پوشش فسفات از لایه‌های کریستالی نازکی از ترکیبات فسفات ساخته می‌شود که به سطح زیرلایه فلزی می‌چسبند و به آن پوشش تبدیل فسفات نیز گفته می‌شود که یک عملیات شیمیایی است که برای قطعات فولادی اعمال می‌شود و یک لایه نازک چسبنده از آهن، روی یا آهن ایجاد می‌کند. فسفات منگنز، برای دستیابی به مقاومت در برابر خوردگی، روانکاری، یا به عنوان پایه ای برای پوشش های بعدی یا رنگ آمیزی. کریستال های فسفات متخلخل هستند و می توانند از محلول های روی، منگنز یا فسفات آهن تشکیل شوند. هر یک از این سه نوع پوشش فسفاتی با خواص کمی متفاوت مانند اندازه کریستال و ضخامت پوشش ایجاد می کند. این اجازه می دهد تا پوشش تخصصی تری برای کاربرد خاص مورد نیاز برای بخشی از سازه انتخاب شود. این پوشش ها معمولاً روی فولاد کربنی، فولاد کم آلیاژ و چدن اعمال می شود. این پوشش با اسفنج زدن، پاشیدن یا غوطه ور کردن بستر در محلولی از اسید فسفریک رقیق ترکیب شده با سایر مواد شیمیایی که به فرآیند پوشش کمک می کنند، تشکیل می شود. پوشش‌های فسفات را می‌توان روی روی، کادمیوم، آلومینیوم، قلع و فولاد گالوانیزه نیز اعمال کرد، اما به سختی می‌توان روی موادی با آلیاژهای بالا که اغلب در برابر اسید فسفریک مصون هستند، استفاده کرد. اجزای اصلی محلول فسفاته عبارتند از:
√ اسید فسفریک (H3PO4)
√یون ها (کاتیون های) فلزات دو ظرفیتی: Zn2 پلاس، Fe2 پلاس، Mn2 پلاس
√شتاب دهنده - یک معرف اکسید کننده (نیترات، نیتریت، پراکسید) که سرعت فرآیند پوشش را افزایش می دهد و اندازه دانه را کاهش می دهد.
فسفاته کردن یکی از رایج ترین انواع پوشش های تبدیلی است که به آن پوشش فسفاته، فسفاته کردن یا فسفاته کردن نیز می گویند. همچنین با نام تجاری Parkerizing نیز شناخته می شود، به ویژه هنگامی که برای سلاح گرم و سایر تجهیزات نظامی به کار می رود. اولین کار بر روی فرآیندهای فسفاته توسط مخترعان بریتانیایی ویلیام الکساندر راس، ثبت اختراع بریتانیایی 3119، در سال 1869، و توسط توماس واتس کاسلت، ثبت اختراع بریتانیا 8667، در سال 1906 توسعه یافت. Coslett، از بیرمنگام، انگلستان، متعاقباً یک اختراع ثبت کرد. بر اساس همین فرآیند در آمریکا در سال 1907، که در سال 1907 به ثبت اختراع 870937 ایالات متحده اعطا شد. اساساً فرآیند فسفاته کردن آهن با استفاده از اسید فسفریک ارائه شد. یک درخواست ثبت اختراع بهبودیافته برای فسفاته کردن منگنز که تا حد زیادی بر اساس این فرآیند اولیه فسفاته کردن آهن بریتانیا بود، در سال 1912 در ایالات متحده ثبت شد و در سال 1913 به فرانک روپرت گرانویل ریچاردز به عنوان اختراع 1,069,903 ایالات متحده صادر شد.
فرآیند فسفاته کردن چیست؟
این فرآیند از حلالیت کم فسفات ها در pH متوسط یا بالا بهره می برد و حمام محلولی از اسید فسفریک (H3PO4) است که حاوی کاتیون های آهن، روی یا منگنز مورد نظر و سایر مواد افزودنی است. اسید با فلز آهن واکنش می دهد و هیدروژن و کاتیون های آهن تولید می کند:
Fe به علاوه 2 H3O به علاوه → Fe2 به علاوه H2 به علاوه 2 H2O
پروتون های مصرف کننده واکنش، pH محلول را در مجاورت سطح بالا می برد تا در نهایت فسفات ها نامحلول می شوند و روی آن رسوب می کنند. واکنش اسید و فلز همچنین باعث ایجاد فسفات آهن در محل می شود که ممکن است رسوب کند. هنگام رسوب فسفات روی یا فسفات منگنز، فسفات آهن اضافی ممکن است ناخالصی نامطلوب باشد. هنگامی که یک پانل فولادی به محلول فسفاته (به عنوان مثال فسفات روی) وارد می شود، یک واکنش توپوشیمیایی انجام می شود که در آن انحلال آهن در میکرو آندهای موجود روی بستر توسط اسید فسفریک آزاد موجود در حمام آغاز می شود. مصرف اسید فسفریک برای واکنش باعث کاهش اسیدیته محلول در لایه مجاور سطح فلز می شود. حلالیت فسفات روی در محلول خنثی شده کاهش می یابد و منجر به رسوب نمک و رسوب آن بر روی سطح بستر می شود:
تفاوت بین فسفات منگنز، فسفات روی و فسفات آهن چیست؟
1. پوشش فسفاته منگنز
این پوشش فسفاته سخت ترین، مقاوم ترین، ضد زنگ، صاف، یکنواخت و مقاوم در برابر سایش است. این یک سطح جذب کریستالی را تشکیل می دهد و برای بسترهایی که باید در برابر سایش مقاوم باشند مانند یاتاقان ها، بوش ها، واشرهای رانش و بست ها ایده آل است. عامل پوشش فسفات منگنز همچنین سطح تحت درمان را روغن کاری می کند و آن را به یک پوشش فسفات مناسب برای صنعت خودرو تبدیل می کند: موتور کشویی و متحرک و قطعات انتقال از اثر روان کنندگی منگنز بهره می برند. این روکش نیازی به پوشش بالایی ندارد و برای افزایش خواص، پوشش اغلب با موم یا روغن تکمیل می شود. پوشش فسفات منگنز در مواقعی اعمال می شود که مقاومت در برابر سایش و خاصیت ضد گالینگ مورد نیاز باشد و همچنین دارای توانایی حفظ روغن است که باعث بهبود بیشتر خواص ضد اصطکاک و ایجاد مقاومت در برابر خوردگی به قطعات پوشش داده شده می شود.
2. پوشش فسفات آهن
اقتصادی ترین گزینه با غوطه وری یا اسپری است. زمانی اعمال می شود که چسبندگی قوی نقاشی بعدی مورد نیاز باشد. برخلاف محلول‌های پوشش‌های فسفات روی و فسفات منگنز که در آن یون‌های فلزی جزء ترکیب هستند، در محلول‌های فسفات آهن، یون‌های آهن توسط بستر حل‌شونده تامین می‌شوند. فولاد، روی و آلومینیوم همگی بسترهای مناسبی برای پوشش فسفات آهن هستند و در مورد نوع زیرلایه، انعطاف پذیرترین گزینه هستند. قیمت فسفاته آهن به وضوح کمتر از هزینه های خدمات فسفاته روی و منگنز است و فسفاته کردن آهن مانند روی، پرایمر رایج برای پوشش پودری است. با این حال، با وجود اینکه مقاومت در برابر خوردگی و چسبندگی نزدیک به یکدیگر هستند، تا حد زیادی بادوام نیست. بنابراین پوشش فسفات آهن تنها برای پروژه هایی که نیاز به کیفیت فوق العاده بالایی ندارند و باید با بودجه کم اجرا شوند توصیه می شود. به عبارت دیگر، برای اکثر پروژه های دریایی و دریایی که به طور مداوم در معرض عناصر هستند، مناسب نیست. مزایای آشکار عبارتند از:
√ کمترین هزینه تولید فسفاته،
√سطوح معمولی روغنی را در دمای پایین چربی زدایی می کند.
√هزینه نگهداری کم
√ روکش ها:پوشش پودری, رنگ مایع
3. پوشش فسفات روی
این متداول ترین روش پیش تصفیه فسفاته برای فولاد و آهن با غوطه وری یا اسپری است. به اندازه منگنز مقاوم در برابر خوردگی یا روان کننده نیست، اما عملکرد مقاومت در برابر خوردگی را می توان با روکش های مختلف افزایش داد. فرآیند فسفاته روی دارای قابلیت تبدیل سطح فلز به یک پوشش غیرفلزی و پلی کریستالی حاوی آهن، منگنز، نیکل و فسفات روی است که مقاومت قلیایی بالایی ایجاد می کند. به عنوان پایه رنگ با چسبندگی عالی برای رنگ پودری، پوشش های الکتروفورتیک یا رنگ مایع ترجیح داده می شود و محافظت در برابر خوردگی عالی را ارائه می دهد و پوشش فسفات روی به عنوان بهترین آستر ممکن برای پودرها و رنگ های مایع در کنار گالوانیزه محسوب می شود. عامل پوشش فسفاته روی پوشش بسیار سبک تری نسبت به منگنز ایجاد می کند و بنابراین برای پروژه هایی که وزن فلز نباید تحت تأثیر قرار گیرد مفید است. این پوشش همچنین رایج ترین راه حل برای پرایمینگ فلز برای پوشش های پودری پس از سندبلاست بستر است. این مقدار کمی گرانتر از فسفاته کردن آهن است، اما کیفیت بهتری را برای طول عمر بیشتر فراهم می کند. روی فسفات برای تولید پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی استفاده می‌شود که معمولاً به عنوان بخشی از فرآیند آبکاری یا به عنوان رنگدانه آغازگر اعمال می‌شوند. به طور متوسط با آب واکنش می دهد و با منابع روی محلول در اسید است و به آن اجازه می دهد مقاومت خوبی در برابر رطوبت و خواص جایگزینی گالوانیکی داشته باشد.
در اکثر عملیاتی که مقاومت به خوردگی قطعات کار تمام شده باید به ویژه بالا باشد، پوشش‌های تبدیلی با استفاده از فسفات روی اعمال می‌شوند. این رویکرد به طور گسترده در کارهای سیم کشی، صنعت خودرو و در بخش های خاصی از صنایع لوازم خانگی و الکترونیک استفاده می شود. به طور مشابه، فسفاته روی اغلب توسط نیروهای مسلح مشخص می شود، به ویژه برای تجهیزاتی که ممکن است در معرض محیط های شدید قرار گیرند. سه مرحله اصلی در پیش تصفیه فلزات با پوشش تبدیل فسفات روی وجود دارد: تمیز کردن و فعال کردن سطح فلز، اعمال لایه تبدیل و آب بندی / پس از غیرفعال کردن. مزایای پوشش فسفات روی عبارتند از:
√ جلوگیری از سایش ناشی از اصطکاک قبل از فرآیندهای تشکیل فلز مانند کشش سرد، آهنگری سرد، کشش عمیق.
√مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی را با روغن کاری محافظ افزایش دهید.
√مقاومت در برابر خوردگی (در ترکیب با سایر پوشش ها)، لایه بدون درز، صاف و نازک.
√مناسب برای پوشش های مختلف: لایه های روغن، موم ضد خوردگی یا روان کننده ها (مانند فلوروپلیمرها) انواع مختلف پوشش پودری.
√چسبندگی عالی برای رنگ پودری، پوشش های الکتروفورتیک یا رنگ مایع و عایق الکتریکی ایجاد می کند.
√پیش تصفیه ایده آل برای محیط های سخت مانند مناطق دریایی یا صنعتی آلوده.
فرآیندهای فسفاته روی ازروکش روی, حفاری گرم گالوانیزهیاsherardizedمحصولات هستند
√ راه اندازی
√چربی زدایی و تمیز کردن سطح
√فعال سازی
√فسفاته روی
√شستشو
√منفعل شدن
√خشک کردن
استفاده از پوشش فسفات روی منجر به ایجاد لایه ای از فسفات های کریستالی و نامحلول (1-20μ) می شود که یک لایه متخلخل ایجاد می کند که از امید، فسفوفیلیت و سایر ترکیبات روی فسفات تشکیل شده است که با پوشش گالوانیزه گرم، روی ترکیب می شود. روکش آبکاری یا روکش شراردیزه شده از طریق فرآیند ذکر شده در بالا. از آنجایی که پوشش فسفات روی بی رنگ است، رنگ های خاکستری آن نتیجه بازتاب است. این بدان معنی است که پوشش تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش قرار نمی گیرد. آن را از هرگونه نگرانی در مورد مقاومت در برابر آب و هوا مبرا می کند. علاوه بر این، تخلخل بالای پوشش فسفات روی باعث القای دی اکسید کربن و ذرات آب در اتمسفر می شود و به آن اجازه می دهد تا برای تشکیل پوششی از کربنات روی پایه که به عنوان رنگ های خاکستری در طول زمان ته نشین می شود، واکنش نشان دهد.
با این حال، باید بدانیم که حتی اگر پوشش‌های فسفاته چسبندگی خوب و مقداری محافظ ایجاد می‌کنند، وقتی پوشش آسیب می‌بیند، خوردگی به سرعت در سطح فلز باز شروع می‌شود، زیرا فسفات‌های با حلالیت پایین در مقایسه با کرومات‌ها قدرت بازدارندگی کافی ندارند و بنابراین نمی‌توانند. خود ترمیم ناحیه آسیب دیده را فراهم می کند. با این وجود، زمانی که پوشش فسفات شامل فسفات های محلول است که می تواند از پوشش خارج شده و در محل های معیوب رسوب کند، اثر خود ترمیمی را می توان مشاهده کرد، همانطور که آرامکی (2003) نشان داد.
