فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی

بخشی از فهرست مطالب پروژه فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی

چکیده

مقدمه : آماده سازی فلز

فصل اول : سابقه تاریخی

فسفاتکاری قبل از جنگ جهانی

فسفاتکاری درطی جنگ جهانی

توسعه در زمان جنگ

توسعه بعد از جنگ

فصل دوم : اندیشه‌های نظری

مکانیسم‌های واکنش

زینک اورتوفسفاتها

فسفات منگنز

فسفات آهن

تشکیل پوشش

شتابدهنده‌ها

شتابدهنده‌های نیکل و مس

شتابدهنده‌های اکسید کننده

شتابدهندگی نیترات

شتاب با ترکیبات نیتر و آلی

کنترل آهن فرو

شتاب دهنده کلرات

پوشش فسفات فلزات قلیایی

مشخصات پوششهای فسفات و دیگر پوششهای تبدیلی

پوششهای زینک فسفات

پوششهای فسفات منگنز

تکامل پوشش

ایست گازدهی

منحنی‌های زمان – و زن پوشش

اندازه گیری پتانسیل

آزمون میکروسکپی

وزن و ضخامت پوشش

خلل و فرج پوشش

تردی هیدروژنی

فصل سوم : مهیا کردن سطح

مقدمه

تمیز کننده‌های قلیایی

گرایشها جهت تکامل تمیز کننده قلیائی

عوامل ظریف سازی

زنگبری قلیائی

تمیز کننده‌های حلالی

چربیگیری با بخار

تمیزکاری با حلالهای قابل امولسیون

تمیزکاری با حلالهای امولسیون شده

تمیز کننده‌های حلالی دیگر

تمیز کننده‌های اسیدی

روشهای تمیزکاری مکانیکی و ویژه

تمیز کاری سایشی

تمیز کننده‌های بخاری و فشار بالا

تمیز کاری الکترولیتی

تمیزکاری مافوق صوتی

تمیزکاری خطی و غیر خطی

ارزیابی تمیز کننده

فصل چهارم : پوششهای پایه رنگ

مقدمه

فرآیندهای فسفات آهنی سبک وزن

فرآیندهای با تمیز کننده جداگانه

تمیز کننده / پوشش دهنده‌ها (چربیگری و فسفاته توام)

فرایندهای زینگ فسفات به عنوان واسطه پیوندی رنگ با زمینه

فرآیند پاششی

آماده سازی برای رنگ الکترولیتی

سیستمهای آندی

سیستمهای کاتدی

زمینه‌های روی، آلومینیوم و آمیزه عناصر

آماده سازی برای پوشش پودر

آماده سازی فولاد

آماده سازی سطوح روی و فولاد گالوانیزه

آماده سازی آلومینیوم

محصول آمیزه‌ای

فصل پنجم : پوشش دادن ضخیم با فسفات – فسفاتکاری ضخیم

مقدمه

فرآیندهای فسفات فرو

فرآیندهای فسفات منگنز

فرآیندهای زینک فسفات

عمل پوشش کاری جهت جلوگیری از زنگ زدن

مواد پوششی ضد زنگ

پارافین‌ها

مواد محافظ آلی

پوششهای فسفات سیاه

فرآیند با دوام کردن

روانکاری سطح یاتاقان

فرآیند در عمل

تمیزکاری و شستشو

آماده سازی

فسفات کردن با فسفات منگنز

خشک کردن و روانکاری

قطعات عمل شده

فصل ششم :عمل آوردن قبل و بعد از فسفاتکاری

مهیا کردن قبل از فسفاتکاری

عملیات بعد از فسفاتدار کردن

مواد عمل آورنده عاری از کروم

مواد عمل آورنده دیگر

فصل هفتم : فرآیند آماده سازی سطح خودرو

فصل هشتم : آزمایشات

تعاریف و مفاهیم

نتیجه گیری

منابع و مآخذ

مقدمه
چربیگیری شامل حذف آلودگیهای روغنی از تمام سطح (بیرونی و داخلی) فلز می باشد که ضمن آن معمولآ بواسطه برخی مواد فعالساز موجود در چربیگیری سطح فعال و آماده فسفاته شدن می شود.
مواد چربیگیری معمولآ ماهیت قلیایی دارد که چربی سطح را طی یک واکنش شیمیایی ( واکنش خنثی سازی صابونی شدن ) از سطح می زداید.
مواد چربیگیری شامل ترکیبات قلیایی (Alkaline Components) و فعال کننده های سطح (Surfactants) می باشد.
ترکیبات قلیایی از نظر ماهیت شیمیایی، بخش معدنی (inorganic ) ماده چربیگیری را تشکیل می دهند که شامل کربناتها، سود (NaoH)، فسفاتهای قلیایی و سیلیکاتها می باشند. نقش این ترکیبات فراهم کردن محیط قلیایی و نیز انجام واکنش شیمیایی جهت حذف آلودگیهای روغنی می باشد (واکنشهای صابونی شدن). سیلیکات ها جهت تسهیل در جدا سازی روغن از سطح بکار می روند. در حقیقت سیلیکات ها همانند ذرات ریز ماسه، آلودگیهای روغنی را بدور خود گرفته از سطح فلز جدا می کنند. نقش کربنات ها و دیگر آنیون های دو ظرفیتی، کاهش درجه سختی آب می باشد. بعبارت دیگر این آنیو نها با یونهای کلسیم و منیزیوم که در آب سخت مقدار زیاد وجود دارند وارد واکنش شده و با خارج کردن این کاتیونها از حالت یونی و کاهش سختی آب ، شرایط را برای عمل یونهای تک بار مانند یون هیدروکسید فراهم می کنند.
سورفکتانت ها جزء ترکیبات آلی می باشند که نقش اصلی این مواد مرطوب نمودن آلودگی های روغنی ( کمک به نفوذ آب به ساختار چربی ها) و کمک به امولسیون شدن ذرات چربی ( پخش نمودن روغنها در محلول چربیگیری بصورت ذرات پراکنده و ریز ) می باشد ( wetting agent ). سورفکتانت ها با دارا بودن دو سر آلی و آبی از یک سر در روغن ها نفوذ می کنند و با سر دیگر در آب حل می شوند و باین ترتیب ذرات روغنی را بدرون محلول آبی می کشانند.
پس از حذف آلودگیهای روغنی از سطح بدنه بمنظور فراهم نمودن بستر مناسب در سطح فلز جهت تشکیل پوشش فسفاته، فرآیند فعالسازی انجام می شود که طی آن بکمک مواد فعالساز (Activation) هسته های مرکزی جهت تشکیل کریستالهای فسفات در سطح فلز ایجاد می شود و با این عمل زمینه مناسب جهت تشکیل پوشش یکنواخت و کریستالهای ریز و همسان فراهم می شود. با فرایند فعالسازی در حقیقت امکان تشکیل کریستال فسفات در سطح انرژی کمتر فراهم می شود:
 اختلاف سطح انرژی پس از فعال شدن سطح انرژی لازم برای تشکیل کریستال در سطح فلز (بدون فعالسازی)
 H2 ــــــ
 H2 ــــــ H Δ H Δ
 H1 ــــــ H1 ــــــ انرژی پایه
فعال سازی سطح تنها برای مواردی لازم است که کریستال فسفات تشکیل می شود ( مانند فسفات روی و فسفات منگنز ). در مواردی که فسفاتاسیون با تشکیل کریستال همراه نباشد ( مانند فسفات آهن) نیازی به فعالسازی سطح نیست.
از مواردی که در کنترل فرایند فعالسازی ضروریست تازه نگه داشتن محلول فعالساز می باشد. سیرکولاسیون ضعیف، تهیه محلول اولیه فعالساز در مخزن پیش مخلوط کن و نیز فاصله زمانی زیاد بین شارژ مواد فعالساز موجب تضعیف ( کهنه شدن) فعالساز می شود. روش مناسب شارژ فعالساز بصورت پیوسته ( Dosing ) می باشد. ضمن اینکه تهیه محلول اولیه در پیش مخلوط کن (per mix ) نیز باید تا حد امکان در غلظت پایین صورت پذیرد. با توجه به پتانسیل بالای ذرات فعالساز جهت پیوستن به یکدیگر سیرکولاسیون پیوسته برای این مخزن ضروریست ( حتی در شرایط اضطراری نیز بیش از ۳-۴ ساعت نباید سیرکوله مخزن متوقف شود).
    فسفاتاسیون:
فرآیند فسفاتاسیون :
بعد از رفع آلودگی های سطح بدنه فرآیند فسفاتاسیون با هدف کلی ایجاد سطحی متخلخل جهت بهبود چسبندگی فیلم رنگ انجام می شود. سطح فلز پس از چربیگیری کاملآ صیقلی است و چنانچه در این شرایط رنگ الکتروفورز اعمال شود چسبندگی مناسبی به سطح فلز نخواهد داشت، ضمن اینکه بدلیل پیوستگی و یکپارچگی رویه داخلی فیلم رنگ (سطحی که در تماس با فلز هست) نفوذ رطوبت و گسترش زنگ زدگی (مثلآ در نتیجه ایجاد خراش) بسادگی موجب جدا شدن سطح وسیعی از فیلم رنگ از سطح فلز می شود. جهت بهبود چسبندگی رنگ الکتروفورز ایجاد پستی و بلندی میکروسکوپی در سطح فلز بسیار مناسب است که این پستی و بلندی با فسفاتاسیون در سطح ایجاد می شود. البته با اعمال پوشش فسفاته اهداف دیگری نیز تامین می شود: افزایش قابلیت جذب روغن جهت افزایش مقاومت فلز در برابر خوردگی و نیز در مقابل ضربه ناشی از پرس ( بکمک فسفات منگنز ); افزایش انعطاف پذیری در برابر کشش ( در مفتولهای سیمی ); بعنوان روانکار در چرخ دنده های صنعتی و …
در فرآیند آماده سازی سطح فلز پیش از اعمال رنگ ، لایه فسفاته بعنوان یک پوشش معدنی( معمولا فسفات تری کاتیونی روی ) جهت بهبود چسبندگی و افزایش مقاومت خوردگی فیلم رنگ بکار برده می شود. محلول فسفات با سطح فلز جهت تشکیل کریستال ها واکنش می دهد. شیمی این مرحله بر اساس واکنش ته نشینی( Precipitation ) فسفات فلزی بر روی سطح فلزمی باشد. ترکیب سطح و محلول و همچنین روش اعمال می تواند ترکیب پوشش فسفات نهایی را تعیین می نماید. بعبارتی مکانیسم اعمال محلول فسفاته بر سطح فلز در کیفیت پوشش نهایی تاثیر مستقیم دارد. شیمی فرآیند فسفاتاسیون کاملآ آبی ( غیرآلی ) می باشد.
اعمال محلول فسفات بر سطح فلز می تواند به دو روش پاششی ( اسپری ) و غوطه وری ( Dip) انجام شود. محصول فرآیند فسفاتاسیون در این دو روش از نظر ماهیت کریستال تشکیل شده متفاوت می باشد. در سیستم پاششی کریستال غالب از نوع کریستال های سوزنی و بنام هاپیت ( Hopite ) می باشد ( تصویر سمت راست ). ماهیت کریستال تشکیل شده در سیستم غوطه وری از نوع غنچه مانند و بنام فسفوفیلیت می باشد ( تصویر سمت چپ).
 فسفاتهای فلزی انواع مختلفی می توانند داشته باشند که متناسب با ویژگیهایی هر نوع کاربردهای متفاوتی دارند.

بخشی از منابع و مراجع پروژه فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی
فسفاتکاری، تألیف: د.ب.فریمن ترجمه: دکتر اردشیر کامکار، سال چاپ: ۱۳۷۷.
۱ Maccia, 0., Fortschritte auf dem Gebiete der Phosphatierung (Verlag Chemie, 1942).
۲ Machu, W., Die Phosphatierung (Verlag Chemie, 1950).
۳ Lorin. G., Phosphating of Metals (Finishing Publications, 1974).
۴ Rausch, W., Die Phosphatierung von Metallen (Eugene G. Leuze Verlag, 1974).
۵ Tinsley. E. C., Metal Finishing, 55 (1958), 71.
۶ Van Wazer,J. R., Phosphorus and its Compounds, vol. I (Interscience Publishers, 1958).
۷ British Patent 3,119 (1869).
۸ British Patent 8,667 (1906).
۹ British Patent 490 (1908).
۱۰ British Patent 15,628 (1908).
۱۱ British Patent 16,300(1909).
۱۲ British Patent 22,743 (1909).
۱۳ British Patent 28,131 (1909).
۱۵ British Patent 17,563(1911).
۱۶ Bcaish Patent 25,134 (1913).
۱۷ US Patent 1,167.966.
۱۸ US Patent 1.206.075.
۱۹ US Patents 1.887.967 and 1.888.189,
۲۰ US Patent 1.911.726.