پایان نامه فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی
چكيده
آماده سازي سطوح فلزي
مجموعه فرايندي كه جهت آماده سازي سطح فلزات پيش از اعمال رنگ صورت مي گيرد را Pre-treatment گويند كه شامل مرحله پيش چربيگيري، مرحله چربيگيري و مرحله فسفاتاسيون سطح مي باشد.
پيش چربيگيري:
سطح فلز از لحظه توليد در شركتهاي سازنده ورق ، با نوعي روغن محافظ پوشش داده مي شود تا بعنوان حايل، سطح را از مجاورت مستقيم هوا دور نگه دارد و باين ترتيب از اكسيد شدن سطح پيشگيري شود.
علاوه بر روغن محافظ، در ايستگاه پرس جهت شكل دهي به ورق فلزي از نوعي روغن بنام روغن كشش (بمنظور پيشگيري از پارگي ورق) استفاده مي شود. روغن هاي محافظ، كشش و آلودگي هاي ديگر مانند گرد و غبار و … در سالن رنگ بعنوان اجزاء آلوده و مزاحم بايد از سطح فلز حذف شوند كه اين فرايند بعنوان چربيگيري شناخته شده است.
پيش چربيگيري شامل حذف آلودگيهاي روغني عمده و متراكم سطوح بيروني بكمك محلول چربيگيري و بروش دستي ( hand wiping) و زدودن گردو غبار و براده هاي فلزي از سطح ( بكمك واترجت ) مي باشد البته اعمال واترجت مزيت ديگري نيز دارد و آن افزايش دماي سطح فلز مي باشد.
چربيگيري:
چربيگيري شامل حذف آلودگيهاي روغني از تمام سطح (بيروني و داخلي) فلز مي باشد كه ضمن آن معمولآ بواسطه برخي مواد فعالساز موجود در چربيگيري سطح فعال و آماده فسفاته شدن مي شود.
مواد چربيگيري معمولآ ماهيت قليايي دارد كه چربي سطح را طي يك واكنش شيميايي ( واكنش خنثي سازي صابوني شدن ) از سطح مي زدايد.
مواد چربيگيري شامل تركيبات قليايي (Alkaline Components) و فعال كننده هاي سطح (Surfactants) مي باشد.
تركيبات قليايي از نظر ماهيت شيميايي، بخش معدني (inorganic ) ماده چربيگيري را تشكيل مي دهند كه شامل كربناتها، سود (NaoH)، فسفاتهاي قليايي و سيليكاتها مي باشند. نقش اين تركيبات فراهم كردن محيط قليايي و نيز انجام واكنش شيميايي جهت حذف آلودگيهاي روغني مي باشد (واكنشهاي صابوني شدن). سيليكات ها جهت تسهيل در جدا سازي روغن از سطح بكار مي روند. در حقيقت سيليكات ها همانند ذرات ريز ماسه، آلودگيهاي روغني را بدور خود گرفته از سطح فلز جدا مي كنند. نقش كربنات ها و ديگر آنيون هاي دو ظرفيتي، كاهش درجه سختي آب مي باشد. بعبارت ديگر اين آنيو نها با يونهاي كلسيم و منيزيوم كه در آب سخت مقدار زياد وجود دارند وارد واكنش شده و با خارج كردن اين كاتيونها از حالت يوني و كاهش سختي آب ، شرايط را براي عمل يونهاي تك بار مانند يون هيدروكسيد فراهم مي كنند.
سورفكتانت ها جزء تركيبات آلي مي باشند كه نقش اصلي اين مواد مرطوب نمودن آلودگي هاي روغني ( كمك به نفوذ آب به ساختار چربي ها) و كمك به امولسيون شدن ذرات چربي ( پخش نمودن روغنها در محلول چربيگيري بصورت ذرات پراكنده و ريز ) مي باشد ( wetting agent ). سورفكتانت ها با دارا بودن دو سر آلي و آبي از يك سر در روغن ها نفوذ مي كنند و با سر ديگر در آب حل مي شوند و باين ترتيب ذرات روغني را بدرون محلول آبي مي كشانند.
پس از حذف آلودگيهاي روغني از سطح بدنه بمنظور فراهم نمودن بستر مناسب در سطح فلز جهت تشكيل پوشش فسفاته، فرآيند فعالسازي انجام مي شود كه طي آن بكمك مواد فعالساز (Activation) هسته هاي مركزي جهت تشكيل كريستالهاي فسفات در سطح فلز ايجاد مي شود و با اين عمل زمينه مناسب جهت تشكيل پوشش يكنواخت و كريستالهاي ريز و همسان فراهم مي شود. با فرايند فعالسازي در حقيقت امكان تشكيل كريستال فسفات در سطح انرژي كمتر فراهم مي شود:
اختلاف سطح انرژي پس از فعال شدن سطح انرژي لازم براي تشكيل كريستال در سطح فلز (بدون فعالسازي)
H2 ــــــ
H2 ــــــ H Δ H Δ
H1 ــــــ H1 ــــــ انرژي پايه
فعال سازي سطح تنها براي مواردي لازم است كه كريستال فسفات تشكيل مي شود ( مانند فسفات روي و فسفات منگنز ). در مواردي كه فسفاتاسيون با تشكيل كريستال همراه نباشد ( مانند فسفات آهن) نيازي به فعالسازي سطح نيست.
از مواردي كه در كنترل فرايند فعالسازي ضروريست تازه نگه داشتن محلول فعالساز مي باشد. سيركولاسيون ضعيف، تهيه محلول اوليه فعالساز در مخزن پيش مخلوط كن و نيز فاصله زماني زياد بين شارژ مواد فعالساز موجب تضعيف ( كهنه شدن) فعالساز مي شود. روش مناسب شارژ فعالساز بصورت پيوسته ( Dosing ) مي باشد. ضمن اينكه تهيه محلول اوليه در پيش مخلوط كن (per mix ) نيز بايد تا حد امكان در غلظت پايين صورت پذيرد. با توجه به پتانسيل بالاي ذرات فعالساز جهت پيوستن به يكديگر سيركولاسيون پيوسته براي اين مخزن ضروريست ( حتي در شرايط اضطراري نيز بيش از 3-4 ساعت نبايد سيركوله مخزن متوقف شود).
فسفاتاسيون:
فرآيند فسفاتاسيون :
بعد از رفع آلودگي هاي سطح بدنه فرآيند فسفاتاسيون با هدف كلي ايجاد سطحي متخلخل جهت بهبود چسبندگي فيلم رنگ انجام مي شود. سطح فلز پس از چربيگيري كاملآ صيقلي است و چنانچه در اين شرايط رنگ الكتروفورز اعمال شود چسبندگي مناسبي به سطح فلز نخواهد داشت، ضمن اينكه بدليل پيوستگي و يكپارچگي رويه داخلي فيلم رنگ (سطحي كه در تماس با فلز هست) نفوذ رطوبت و گسترش زنگ زدگي (مثلآ در نتيجه ايجاد خراش) بسادگي موجب جدا شدن سطح وسيعي از فيلم رنگ از سطح فلز مي شود. جهت بهبود چسبندگي رنگ الكتروفورز ايجاد پستي و بلندي ميكروسكوپي در سطح فلز بسيار مناسب است كه اين پستي و بلندي با فسفاتاسيون در سطح ايجاد مي شود. البته با اعمال پوشش فسفاته اهداف ديگري نيز تامين مي شود: افزايش قابليت جذب روغن جهت افزايش مقاومت فلز در برابر خوردگي و نيز در مقابل ضربه ناشي از پرس ( بكمك فسفات منگنز ); افزايش انعطاف پذيري در برابر كشش ( در مفتولهاي سيمي ); بعنوان روانكار در چرخ دنده هاي صنعتي و …
در فرآيند آماده سازي سطح فلز پيش از اعمال رنگ ، لايه فسفاته بعنوان يك پوشش معدني( معمولا فسفات تري كاتيوني روي ) جهت بهبود چسبندگي و افزايش مقاومت خوردگي فيلم رنگ بكار برده مي شود. محلول فسفات با سطح فلز جهت تشكيل كريستال ها واكنش مي دهد. شيمي اين مرحله بر اساس واكنش ته نشيني( Precipitation ) فسفات فلزي بر روي سطح فلزمي باشد. تركيب سطح و محلول و همچنين روش اعمال مي تواند تركيب پوشش فسفات نهايي را تعيين مي نمايد. بعبارتي مكانيسم اعمال محلول فسفاته بر سطح فلز در كيفيت پوشش نهايي تاثير مستقيم دارد. شيمي فرآيند فسفاتاسيون كاملآ آبي ( غيرآلي ) مي باشد.
اعمال محلول فسفات بر سطح فلز مي تواند به دو روش پاششي ( اسپري ) و غوطه وري ( Dip) انجام شود. محصول فرآيند فسفاتاسيون در اين دو روش از نظر ماهيت كريستال تشكيل شده متفاوت مي باشد. در سيستم پاششي كريستال غالب از نوع كريستال هاي سوزني و بنام هاپيت ( Hopite ) مي باشد ( تصوير سمت راست ). ماهيت كريستال تشكيل شده در سيستم غوطه وري از نوع غنچه مانند و بنام فسفوفيليت مي باشد ( تصوير سمت چپ).
فسفاتهاي فلزي انواع مختلفي مي توانند داشته باشند كه متناسب با ويژگيهايي هر نوع كاربردهاي متفاوتي دارند.
فسفات آهن: در اين نوع فسفاتاسيون تشكيل كريستال صورت نمي گيرد. مقاومت در برابر خوردگي قابل توجهي به سطح فلز نمي دهد و معمولآ در تركيب كريستالي با كاتيونهايي نظير روي و آلومينيوم از سازگاري مناسبي برخوردار نيست. از مزاياي اين نوع فسفاته چسبندگي مناسب رنگ به سطح و قيمت ارزان و سهولت اعمال آن ( هم از نظر ماده شيميايي و هم فرآيند اعمال و كنترل شرايط) مي باشد. پس از اعمال پوشش فسفات آهن ، انجام Passivation در بهبود كارايي اين پوشش در مقاومت در برابر خوردگي بسيار مناسب است. واكنش شيميايي تشكيل فسفات آهن در زير نشان داده شده است:
4FePO4 + 2Fe(OH)3 + 6H2 + 4NaHPO4 6Fe + 8NaH2PO4 + 3/2 O2 + 2H2O
فسفات روي: در اين نوع پوشش فسفاته كريستال تشكيل مي شود. مقاومت سطح در برابر خوردگي و نيز چسبندگي رنگ به سطح پوشش داده شده با اين نوع فسفات بسيار مطلوب است. البته نتيجه مناسب هنگامي بدست مي آيد كه سيستم فسفات تري كاتيوني شامل كاتيونهاي روي، نيكل و منگنز مورد استفاده قرار گيرد. از محدوديت هاي استفاده از پوشش فسفات روي قيمت بالا و پيچيدگي نسبي كنترل شرايط و پارامتر هاي وان فسفات مي باشد.
فسفات منگنز: كريستالهاي فسفات منگنز ساختار شش گوش دارند و بهمين دليل روغن بسادگي بداخل ساختار كريستالي آن نفوذ مي كند. از اين مزيت كريستال فسفات منگنز جهت افزايش مقاومت سطح در برابر خوردگي بكمك روغن محافظ استفاده مي شود. ضخامت لايه فسفات منگنز بسيار پايين است و رنگ آن سياه مي باشد. چنانچه از آن در صنعت رنگ ( جهت آماده سازي سطح ) استفاده شود اعمال Passivation پس از فسفاتاسيون مي تواند در افزايش مقاومت در برابر خوردگي مؤثر باشد.
در تصوير زير تاثير فسفاتاسيون در بهبود مقاومت در برابر خوردگي مشاهده مي شود. در صنايع خودرو سازي از پوشش فسفاته تري كاتيوني قبل از رنگ الكتروفورز استفاده مي شود :
مقدمه
آماده سازي فلز – فن تميزكاري و پوشش
بشر هنوز بطور كامل وارد عصر پلاستيك نشده است. فلزات هنوز نقش عمده اي در توليد و ساختمان دارند، و احتمال دارد سالهاي بيشتري اين نقش را بازي كنند. ادامه اين وضعيت ناشي از مجموعه خواصي چون استحكام، ماشينكاري، فراواني، با صرفه بودن و قابليت برگشت آنها در چرخه بازسازي مي باشد. معالوصف با وجود مجموعه كيفيت هاي مطلوب ياد شده بايد متذكر شويم كه فلزات داراي معايب مخصوص بخود مي باشند، و آنها را به روشهاي شيميايي و الكتروشيميايي استخراج مي كنند، اما تمايلي قوي به برگشت به حالت اكسيد در اولين فرصت مناسب نشان مي دهند. سالانه ميلياردها پوند به منظور جلوگيري از اين برگشت خرج مي شود و جامعه در ابعاد وسيعي آگاهي لازم را دارد، براي مثال نقشي كه بوسيله رنگ ايفا ميگردد، هم به عنوان محافظ از خوردگي و هم به منظور تزئينات، آنچه را كه افراد معدودي حتي افراد صاحب نظر جامعه تشخيص ميدهند آنستكه اين مسئله مستلزم تكنولوژي جامعي در زمينه عمل آوردن سطوح فلزي براي اصلاح خواص آنها به منظورهاي متعدد از جمله حفاظت از خوردگي، بهبود چسبندگي رنگ، روانكاري بهتر و اصلاح خواص الكتريكي آنها مي باشند.
عملاً روي تمام وسايل فلزي كه هر روز مصرف مي شوند، مقداري آماده سازي انجام شده است. اين وسايل عبارتند از سواريها، اتوبوسها، ماشينهاي لباسشويي، يخچالها، دوچرخه ها، هواپيماها، پيچ و مهره ها، مبلمانهاي فلزي تراكتورها، جاروهاي برقي، كاميونها، سبك، رادياتورهاي حرارت مركزي، سيمهاي فولادي، لوله و قابهاي پنجرههاي فلزي. در واقع به احتمال زياد مردم از اهميت آماده سازي مناسب باخبرند، به عبارت ديگر وقتي كه آنها با شاهدي از آمادهسازي غيرمطلوب فلزي مانند خوردگي زودرس بدنه هاي اتومبيل روبرو ميشوند، احساس منفي پيدا مي كنند. از طرف ديگر با كمال تأسف در بين بعضي توليدكنندگان اين گرايش وجود دارد كه آماده سازي بيشتر به عنوان كار ضروري نامطلوب (هزينه بردار) تلقي گردد تا يك تكنولوژي دقيق و الزامي در جريان توليد.
فسفات كاري
فسفات كاري گسترده ترين شكل آماده سازي فلزي مي باشد. اولين فعاليت عمده در تهيه نوشته اي راجع به اين موضوع توسط ماكسيا در سال 1942 (1) و ماچو در سال 1950 (2) صورت گرفت، اما تا سال 1974 نوشته ديگري ارائه نگرديد و در آن سال مجلدهاي تازهتري توسط لورين در فرانسه و راوش در آلمان (3) منتشر شد.
هر دو اين مطالعات زمينه اي عالي را دربارة موضوع فراهم كردند. اما در طي سالهاي گذشته چنان پيشرفتي شده است كه نياز براي يك مجلدي كه پيشرفت هاي تازه و تكامل يافته را دوره كند و متمم كارهاي اوليه نباشد، احساس مي شد.
پيشرفتهاي حائز اهميت در تكنولوژي در طي 10 سال گذشته شامل تغييرات عمده اي در تكنولوژي رنگ شده از جمله رنگ آميزي كاتدي و پوشش پودر، كه تغييرات مربوطه را در عمل آماده سازي، ايجاب كردهاند. نياز به صرفه جويي در انرژي مصرفي، ارائه سيستمهاي دماي پايين را فراهم كرده است. با وجود اين نياز به كيفيت بيشتر باعث شده كه توليد كنندگان در جستجوي استانداردهاي عملكرد بالاتري باشند.
اين به نوبه خود منجر به بازنگري مجدد روي فنون كاربردي، با يك تمايل قوي برگشت به فرآيند غوطه وري شده است، بويژه در صنايع اتومبيل، زمينه هاي جديد مانند آلياژها و فلزات پوشش دار در اثر جستجو براي كيفيت بالاتر بار ديگر عرضه شده اند. انقلاب در صنعت ميكروالكترونيك سبب توسعه سيستمهاي كنترل پيچيده براي اطمينان عمل تحت شرايط مطلوب در تمام مدت شده است.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.