ساخت متد دیگری که مؤثر خواهد بود استفاده از یک حلقه اسپری بر روی مخزن میباشد. در این حالت قطعات قبل از ورود به مخزن آبکشی با آب تمیز آبکشی میگردند.
۵-۲-۲- آبکشی به روش اسپری
انواع عمودی و افقی اسپری و اندازه نازلهای موجود در تونل اسپری بوسیله ابعاد قطعاتی که باید آبکشی شوند و سرعت دستگاه انتقال دهنده همین قطعات در تونل تعیین میگردد. فشار ۱ تا 5/1 بار در نازلها طبیعی است. مقدار گنجایش حجمی پمپ از ظرفیت حجمی نازلها در تعداد نازلها و جمع آن با طول لوله بدست می آید. ظرفیت و گنجایش تانک محلول اسپری بایستی حداقل 5/2 برابر گنجایش محلولی باشد که در هر دقیقه از نازلها اسپری میگردد. محلول آبکشی بوسیله خط لوله ای که به یک پمپ وصل شده وارد لوله ای عمودی سوراخ نشده می گردد و اسپری می شود. آبکشی قبل از فسفاته باید دارای pH در محدوده 5/7 تا 9 بوده و بهتر است در مورد فسفاته روی حاوی مواد فعال کننده جهت ریزتر شدن اندازه کریستالها باشد.
۵-۳- فسفاته کردن
پوشش فسفاته هم بوسیله سیستم غوطه ور سازی و هم سیستم پاششی و هم هر دو با هم قابل اجرا است.
۵-۳-۱- روش غوطه وری
هر سه نوع پوشش فسفاته ،آهن، روی و منگنز بوسیله غوطه ورسازی در محلول فسفاته میگردند. روی هم رفته قسمتهای کوچک باید بوسیله غوطه ورسازی در محلول فسفاته گردند چون غیر از آن اقتصادی نیست. به طور مثال پیچ ها، مهره ها، برف پاک کن که با حجم بالا تولید میگردند حتماً باید در حوضچه های پوشش فسفاته غوطه ور گردند. اینگونه قسمتها در بشکه چرخان با سرعت ۴ دور در دقیقه در یک وان که از محلول فسفاته پر می باشد قرار گرفته و چرخانده می شوند. قطعات بزرگ که دارای خلل و فرج زیادی میباشند را میتوان توسط آویز غوطه ور نمود. معمولاً به دلیل عدم دسترسی به نقاط داخلی اجسام غوطه ورسازی بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.
۵-۳-۲- روش پاششی
فقط پوشش فسفاته روی و آهن با این سیستم انجام میگردند. روش پاششی را بیشتر برای لوازم خانه یا اتومبیل سازی استفاده مینمایند. قطعات مورد نظر از جلوی نازلها گذشته و مورد عمل پاشش قرار میگیرند. این روش برای کارخانه هایی که دارای تولید بالا میباشند به دلیل زیاد بودن وسایل و متعلقات آن استفاده می شود. مدت زمان اسپری کردن نیز از سیستم غوطه ور سازی کمتر است. برای راه اندازی یک سیستم پاششی معمولاً بین ۵ تا ۱۰ برابر قیمت یک سیستم غوطه ور مخارج ایجاد میگردد. در ضمن سیستم پاششی مخارج بیشتری برای نگهداری و حرارت تولیدی نسبت به سیستم غوطه ورسازی دارد.
۵-۳-۳- مدت زمان فسفانه کردن
روی هم رفته پوشش فسفاته بوسیله اسپری مدت کمتری نسبت به غوطه ورسازی میبرد به طور مثال اگر قرار باشد میزان 5/1 تا ۲ گرم در هر متر مربع پوشش فسفات روی بر روی فلز به مدت 5/1 دقیقه توسط روش پاششی داده شود. همین میزان در مقیاس مساوی برای سیستم غوطه ورسازی به زمانی بیش از ۳ دقیقه نیازمند است. در صورتیکه مدت کمتری از زمان پیشنهاد شده اجسام تحت پوشش فسفاته قرار گیرند مقدار پوشش بسیار نازک خواهد شد. برعکس اگر این میزان بیشتر از مدت داده شده گردد. پوشش کلفت و به صورت کریستالهای درشت زبر و شل بر روی فلز خواهد.
۵-3-4- درجه حرارت فسفاته کردن
درجه حرارت انواع پوششهای فسفات معمولاً بین ۲۵ تا ۹۶ درجه سانتی گراد متغیر است. هر نوع محلول فسفاته بسته به فرمولاسیون در یک دمای خاص فرموله شده است ولی به طور کلی دماهای زیر را داریم.
۱- فسفاته آهن ۲۵ تا ۷۰ درجه سانتی گراد
۲- فسفاته روی ۲۵ تا ۷۰ درجه سانتی گراد
۳- فسفاته منگنز : ۸۶ تا ۹۶ درجه سانتی گراد
۵-۴- آبکشی پس از فسفاته نمودن
به منظور پاک سازی فلز از مواد شیمیانی موجود بایستی قسمتها پس از فسفاته شدن دوباره آبکشی گردند. هر ماده شیمیائی که آبکشی نشود احتمالاً موجبات خوردگی در سطح فلز یا برآمدگی و جدا شدن رنگ را ایجاد می نماید مواد فسفاته در صورت ورود به محلول آبکشی اسید کرومیک با غیر فعال کننده های بدون کروم باعث آلودگی میگردند. در ضمن آب آبکشی بعد از فسفاته نباید گرم باشد و درجه حرارت حداکثر باید ۴۰ درجه سانتی گراد باشد. آب کشی اگر گرم باشد باعث چسبندگی مواد شیمیائی موجود بر سطح فلز میگردد که خود باعث بروز این اشکالات میگردد :
۱- پوشش ناصاف و زیر
۲- تشکیل سفیدک بر سطح فلز
3- مقاومت کمتر در مقابل خوردگی
فقط یک بار شستشو کافیست. اگر املاح معدنی موجود در آب زیاد باشد بایستی از آب بدون یون استفاده نمود.
۵-۵- غیر فعال سازی
بسیاری از اجسام فسفاته شده پس از آبکشی توسط مواد غیر فعال کننده آبکشی شده و غیر فعال می گردند. یکی از متداولترين غير فعال کننده ها محلولهای اسید کرومیک میباشد. محلولهای اسید کرومیک یک پوشش نازک کروم بر روی سطح فلز ایجاد می نماید که باعث بالا بردن مقاومت در مقابل خوردگی فلز می گردد . بدون آبکشی توسط اسید کرومیک پوشش فسفاته رنگ شده در مقابل تستهای رطوبت و فیزیکی کارایی لازم را نداشته و در صورت اسپری توسط آب نمک در مقابل خوردگی ایستادگی نمی کنند. از غیر فعال کننده های دیگر می توان از محلولهایی با پایه زیرکونیم نام برد که خواص مشابهی یا مورد قبلی دارند.
۶- کنترل شیمیائی مراحل فسفاته کردن
به منظور اینکه یک مرحله فسفاته کردن به طور کامل و مؤثر انجام گردد بایستی مراحل استفاده و مواد شیمیائی مورد استفاده دقیقاً کنترل گردد. حتی مواد موجود در آب برای آبکشی که بر روی فلز اثر سوئی نداشته باشد. برای بدست آوردن یک نتیجه رضایتبخش از پوشش فسفاته بایستی مواد شیمیائی مورد مصرف در استاندارد مصرفشان کنترل گردند. این استاندارد بسته به موارد استفاده و غلظت فسفاته مختلف میباشد. محلولها بایستی قبلاً در اشلهای آزمایشگاهی روی نمونه های کوچک آزمایش شده باشند و سپس روی نمونه اصلی پیاده گردند. کنترل عمومی بر روی فسفاته های روی منگنز و آهن در این بخش به تفصیل شرح داده شده اند.
۶-۱- محلولهای فسفاته روی
یک پوشش فسفاته نامرغوب می تواند نتیجه عدم تعادل محلولهای فسفاته روی باشد. زیاد شدن لجن در تانک و ضخامت زیاده از حد و یا عدم پوشش کافی باعث غیر مؤثر بودن پوشش فسفاته میگردد. آزمایشهای زیر بر روی فسفاته روی به منظور کارایی موثر آن انجام میگیرد که عبارتند از اسیدیته کل، اسیدیته آزاد، تسریع کننده، غلظت آهن، غلظت روی
pH و سایر آزمایشات شیمیائی.
۶-۱-۱- اسیدیته کل
اسيديته كل محلول فسفاته روی بایستی در حد استاندارد باشد تا نتیجه مطلوب بدست آید. استاندارد اسیدیته کل بین 10تا30 میباشد. برای تعیین اسیدیته کل یک نمونه ۱۰ میلی لیتری از محلول را بوسیله سود 1/0 نرمال تیتر می نمائیم. معرف اندازه گیری فنل فتالئین میباشد. آخرین نقطه تیتراسیون وقتی است که محلول از حالت بیرنگ به صورتی تبدیل گردد.
مقدار میلی لیتر سود مصرفی نشاندهنده اسیدیته کل محلول می باشد.
۶-۱-۲- اسیدیته آزاد
این مقدار بایستی بین ۱ تا 4 درجه باشد و برای اندازه گیری آن از سود 1/0 نرمال و معرف متیل اورانژ استفاده می گردد. آخرین نقطه تیتراسیون لحظه ای است که محلول از رنگ قرمز به نارنجی تبدیل گردد. مقدار میلی لیتر سود مصرفی نشاندهنده درجه اسید آزاد میباشد.
۶-۱-3- تست تسریع کننده
نیتریت سدیم به عنوان تسریع کننده در بسیاری ازفسفاته های روی مورد استفاده دارد. تست نیتریت سدیم بوسیله استفاده از ۵۰ میلی لیتر نمونه محلول فسفاته انجام میگیرد ۱۰ تا ۲۰ قطره اسید سولفوریک ۵۰ درصد به محلول اضافه می شود و سپس بوسیله پرمنگنات پتاسیم 1/0 نرمال تیتر می گردد. آخرین نقطه زمانی است که محلول بی رنگ تبدیل به صورتی پایدار شود. هر میلی لیتر پرمنگنات مصرف شده مساوی یک درجه است. حد مطلوب آن بین ۲ تا ۴ درجه می باشد.
۶-۱-4- غلظت آهن
این تست زمانی انجام می شود که مطمئن باشیم شتابدهنده ای در محلول باقی نمانده است. محلول فسفاته روی زمانی به خوبی تأثیر می نماید که غلظت آهن آن بین ۱۳ تا ۱۶ درجه باشد. برای تعیین آهن موجود در محلول از یک نمونه ۱۰ میلی لیتری که به آن ۳ قطره از محلولی از اسید سولفوریک و اسید فسفریک ۵۰ درصد افزوده ایم استفاده می نمائیم. سپس این محلول بوسیله پرمنگنات پتاسیم 1/0 نرمال تیتر می شود تا جایی که رنگ صورتی پایدار تشکیل گردد. این طریق فقط برای پوشش فسفاته روی در حالت غوطه ور کاربرد دارد چون در سیستم اسپری بدلیل وجود اکسید کننده ها آهنی بوجود نمی آید. یک میلی لیتر پرمنگنات مصرفی مساوی یکدرجه است.
۶-۲- محلول فسفاته آهن
اگر که استاندارد ذکر شده در محلول فسفاته آهن رعایت نگردد نتایج کار به صورت پوشش کم ناقص، پودری شدن پوشش بر سطح فلز یا ناپایدار شدن پوشش خواهد بود. برای ایجاد هماهنگی مورد نیاز در محلولهای فسفاته آهن با کنترل تیتراسیون میزان اسیدیته کل را مشخص می نمائیم.
۶-۲-۱- اسیدیته کل
اسیدیته کل بوسیله تیتراسیون ۱۰ میلی لیتر نمونه محلول فسفاته با سود 1/0 نرمال تعیین می گردد و به عنوان معرف از فنل فتالئین استفاده می گردد. مرحله آخر تیتراسیون زمانی است که رنگ از حالت بیرنگ به صورتی تبدیل گردد. میزان میلی لیتراستفاده شده از هیدروکسید سدیم 1/0نرمال اسیدیته کل را معین می سازد. درجه اسیدیته کل در محلول فسفاته آهن به ۶ تا ۱۲ می باشد.
۶-۳- محلول فسفاته منگنز
این محلول که برای پوشش دادن فلزات جهت مقاومت در خوردگی و روانکاری استفاده میشود بوسیله کنترل فاکتورهای اسید کل، اسید آزاد نسبت اسید آزاد به اسید کل و غلظت آهن تعیین می گردد.
۶-۳-۱- اسیدیته کل
بوسیله تیتراسیون ۲ میلی لیتر از محلول فسفاته توسط سود1/0 نرمال انجام می پذیرد معرف در اینجا فنل فتالئین است. زمانی تیتراسیون کامل میشود که محلول بی رنگ تبدیل به صورتی گردد. تعداد میلی لیتر از محلول 1/0 نرمال هیدروکسید سدیم ضرب در عدد پنج برابر میزان اسیدیته کل خواهد بود مقدار اسیدیته کل حدوداً باید۶۰ درجه باشد.
۶-۳-۲- اسید آزاد
بوسیله تیتراسیون ۲ میلی لیتر نمونه محلول فسفاته با هیدروکسید سدیم 1/0 ترمال تعیین می گردد. معرف متیل اورانژ میباشد تیتراسیون زمانی کامل میگردد که رنگ از قرمز به نارنجی تبدیل گردد. تعداد میلی لیتر سود مصرفی ضرب در عدد پنج میزان اسید آزاد به درجه میباشد میزان اسید آزاد برای ۶۰ درجه اسیدیته کل بین 5/9 تا ۱۱ درجه باشد.
۶-۳-۳- نسبت اسید آزاد به اسید کل
به منظور بدست آوردن نتیجه رضایتبخش در پوشش فسفاته بایستی نسبت اسید آزاد به کل دارای حد معین باشد. برای محلولی با ۶۰ تا ۷۰ درجه اسيديته كل نسبت باید تا باشد. کمتر از این میزان باعث نامقاوم بودن پوشش، غیر چسبنده بودن آن و یا وجود رگه رگه بر سطح فلز میگردد بیشتر از این میزان نیز نتیجه اش یک پوشش فسفاته ضعیف و غیر مؤثر میباشد.
۶-۳-۴- غلظت آهن
از آنجایی که در طی فسفاته شدن آهن مقداری در محلول فسفاته حل می گردد نتیجتاً در وانهای فسفاته میزان یون فرو زیاد میشود. بعضی از مشکلات پوشش فسفاته منگنز که دلیلش ازدیاد آهن می باشد عبارتست از:
۱- رنگ خاکستری کمرنگ به جای خاکستری پررنگ
۲- پوشش پودر مانند
3- پوشش فسفاته ناتمام در یک زمان معین
میزان غلظت آهن بستگی به سختی سطوح فولاد و نوع آن دارد. یک وان فسفاته منگنز به صورت ایده آل بایستی دارای آهنی در حدود 2/0 تا 4/0 درجه باشد. برای تعیین درجه آهن یک محلول مقدار ۱۰ میلی لیتر محلول فسفاته را با یک میلی لیتر از اسید سولفوریک ۵۰ درصد مخلوط مینمائیم. سپس محلول فوق را بوسیله پرمنگنات پتاسیم 1/0 نرمال تیتر می نمائیم. آخرین مرحله تیتراسیون زمانی است که محلول بی رنگ تبدیل به صورتی شود. یک میلی لیتر از محلول 1/0 نرمال پرمنگنات پتاسیم برابر با یک درجه خواهد بود.
7- کنترل اندازه کریستالها
ساختمان کریستالی پوشش فسفاته به عنوان یک سطح مناسب جهت رنگ آمیزی استفاده میگردد. کریستالها به رنگ اجازه میدهند که در آنها نفوذ کرده و بچسبد. زمانیکه روغن به عنوان یک ضد زنگ استفاده می گردد. خاصیت جذب روغن بوسیله کریستالها باعث ماندن روغن بر سطح فلز می شود. قدرت چسبندگی بر روی فلز مورد نظر بستگی مستقیم به ضخامت پوشش تولید شده دارد. ضخامت بیش از حد پوشش باعث بوجود آمدن کریستالهای بزرگ و زیر گشته که اینگونه کریستالها نمیتوانند به هم چسبیده و پیوستگی ایجاد نمایند در صورتیکه کریستالهای ریز و نرم این خاصیت را دارند. زمانیکه چسبندگی مورد نیاز میباشد میتوان از یک پوشش فسفاته کریستالی ریز و نرم استفاده نمود. کریستالهای ریز و نرم زمانیکه رنگ آمیزی همراه براق بودن لازم است استفاده میگردد. کریستالهای درشت و زبر تیرگی ایجاد مینمایند.
کنترل مشخصات پوشش یک راه حل اولیه برای انتخاب نوع فسفاته وغلظت آن میباشد. معمولاً وانهائی که دارای اسیدیته زیاد میباشند تولید کریستالهای درشت و در زمان طولانی میکنند. اما وانی که بوسیله یک تسریع کننده فعالیت بیشتری پیدا کرده ایجاد کریستالهای ریز در زمان کمتر مینماید. به طور خلاصه تا زمان معینی که قطعات در محلول فسفاته باقی مانند عمل نشستن فسفاته بر روی سطح ادامه پیدا کرده و کریستالها زیاد می گردند. از طرفی به دلیل آنکه نشست فسفاته بر سطح فلز آن را ایزوله مینماید رفته رفته دیگر هیچ گونه کریستالی بر روی سطح فلز به دلیل نداشتن تماس مستقیم با محلول بوجود نمی آید. کنترل کمی بر روی مشخصات فسفاته از تعويض مجدد محلول جلوگیری به عمل می آورد. به هر حال فاکتوری برای کنترل نمودن مشخصات فسفاته وجود دارد که عبارت است از شرایط سطحی قسمتهای پوشش داده شونده.
لایه بسیار نازکی از بعضی روغنها معمولاً پس از چربیگیری یا حل کردن امولسیونها یا چربیگیری با بخار و حلال بر روی فلز باقی میماند که میتواند نقش ریز و نرم کننده کریستالها را باز می نماید. اما اگر از یک پاک کننده قلیائی قوی و آبکشی کافی استفاده شود دیگر هیچ گونه چربی بر سطح فلز باقی نمانده و به این جهت کریستالهای درشت تر و زیرتر بوجود می آید.
متد دیگری برای نرم سازی با کم کردن اندازه کریستالها استفاده از فسفات تیتانیوم میباشد.
این ماده را میتوان هم در آبکشی و هم در چربیگیرهای قلیانی به کار برد.
۸ – متدهای بازدید
اکثر متدهای کنترل کیفیت در پوششهای فسفاته به صورت چشمی میباشد در فسفاته های روی و منگنز فسفاته باید چسبیده بر روی سطح فلز و دارای کریستالهای منظم برای استفاده در کار مورد نظر باشد. رنگ فسفاته بایستی بین خاکستری و سیاه متغیر گردد. حالت سفیدک زدن بر سطح فلز، پودری شدن فسفاته و خشن بودن زیاده از حد باعث بوجود آمدن پوشش نهایی نامناسب میگردد.
۸-۱- تعیین وزن پوشش
در سطوح آهنی به این صورت تعیین میگردد :
۸-۲- پوششهای تو خالی در سطح فلز
جهت تست میزان تو خالی بودن سطح فلز به صورت زیر عمل مینمائیم:
بودن پوشش میباشد.
متد تعیین نسبت بستگی به نوع کار و میزان محلول دارد. یک متد عمومی به شرح زیر می باشد:
۹ – پوششهای کرومات بر روی آلومینیوم
پوششهای کرومات بر روی آلومینیوم بر دو نوع می باشند:
الف) كروماته سبر ب) کروماته زرد
۹-۱- کروماته سبز
این محلول شامل اسید فسفریک، اسید فلوریدریک و اسید کرومیک است. پوششهای ایجاد شده دارای رنگهای قوس و قزحی روشن تا سبز با وزن پوششgr/m2 ۵-1/0 دارد. فرمول شیمیایی پوشش عبارتست از Cr Po4 4H o2 پوششهای نازک جهت رنگ کاری و پوششهای ضخیم تر جنبه تزئیناتی دارد.
1-۹-۱- شرایط عملیات
جهت رنگ کاری : ۳۰ تا ۶۰ ثانیه در دمای c۲۵۰
جهت تزئینات : ۳- ۱ دقیقه در دمای c40۰
۹-۲- کروماته زرد
این محلول شامل اسید فلوریدریک و اسید کرومیک و شتابدهنده است. وزن پوشش از 3/0 تا ۲ گرم بر متر مربع است و رنگ پوشش زرد میباشد. فرمول پوشش عبارتست از OH)2 HCro4)Cr
این کروماته را میتوان به روش پاششی و غوطه وری به کار برد و پوشش حاصله به عنوان پایه رنگ و تزئینانی کاربرد
دارد.
۹-۲-۱- شرایط عملیات
غوطه وری : 30-180 ثانیه در دمای .c25-50
پاششی : ۶۰- ۱۰ ثانیه در دمایی .c25-50
۱۰ – آماده سازی سطوح آلومینیومی
سطوح آلومینیومی معمولاً کمتر مشکل خوردگی را دارند و عملیاتی که بر روی آن انجام می شود عمدتاً به منظورهای زیر میباشد :
۱- تمیز کاری
۲- تشکیل پوشش جهت پایه رنگ
۳- تشکیل پوشش جهت زیبایی ظاهری فلز
۱۰-۱- شرح عملیات
الف) تمیزکاری : از آنجایی که جهت اعمال هر نوع پوشش لازم است که سطح آلومینیوم عاری از مواد چربی و گریس باشد لذا لازم است قطعات قبل از عملیات بعدی کاملاً تمیز گردند. تمیز کاری به دو صورت فیزیکی و شیمیائی قابل اجرا است. چربیگیرهای لازم جهت سطوح آلومینیومی بر دو نوع هستند:
۱) قلیائی
۲) اسیدی
لازم به ذکر است که چربیگیرهای قلیائی که جهت سطوح آلومینیومی به کار می رود باید قلیائیت پائین داشته باشد، تا مانع از خوردگی سطوح گردد.
ب) آبکشی : جهت عدم تداخل مواد و پاک شدن سطح فلز لازم است که قطعات عاری از مواد چربیگیر شده و کاملاً
آبکشی گردند.
پ) جهت پاک کردن اکسیدهای موجود در سطح فلز و هم چنین فعال شدن از اسید نیتریک ۲۵ درصد استفاده می شود. قطعات پس از چربیگیری و آبکشی به مدت ۱ دقیقه در داخل اسید نیتریک ۲۵ درصد قرار گرفته و سپس مورد عملیات بعدی قرار می گیرند.
ج) کروماته : پس از انجام عملیات شستشو قطعات کاملاً آمادگی پذیرش کروماته را دارند. پوشش کروماته را میتوان به هر دو روش پاششی و غوطه ور انجام داد.
د) آبکشی : پس از کروماته شدن قطعات کاملاً آبکشی می شوند تا عاری از باقیمانده مواد گردند.
تمامی حقوق مادی و معنوی این وبسایت، متعلق به FYP میباشد.
طراحی‌شده توسط آژانس دیجیتال مارکتینگ HDM