پوشش های فسفاته

فسفاته کاری:

استفاده از پوشش های فسفاته برای محافظت سطوح فولادی از۶۰ سال پیش رایج شده است . در طی این مدت موارداستفادۀ آن ،بطور وسیع افزایش یافته است . تا به حال بزرگترین استفاده از پوشش های فسفاته به عنوان پایه ای برای افزایش چسبندگی رنگ و محافطت سطح قطعه بوده است . همچنین در ترکیب با روغن ها گریس ها و مومها به عنوان پوششی مفاوم در برابر خوردگی استفاده می شود . برای آشنایی با انواع مختلف فسفاته اینجا کلیک کنید.

روشهای عملیاتی :

روشهای معمول کاربرد پوششهای فسفاته عبارتند از غوطه وری و اسپری.
در روش غوطه وری اسَتفاده از یک تعداد تانکهایی که شامل مراحل گریس زدائی و فسفاته کردن باشد معمول می باشد.

زمان غوطه وری از ۳ تا ۵ دقیقه برای پوششهای فسفاتۀ روی سبک و ۳۰ تا ۶۰ دقیقه برای محلولهای فسفاته روی سنگین فسفات آهن یا فسفات منگنز می باشد .
پروسس های فسفاتۀ روی شتاب داده شده به سمتی می روند که با نیروی اسپری استفاده شوند. در این حالت زمان پروسس می تواند به ۱ دقیقه و یا کمتر تقلیل پید کند .
کاربردهای اسپری همچنین برای تولید ماشین های موتور دار و یخچالها که نیاز به مراحل گریس زدایی ، آب کشی ، فسفاته
کردن، مرحله آب کشی، و خشک کردن باشد ، مفید است. سیستم اسپری برای مواردی که تولید بالائی نیاز باشد بسیار مفید است . برای کسب اطاعات بیشتر به منابع معتبر رجوع کنید.

مکانیسم تشکیل پوشش های فسفاته :

همه پروسسهای پوششهای فسفانۀ مرسوم برپایۀ هر کدام از یونهای رقیق آهن، منگنز و روی در محلول اسید فسفریک و یا ترکیبی از آنهاست .
اسید فسفریک آزاد دراین محلولها که با سطح آهن واکنش می دهد دستخوش عملیاتی مطابق ذیل می شود .

Fe+2H3 Po4 ⇒⇒⇒⇒Fe(H2Po4)2 + H2 ( 1)

نتیجه تولید فسفات آهن ابتدائی محلول وآزاد شدن هید روژن است . تمام شدن اسید فسفریک در سطح مشترک محلول فلز اتفاق می افتد .

فسفاته های نوع اول ,دوم و سوم :

وقتی فسفات های ابتدایی آهن ، منگنز وروی به آسانی در محلولهای آبی تجزیه شوند واکنشهای ذیل به وقوع می پیوندد.

Me(H2PO4)2 ⇔⇔⇔⇔ MeHPO4+H3PO4 ( 2 )

۳MeHPo4 ⇔⇔⇔⇔ Me3(PO4)2+H3PO4 ( 3 )

۳Me(H2Po4)2 ⇔⇔⇔⇔ Me3(po4) 2+ 4H3PO4 ( 4 )

خنثی شدن اسید فسفریک آزاد بوسیلۀ واکنش (۱) شرایط تعادلی معادلۀ (۲) ،(۳)،(۴) را تغییر می دهد و به سمت راست می برد . نتیجه ته نشینی فسفاتهای نوع دوم محلول و فسفات های نوع سوم نامحلول در سطح فلز می شود.

وقتی محلولهای فسفانه روی یا منگنز شامل مقدار کم یا مقدارزیادی از آهن تجزیه نشده باشند واکنش (۱) به وقوع می پیوندد. بعد از یک مدت طولانی ،حمامهای فسفات اغلب شامل مقدار بیشتری آهن در محلول ،نسبت به منگنزمی شود . نتیجه تولید پوشش هایی با محتویات آهن دو یا سه برابرمنگنز می باشد.

رابطه میان محتویات اسید فسفریک آزاد و فسفات کل در حمامهای عملیاتی جایی که بر پایه فسفات آهن (منگنز یا روی ) باشد بسیارمهم است . این رابطه معمولا به نسبت اسیدی معروف است .اضافه اسید آزاد باعث کند شدن تجزیه ابتدایی ومرحله دوم فسفات می شود . همچنین مانع تشکیل پوششهای فسفانه نوع سوم می شود . نتیجه این است که افزایش درفقدان فلز به وقوع بپیوندد و پوشش به شکل آزاد و پودری درآید .

اسید آزاد و اسید کل  در پوشش های فسفاته :

وقتی محتویات اسید آزاد کم باشد، تجزیه فسفات (معادلات ۲و۳و۴ ) در محلول و در سطح مشترک محلول و فلز اتفاق می افتد . که نتیجه آن ته نشینی فسفاتهای نامحلول ،همچنین لجن می شود.
محتویات اسید آزاد معمولأ با تیتر کردن با سدیم ئیدروکسید و مشخص شدن نقطه انتهایی با تغییر رنگ معرف متیل ارنج تعیین می شود . محتویات کل فسفات با تیتر کردن با سدیم ئیدروکسید و مشخص شدن نقطه انتهایی با تغییر رنگ معرف فنل فتالئین تعیین می شود .

در استفاده از این آزمایش پروسس های غیر شتاب داده شده که نزدیک به حالت جوشیدن عمل می کنند بهترین نتیجه را وقتی می دهند . که تیتراسیون اسید آزاد آنها میان ۵/۱۲ تا ۱۵ درصد تیتراسیون اسید کل آنها باشد .
عامل دیگردر شروع واکنشهای پوششهای فسفاته ،حضوردر محلولهای فسفات نوع سوم یا ذرات معلق ریز است.
این اثر در محلولهای فسفات روی بوجود می آید . در حقیقت وقتی پوششهای خوب بوجود می آید که این ذرات ته نشین نشده باشند .

ذرات فسفات روی نوع سوم ،همچنین می توانند در شرایط عملیاتی سرد عمل کنند . آنها به عنوان هسته ای برای رشد ذرات کریستالی بسیار ریز درمحلول هستند. بطوریکه بتوانند تشکیل پوشش های ظریف تر را تقویت کنند . بطور مشابه لجن های فسفات آهن که در طی مورد عمل قرار دادن فولاد درمحلول فسفات روی تشکیل می شوند می توانند نقش مفیدی را در تشکیل پوشش های فسفاته داشته باشند .

حلالیت فسفات آهن در پوشش های فسفاته :

حلالیت فسفات آهن در دمای اتاق بسیار بیشتر از دماهای بالاتراست . این خاصیت با حضور شتاب دهنده های نیترات بیشترمی شود . همواره مطلوب است که مقداری از لجن را در حمامهای عملیاتی در حالت اشباع نگه داریم . پوشش های با بهترین مقاومت در برابر خوردگی وقتی تولید می شود . که دمای حمام رود ومنجر به حالت سوپر اشباعی شود .
با محتویات فسفات آهن و روی حاوی یونهای نیترات ،محتویات آهن پوششها بیشتراز محلولها ی عملیاتی می آید و خیلی کمتر ازسطحی می آید که مورد عمل قرار می گیرد.این حمله سطح فلز بوسیله پروسس های شتاب داده شده راکم میکند. یک اشکال ان این است که درعمل ذرات کثیف و گرد وغبار برداشته نمی شود . در حالی که واکنشهای شدید پروسس های غیر شتاب داده شده می توانند ته نشین های ذرات سبک را بردارند .

یون آهن در  پوشش های فسفاته :

محلول آهن ارائه شده در واکنش (۱)در محل آند پروسس فولاد به وقوع می پیوندد. در حالی که تخلیه یونهای هیدروژن با تجزیه همزمان آن و ته نشینی فسفات آهن ، در محل کاتد به وقوع می پیوندد. بنابراین عواملی که پروسس کاتدی را تائید می کنند، تشکیل پوشش ها را شتاب می دهند وبه طور عکس عواملی که باعث شوند تجزیه آهن بهترانجام گیرد ،عملیات فسفاته کاری را با اشکال مواجه می سازند .

یک عامل اکسیداسیون (۱)مانند شتاب دهنده ها یا دپلاریزاسیون (۲) کاتدی ، دانسیته جریان محلی را بالا می برند.  به نحوی که مقاومت آندی سریع آهن فعال ، درخلل و فرجها به وقوع پیوندد. این غیر فعال کردن آندهای محلی ،پیشرفت پروسس های کاتدی را تائید می کند .

عاملهای احیاء کننده اثرنهائی یکسانی همچون دپلاریزاسیون کاتدی دارند. این باعث می شوند که مناطق آندی به مناطق کاتدی تبدیل شده و به نسبت نواحی کاتدی به آندی افزایش یابد .
اجزاء آلی نیتروژن دار مانند تولوئیدین (۳)،گوئینولین (۴)،آنیلین(۵)و غیره همه میتوانند به عنوان کند کننده های واکنش آندی میان فلزواسید عمل کنند به نحوی که واکنش های کاتدی را تائید کرده و باعث شتاب دادن فرایند شوند .