خود انباشتگی پوشش های آلی به واکنش شیمیایی انباشتگی پوشش رنگ روی سطح فلز  اطلاق می شود. این فرایند از این جهت که قطعه کار در حمام آبی دارای مواد آلی یونیزه شده غوطه ور می شود  به  انباشتگی الکتروشیمیایی شباهت دارد.

Auto deposition of organic coatings refers to a chemical process for depositing paint coatings onto metal surfaces. This process resembles electro deposition in that the objects to be coated are submerged in an aqueous bath containing ionized organic materials;

در هر حال در فرایند خود انباشتگی، پوشش حین انباشتگی الکتروشیمیایی و  توسط واکنش شیمیایی بین سطح فلز و مواد سازنده حمام تولید می شود و پوشش از طریق الکترولیز آبی که در معرض جریان الکتریکی قرار دارد تولید می شود. پس از خود انباشتگی فیلم مرطوب در آب غوطه ور می شود و با به کارگیری گرما برای تولید پوشش غیر فعال مقاوم به خوردگی آماده سازی می شود.  

However, in autodeposition, the coating is produced by a chemical reaction between the metal surface and the bath constituents as opposed to electrodeposition where the coating is produced by the electrolysis of water due to an imposed electric current. After autodeposition, the wet film is water rinsed and cured by application of heat to produce an inert, corrosion-resistant coating

مکانیسم پوشش دهی

گام نخست در مکانیسم پوشش دهی در فرایند خود انباشتگی، واکنش شیمیایی بین سطح فلزی و اجزای غیرآلی موجود در حمام است.

COATING MECHANISM

The first step in the coating mechanism for the autodeposition process is the chemical reaction between the metallic surface and the inorganic constituents of the coating bath.

مرحله انباشتگی پوشش در فرایند خود انباشتگی شامل ناپایدارسازی کنترل شده تعلیق  محلول آبی پلیمری دارای بار منفی توسط یونهای باردار مثبت به وجود آمده در سطح فلز طی یک واکنش شیمیایی غیر آلی است .

 اجزای حمام پوشش خود انباشته  شامل اسید ضعیف( هیدروفلوئوریک اسید ، HF ) در محدوده 0.2% تا 0.3% حجمی ، محلول پایدار شده آنیونی و رنگدانه های معلق ( لاتکس /رنگدانه) و یون آهن کی لیت شده در محلول است. (FeF₃،

 محتوای جامد کل حمام کمتر از 10% است و محلول پوشش دارای ویسکوزیته آب است . واکنش شیمیایی  که منجر به خود انباشتگی می شود به شکل زیر است. برای محلول فلزی شرکت کننده های اصلی شامل:

 The coating deposition step of the autodeposition process involves the controlled destabilization of an aqueous polymer latex dispersion, which is negatively charged, by the positive ions generated at the surface of the metal by the inorganic chemical reaction.

The components of an autodeposition coating bath include a weak acid )hydrofluoric acid, HF) in the range of 0.2% to 0.3% by volume, an anionically stabilized latex and pigment dispersion (latex/pigment), and chelated ferric ion in solution (FeF₃

 The total solids content of the bath is less than 10%, and the coating solution has the viscosity of water.The chemical reactions that result in an auto deposition coating are as follows. For iron dissolution,

the major contributor is

و شرکت کننده های غیر اصلی عبارتند از:

انباشتگی زمانی اتفاق می افتد که

and a minor contributor is

deposition occurs when

آهنی که در فیلم مرطوب به دام نیفتاده به  از طریق افزودن عامل اکسنده به  FeF₄^-1 تبدیل می شود.

از آنجایی که  FeF₄^-1 با محلول پایدار شده آنیونی لاتکس/ رنگدانه واکنش نمی دهد. این فرایند هیچ گونه لجنی تولید نمی کند. هم زمان که فیلم خود انباشتگی ساخته می شود، انتشار واکنشگرها به سطح کند می شود.

Iron that is not entrapped in the wet film is converted to FeF₄^-1

by the addition of an oxidizing agent. Since  FeF₄^-1does not react with the anionically stabilized atex/pigment dispersion, the process is sludge-free.As the autodeposited film builds, the diffusion of reactants to the surface  is slowed,

 و سرعت انباشتگی فیلم کاهش پیدا میکند. این فرایند خود محدود کننده منجر به ایجاد پوشش نهایی است که بسیار یکنواخت بوده و  به سطح زیر لایه تبدیل می شود. تمام نواحی که در معرض حمام پوشش قرار دارند پوشش داده می شوند.

 and the rate of film deposition decreases. This self-limiting mechanism results in a final coating that is extremely uniform and conforms to the underlying surface. All areas exposed to the coating bath become coated.

این ویژگی فرایند خود انباشتگی حایز اهمیت است زیرا حتی نواحی محصور شده در برابر خوردگی مقاوم هستند. ضخامت یک پوشش نوعی حدودا 15 تا 30 میلی متر است ( 0.6 تا 1.2 مایل)

This feature of the autodeposition process is important since even enclosed areas will be protected against corrosion, as long as the solution has wet the surface. Typical coating thicknesses are about 15 to 30 mm (0.6 to 1.2 mils (.

ویژگی های فیلم

آنالیز فیلم خود انباشنه شده آماده، حضور آهن را در سراسر لایه آلی تاید می­کند. اعتقاد بر این است که آهن دارای بار مثبت با مکان­های آنیونی واکنش می­دهد. (برای مثال گروه های سولفونات و کربوکسیل) که در اسکلت پلیمر فرموله شده اند تا روی انباشتگی موثر واقع شود.

FILM PROPERTIES

Analysis of a cured autodeposited film shows the presence of iron throughout the organic layer. It is believed that the positively charged iron reacts with anionic sites (e.g. sulfonate groups and carboxyl groups), formulated into the polymer backbone, to effect the deposition.

هیچگونه عامل اتصال دهنده ی عرضی اضافی برای این کار مورد نیاز نیست. اگرچه پلیمرهای امولسیونهای آلی زیادی می توانند خود انباشتگی پیدا کنند اما عملکردشان یکسان است. در هر حال ویژگی های فیلم آماده شده بستگی به طبیعت شیمیایی پلیمر دارد. برای مثال  امولسیون لاتکس  پلی وینیلدین کلراید ((PVDC  گسترده ترین مورد مصرف

No additional cross-linking agents are required.Although many organic emulsion polymers can be autodeposited, there actions are the same; however, the properties of the cured film depend on the chemical nature of the polymer. For example, polyvinylidene chloride (PVDC) latex emulsions are the most widely used at

در صنایع کنونی و در فرایند خودانباشتگی است. فیلم های انباشته شده مقاومت بسیار خوبی در برابر نفوذ رطوبت و اکسیژن به پایه فلزی از خود نشان میدهند و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی خیلی خوبی از خود نشان میدهند. همچنان که فیلم های رنگی که این رزین ها را مورد استفاده قرار میدهند، سختی ، شکل پذیری، خواص چسبندگی خیلی خوبی از خود نشان مید هند.

present in the commercial practice

of autodeposition. Films deposited show excellent resistance to the penetration of moisture and oxygen to the base metal and, hence, offer superior corrosion resistance, as well as the excellent hardness, formability, and adhesion characteristic of paint films using this type of resin.

فرایند دیگر خود انباشتگی پلیمرهای رزین اکریلیک مقاوم به دمای بالا F400<را در حضور سیالات تجمعی به کار میگیرد ( به عنوان مثال پلی گلیکول قلیایی)

Another commercial autodeposition process utilizes acrylic resin polymers to produce films that are resistant to high temperatures (>400°F) in the presence of aggressive fluids (e.g., alkaline polyglycols.)

رنگدانه های کربن بلک که به طرز موثری توسط پلیمرها بسته بندی شده و به طور همزمان با رزین انباشته می شوند بسیار موثر هستند.

گونه های غیر رنگدانه ای لاتکس پلی وینیل دی ان کلراید به طور تجاری به عنوان آغازگربرای  پوشش بعدی به کار گرفته می شود.

 Carbon black pigments, which are effectively encapsulated by the polymers and thus deposit simultaneously with the resin, are highly effective. A nonpigmented version of the polyvinylidene chloride latex is commercially available as a primer for subsequent top coating.

در حالی که سایر رنگدانه های رنگی به طور موفقیت آمیزی در مقیاس آزمایشگاهی  ارزیابی شده اند، هیچکدام انها تا کنون به لحاظ تجاری در دسترس قرار نگرفته اند. استیل های پوشیده شده با روی و آلیاژهای روی با تغییر شیمی واکنش می توانند به طور موثری رنگ شوند.

While other colored pigments have been successfully evaluated on a laboratory basis, none are at present commercially available.Zinc and zinc-alloy coated steels can be effectively painted by autodeposition by varying the process chemistry

ترتیب فرایند:

سیستم های خود انباشتگی تجاری ببرای حرکت/ انتقال قطعه کار از مرحله ای به مرحله بعد از  کانوایر پیوسته و یا به کمک بالابردن حامل  کمک میگیرند.سیستم هایی که از کانوایر بهره میگیرند از تحریک بالاتر ( به منظور آوردن واکنشگرهای تازه به سطح فلز )که در نتیجه حرکت قطعه کار در تانک پوشش ( مشابه تانک های غوطه وری) ایجاد می شود بهره میگیرند.

PROCESS SEQUENCE

Commercial autodeposition systems employ movement/transfer of the work package from stage to stage by either a continuous conveyor or by an indexing hoist. Conveyorized systems offer the advantage of assured agitation (to bring fresh reactants to the metal surfaces) due to the movement of the work through the coating tank (as well as the cleaning and rinsing tanks).

سیستم های حاملی در نتیجه نیاز به فضای انتقال کمتردر فضا صرفه جویی می کنند. ترتیب یک فرایند نوعی در زیر نشان داده شده است. ( زمان تماس در هر مرحله از 30 تا 2 دقیقه است، به استثنای آون که 15 تا 30 دقیقه در آن متداول است.

مرحله 1: اسپری  تمیز ساز  قلیایی

مرحله 2: غوطه وری در تمیزساز قلیایی

Hoist-operated systems conserve space due to decreased transfer distance.A typical process sequence is shown below. (Contact times in each stage vary from 30 seconds to 2 minutes, with the exception of the oven where 15 to 30 minutes is common).

Stage 1: Spray alkaline cleaning

Stage 2: Immersion alkaline cleaning

مرحله 3:غوطه وری شست و شوی آب

مرحله4:غوطه وری در شست و شوی آب دیونیزه

مرحله5:خودانباشتگی خودکار( غوطه وری)

مرحله 6:غوطه وری شست وشوی اب

مرحله 7:غوطه وری شست و شوی آب بندی

مرحله 8: آماده سازی

Stage 3: Immersion water rinse (plant water)

Stage 4: Immersion (or spray) deionized water rinse

Stage 5: Autodeposition (immersion)

Stage 6: Immersion water rinse (plant water)

Stage 7: Immersion sealing rinse

Stage 8: Cure

تمیز سازی:

برای انجام یک خودانباشتگی موفق نیازمند تمیزسازی خوبی هستیم ، هرگونه خاک باقی مانده که مانع انحلال یون فلزی می شود باعث جلوگیری یا کاهش تشکیل پوشش می شود.

گرچه اغلب خاک های آلی (به عنوان مثال ترکیبات نقاشی و روغن های ضد زنگ) توسط تمیزکننده های قلیایی پاک می شوند، خاک های معدنی مانند (اثرات جوشکاری، زنگ) اغلب نیازمند تمیزسازی در مواد اسیدی هستند. تمیزسازی غوطه وری معمولا برای اطمینان از جداسازی کافی خاک از نواحی .محصور مانند ورودی توربین ها و قسمتهای جعبه که توسط اسپری غیرقابل دسترس است ضروری است.

 برای محافظت مواد شیمیایی در تانک ها در برابر ایجاد بیش از حد خاک، پیش از آن یک مرحله اسپری تمیزکننده مورد استفاده قرار میگیرد.

یک سرریز جزئی از این مخزن موجب کاهش تلفات تمیزکننده می شود

Cleaning:

Good cleaning is essential to successful autodeposition. Any residual soils, which hinder the solubilization of metal ions, can prevent or reduce coating formation.

Although most organic soils (e.g., drawing compounds and rust preventive oils) are readily removable by alkaline cleaners, inorganic soils (e.g., weld spatter, scale, and rust) often require cleaning in an acidic material.Immersion cleaning is usually required to ensure adequate soil removal from recessed areas such as tube interiors and box sections, which are inaccessible by spray.

To protect the chemicals in the tank from excessive buildup of soils, a (smaller) spray cleaner stage is used beforehand. A slight overflow of this tank results in decreased cleaner loss.

شستشو

شستشوی گیاهان برای حذف پاک کننده های باقی مانده از طریق کار بر روی قطعه  کار( و ترک)  استفاده می شود. این مرحله با شستشو با آب دیونیزه شده برای حذف هر نمک آب سخت ادامه پیدا می­کند.

اثر افزایشی نمک در طول زمان منجر به کاهش تدریجی ضخامت فیلم پوشش در واحد زمان غوطه وری می شود.

Rinsing

Plant water rinsing is employed to remove residual cleaner carried through on the work pieces (and racks). This is followed by a rinse with deionized water to remove any hard water salts.

 The effect of salt buildup over time results in gradually decreasing coating film thickness per unit of immersion time.

خود انباشتگی

خود انباشتگی  به واسطه واکنش های فوق رخ میدهد. پارامترهای کنترل کننده شامل رنگ جامد ( سنجش گراویمتریک)، میزان اسید( غلظت فلوراید آزاد)، پتانسیل اکسایش –کاهش ( در میلی ولت) که متناسب با نسبت  FeF₃ به Fe²⁺ هستند.

Autodeposition

Autodeposition occurs by the reactions given above. The control parameters are paint solids (gravimetric determination), acid level (free fluoride concentration), and oxidation/ reduction potential (in millivolts), which is proportional to the ratio of FeF³ to Fe²⁺

شست وشوی  فراپوششی

شست و شوی با  آب ( عموما غوطه وری اما به کارگیری اسپری فشار پایین نیز متداول است.) بقایای لاتکس واکنش نداده را جدا می کند.

محلول شست و شوی آب بندی نهایی شامل مواد شیمیایی است که با آهن محلول در فیلم مرطوب واکنش داده تا تخلخل بعد از آماده سازی فیلم را از بین ببرد.

Postcoating Rinsing

A plant water rinse (usually immersion, but low-pressure spray applications have been used) removes traces of unreacted latex.

 A final sealing rinse contains chemicals that react with any soluble iron in the wet film to eliminate porosity after the film is cured.

خشک کردن پوشش پلی وینیلیدین کلراید خود انباشته شده به سادگی جدا کردن آب از یک زنجیر فیلم مرطوب است. هیچ حلالی وجود ندارد. پارامترهای مربوط در حدود 15 تا 30 دقیقه در دمای 210 تا 230 درجه فرانهایت در آون به دست می آیند.

The drying of a polyvinylidene chloride autodeposited coating is simply the removal of water from a coalesced wet film. No solvents are present. Commonly practiced parameters are 15 to 30 minutes at convection oven temperatures of 210 to 230°F.

زمان های کوتاهتر ( 5 تا 10 دقیقه) در یک بخش ساده ( خط دید تمام سطوح ) با استفاده از تابع مادون قرمز با شدت تابش قابل دستیابی است. پوشش اکریلیک نیازمند دمای بالاتر ( 320 تا 350) برای ایجاد اتصال عرضی کامل است.

 Shorter times (5 to 10 minutes) may be achieved on simple) i.e. line-of-sight to all surfaces) parts by the use of medium-intensity infrared radiation.

Acrylic coatings require a higher temperature (320–350°F) range for complete cross-linking

ویژگی های خود انباشتگی

FEATURES OF AUTODEPOSITION

A phosphate pretreatment process is not required for autodeposition, minimizing requirements for capital and floor space. Drag out is also minimized because of low paint bath viscosity.

  There is no coating buildup on hangers because a cured autodeposited film is inert to further reaction. Furthermore, since the coating process relies on chemical reaction, coating of all hidden or recessed areas occurs with even coverage.

پوشش از لبه های تیز دور نمی­شود، پوشش ها را به طور مساوی بر روی سطوح ماشینکاری (به عنوان مثال، اتصال دهنده های رشته ای) انجام می دهد  و فارغ از نحوه اجرا، سقوط  و نقایص مشابه است.

The coating does not pull away from sharp edges, coats evenly over machined surfaces (e.g., threaded fasteners), and is free from runs, sags, orange peel, and similar defects.

 این اثر از طریق بازتوزیع پائین فیلم مرطوب افزایش می یابد که باعث حذف مواد شناور اضافی توسط آب شستشو قبل از آماده سازی در آون شود.  به دلیل حذف فرایند آماده سازی فسفات مراقبت بسیار کمتری مورد نیاز بوده و انرژی مصرفی کمتر خواهد بود.

This effect is enhanced by the low redispersibility of the wet film, which allows water rinsing to remove excess supernatant prior to oven cure. Very low maintenance is required and energy use is reduced because of the elimination of the phosphate pretreatment process.

ز آنجاییکه واکنش خودانباشتگی  تحت کنترل نفوذ قرار می گیرد، فیلم شناور بر روی قطعات تازه پوشانده شده از حمام به رسوب دادن جامدات رنگی ادامه می دهد.

 Finally, autodeposition is environmentally benign with low or no VOC emission or heavy metal effluent. No fire hazards are present.

Since the autodeposition reaction is diffusion controlled, the supernatant film on freshly coated pieces lifted from the bath continues to deposit paint solids.

در نتیجه، حداقل از دست دادن   (یعنی بازده انتقال متوسط ​​95٪) مواد جامد به آب  پس از حمام پوشش، وجود دارد.

این اثر بیشتر با عدم وجود نیروی خارجی (به عنوان مثال جریان الکتریکی) افزایش می یابد که باعث افزایش غلظت جامدات در سطح غوطه ور کارمی شود.

As a result, there is minimal loss (i.e., transfer efficiency averaging 95%) of solids to the water rinse following the coating bath.

This effect is further enhanced by the absence of any external force (e.g., electric current), which would increase the concentration of solids at the immersed surface of the work.

از آنجایی که مواد جامد حمام فقط در وزن 5 تا 7 درصد حفظ می شوند، اثرات کششی آن حداقل است

خودانباشتگی  یک وسیله ی متنوع برای پوشش قطعات و مجموعه های پیچیده است

Since bath solids are maintained at only 5% to 7% by weight, any dragout effects are minimal.

Autodeposition is a versatile means of coating complex parts and assemblies.

 For example, in the automotive industry, the following parts are coated by autodeposition: jacks, brake backing plates, fan blower housings, suspension components, headlamp mounting assemblies, intermediate steering shafts,  leaf springs (individual and as assemblies), power brake booster housings, seat frames, seat tracks, and miscellaneous brackets, connectors, and fasteners

برخی از نمونه های غیرخودکار شامل اجزای مبلمان اداری (مانند اسلاید کشویی،

قاب فایل ها)، لوازم جانبی ، ابزار دست، تجهیزات ورزشی، و مبلمان پاسیو هستند.

Some nonautomotive examples include office furniture components (e.g., drawer slides,

file frames), appliance accessories, hand tools, exercise equipment, and patio furniture

ملاحظات تجهیزاتی

تمام مراحل برای فرایند خودانباشتگی، به استثنای مخزن پوشش، همانند کسانی است که در سایر فرایند آبکاری استفاده می­شوند و در اینجا مورد بحث نیستند

به همین دلیل، تکمیل یک سیستم پوشش موجود به خودانباشتگی می تواند نسبتا ساده باشد. نظرات زیر مربوط به مخزن پوشش تنها می باشد.

EQUIPMENT CONSIDERATIONS

All of the stages for an autodeposition process, with the exception of the coating tank, are identical to those employed in other finishing processes and are not discussed here.

 For this reason, retrofit of an existing coating system to autodeposition can be relatively simple. The following comments pertain to the coating tank alone

مواد ساخت:

مخزن پوشش یک مخزن فولادی ملایم آستر شده  با مواد مقاوم در برابر اسید است. برای جلوگیری از آسیب به آستر توسط قطعات یا قفسه سقوط به مخزن، توصیه می شود از مواد با مقاومت بالا ضربه استفاده کنید.

به طور متداول، لاستیک های سه تایی (نرم، سخت، نرم به کار گرفته شده اند.

Materials of Construction:

The coating tank is a mild steel tank lined with an acid-resistant material. To avoid damage to the liner by parts or racks falling into the tank, it is advisable to use materials with high impact resistan.

Traditionally, three-ply (soft, hard, soft) rubbers have been employed.

برانگیختگی: براگیختگی ملایمی در حمام پوشش توسط مخلوط کن های فضا دار و با فرکانس متناوب   ACبا 5/0 اسب بخار ایجاد می شود.

جابجایی فقط زمانی که قطعات در مخزن رنگ هستند و ممکن است در زمان خرابی به کاهش یا متوقف شوند،  لازم است  زیرا  هیچ گونه نشست رنگ در دوره های کوتاه مدت (به عنوان مثال، 2-3 هفته) اتفاق نمی افتد.

Agitation:

A gentle agitation of the coating bath is provided by properly spaced mixers with AC variable frequency drive (0.5-hp motors typical).

Agitation is required only when workpieces are in the paint tank and may be decreased or stopped during downtime since no paint settling will occur in short periods (e.g., 2-3 weeks(.

تجهیزات خنک کننده:

دمای حمام بایستی در محدوده 68 تا 72 درجه فارنهایت نگه داشته شود،  سیم­پیچ­های گرم کننده/خنک کننده در حمام بایستی

1)     به عنوان عامل حفاظت در برابر گرما یا سرمای تصادفی سیستم.

2)     و ایجاد  شرایط دمایی مناسبی در سیستم

3)     فعالیت کنند.

حتی اگر یک حمام برای پردازش فلز با سرعت بالا مورد استفاده قرار گیرد، هیچ افزایش دمای قابل اندازه گیری به دلیل واکنش شیمیایی گرمازا رخ نخواهد داد.

Cooling Equipment:

The temperature of the bath should be controlled in the range of 68 to 72°F. Heating/cooling coils in the bath are required (1) as a safeguard against accidental heat/cold carry-in; or

(2) if ambient plant conditions warrant heating or cooling).

 Even when a bath is used to process metal at a high rate, there is no measurable temperature increase due to exothermic chemical reactions.

تهیه شده در واحد پژوهش و گسترش جلاپردازان پرشیا

Prepared by research and development unit of jalapardazan Persia

بهمن 96