فرآیند فسفاته کردن و روش های عملیات فسفاته

تولید یک پوشش فسفاته با کیفیت مناسب مستلزم عملیات آماده سازی مناسب سطح فلز قبل از فسفاته کردن است . این عملیات شامل چربی زدایی ، اکسید زدایی و پاک کردن پوسته و سایر آلودگی ها و فعال کردن سطح در محلول های فعال کننده است .

از دیرباز شست و شو در محلول های قوی قلیایی به ندرت به کار رفته است زیرا بر روی کیفیت پوشش اثر نامطلوبی درد. در عوض در روش های جدید از محلول های قلیایی ضعیف یا امولسیون های حاوی هیدروکربن ها ( به عنوان مثال نفت سفید ) به طور گسترده ای استفاده می شود . برای تسریع فرآیند ها و افزایش تاثیر واکنش محلول ها معمولا آن ها را با فشار 1.1 تا 1.2 اتمسفر می پاشند . محلول های چربی زدایی ضعیف قلیایی معمولا شامل فسفات ها و پلی فسفات ها می باشند . عوامل فعال کننده ی سطح و ترکیبات فعال کننده ( ترکیبات تیتانیومی با غلظت 0.5 تا 1 میلی گرم بر لیتر تیتانیم ) نیز دراین محلول ها وجود دارند . غلظت هنایی محلول معمولا در دمای 40 تا 65 درجه سانتی گراد کمتر از 3 گرم بر لیتر است . بعد از چربی زدایی در محلول های قلیایی قوی ، لازم است ملیات فعال سازی سطح فلز صورت گیرد . قبل از فسفاته کردن در حمام های فسفات منگنز ، که به عملیات قلیایی بیشتر از حمام های فسفات های روی حساس اند ، گریس زدایی در حلال های الی ، توصیه می شود . مرحله بعد اسید شویی است . از اسید شویی در اسید های معدنی قوی باید جدا خودداری شود . تنها راه حذف این عملیات ( اسید شویی ) مراقبت موقتی کامل از قطعات قبل از فسفاته کردن است. خوردگی های موضعی را به صورت مکانیکی یا با استفاده از خمیر های حاوی اسید فسفریک می توان تمیز کرد . اسید شویی در محلول های اسید فسفریک ( عوما بیشتر مختص اسید شویی ) اغلب موجب تشکیل فسفات های آهن روی سطح فلز می شود در نتیجه این امر بعدا تشکیل لایه فسفاته بر روی سطح را مشکل می کند . این مشکل را می توان با کاهش دمای حمام ، افزایش غلظت اسید یا کاهش غلظت یون آهن در محلول بر طرف کرد . انتقال سریع قطعات پس از اسید شویی به مخزن های شستو شو الزامی است. دراین مخازن عمل شست وشو با جریان آب سریع یا با آبی که با جریان هوای فشرده متلاطم شده است انجام می شود . به دنبال اسید شویی در اسید فسفریک ، هیدروکلریک و یا سولفوریک باید عملیات فعالسازی سطح فولاد انجام شود . مرحله دیگری که می توان انجام داد تمیز کردن مکانیکی است ، در این مرحله حذف پوسته های اکسیدی و نوردی از طریق ماسه پاشی یا ساچمه زنی به ویژه قبل از فسفاته کردن در حمام های فسفات منگنز توصیه می شود . پوشش تولیدی روی سطح ماسه پاشی شده خیلی ظریف و شکلش نیز یکنواخت است و به نوع محلول فسفاته ای که به کار رفته است بستگی ندارد . در مرحله بعد نوبت به فعالسازی سطح می رسد. برای فعال کردن سطح فلزات چربی زدایی شده در محلول های قلیایی یا اسیدشویی شده در اسید های معدنی ، اغلب فعال کننده ها به صورت محلول های ارتوفسفات تیتانیوم 0.1 تا 0.5 میلی گرم بر لیتر می باشند . انجام این قبیل پیش عملیات ، از زمان لازم برای تشکیل پوشش فسفاته به میزان 30 تا 50 درصد می کاهد و پوشش هایی نازکتر با تخلخل کمتر را ایجاد می کند . هرچند باید بخاطر داشت که فعال کردن در چنین محلول هاییهنگامی کاملا موثر است که مرحله فسفاته کردن د محلول های فسفات روی انجام گرفته باشد . هنگامی که عملیات فساته در حمام های فسفات کلسیم - روی یا فسفات منگنز انجام شود . فعال کننده تاثیر کمتری دارد . بر روی فولاد گالوانیزه ، پوشش فسفاته با بلورهای ریز و یکنواخت ایجاد می شود ، که در اینحا با شست و شو در محلول فسفات روی معلق عمل فعال شدن صورت می پذیرد . شستن قطعات در محلول های فسفات منگنز معلق از نوع هورلیت نیز ، قبل از فسفاته کردن در حمام های فسفات منگنز به ویژه بعد از چربی زدایی قلیایی و اسید شویی ، توصیه می شود . فعالسازی مکانیکی قبل از فسفاته کردن از طریق برس زدن سطح فلز ، به ویژه در فسفاته کردن پیوسته نوار یا ورق های فولادی ، صورت می پذیرد .

پوشش های فسفاته به دو منظور به کار می روند : به عنوان یک پایه رنگ جهت افزایش چسبندگی رنگ و افزایش مقاومت به خوردگی در سیستم فلز- پوشش فسفاته- پوشش رنگ و به عنوان لایه جدا کننده جهت آسانتر کردن تغییر شکل سرد فلزات .

بر حسب این که فرآیند فسفاته کاری پوشش نازک یا ضخیم تولید کند، دو نوع اصلی فرآیند تولید می شود .

پوشش های ضخیم : برای تهیه این نوع پوشش ها از حمام های نسبتا ساده با ترکیبات اولیه فسفات روی ، منگنز یا آهن و مقدار مشخصی اسیدفسفریک به همراه مواد اختیاری جهت کوتاه کردن مدت عملیات استفاده می شود . حمام های فسفاته کردن آرام در دمای حدود 98 درجه و مدت نسبتا طولانی 15 تا 60 دقیقه ، پوششی با حداکثر مقاومت در مقابل خوردگی و با ضخامت زیاد ( حدود 20 میکرون ) و وزن واحد سطح حدودا 30 گرم بر متر مربع را ایجاد می کنند . در واقع از چنین پوششی به همراه روغن ، گریس یا واکس هنگامی که حفاظت از خوردگی قطعات بسیار مهم باشد استفاهد می شود و کمتر از آن ها به عنوان پایه ای برای پوشش های لاک الکل یا رنگ استفاده می شود . طولانی بودن عملیات فسفاته کردن آرام موجب می شود تا بتوان این عملیات را در واحد های نیمه خودکار به کار برد. عمر حمام کوتاه است زیرا به علت واکنش مقدار آهن آن زیاد می شود . این نه تنها موجب کاهش خواص ضد خوردگی پوشش بلکه موجب افزایش مقدار لجن و افزایش مصرف مواد شیمیایی در واحد سطح فلز نیز می شود .

Screenshot 2025 09 02 152521

پوشش های نازک : این پوشش ها بیشتر جهت افزایش چسبندگی رنگ به کار می روند . پوشش های فسفاته در عین حال به هنگام آسیب دیدن پوشش رنگ یا وقتی که تخلخل ها زیاد باشد از خوردگی جلوگیری می کند. بدین منظور از حمام های فسفاته ای که دارای تسریع کننده اند استفاده می شود این حمام ها علاوه بر فسفات ( معمولا فسفات روی یا منگنز ) دارای اسید فسفریک و تسریع کننده ها ( نیترات ها ، نیتریت ها، کلرات ها ی ترکیبات مس ) نیز هستند . زمان عملیات بسیار کوتاه و نهایت تا 3 دقیقه متغییر است.ضخامت پوشش بین 1 تا 5 میکرومتر و وزن واحد سطح آن 2 تا 5 گرم بر متر مربع است. دمای عملیات با توجه به ترکیب حمام 25 تا 90 درجه متغییر است .

دو نوع فرآیند پوشش نازک فسفاته بهبود یافته شناخته شده است که در خواص ، بازده و نوع روش متفاوت اند:

1) فسفاته کردن با پوشش های بلوری ( فسفاته کردن شبه بلوری ) . نه تنها ، آنیون فسفات ، بلکه کاتیون فلزات سنگین در محلول ، مستقیما در تشکیل پوشش شرکت می کند . آنگاه واکنش مبادله صورت می گیرد.

2) فسفاته کردن با پوشش بی شکل ( فسفاته کردن تبدیلی ) : وقتی که فسفات ها در حمام فلزشان را به عنوان یک از سازنده های پوشش از دست نمی دهند ، یک لایه فسفات بی شکل تشکیل می شود .این پوشش در محلول های حاوی فلز قلیایی یا فسفات های آمونیوم یا پلی فسفات های فلز قلیایی تشکیل می شود . به هرحال ، در هر حالتی ، پوشش تنها حاوی فسفات فلزی است که از قطعه فسفاته شونده گرفته است .

پوشش فسفاته ضخیم : همانطورکه قبلا ذکر شد پوشش های ضخیم 10 تا 30 گرم بر متر مربع اغلب از محلول های فسفاته کردن شامل فسفاتهای روی و منگنز بدون تسریع کننده حاصل می شود و پارامتر های عملی در جداول زیر ذکر شده است.

از آنجا که چنین محلول هایی به سرعت فقیر می شوند ، و روشی را برای بازیابی حمام های فسفات منگنز بررسی کرده است ، این حمام ها حاوی مقدار بسیار زیادی یون آهن دو بار مثبت هستند که از حل شدن آهن در اسید فسفریک حاصل می شود. رابطه ی افزایش غلظت یون اهن دوبار مثبت با مساحت سطح فولاد تحت عملیات در شکل زیرآمده است .

طبق شکل بعد از فسفاته شدن حدود 0.2 مترمربع بر لیتر غلظت یون آهن دو بار مثبت دیگر افزایش نخواهد یافت. به جرات می توان گفت که تعادلی برقرار می شود که درآن ، قسمتی از اهن حل شده به فسفات تبدیل می شود و در تشکیل پوشش شرکت می کند ، در حالی که قسمت دیگر ، به حالت 3 ظرفیتی اکسید می شود ( بر اثر اکسیژن جو) و به صورت فسفات فریک نامحلول رسوب می کند . بنابراین، درمقدار خاصی از آهن 2 ظرفیتی در حمام ، برابر با 1/8 تا 2 گرم بر لیتر، مقدار اهنی که از قسمت وشش داده شده حل می شود مساوی است با مجموع مقدارآهنی که در پوشش شرکت کرده و آهنی که به شکل لجن رسوب کرده است . در حالی که مقدار بهینه آهن 2 ظرفیتی در حمام در حدود 0/3 گرم بر لیتر است ، ضروری است که آهن اضافی از محلول حذف شود. برای رسیدن به این هدف یون های آهن دو با پرمنگنات پتاسیم اکسید شده که مقدار پرمنگنات لازم برای این منظور از رابطه زیر محاسبه می شود :

Screenshot 2025 09 22 105436

که در آن a مقداریون آهن دوبار مثبت در حمام برحسب گرم بر لیتر و C مقدار پتاسیم پرمنگنات لازم جهت اکسید کردن یون آهن دو در یک لیتر حمام برحسب گرم . پس از رسوب فسفات آهن ، ضریب اسیدی F مجددا با افزودن 1082 گرم کربنات منگنز به ازای هر گرم پتاسیم پر منگنات اصلاح می شود . یکی از حمام های حاوی تسریع کننده جهت تولید پوشش های ضخیم تا 20 گرم بر متر مربع را موسسه متالورژی آلمان تحت نام باندر 2 معرفی کرده است. مبنای ترکیب این حمام ، فسفات روی ، نیترات روی ونمک های مس و نیکل است . پوشش های حاصل از این محلول ها روغن اندود شده و برای مقاصد عمومی حقاظت و شکل دادن سرد فولاد استفاده می شوند. نمونه ای از مراحل عملیات در محلول های فسفاته کردن در جهت ایجاد پوشش ضخیم در نمودار زیرآمده است.

پوشش های فسفاته نازک به شکل بلورهای ظریف ، اکثرا جهت ایجاد پایه ای برای پوشش های رنگی به کار می روند. هر قدر این لایه فسفات نازکتر باشد ، تحت تغییر شکل های مکانیکی وشش رنگ مقاومت بیشتری خواهد داشت ، ایم پوشش متراکم را که خواص حفاظتی خوبی دارد با ضخامت کمتر از 1.5 میکرومتر می توان از حمام های ویژه به دست آورد. حمام های فسفاته ای که پوشش های نازک ایجاد می کنند ، دارای تسریع کننده اند و می توانند در دمای اتاق یا دمای زیاد کار کنند و بسته به نوع ترکیب هم می توان از طریق غوطه وری عمل کرد و هم محلول را روی سطح پاشید .