پوشش های فسفاته

فسفاته کاری فرآیندی است که با اهداف تجاری صورت می پذیرد. بر اثر اجرای این فرآیند، پوشش های پایدار و غیر قابل حل فسفات های آهن، روی، منگنز، نیکل و یا در بعضی موارد، مخلوط هایی از فسفات های این کاتیون ها، بر روی سطح پایه ایجاد می شوند. سطوح پایه در فسفاته کاری فولاد یا فولادهای پوشش یافته از روی و یا در بعضی مواقع آلیاژهای آلومینیوم هستند.

عامل تسریع کننده

 در عملیات فسفاته کردن عوامل تعیین کننده زمان تشکیل پوشش روی سطح فلز عبارتند از: نسبت سطح اولیه آند بر روی سطح مناطق کاتدی، دما، شرایط سطح و غیره. سرعت فسفاته کردن پس از مدتی معین به سمت صفر میل کرده و تشکیل پوشش متوقف می شود. در حمام های معمولی عمل فسفاته کردن 30 الی 90 دقیقه به طول می انجامد که این فرآیند را به عنوان عملیات کند ( بدون تسریع کننده) می شناسیم. با اضافه کردن مواد خاصی می توان سرعت تشکیل لایه را افزایش و مدت زمان آن را به 2 الی 15 دقیقه کاهش داد که به این عملیات، فسفاته کردن تسریع شده می گویند.

 فرآیندهای فسفاته کاری سریع

 در فرآیندهای فسفاته کاری، سرعت لازم برای آن که سطح آهن به طور کامل توسط محلول پوشش پیدا کند اهمیت دارد در غیر این صورت زمان تشکیل رسوبات تا یک ضخامت دلخواه چندان اهمیت ندارد. چنانچه واکنش فسفاته کاری را به صورت مجزا و بر وفق اکسیداسیون آهن و کاهش یون های فسفات بنویسیم

     Fe  ----->    Fe⁺² + 2e^-

      6H⁺ + 2Po₂^-2 + 2e^-   ------>      H_{2 +} 2H₂Po^-₂

در نتیجه در فسفاته کاری واکنش های آندی و کاتدی به طور مجزا در سطح فلز عملی می شوند. باید توجه داشت که چون بر اثر واکنش کاتدی، از غلظت اسید فسفریک آزاد به صورت موضعی کم می شود در نتیجه تشکیل رسوبات فسفات دی بازیک و تری بازیک ) نمک خنثی(  در همان مکان ها، امکان پذیر می باشد.

در حالی که انجام واکنش کاتدی، با آزاد شدن هیدروژن همراه است، که آزاد شدن گاز هیدروژن مانع از توسعه و استقرار پوشش در سطح فلز می شود. برای آنکه مانع از آزاد شدن گاز هیدروژن شوندلازم است واکنش را دپالاریزه نمود یعنی یک ترکیب اکسید کننده نظیر H₂O₂ اضافه نمود.

چنانچه در محلول های اسیدی از نیترید سدیم استفاده شود واکنش پلاریزه کننده پیچیده تر خواهد شد زیرا میزان اسیدیته ترکیبات اکسیژنه ازت نسبت به اسید فسفریک ضعیف تر است و لذا می تواند در واکنش پلاریزه کننده دخالت کند. مطابق واکنش زیر:

2NaNo₂ + 2H₃Po₄ + H₂      ----->        2NaH₂Po₄ + 2H₂O + 2No

پلااریزاسیون واکنش کاتدی، به نوبه خود باعث تشویق واکنش آندی می شود و لذا مکان های واکنش کاتدی وسعت یافته و در نتیجه سطح بیشتری از فلز پوشش پیدا می کند.

 فسفاته کردن تسریع شده در دماهای بالا

 حمام فسفاته کردن تسریع شده علاوه بر فسفات اولیه و اسید فسفریک، شامل افزودنی های خاصی است که تشکیل پوشش ها را تسریع می کند. این تسریع کننده ها اکثرا مواد اکسید کننده هستند مانند نیترات ها، نیتریدها، کلرات ها و کرومات ها و غیره. اضافه کردن این مواد به حمام، مدت زمان تشکیل پوشش را به 2 الی 15 دقیقه کاهش می دهد همچنین حجم لجن تولیدی در حمام های فسفاته حاوی تسریع کننده به مراتب کمتر از حمام های بدون تسریع کننده است و علت آن هم عمدتا ناشی از رسوب فسفات فلزی می باشد. در طول عملیات مقدار کاتیون موجود در محلول حاوی تسریع کننده پس از یک کاهش اولیه در سطح ثابتی باقی می ماند. در این حمام ها پوشش ها ترکیب خود را بدون توجه به مساحت سطح فسفاته شده، ثابت نگه می دارند. به علت وجود یک ترکیب ثابت در محلول در عملیات فسفاته کاری تسریع شده خواص مقاومت به خوردگی پوشش در طول عملیات تغییر نمی کند.

در حمام های جدید فسفاته کاری، معمولاً از چند ماده تسریع کننده و مقداری مواد اصلاح کننده مانند ترکیبات کلسیم، اکسیدهای آلی، بورات ها، فلوئوریدها و..... استفاده می شود. این عملیات فسفاته کردن را در دماهای پایینتر (40 تا 80 درجه سانتی گراد) امکان پذیر می کند.

 فسفاته کردن بدون تسریع کننده

حمام های فسفاته اولیه روی، منگنز یا آهن و مقداری اسید فسفریک جهت ایجاد یک pH مناسب است. رسوب فسفات های ثانویه یا ثالث تنها در محدوده خاصی از pH رخ می دهد. لجن تشکیل شده در طول عملیات فسفاته کردن در حمام بدون تسریع کننده زیاد است. قوانین سرعت برای تشکیل پوشش پیشرفت تشکیل پوشش با زمان به صورت علمی و تئوری، مهم و با اهمیت است که به وسیله ویژگی های ذیل مشخص می شوند:

• دوره هسته زدایی با سرعت بسیار پایین تشکیل پوشش
• آغاز خواص پوشش
• افزایش به صورت توابع نمایی
• رشد لایه ای پوشش بعدی

طی دوره هسته زایی در نتیجه این که pH محلول پوشش به سمت خنثی شدن حرکت می کند، اچ کردن فلز نیز اتفاق می افتد. در همین زمان، این پوشش شروع به افزایش می کند. فوق اشباع شدن با مواد متشکله پوشش همین که دارای ثبات مختصر می شود غلظت افزایش می یابد، تولید هسته آسان می شود و در نقطه ای مرحله دوم در فرآیند پوشش آغاز می شود از این نقطه به بعد حذف فلز به وسیله اچ شدن و کریستالیزاسیون در بیرون پوشش به صورت رفت و برگشت انجام می گیرد. با افزایش وزن پوشش به صورت تابع نمایی با زمان بسته به سایر مواد تشکیل دهنده وان، فرآیند پوشش می تواند به سرعت متوقف گردد یا ادامه یابد. برای یک زمان قابل ملاحظه، مگر این که رابطه غیر نمایی با زمان داشته باشیم. افزایش بعدی در پوشیده شدن سطح با پوشش فسفاته سرعت اچ شدن را کاهش می دهد. به هر حال به علت وجود تخلخل در پوشش فسفاته سرعت اچ شدن هرگز به صفر میل نمی کند.

انواع تسریع کننده ها:

1. تسریع کننده شیمیایی
2. تسریع کننده الکتروشیمیایی
3. تسریع کننده مکانیکی

 فسفانه کردن با تسریع کننده های شیمیایی

در عملیات فسفاته کاری برای افزایش سرعت واکنش از تعدادی از عوامل اکسید کننده نظیر نیترات ها، نیترید ها، کلرات ها و غیره و یا عوامل احیا کننده نظیر هیپوفسفیت، فسفیت، زیولید و غیره استفاده می کنند. نیترات ها متداول ترین نوع تسریع کننده های فرآیند فسفاته کاری می باشند. مصرف نیتریت به همراه نیترات در حمام هایی با دمای اتاق کاربرد وسیعی دارند اما در دماهای بالا بسیار ناپایدار می باشند. در حمام های جدید از شتاب دهنده های مانند آب اکسیژنه و پربورات نیز استفاده می شودکه باعث کاهش اسید آزاد و همچنین کاهش حجم لجن حاصله در طول عملیات می گردد.

فسفاته کردن با تسریع کننده های الکتروشیمیایی

عملیات کاتدی به طور قابل ملاحظه ای فسفاته کاری را تسریع می کند و در این فرآیند اگر از جریان متناوب استفاده گردد نتایج بهتری حاصل می شود. البته پوشش های الکتروفسفاته به علت وجود جریان دارای تخلخل بیشتری می باشند. این پوشش ها به علت وجود بلورهای بسیار ریز و همچنین نازک بودن دارای خاصیت حفاظتی مناسبی نسبت به دیگر پوشش های فسفاته می باشند.

 فسفاته کاری با تسریع کننده های مکانیکی

در این روش با استفاده از پاشش محلول شیمیایی بر روی قطعات و تجهیزات زمان حاصل از نفوذ سازنده های خاص در محلول از بین رفته و به طور هم زمان سطح آهن و محلول اکسید می شود.

منبع: http://iranplating.com/Archive/63.pdf