نکاتی مهم در ارتباط با فرایند فسفاته روی

فرایند فسفاته کردن یک واکنش مبتنی بر اکسایش و کاهش است. ابتدا سطح آهن اکسیده می شود و آهن بصورت آهن کاتیونی با ظرفیت سه بار مثبت، از سطح بستر جدا می شود. این ناحیه عملا نقش آند را ایفا کرده و باعث شده تا هیدروژن اسیدی حاصل از فسفریک اسید در نقش کاتد در این مناطق احیا شود که احیای هیدروژن را بصورت خروج و آزاد شدن حبابهای روی سطح قطعه به سهولت میتوان مشاهده کرد.

بدلیل احیای هیدروژن عملا بخشی از هیدروژن اسیدی کاهش می یابد و به تبع با کم شدن هیدروژن اسیدی pH محلول در سطح مشترک فلز و محلول بالا می رود. این فرایند، یک عدم تعادلی را در مورد pH به سیستم تحمیل میکند. برای برقراری توازن بخشی از ترکیبات محلول فسفاته روی  Zn(H₂PO₄)₂طبق معادله زیر هیدروژن فسفات خود را رها می­کنند تا با آزاد شدن هیدروژن مجددا تعادل pH برقرار شود و خود به ترکیبات فسفات کم محلول ZnHPO₄ و درنهایت نامحلول Zn₃PO₄ پیش می­روند. این تنظیم pH تا جایی پیش میرود که ترکیبات فسفات روی محلول، کل هیدروژن خود را از دست داده و نهایتا بصورت فسفات روی نامحلول Zn₃PO₄بر روی قطعه ترسیب میشوند.

ü      رشد کریستالهای فسفات بر روی سطح فلز تا جایی ادامه پیدا می کند که پوشاندن سطح توسط فرایند خود بازدارندگی

(self-inhibiting)  کریستالهای نامحلول فسفات مانع از انحلال فلز و احیای هیدروژن شود.

نکات مهم:

1-      با توجه به اینکه تغییر pH محلول در سطح مشترک فلز و محلول عامل اصلی ترسیب فسفاته می باشد لذا در صورت تکان خوردن قطعه یا حرکت کردن محلول این تغییر در سطح pH از بین رفته و درنتیجه ترسیب مناسبی از فسفات روی بر روی فلز نخواهیم داشت.

2-      هر عاملی که باعث خورده شدن سطح آهن و تبدیل آن به کاتیون سه ظرفیتی مربوطه شود باعث تسریع در فرایند فسفاته کاری می شود که عملا نقش تسریع کننده همین فرایند است. از این جهت تسریع کننده ها همه ماهیت اکسید کنندگی دارند.

جدول بالا تعدادی از مرسومترین تسریع کننده ها را نشان میدهد.

این اکسنده ها باعث شده تا آهن بسرعت اکسید گردد و بصورت FePO₄ ترسیب شده و از محلول حذف شود.

از طرفی فلزاتی که در جدول پتانسیلهای الکتروشیمیایی زیر آهن قرار دارند بدلیل تمایل بیشتر به احیا شدن باعث اکسیداسیون هرچه بیشتر آهن شده و عملا نقش تسریع کنندگی را خواهند داشت. از جمله این فلزات میتوان به مس و نیکل نیز اشاره کرد.

در حمام فسفاته علاوه بر کاتیون روی عموما از Ca⁺²، Mn⁺²،⁺²Ni، Co⁺²، Cu⁺² ، Ca⁺²  و Mg⁺² نیز استفاده می شود که نحوه ترسیب فلزات نجیبتر مانند⁺²Ni،Co⁺²، Cu⁺²از طریق فرایند سیمان سازی است.

بطور استاندارد حمام فسفاته باید در بردارنده 3-7 گرم بر لیتر یون روی و 6-9 گرم بر لیتر نیز فسفات باشد. این درحالی است که مشخص شده است چنانچه مقدار روی اگر تا 1 گرم بر لیتر کاهش یابد و فسفات تا 15 گرم بر لیتر افزایش یابد بهبود معناداری در عملکرد لایه­های فسفات بدلیل تشکیل بیشتر ساختار فوسفولیت یا فوسفونیکولیت مشاهده می­شود. به این فرایند فسفاته کاری با روی پایین اطلاق می­شود.

ü      یکی از نکاتی که باید درنظر گرفته شود این است که اگر بستر مورد نظر دارای آلومینیوم یا سیلیکون باشد بدلیل اینکه این کاتیونها مانع از عملیات فسفاته کاری می شوند لذا برای حذف لایه اکسیدی آلومینیوم و سیلیکونی باید به مقدار کافی ترکیبات فلور دار به محلول اضافه کرد تا با تشکیل کمپلکسهای مربوطه آنها را از محلول خارج کرد.

منابع آلاینده حمام فسفاته:

طبق جدول فوق بخوبی مشاهده می شود که اگر بعد از فرایند اسید شویی با هیدروکلریک اسید قطعات بخوبی شستشو نشوند وان فسفاته آلوده خواهد شد که نتیجه این آلودگیها پسیواسیون(passivation)، بازدارندگی(inhabitation)، تشکیل کمپلکس(complexation)، سیمان سازی (cementation)و یا خوردگی حفره دار شدن (pitting corrosion) خواهد بود.