روش فسفاته کردن و چربیگیری سطح فلز به صورت همزمان

در بسیاری از صنایع فلزی حذف چربی ها و ترکیبات قیر مانند، مواد مورد نیاز، اکسید های فلزی و مانند آن برای به کاربردن یک پوشش محافظ برای جلوگیری از

خوردگی و رنگ کردن سطح بخش هایی از فلزات مورد نیاز است. تا کنون چربیگیری و فسفاته کردن به صورت دو مرحله ی مجزا به کار گرفته می شدند که ابتدا مرحله ی چربیگیری و شستشو انجام می شود سپس عمل فسفاته کردن انجام می شود. بزرگترین خواسته ی صنعت تبدیل این دو مرحله ی مجزا به یک مرحله است و

بسیاری از تحقیقات در این زمینه صورت می گیرد. تمام تلاش هایی که در این زمینه صورت گرفته است در جهت ترکیب کردن یک حلال هیدروکربنی و محلول فسفاته کردن و ایجاد یک محلول پایدار با یک فرمولاسیون بوده است. مشکلی که برای این موضوع وجود داشته است این است که محلول حاوی حلال هیدروکربنی و محلول آبی فسفاته ممکن است غیر قابل امتزاج باشند و تشکیل دو فاز جداگانه را دهند که در اینجا استفاده از یک ماده ی امولسیون کننده پیشنهاد می شود.
تعداد محلول های در دسترس وجود دارد که ترکیب مواد برای عمل فسفاته کردن و چربیگیری است. برخی از این محلول های رایج دارای درصد به نسبت کمی از حلال پاک کننده یا حلال غیر قابل امتزاج با آب هستند مانند الکل یا گلیسول. این محلول ها می توانند به طور رضایت بخشی به کار برده شوند برای فسفاته کردن بخش هایی از فلزات که آلودگی زیاد ندارند و باید همراه باشد با به کاربردن در حرارت بالا یا سایش و برس کشی برای برداشتن لایه هایی از چربی ها. این محلول ها برای چربیگیری آماده نشده اند و بیشتر و برای اطمینان حاصل کردن از نفوذ مواد فسفاته به سطح فلز و مرطوب کردن سطح برای عمل فسفاته کردن است.
تلاش های دیگری در جهت به دست آوردن یک محلول هموژن برای چربیگیری و فسفاته کردن به صورت همزمان و با یک فرمولاسیون صورت گرفت. در یکی از این موارد از یک محلول حاوی درصد بالایی از الکل که اغلب شامل مقدار کمی حلال هیدروکربن بود و درصد کمی از اجزای عمل فسفاته استفاده شد. اما مخلوط حاصل نتیجه ی رضایت بخشی به همراه نداشت چرا که مقدار زیاد الکل در مقابل آب نه تنها یک محلول آتش گیر را حاصل می کرد بلکه به علت کم بودن مقدار آب غلظت اسید فسفریک بسیار بالا می رفت و یک اسید بسیار قوی تشکیل می شد که باعث تخریب سطح فلز می شد. و مشکل دیگر هم تبخیر بالای الکل بود و یک محلول ناپایدار ارائه می دهد. راه دیگری که به کار برده شد در جهت کاهش استفاده از مقادیر زیاد الکل، استفاده از یک حلال غیر قابل امتزاج با اجزای عمل فسفاته بود که مستلزم به کار بردن حرارت زیاد بود.
ما دنبال محلولی هستیم که ضمن فسفاته کردن سطح به طور موثر و مفیدی بتواند آلودگی های سطح مانند چربی های زیاد، گریس ها، اکسیدهای فلزی، گرد و خاک و غیره را در دمای اتاق بدون تمییزسازی اولیه پاک کند. و همچنین قابلیت استفاده به صورت مالشی روی سطح فلزات و یا اسپری کردن روی سطح فلزات و یا قوطه ور کردن فلزات در آن را دارا باشد.
از طرف دیگر دنبال آماده سازی محلولی پایداری هستیم که همانند الکل و دیگر حلال های فرار فقط یک مزیت نداشته باشد و به راحتی با آب سرد ( F40) هم امتزاج پذیر باشد و قابلیت شستشو از اجزای مورد عمل قرار گرفته با استفاده از بخار سرد را داشته باشد.
از طرف دیگر دنیال محلولی هستیم که بتوان در آن حلال های هیدروکربنی را داشته باشیم در عین حال که یک نسبت مناسب از آب را در آن داشته باشیم تا اسید فسفریک در آن غلظت لازم را داشته باشد و محیط بسیار اسیدی نباشد.
روشی پیدا شده است که سطح آهن و روی یا آلیاژهای آن ها می تواند به طور همزمان هم چربیگیری و هم فسفاته شود و مقاومت مناسبی از خوردگی در آن ایجاد شود. که در این روش یک امولسیون از یک حلال چربیگیر در یک محلول اسیدی فسفات سدیم، فسفات آمونیوم، فسفات پتاسیم، فسفات منیزیم، یا فسفات یک باز آلی یا مخلوطی از چند فسفات می باشد. محلول فسفات شامل یک تسریع کننده معدنی است. یک مقدار از تسریع کننده روی سرعت پوشش دهی و کامل شدن آن موثر است و برای کلرات غلظت نیم تا چهار درصد از آن نتیجه‌ی رضایت بخشی می دهد.
برای انتخاب حلال از بین برنده ی چربی ها حلال هایی ترجیح داده می شوند که در دمای فرآیند فشار بخار کمی داشته باشند و فرار نباشند، از طرفی هم نقطه ی جوش خیلی بالایی نداشته باشند که در این صورت به سطح می چسبند و از انجام فرایند جلوگیری می کنند. در حلال هایی که مورد بررسی قرار گرفته اند حلال هایی که نقطه ی جوش آن ها 130 تا 300 درجه ی سانتی گراد است مناسب هستند. حلال های با خاصیت چربی زدایی نرمال و در این محدوده ی نقطه ی جوش که با محلول اسیدی فسفات سازگار هستند می توانند در این روش مورد استفاده قرار گیرند. هیدروکربن های آروماتیک یا هیدروکربن های آلیفاتیک بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. این حلال ها به طور موثری در غلظت های 1 تا 10 درصد در محلول پوششی نقش خود را ایفا میکنند. ریزش محلول با سرعت بالا در سطح فلز برای انجام فرایند با استفاده از این محلول امکان پذیر است و همچنین محلول قابلیت اسپری شدن روی سطح فلز را دارا می باشد.
برای نگهداری حلال چربی زدا در محلول اسیدی در حالت پایدار امولسیونی در طول فرایند به یک عامل امولسیون ساز نیاز است. مواد غیر یونی به علت داشتن قابلیت امولسیون کردن حلال آلی در محلول اسیدی به عنوان عامل امولسیون کننده بیشتر استفاده می شوند. برخی از ترکیبات فعال آنیونی همانند پترولیوم سولفات ها و سولفات های الکل با زنجیره های کربنی طولانی نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند چرا که آن ها در pH های بین 3.5 تا 5.8 پایدار هستند. کاتیون های فعال نمی توانند به عنوان عامل امولسیون کننده مورد استفاده قرار گیرند چرا که مانع از عمل فسفاته شدن سطح می شوند. گروهی از عامل های غیر یونی امولسیون کننده حلال آلی که به طور قابل ملاحظه ای در pH های بین 3.5 تا 5.8 غیر یونی هستند مورد استفاده قرار می گیرند. این فرآیند در دماهای بالاتر از F150 به طور موثری بهتر عمل می کند. اما پوشش می تواند به طور رضایت بخشی بر روی سطح زینک در دمای اتاق هم تشکیل شود. پوشش فسفات می تواند به طور رضایت بخشی در 1.5 تا 2 دقیقه با استفاده از اسپری کردن محلول روی سطح فلز تولید شود. پوشش تولیدی با یک محلول رقیق کرومیک یا فسفریک یا اکسالیک اسید یا با محلول رقیق نمک آهن یا نمک کرومیوم یا نمک آلومینیوم مانند فرو سولفات، فریک نیترات، سولفات کرومیوم یا نیترات، آلومینیوم سولفات یا نیترات یا با محلولی شامل مخلوطی از این ها می تواند شسته شود. زمان شستشو یک دقیقه کافی است و با شستشو محصول مقاومت فلز در برابر خوردگی افزایش می یابد و رنگ هایی که روی سطح زده می شوند کمتر دچار تاول زدگی می شوند.
حضور حلال امولسیون شده در محلول پوششی، پوشش فسفاته را قادر می سازد روی سطح فلزاتی که خیلی چرب هستند یا آلودگی دارند تشکیل شود. حتی حضور حلال امولسیون شده در محلول پوشی برای سطوح تمیز، سطح را مرطوب می کند و آلودگی ها را می زداید و پوشش مناسبتری با سرعت بیشتری ایجاد می شود. در یکسری تحقیقات دیگر که صورت گرفته بود از یک محلول با فرمولاسیونی جدید اما مشابه با فرمولاسیون ذکر شده در بالا استفاده شده است که در این فرمولاسیون علاوه بر تمییز سازی و فسفاته کردن، عمل ضد زنگ کردن (passive) به طور همزمان نیز اضافه می شود . در اینجا از یک محلول پایدار برای چربیگیری و فسفاته کردن سطح فلز به صورت همزمان استفاده شده است، محلول مورد نظر دارای 50 تا 80 درصد از یک محلول آبی فسفات اسیدی برای عمل فسفاته کردن، 4 تا 30 درصد از یک حلال هیدروکربنی برای چربی زدایی، 10 تا 30 درصد عامل امولسیون کننده ، استفاده از یک مقدار اندک یون کروم در فرمولاسیون که به عنوان محافظ در مقابل خوردگی بخش هایی از فلز اهمیت دارد. تا کنون و در روش قبل یون کروم به یک محلول پایدار فسفات و محلول چربیگیر اضافه نمی شد و به عنوان یک مرحله ی اضافه با استفاده از یک محلول کرومات ضد زنگ بعد از عمل فسفات کردن روی سطح فلز اسپری می شد. بدین طریق مزیتی که در این روش وجود دارد این روش ترکیب سه فرآیند تمییز سازی، فسفاته کردن و ضد زنگ کردن (passive) می باشد. همچنین یون کرومات در این روش به عنوان تسریع کننده ی اکسید شدن پوشش فسفات از آهن دو ظرفیتی به آهن سه ظرفیتی می باشد و نقش یک تسریع کننده را دارا می باشد. در این روش یون کروم می تواند به صورت کرومات، یا دی کرومات یا به صورت کروم کلراید با ظرفیت سه کروم یا کرومیک اسید اضافه شود. همچنین با استفاده از یون مولیبدیم در فرم های مختلف خود مانند مولیبدیک اکساید، سدیم مولیبدات و مانند آن فعالیت یون کروم به عنوان ضد زنگ بیشتر می شود.
مقدمه ای بر فسفاته در دمای اتاق
تولید یک پوشش مناسب به دمای محلول و زمان تماس محلول با سطح فلز وابستگی زیادی دارد به گونه ای که کاهش زمان تماس با به کار بردن دماهای بالاتر از محلول و یا کاهش دمای تماس با افزایش زمان تماس محلول قابل جبران است. محلول هایی که در دمای اتاق کار میکنند بهترین پوشش را در دمای بین 37-21 درجه ی سانتی گراد می دهند. اثر دما بر روی عمل فسفاته برای تامین سنتیک تبدیل کمپلکس آهن (Џ) فسفات محلول به آهن (Ш) فسفات نا محلول است که به عنوان پوشش در سطح فلز رسوب می دهد. در مکانیسم فسفاته‌ی معمولی، ترکیبات فسفات فقط به عنوان منبع فسفات برای رسوب فسفات آهن در سطح فلز استفاده می شوند. اما در دمای اتاق از کمپلکس های فسفات استفاده می شود که هم به عنوان حل کننده و آزاد کننده ی یون آهن از سطح فلز و هم به عنوان منبع فسفات برای رسوب آهن فسفات عمل می کند. زمانی عمل فسفاته به خوبی انجام می شود که حداقل 2% کنسانتره فسفاته در دمای اتاق از کمپلکس فسفات تشکیل شده باشد. از آنجایی که ترکیبات کمپلکس فسفات گران قیمت هستند معمولا از ترکیبات اورتو فسفات مانند سدیم دی هیدروژن فسفات به عنوان منبع تامین یون های فسفات استفاده می شود. ترکیبات کمپلکس فسفات که معمولا استفاده می شوند عبارتند از: سدیم هگزامتا فسفات، تترا سدیم دی فسفات، سدیم تترا فسفات و آلکالی متال تری پلی فسفات. ترکیبات اورتو فسفات که معمولا استفاده می شوند عبارتند از: سدیم دی هیدروژن فسفات، سدیم هیدروژن فسفات بدون آب، سدیم فسفات بدون آب، سدیم هیدروژن فسفات دو آبه. تسریع کننده های مورد استفاده در دمای اتاق عبارتند از: نمک های هیدروکسیل آمونیوم مانند هیدروکسیل آمونیوم سولفات یا هیدروکسیل آمونیوم نیترات، هیدروکینون و پتاسیم برمات. بهترین پوشش زمانی به دست می آید که غلظت کنسانتره 4-5/0 اونس در هر گالن آب باشد و pH محلول باید بین 5-3 باشد. برای تنظیم pH محلول از اسید فسفریک و سود استفاده می شود. اگر مقداری از گلوکنیک اسید به عنوان یک اسید آلی استفاده شود، تشکیل پوشش راحتر و کیفیت آن تا حدی بهتر خواهد شد. این ترکیب به آزاد کردن یون آهن کمک میکند و سطح فلز را تر می کند. ترکیب درصد آن بین 5/3-5/0 درصد از کنسانتره باید باشد. قطعه در این محلول بدون همزدن به مدت 5 دقیقه غوطه ور می شود.
نحوه ی استفاده از محلول چربیگیر فسفاته همزمان به صورت مالشی در دمای اتاق:
 ابتدا محلول را قبل از استفاده خوب همزده و در داخل ظرف میریزیم.
 سپس دستمال یا ابر را به محلول کاملا آغشته می کنیم و به صورت مالشی روی سطح فلز می کشیم.
 به محلول روی سطح فلز به مدت 5 دقیقه فرصت دهید تا عمل فسفاته به خوبی انجام شود.
 پس از مدت زمان 5 دقیقه سطح فلز را با آب، همراه با کشیدن دستمال روی سطح فلز بشویید تا چربی های روی سطح به طور کامل پاک شوند.
با انجام این روش چربی ها از روی سطح پاک می شوند و عمل فسفاته روی سطح فلز در دمای اتاق انجام می شود