مقالات علمی فرآیندهای آبکاری

چربیگیری فسفاته همزمان

تیم تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان پرشیا 95.07.06  

چکیده

در این کار سعی شد تا به محلولی دست یابیم تا هر سه فرایند چربیگیری فسفاته وپسیو کردن همزمان را انجام دهند.چالش های پیش رو در اولین قدم کنار هم قرار دادن ترکیبات با خواص متفاوت در کنار هم و در نهایت کارایی بالای محصول میباشد.پس از انجام مطالعات حلال و امولسیفایر مورد نظر طراحی گردیده شد. در مرحله بعد طراحی یک ترکیب پسیو کننده سازگار باترکیب مد نظر بوده که بتوان خاصیت پسیو کنندگی را نیز به محلول اضافه نمود.در نهایت محلولی بدست امد که قادر بود سه فرایند مد نظر را هم به روش غوطه وری وهم به روش اسپری کردن در دمای محیط انجام دهد.

مقدمه:

پوشش فسفاته به منظور آماده سازي سطوح آهني، استيل، استيل گالوانيزه يا آلومينيوم مي باشد كه توسط يك محلول رقيق اسيد فسفريك و مواد شيميايي ديگر صورت مي گيرد. سطح فلز با محلول اسيد واكنش شيميايي داده و يك سطح محافظت كننده از كريستالهاي فسفات بر روي لايه ايجاد مي كند. بسته به نوع مواد، وضعیت سطح قطعات، عملیات مکانیکی و شیمیایی قبل از فسفاته کاری، ترکیبات حمام فسفاته و همچنین شرایط کار فسفاته کاری متفاوت می شوند.

سيستمي كه پوشش فسفات را ايجاد مي كند با توجه به اندازه و شكل سطحي كه پوشش بر روي آن ايجاد مي شود، تعيين مي گردد. پوشش دهي قطعات كوچك مانند پيچ، مهره، ميخ و... در حوضچه هاي محلول فسفات انجام مي پذيرد. در برخي از صنايع مانند يخچالسازي از سيستم اسپري و در بدنه اتومبيل از سيستم ديپ اسپري استفاده مي شود. صفحات استيل را مي توان با عبور دادن از محلول فسفات يا به روش اسپري پوشش دهي كرد.

بر طبق آمار، بيشترين استفاده از پوشش فسفات به عنوان پایه رنگ است. پوشش فسفات، مقاومت فلز و نیز قبول رنگ بر روی سطح فلز را زیاد می کند. موارد استفاده به عنوان پایه رنگ در صنایع اتومبیل سازی، لوازم خانگی، قطعات خودرو، صنایع فلزی، روشنایی و غیره می باشد. پوششهاي فسفات همچنين به منظور فراهم نمودن موارد زير استفاده مي شود:

1-    یک لایه مقاوم به عنوان پايه روغن

  2-  شکل دهی سرد: در مواردی که بایستی لوله های فولادی بدون درز ساخته شوند از پوشش فسفات بهترین استفاده را می توان نمود. تبدیل سازی یک سطح فولادی به سطحی با پوشش فسفات این امکان را در اختیار می گذارد که سطح از یک حالت روان و صاف برخوردار گردد. این لغزندگی سطح از جوش خوردن و کشیدن در پاره ای از موارد جلوگیری به عمل آورده و در تولید تأثیر می گذارد. پوشش فسفات روی از نوع سبک تا متوسط در موارد کشش فولاد استفاده می گردد. قسمت فسفاته شده قبلاً بایستی توسط صابون، روغن یا امولسیونی از روغن و اسید چرب پوشش داده شود. پوشش فسفات روی از تماس مستقیم دو سطح فلز در حال سردشدن جلوگیری به عمل می آورد.

   3- روانکاری سطوح در تماس مستقیم: برای جلوگیری از سایش بین دو فلز وجود یک لایه روغنی و چرب بین آنها لازم است. در مواردی که این سایش زیاد نباشد می توان روش فسفاته کردن را به جای استفاده از روغن به کار برد. قدرت نفوذ پوشش فسفات در فلز و نیز خواص مشترک آن با روغن چرب و یکپارچه بودن آن ازمزایایی است که این روش را قادر می سازد که به جای یک لایه ضخیم از روغن در سطح فلزات استفاده شود.

   4- جلوگیری از خوردگی و نگهداری: تبدیل سطح فلز به سطحی که دارای پوشش فسفات می باشد باعث به وجود آمدن خاصیت ضد رطوبت برای آن فلز می شود. میزان حفاظتی که پوشش فسفات بر روی هر فلز ایجاد می کند بستگی مستقیم به ضخامت و مقدار آن و همچنین نسبت مستقیم با وزن مخصوص، نوع و اندازه کریستال ایجاد شده دارد. پوششهاي متنوعی از لحاظ ضخامت و روش تمیز کردن قبل از عملیت فسفات می توانند تهیه شوند. این نوع تولید بستگی به تماس بین محلول فسفاته و سطح فلز و میزان درجه حرارت محلول دارد. این عملیات را می توان برای فلزاتی صاف و ناهموار انجام داد.

   5- عایق سازی الکتریکی

فسفاتها بر سه قسم اند:

الف ) فسفات آهن

    پوشش فسفات آهن به صورت بسیار نرم و ریز بر روی سطح فلز ایجاد می گردد و رنگ آن نیز تا آبی قوس و قزحی است. این فسفات به عنوان پایه ای جهت رنگ کاربرد دارد. از این فسفات به دو روش اسپری و غوطه وری می توان استفاده کرد. روش اسپری کاربرد بیشتری دارد. حد قابل قبول پوشش جهت فسفات آهن بین 0.2 تا 0.8 گرم بر متر مربع است. مزیت مهمی که فسفات آهن در مقایسه با سایر فسفات ها دارد این است که می توان از محلول فسفات و چربیگیر به طور همزمان استفاده کرد. این مورد در سیستمهایی که از لحاظ مخازن و مراحل شستشو مشکل دارند، استفاده می شود.

ب ) فسفات روي

    فسفات روی دارای کاربرد فراوان در صنایع مختلف می باشد و از نوع کریستال سنگین زبر تا انواع کریستالی نرم و میکروسکوپی متغیر بوده و انواع رنگهای آن از خاکستری روشن تا خاکستری تیره است. این نوع پوشش هم به صورت غوطه وری و هم به صورت اسپری مورد استفاده قرار می گیرد. میزان پوشش بین 1 تا 5 گرم بر متر مربع خواهد بود. ولی در سیستم غوطه وری این مقدار 2 تا 10 گرم بر متر مربع است. فسفات روی بسته به نوع محلول در دمای 25 تا 70 درجه قابل اجرا است.

ج ) فسفات منگنز

    فسفات منگنز بیشترین مصرف را در قطعات داخلی موتور دارد و جهت روانکاری و کاهش اصطکاک استفاده می شود. رنگ این پوشش خاکستری متمایل به سیاه است. مدت زمان لازم جهت پوشش دادن بین 15 تا 30 دقیقه در نوسان است. میزان پوشش بین 5 تا 20 گرم بر متر مربع از سطح فلز می باشد. در این نوع پوشش معمولاً نوع ریز و سفت آن بر نوع درشت و سست ترجیح داده می شود، ولی بستگی به نوع کار و عملکرد دارد. در بسیاری از حالات کریستالها به دلیل عملیات مقدماتی ریزتر می گردند.

    جهت آماده سازي فلزات آهني و روان سازي سطوح كاربرد دارد. از ديگر مزاياي استفاده از اين ماده مي توان به كاهش اصطكاك و افزايش مقاومت به خوردگي اشاره نمود.

يك طبقه ديگر از فسفاتها فسفات دي كاتيونيك مي باشد كه اين نوع، داراي قدرت چسبندگي بسيار بالا است و مانع خوردگي قطعات مي گردد.

فسفات تري كاتيونيك نموده كه دامنه كاربرد وسيعي دارند. اين محصولات براي فلزات آهن، روي، آلومينيوم و ... فرموله شده است كه پايه اي براي رنگ به خصوص رنگهاي پودري و ED مي باشد.

خواص فسفات تری کاتیونیک عبارتست از:

   -  به علت تری کاتیونیک بودن کاملاًسازگار با رنگ الکتروستاتیک است و در محیط قلیایی تجزیه نمی شود.

   - رسوب کم و دوام زیاد

  -  استفاده در دمای محیط و کاهش هزینه اقتصادی

   - حذف کنترلهای مربوط به دما

چالشی که در این کار مطرح بود اعمال چربی گیری فسفاته همزمان بر روی قطعاتی بود که به روغن های صنعتی اغشته شده بودند.جنس این قطعات اهن بوده بنابراین عملکرد فسفاته منگنز مطرح می باشد.

مرحله اول ترکیب کردن یک حلال هیدروکربنی همراه محلول فسفاته بود، این دو محلول غیر قابل امتزاج هستند بنابراین برای ترکیب این دو از یک ماده امولسیون کننده استفاده میشود .

بر این اساس محلول فسفاته و چربی گیر همزمان شامل موارد زیر باید باشد:

1)      حلال چربیگیر شامل امولسیون در یک محلول اسیدی

2)      محلول فسفات شامل یک تسریع کننده

در این چالش بدنبال متدی بودیم تا بتوان ضمن فسفاته کردن سریع 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 فشار بخار محلول پاییی داشته بوده و به راحتی با آب سرد  هم امتزاج پذیر باشد .از طرف دیگربا توجه به الودگی روغنی بسیار بالای قطعات به جستجوی 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. در نهایت روش بدست امده بر سطح آهن و روی یا آلیاژهای آن ها می تواند به طور همزمان هم چربیگیری و هم فسفاته انجام دهدو مقاومت مناسبی از خوردگی در آنها ایجاد کند. که در این روش یک امولسیون از یک حلال چربیگیر در یک محلول اسیدی فسفات های قلیایی استفاده شد.

در مرحله بعد بدنبال یافتن راهی بودیم تا علاوه بر فسفاته چربیگیری همزمان عمل پسیو کردن قطعات را نیز همزمان انجام دهیم با افزودن ترکیبات معدنی جدید به محلول قبل ترکیب جدیدی ایجاد گردید که قادر به انجام این فرایند میباشد. در این روش ازتسریع کننده هایی استفاده گردید که 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.

متدانجام کار

در این کارمحلول را باید طوری ساخت که بتون حلال های هیدروکربنی را در آن حل کرد طوری که در آن نسبت مناسبی آب هم وجود داشته باشد که اسید فسفریک موجود در آن غلظت مناسب داشته باشد و محیط زیادی اسیدی نباشد.

انتخاب حلال از بین برنده چربی:

حلال هایی ترجیح داده می شوند که دمای فرآیند فشار بخار کمی داشت باشد  و فرار نباشد از طرفی هم نقطه جوش خیلی بالا نداشته باشد که در این صورت به سطح می چسبند و از فرآیند جلو گیری میکنند.( در حلال هایی که مورد بررسی قرار گرفته اند آنهایی که نقطه جوش 130 تا 300 دارند مناسب اند.)

حلال های با خاصیت چربی زدایی نرمال و در این محدوده ی نقطه جوش که با محلول اسیدی فسفات سازگار هستند می توانند در این روش مورد استفاده قرار گیرند.

مثال های از این دست:

1)      هیدرو کربن های آروماتیک: مثل نفتا

2)      هیئرو کربن های آلیفاتیک: مثل پارفین (کرسین)

برای نگهدازی حلال  های چربی زدا  در محلول اسیدی در حالت پایدار امولسیونی در طول فرآیند به یک عامل امولسیون ساز نیاز است.

مواد غیر یونی به علت داشتن قابلیت امولسیون کردن حلال آلی در اسیدی به عنوان  عامل امولسیون کننده بیشتر استفاده میشود.

فرآیند چربیگیری و فسفاته همزمان در دماهای بالا بهتر عمل میکند اما پوشش می تواند بر روی سطح زینک در دمای اتاق هم نشیند.

پس از تهیه این محلول با فرمولاسیون مخصوص بخود هم میتوان از روش غوطه وری وهم از روش اسپری کردن استفاده نمود.این محلول دارای این ویژگی میباشد که در دمای محیط کارایی بالایی داشته ونیازمند اعمال دما برای انجام فرایند مورد نظر نمی باشد.

بحث ونتیجه گیری:

با توجه به اهداف ذکر شده محلول نهایی باید قادر می بود ترکیبات اسیدی وچربیگیری را همزمان داشته باشد.پس از طراحی حلال وامولسیون کننده مناسب پوشش فسفاته بر روی قطعاتی که از قبل مرحله چربیگیری را طی نکرده بودند ایجاد شد.در مرحله بهد سعی گردید تا علاوه بر فسفاته عملیات پسیو کردن نیز صورت گیرد که با مطلعات انجام شده ترکیب تسریع کننده مناسبی که با فرمولاسیون محلول سازگاری داشته باشد پیش بینی واستفاده شد و سر انجام به محلولی دست یافتیم که هر سه فرایند فسفاته چربیگیری وپسیو کردن همزمان را انجام می دهد.