بخشی از مقاله
آماده كردن فلزات براي استفاده در ساخت بدنه خودرو
علاوه بر ساختار شيميايي فلزات، ساختار سطح فلزات نيز بر روي خواص ظاهري سيستم رنگي كه در مراحل بعد اعمال مي‌شود مؤثر مي‌باشند. ساختار سطح فلزات كم و بيش متأثر از پروسه توليد فلزات و نحوه شكل دهي آنها مي‌باشد. به همين دليل زبري سطح فلز را طي عمليات تميزكاري بوسيله برس زني، سندينگ و بلاستينگ بوسيله ذرات فولادي يا سند، تغيير مي‌دهند، تا بوسيله ايجاد زبري مناسب خواص سيستم رنگ را بهبود دهيم.
از آنجا كه خواص ظاهري و حفاظتي لايه‌هاي رنگ كه در مراحل بعد اعمال مي‌شوند وابستگي شديدي به ساختار سطح فلزات دارد، به همين علت در نظر گرفتن فاصله قله تا دره و اختلاف بين بلندترين قله و عميق‌ترين دره اهميت بالايي دارد.
در صورتيكه زبري سطح فلز زياد باشد حتي بعد از اعمال لايه‌هاي مختلف رنگ مي‌توان به وضوح تأثير آن را پس از اعمال رنگ رويه مشاهده كرد. در شكل زير يك نمونه از ميزان تأثير زبري سطح بدنه بر روي زبري لايه‌هاي مختلف رنگ، را مي‌توان مشاهده كرد.
علاوه بر برخي مواد مورد استفاده در ساخت يك قطعه صنعتي همانند ساختار سطح و نحوه آماده‌سازي، يكي از عوامل ديگري كه به شدت بر روي كيفيت سيستم رنگ و در نتيجه خواص حفاظتي و ظاهري رنگ يك قطعه صنعتي اثر مي‌گذارد نحوه اتصال و طراحي قطعه صنعتي مي‌باشد. در صورتيكه يكي از اهداف رنگ‌آميزي حفظ كيفيت رنگ در درازمدت باشد، طراحان صنعتي بايد به قوانين معيني در طراحي قطعات صنعتي دقت كنند. اين قطعات صنعتي ممكن از مواد مختلفي همانند چوب، كامپوزيت‌ها، فولاد يا ساير فلزات و پلاستيك يا ساير تركيبات ساخته شده باشند.
به خصوص طراحي مناسب قطعات ساخته شده از چوب به منظور جلوگيري از ايجاد استرس‌هاي حاصل از رطوبت و در نتيجه ترك خوردن چوب اهميت ويژه‌اي دارد. در عين حال بايد طراحي قطعه به گونه‌اي باشد كه بتوان لايه‌هاي مختلف رنگ را با ضخامت يكنواخت بر روي قطعه اعمال كرد و داراي حداقل مقدار اختلاف ضخامت باشيم.
ارتباط بين طراحي مناسب و پايداري رنگ را مي‌توان به وضوح در ساخت پنجره‌ها مشاهده كرد. در هنگام طراحي پنجره بايد مطمئن باشيم كه آب براحتي از روي پنجره خارج مي‌شود و آب بر روي
پنجره باقي نمي‌ماند. به منظور اطمينان از خروج آب مي‌توان در برخي مناطق سوراخ‌هايي تعبيه كرد يا به اين مناطق حالت شيب‌دار دهيم تا آب در اين محل‌ها باقي نماند. همه لبه‌هاي تيز بايد داراي انحنا شوند زيرا هرچه لبه تيزتر باشد ضخامت رنگ در آن مناطق كمتر مي‌باشد. بنابراين با ايجاد انحنا در اين مناطق سعي مي‌كنيم تا به ضخامت مناسبي از فيلم رنگ دست يابيم. همچنين بايد
برخي نواحي با سيلرهاي مناسب پر شوند. سيلرهاي مورد استفاده بايد خاصيت الاستيته خود را براي مدت‌هاي طولاني حفظ كنند زيرا هميشه يك پنجره تحت اثر استرس‌هاي دائمي مي‌باشد.
قطعات فلزي اغلباً داراي شكل بسيار پيچيده و داراي نقاط اتصال، بوسيله جوشكاري و پرچ نمودن مي‌باشند در عين حال داراي حفره و شيارهاي متعددي مي‌باشند. بدنه خودرو نيز داراي اين ويژگي ها مي‌باشد. وجود نقاط نوك تيز در يك قطعه فلزي باعث مشكل شدن فرآيند رنگ آميزي آن
ميگردد. حفره‌هاي سربسته يا حفره‌هايي كه به سختي قابل دسترسي مي‌باشند بايد توسط مواد مناسب پر شوند يا اينكه توسط طراحي مناسب يا ايجاد سوراخ براي ورود رنگ به داخل آنها قابل دسترس شوند. زماني كه اعمال رنگ بصورت غوطه وري صورت گيرد همانند اعمال آستر بايد طراحي خودرو به گونه‌اي باشد كه مناطقي براي جمع شدن رنگ وجود نداشته باشد وجود اين مناطق علاوه بر هدر رفتن رنگ باعث كاهش ضخامت فيلم رنگ در اين مناطق و در نتيجه كاهش
مقاومت خوردگي رنگ و در عين حال عيوب فراوان ديگري براي لايه آستر مي‌شود. در صورت بروز اين عيوب در يك لايه آستر مجبور به رفع عيب از نقاط معيوب مي‌باشيم كه نتيجه آن افزايش هزينه‌هاي رفع عيب، افزايش تعداد نيروي انساني مورد نياز براي رفع عيب، افزايش طول سالن رنگ و افزايش ساير هزينه‌ها و در عين حال كاهش سرعت توليد خط خودرو ميگردد. به علت اينكه دلايل بروز اين عيوب، روشهاي رفع عيوب احتمالي داراي جزييات فراوان مي‌باشد و در عين حال تعداد عيوب احتمالي نسبتاً زياد مي‌باشد به همين دليل در اين كتاب در مورد اين مسائل صحبت نمي‌كنيم
و فقط به بيان كليات اكتفا مي‌كنيم. تبديل نقاط نوك تيز به نقاط داراي انحناء نيز اهميت ويژه‌اي دارد زيرا همانطور كه گفته شد ضخامت لايه‌هاي رنگ در لبه‌هاي نوك تيز پايين مي‌باشد كه نتيجه آن كاهش خواص حفاظتي سيستم رنگ در اين نقاط مي‌باشد.
بعضي از نقاط ضعف نيز بايد توسط طراحي مناسب برطرف شوند. بعنوان مثال در قسمت جلوي خوردو احتمال ضربات متمادي سنگ ريزه وجود دارد. در اين حالت شكل مناسب گلگير تا حدي باعث كاهش اين عيب ميگردد. يكي از روشهاي ديگر كاهش اين عيب استفاده از مواد مناسب در قسمت جلوي خودرو و معمولاً فلزات مقاوم در برابر سنگ ريزه و قطعات پلاستيكي بجاي قطعات فولادي مي‌باشد.
استفاده از تركيبي از مواد مختلف در طراحي قطعات مختلف خودرو باعث بهبود خواص مدنظر از آن قسمت ميگردد. همانطور كه قبلاً گفته شد در هنگام استفاده از فلزات مختلف در طراحي يك قسمت از خودرو، جلوگيري از ايجاد سل‌هاي محلي به منظور افزايش مقاومت خوردگي خودرو اهميت به سزايي دارد. در كل مي‌توان نكات بسيار مهم در طراحي يك بدنه خودرو براي بالا بردن كيفيت سيستم رنگ خودرويي را بصورت زير بيان كرد:
- از ايجاد نقاطي كه آب بتواند در آن نواحي براي مدت طولاني باقي بماند جلوگيري كنيم.
- از ايجاد مناطقي كه رنگ براحتي نتواند در آنها نفوذ كند يا پس از نفوذ رنگ، در آن مكان‌ها باقي بماند خودداري كنيم.
- نقاط نوك تيز را به نقاطي با انحناي مناسب تبديل كنيم.
- وابسته به نيازهاي مدنظر، در هر قسمت از خودرو از مواد مناسب استفاده كنيم.
- مانع از وقوع خوردگي گالوانيكي، كه در اثر اتصال فلزات مختلف حاصل ميگردد، شويم.
آماده‌سازي بدنه خودرو
مقدمه:
پس از توليد ورقه‌هاي فلزي، همانطور كه گفته شد به علت ناپايداري فلزات و تبديل آنها به تركيبات فلزي پايدار، سطح فلز را توسط روغن‌هاي مقاوم در برابر خوردگي مي‌پوشانند تا مانع از تغيير ساختار شيميايي فلز در اثر واكنش‌هاي شيميايي گرديم به همين علت قبل از آغاز پروسه رنگ‌آميزي تميز كردن سطح بدنه خودرو از آلودگي‌هاي مختلف ضروري مي‌باشد، زيرا در غير اين صورت چسبندگي سيستم رنگ به سطح بدنه خودرو و به شدت كاهش مي‌يابد. وابسته به طبيعت قطعه فلزي كه بايد رنگ‌آميزي شود، پروسه‌هاي تميزكاري و آماده‌سازي مختلفي قبل از پروسه رنگ‌آميزي صورت مي‌گيرد. بنابراين تميز كردن سطح فلز از آلودگي‌هايي همانند ميل اسكيل،
لايه‌هاي اكسيدي و روغن‌هاي مقاوم در برابر خوردگي، روغن‌هاي پرس و ... ضروري است. تميزكاري مكانيكي اغلباً توسط وسايلي همانند برس، عمليات سندينگ يا بلاستينگ صورت مي‌گيرد. براي تميز كردن ناخالصي‌هاي آلي، از حلال‌ها يا مواد فعال سطحي استفاده مي‌شود. از روشهاي ديگر آماده‌سازي سطح اسيدشويي، فسفاته كاري و كروماته كاري مي‌باشد. انتخاب روغن‌هاي مناسب كه در مراحل آماده‌سازي براحتي تميز گردند و در عين حال تا حدي با رنگ‌ها به ويژه آستر امتزاج‌پذير باشند، باعث بهبود بازدهي فرآيند رنگ آميزي ميگردد. در صورت عدم
امتزاج‌پذيري نسبي روغن‌ها با آستر احتمال وقوع برخي عيوب در لايه آستر افزايش مي‌يابد. همانطور كه گفته شد تنها نتيجه افزايش تعداد عيوب براي يك لايه رنگ افزايش هزينه‌ها و كاهش كيفيت رنگ‌آميزي مي‌باشد. به همين دليل كليه تغييرات مدنظر در قبل از سالن رنگ همانند تغيير روغن‌هاي پرس، تغيير روغن‌هاي مقاوم در برابر خوردگي، بايد با هماهنگي مسئولان مربوط در سالن رنگ صورت گيرد.
مراحل آماده‌سازي را مي‌توان بصورت زير بيان كرد: تميزكاري، فسفاته كاري و آبكشي. مراحل تميزكاري و فسفاته كاري معمولاً در تانك‌هاي غوطه‌وري صورت مي‌گيرد اندازه تانك‌هاي غوطه وري وابسته به تعداد توليد خودرو مي‌باشد. به عنوان مثال در صورتيكه تعداد توليد بيشتر از ساعت/ بدنه 5 باشد از مخازني با حجم 450-150 استفاده ميگردد.
به منظور جلوگيري از باقي ماندن حباب‌هاي هوا درون منافذ يا مناطق داخلي خودرو و در نتيجه تضمين تشكيل لايه فسفاته و تميزكاري مناسب، معمولاً بدنه خودرو درون اين تانكها داراي حركت مي‌باشد. در سالهاي اخير در بعضي خودروسازي‌ها از روش رتوديپ كه خودرو و درون تانكها مي‌چرخد استفاده شده است.
روشهاي فيزيكي تميزكاري:
توسط تميزكاري فيزيكي امكان تغيير زبري سطح بوسيله تميز كردن ناخالصي‌هاي سطح فراهم ميگردد. توسط روشهاي برس زني و سندينگ مي‌توان محصولات خوردگي، ناخالصي‌ها يا رنگ‌هاي قديمي را تميز كرد. گاهي طي مراحل تميزكاري قسمتي از برخي از فلزات نيز رفع ميگردد. چگونگي تغييرات زبري سطح فلز وابسته به نوع ماده ساينده، نحوه طراحي برس و ميزان فشار اعمالي مي‌باشد. زماني كه سطح فلز داراي سطح بسيار نايكنواخت باشد استفاده از تجهيزات سندينگ كه فقط بصورت افقي بر روي سطح فلز اثر مي‌گذارند كمتر مفيد مي‌باشند، در اين حالت استفاده از برس‌هاي چرخنده كه علاوه بر حركت افقي داراي حركات عمودي نيز مي‌باشند داراي بازدهي بالاتري مي‌باشد.
در حال حاضر انواع مختلفي از تجهيزات سندينگ كه به صورت الكتريكي يا توسط فشار هوا و بصورت تر يا خشك عمل مي‌كنند، براي تميزكاري و عمليات زنگ زدايي مكانيكي موجودند. در اين روش از مواد ساينده از جنس آلومينا يا موادساينده مصنوعي كه توسط كربيد سيليكون پوشانده شده‌اند استفاده ميگردد.
عمليات بلاستينگ يك روش مناسب براي تميز كردن سطوح فلزي از زنگ، ميل اسكيل و پوشش‌هاي قديمي مي‌باشد. اصول كار شامل پاشش سندهاي از جنس كوارتز،
تميزكاري بوسيله مواد شيميايي:
در عمل به منظور چربي زدايي بدنه خودرو از محلول‌هاي چربي زدايي با خاصيت قليايي ضعيف استفاده ميگردد؛ اين محلول‌ها شامل مخلوطي از نمك‌ها، عوامل تر كننده سطح و امولسي فايرها مي‌باشند. دماي عملياتي در حدود 40و در موارد خاصي حتي تا 60 مي‌باشد. فرآيند چربي زدايي شامل تركيبي از روش غوطه‌وري و اسپري و در نهايت مرحله آب كشي بوسيله آب مقطر است. به نظر شما چرا بايد حتماً از آب مقطر استفاده شود نه از آب معمولي؟
استفاده از روش غوطه‌وري باعث انجام چربي زدايي اپتيمم انواع روغن‌ها همانند روغن‌هاي ضد خوردگي در مناطق داخلي خودرو و شيارهاي خودرو ميگردد اما به هر حال استفاده از روش غوطه وري نياز به مدت زمان طولاني تري نسبت به روش اسپري دارد زيرا در روش اسپري فشار حاصل از اسپري مواد تا حدي به تميز شدن آلودگي‌ها كمك مي‌كند. به نظر شما اگر براي فرآيند چربي زدايي فقط از روش اسپري يا غوطه وري استفاده گردد چه مشكلاتي و حتي چه عيوبي براي لايه هاي بعدي رنگ اتفاق مي‌افتد؟
در حال حاضر براي انجام دادن عمليات تميزكاري شيميايي، روشهاي مختلفي در صنايع مختلف استفاده مي‌شود كه انتخاب روش مناسب وابسته به فاكتورهاي متعددي مي‌باشد. انواع اصلي تميزكننده‌هاي صنعتي بصورت زير قابل طبقه‌بندي مي‌باشند:
اين روش به منظور عمليات چربي زدايي قبل از اعمال لايه فسفاته روي، زماني كه از سيستم رنگ مقاومت خوردگي بالايي انتظار داشته باشيم، استفاده ميگردد. اين روش به خصوص زماني كه آلودگي‌ها به سختي تميز شوند مفيد مي‌باشد.
تركيبات تشكيل دهنده تميز كننده‌هاي قليايي آبي بصورت زير مي‌باشند:
قلياها، كربنات‌ها، فسفات‌ها، سيليكات‌ها، برات‌ها، مواد فعال سطحي
هر كدام از اين تركيبات در حين فرآيند چربي زدايي داراي وظيفه خاصي مي‌باشند كه در اينجا از بيان توضيح در مورد وظايف آنها مي‌پرهيزيم.
تميزكننده‌هاي قليايي آبي را مي‌توان به روش اسپري يا غوطه‌وري اعمال نمود. بعنوان نمونه مي‌توان دو نمونه از پارامترهاي عملياتي آنها را بصورت زير بيان نمود:
روش اسپري:
غلظت مواد: 1-5/0 درصد
زمان چربي زدايي: 2 دقيقه
دماي عملياتي: 60-45
: 14-8
روش غوطه وري:
غلظت مواد: 5-3 درصد
زمان چربي زدايي: 15-5 درصد
دماي عملياتي: 90-60
: 14-9
همانطور كه مشاهده مي‌شود شرايط عملياتي در روش غوطه‌وري بسيار شديدتر از روش اسپري مي باشد علت اين امر همانطور كه اشاره شد، اين است كه فشار حاصل از اسپري به فرايند چربي زدايي كمك مي‌كند در حاليكه در روش غوطه وري تنها عامل چربي زدايي تماس بدنه خودرو با محلول چربي زدايي است.
اين روش زماني كه آلودگي هاي موجود بر روي قطعه به آساني تميز شوند استفاده دارند. اين روش به منظور چربي زدايي قطعاتي كه مقاومت خوردگي متوسطي مدنظر باشد، استفاده فراواني دارند. اگر آلودگي‌ها به سختي تميز شوند و مقاومت خوردگي بالايي را در نظر داشته باشيم، استفاده از تميز كننده‌هاي قليايي آبي، انتخاب اصلي مي‌باشد.
تركيبات تشكيل دهنده اين تميز كننده‌ها بصورت زير مي‌باشند:
منوآلكالي فسفات و مواد فعال سطحي
اين نوع از تميزكننده‌ها عمدتاً به روش اسپري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. زيرا خاصيت چربي زدايي آنها ضعيف مي باشد و فشار اسپري تا حدي اين ضعف را جبران مي كند.
يك نمونه از پارامترهاي پاشش آنها بصورت زير مي‌باشند:
غلظت: 5/1-5/0 درصد
زمان چربي زدايي: 3 دقيقه
دماي عملياتي: 60
: 6-5/3
اين روش در گذشته استفاده فراواني داشت ولي در حال حاضر به علت آلودگي‌هاي زيست محيطي در صنعت استفاده نمي‌شود. اين روش تنها براي تميز كردن آلودگي‌هايي كه در حلال‌هاي آلي مجلولند استفاده ميگردد.
به منظور اطمينان از فرآيند چربي زدايي با كيفيت مد نظر علاوه بر تركيبات چربي زدايي فاكتورهاي ديگري نيز بر روي كيفيت چربي زدايي مؤثرند. به طور خلاصه مي توان اين فاكتورها را به صورت زير نمايش داد:
- انتخاب دقيق نوع و
غلظت تركيبات چربي زدايي با توجه به موارد ياد شده در بالا
- كنترل دقيق غلظت چربي زدا و دما در تانك هاي چربي زدايي
- كنترل دقيق آلودگي هاي موجود بر روي بدنه خودرو قبل از ورود به مرحله چربي زدايي. همانطور كه گفته شد محلول چربي زدايي با توجه به آلودگي هاي معيني با مقدار معين، انتخاب مي‌شوند در صورتيكه به هر دليل غلظت آلودگي هاي موجود بر روي بدنه خودرو (روغن‌هاي پرس و ...) تغيير كند يا نوع آلودگي ها عوض شود، كيفيت چربي زدايي كاهش مي‌يابد. با توجه به اين مطالب در صورتيكه روغن‌هاي پرس، روغن هاي ضد خوردگي و ... تغيير كنند بايد اين عمل با هماهنگي سالن رنگ صورت گيرد.
- با توجه به اين كه با گذشت زمان كيفيت چربي زدا كاهش مي‌يابد، جايگزيني محلول چربي زدايي با مواد تازه ضروري است.
- به منظور اطمينان از كيفيت چربي زدايي، كنترل هاي دقيق مكان و فشار اسپري ها، پمپ ها، سيستم حرارت دهي و ... ضروري است.
- تميزكاري و كنترل سيستم انتقال خودرو و آويزهاي متصل به خودرو
با وجود تمام كنترل‌ها، پس از انجام فرايند چربي زدايي كنترل كيفيت عمليات چربي زدايي بصورت بصري يا بوسيله تكنيك‌هاي ديگر ضروري است.
پس از تماس بدنه خودرو با محلول چربي زدايي، آلودگي هاي موجود بر روي سطح بدنه خودرو طي چندين مرحله وارد تانك تميزكاري مي‌شوند. مراحل فرآيند چربي زدايي بصورت زير مي‌باشد:
- قرارگيري مواد فعال سطحي در سطح بين روغن و آب
- جدا شدن روغن از سطح فلز به صورت قطرات بسيار كوچك
- جدا شدن روغن از سطح فلز به صورت آمولسيون
- جدا شدن ذرات جامد كه داراي بار غير همنام مي‌باشند از سطح فلز و ديسپرس شدن در محلول، به صورت ذرات كوچكتر
- خارج سازي ذرات جامد ديسپرس شده به صورت سوسپانسيون
- آبكشي قطرات و تشكيل تجمع قطرات با هم
در صورتي كه به هر دليل فرآيند چربي زدايي با كيفيت مناسب صورت نگيرد، پس از اعمال پوشش فسفاته نيز داراي كيفيت مناسبي نخواهيم بود. به نظر شما كاهش كيفيت پوشش فسفاته بر روي چه پارامترهايي از پوشش فسفاته داراي اثر منفي مي‌باشد؟
در صورتيكه كيفيت پوشش فسفاته كاهش يابد كيفيت سيستم رنگ نيز كاهش مي‌يابد، در اين شرايط ميزان چسبندگي لايه آستر به پوشش فسفاته كاهش مي‌يابد و پس از اعمال لايه هاي مختلف رنگ داراي اختلاف ضخامت مي‌باشيم. نتيجه كاهش چسبندگي و اختلاف ضخامت، كاهش شديد خواص ظاهري و اجرايي سيستم رنگ مي‌باشد. به همين منظور براي بالا بردن كيفيت سيستم رنگ اولين قدم بهبود كيفيت فرايند چربي زدايي مي باشد.
پس از مرحله چربي زدايي همانطور كه از تصوير 1 معين است نوبت به شستشوي بدنه خودرو توسط آب مقطر مي‌رسد. هدف از اين مرحله جلوگيري از انتقال تركيبات محلول چربي زدايي به ساير مراحل به ويژه تانك هاي الكتروديپوزيشن مي باشد. چرا انتقال محلول چربي زدايي به مراحل بعدي ناخوشايند مي باشد؟
به منظور اطمينان از خروج و تميز شدن تمام تركيبات چربي زدايي استفاده از روش غوطه وري و اسپري براي مرحله آبكشي ضروري مي باشد. در عين بايد هميشه از كيفيت آب مورد استفاده براي آبكشي اطمينان حاصل كنيم تا به مرور زمان كيفيت آب كاهش نيابد به همين منظور مي توان از تكنيك هاي تيتراسيون يا اندازه گيري هدايت پذيري الكتريكي آب استفاده نمود.
فسفاته كاري:
بعد از فرايند تميزكاري و چربي زدايي و قبل از اعمال لايه هاي مختلف رنگ، نوبت به فرايندهاي فسفاته كاري و كروماته كاري مي‌رسد.
مزاياي و دلايل استفاده از پوشش هاي فسفاته به صورت زير مي‌باشند:
- در صورت صدمه ديدن سيستم رنگ به دلايل مختلف همانند ضربات سنگ ريزه، ايجاد خراش و تصادف، لايه فسفاته به حفظ خواص حفاظتي باقيمانده سيستم رنگ كمك مي كند.
- بعد از اعمال لايه فسفاته سطحي نسبتاً يكنواخت به منظور اعمال لايه هاي بعدي رنگ ايجاد مي‌شود. نتيجه اين امر بهبود خواص ظاهري سيستم رنگ مي‌باشد.
- پس از اعمال لايه فسفاته ميزان مقاومت خوردگي سيستم رنگ 10-5 برابر بهبود مي يابد. بدين ترتيب مي توان نتيجه گرفت كه اگر در اثر عمليات تعميري بر روي لايه‌هاي مختلف رنگ، لايه فسفاته از بين رود، خواص حفاظتي سيستم رنگ به شدت كاهش مي يابد. اين مسأله به خصوص در محل هايي كه احتمال وقوع خوردگي زياد مي باشد همانند اطراف گلگيرها و حاشيه درها اهميت ويژه اي دارد.
با توجه به مزاياي بيان شده پوشش هاي فسفاته در صنايع مختلف همانند صنعت خودرو، وسايل خانگي، تجهيزات فلزي و قوطي سازي كاربرد دارد.
ساده ترين روش حفاظت سطح فولاد استفاده از پوشش هاي فسفات آهن مي باشد. اما به هر حال فسفات آهن در صنعت خودرو كاربردي ندارد و در عوض در صنايعي همانند وسايل خانگي استفاده فراوان دارند به همين دليل از توضيح بيشتر در مورد اين پوشش ها مي پرهيزيم.
يكي از روش هاي ديگر حفاظت خوردگي فلزات استفاده از پوشش‌هاي فسفات روي مي باشد. اين پوشش ها به علت مصرف بيشتر مواد نسبت به پوشش هاي فسفات آهن هزينه هاي بيشتري به همراه دارند. در عين حال فرايند اعمال اين پوشش ها نيازمند مدت زمان طولاني تري مي باشد.در حال حاضر انواع مختلفي از فسفاته‌هاي روي در صنعت موجودند. علت اين تنوع محصولات، زمينه هاي مختلف فلزي مورد استفاده در ساخت بدنه خودرو و استفاده از مخلوطي از فلزات مختلف در ساخت خودرو مي‌باشد. پس از عمليات چربي گيري و وابسته به ويژگي هاي بدنه و خواص مدنظر از پوشش هاي فسفاته، اين پوشش‌ها به صورت غوطه وري يا اسپري اعمال م
ي شوند. استفاده از تركيبي از روش اسپري و غوطه وري بهترين نتايج را از نظر خواص ايجاد مي كند و مقاومت خوردگي درون شيارهاي خودرو افزايش مي يابد. به نظر شما هر كدام از روش هاي اسپري و غوطه‌وري داراي چه مزايا و معايبي مي باشند و چرا تركيبي از اين دو روش داراي بهترين نتايج مي باشد؟
ضخامت پوشش فسفاته در حدود 2-1 ميكرون مي باشد و با اينكه ضخامت آن پايين مي باشد، داراي اثر زيادي در بهبود كيفيت سيستم رنگ مي باشد. تشكيل پوشش فسفاته طي چندين مرحله صورت مي‌گيرد اين مراحل عبارتند از: فسفاته كاري، خنثي سازي و آبكشي.
خودروهاي جديد شامل فلزات مختلفي همانند فولاد، فولاد گالوانيزه، آلومينيوم و منگنز مي باشند به همين علت پوشش هاي فسفاته جديد داراي توانايي ايجاد پوشش بر روي همه اين فلزات مي باشند. از ميان اين فلزات، آلومينيوم اهميت ويژه اي دارد زيرا در صورت استفاده از محلول هاي فسفاته معمولي مشكلات فراواني براي پوشش فسفاته ايجاد مي گردد. اين مسأله به خصوص با توجه به مصرف روز افزون آلومينيوم در ساخت خودرو اهميت ويژه اي دارد. ميزان مصرف آلومينيوم در سال 2000 ميلادي برابر 1/1 درصد به ازاي مساحت كل خودرو بود در حاليكه در سال 2005 ميلادي اين ميزان به 5/1 درصد افزايش يافته است.
با توجه به رشد روزافزون استفاده از آلومينيوم در ساخت خودروها و با توجه به اينكه ميزان لجن توليدي طي پروسه آماده سازي آلومينيوم بسيار بالا مي باشد، به همين علت كنترل هاي دقيق تانك آماده سازي و آبكشي بيشتر و تطبيق مواد مورد استفاده براي آماده سازي ضروري مي باشد.
پروسه هاي كنوني آماده سازي معمولاً از نوع فسفاته هاي روي محتواي منگنز مي باشند. اين فلز جايگزيني براي نيكل مي باشد. در عين حال شتاب دهنده هاي مورد استفاده در فرمولاسيون به ندرت محتواي نيترات ها و نيتريت ها مي باشند و توسط ساير تركيبات آمينو كه با محيط زيست سازگار مي باشند يا پراكسيدها جايگزين شده‌اند. زماني كه زمينه مورد استفاده آلومينيوم باشد، فلوريدها نيز استفاده مي شوند.
گاهي از مرحلي خنثي سازي نيز طي مراحل آماده سازي استفاده مي گردد. اين عمليات باعث بهبود مقاومت خوردگي و چسبندگي سيستم رنگ مي گردد. اين مواد كه در گذشته شامل كروم بودند هم اكنون توسط ساير مواد كه آلودگي زيست محيطي كمتري دارند همانند تيتانات ها جايگزين شده اند.
پس از اتمام مراحل آماده سازي و انجام آبكشي نهايي توسط آب مقطر، گاهي از منطقه اي براي دمش هواي گرم با دماي 60-50 به منظور خشك كردن كامل آب از روي بدنه، قبل از ورود به تانك الكتروديپوزيشن، استفاده مي گردد. استفاده از هواي گرم با اينكه تا حدي هزينه بردار مي باشد
ولي در كل از آنجا كه باعث كاهش احتمال وقوع بسياري از عيوب رنگ مي گردد و در نتيجه ميزان عمليات سمباده زني را كاهش مي دهد، بنابراين در كل داراي مزيت اقتصادي است زيرا بيشترين هزينه هاي سالن رنگ براي انجام تعمير نقاط معيوب صرف مي گردد. در سالهاي اخير استفاده از روش غوطه وري براي اعمال لايه فسفاته داراي طرفداران بيشتري نسبت به روش اسپري مي باشد. در حال حاضر گاهي از تركيبي از هر دو روش و گاهي از روش استفاده مي شود.
در اين روش نيمي از بدنه خودرو در تانك، غوطه ور مي شود در حاليكه در قسمت بالاي خودرو،
پوشش فسفاته توسط روش اسپري اعمال مي شود. استفاده از روش غوطه وري براي اعمال پوشش فسفاته در قسمت هاي پايين خودرو باعث نفوذ محلول فسفاته به داخل منافذ خودرو و در نتيجه بهبود مقاومت خوردگي در داخل اين منافذ مي گردد. از آنجا كه تعداد منافذ خودرو در قسمت هاي پاييني خودرو زياد مي باشد استفاده از روش غوطه وري براي اعمال پوشش فسفاته در قسمت هاي پايين خودرو باعث نفوذ محلول فسفاته به داخل منافذ خودرو و در نتيجه بهبود مقاومت خوردگي در داخل اين منافذ ميگردد. از آنجا كه تعداد منافذ خودرو در قسمت هاي پاييني خودرو زياد مي باشد استفاده از روش غوطه وري در بهبود مقاومت خوردگي در اين مناقطق موثر مي باشد استفاده از روش از اين نظر كه تانك آماده سازي مورد استفاده كوچكتر مي باشد و در نتيجه كنترل آن آسانتر مي باشد، داراي مزيت است در حاليكه استفاده از تانك هاي مجزا براي اسپري و غوطه وري باعث حجيم شدن تانك هاي موردنياز مي گردد. در حال حاضر گاهي از روش نيز براي اعمال لايه فسفاته استفاده مي شود. در اين روش بدنه خودرو درون تانك آماده سازي بطور كامل چرخانده مي شود، در اين شرايط بر روي سطح بدنه خودرو هيچ آشغال و آلودگي ايجاد نمي شود در حاليكه در روش هاي ديگر احتمال ايجاد آشغال وجود دارد. در فصل مربوط به آسترهاي الكتروديپوزيشن يك تصوير از تانك هاي نمايش داده شده است.
استفاده از روش اسپري، باعث تشكيل سريعتر پوشش فسفاته نسبت به روش غوطه وري مي گردد؛ در اين حالت در روش اسپري، پوشش در يك بازده زماني ثابت، در دماي پايين تري تشكيل مي گردد. در محلول هاي شامل آهن، در حين اسپري مواد، آهن بوسيله اكسيژن اتمسفر، اكسيده مي شود به همين علت فسفاته آهن توسط روش اسپري اعمال نمي شوند.
سيستم اسپري از اين نظر كه همواره مواد تازه روي سطح بدنه، پاشش مي شوند نسبت به روش غوطه وري داراي مزيت مي باشند، در حاليكه در روش غوطه وري به مرور زمان برخي از يون ها از سطح فلز جدا مي شود و وارد تانك آماده سازي مي گردد. در عين حال نيروي حاصل از اسپري باعث جداسازي مواد جامد كه به سطح بدنه چسبيده اند و در مراحل چربي زدايي از بدنه جدا نشده اند مي گردد.
علاوه بر موارد بالا، استفاده از روش اسپري داراي اثر زيادي بر روي نسبت تركيبات «هپايت» به «فسفوليت» در پوشش فسفاته دارد. به همين منظور نسبتي با نام تعريف شده است.
اين نسبت به صورت زير تعريف مي شود:
در واقع اين نسبت مقياسي براي ارزيابي ميزان تركيبات فسفوفيليت و تركيبات هپايت موجود در پوشش فسفاته مي باشد. تحقيقات نشان داده است كه هرچه نسبت در تانك فسفاته بيشتر باشد يا در صورت استفاده از روش غوطه وري، مقدار بيشتر است.
ميزان مقاومت خوردگي و خواص ظاهري پوشش فسفاته داراي وابستگي شديدي به مقدار نسبت است. به نظر شما خواص اجرايي و ظاهري پوشش فسفاته چه رابطه‌اي با نسبت دارند؟
در عين حال توسط استفاده از روش غوطه وري امكان تشكيل پوشش فسفاته درون منافذ خودرو فراهم مي گردد در حالي كه در روش اسپري اين امكان وجود ندارد.
با توجه به مطالب بالا در صنت خودروسازي از تركيبي از هر دو روش به منظور حصول به اپتيمم خواص استفاده مي گردد.
ارتوفسفريك اسيد يك اسيد سه ظرفيتي است كه داراي سه اتم هيدروژن قابل جايگزيني توسط فلزات و در نتيجه امكان تشكيل سه نوع نمك را دارا مي باشد. ثابت تجزيه در دماي براي اين سه اتم هيدروژن به صورت زير مي باشد.
با توجه به اعداد بالا، مي توان گفت كه فقط اولين هيدروژن قابليت جايگزيني را دارد. براي اين فلز يك ظرفيتي مي توان سه سري نمك فسفات به صورت زير تعريف نمود:
فسفات هاي نوع اول فلزات قليايي، داراي واكنش اسيدي، فسفات‌هاي نوع دوم فلزات قليايي داراي واكنش با قليايي پايين و فسفات هاي نوع سوم داراي واكنش شديداً قليايي مي باشند.
اين مطلب با توجه به مقادير سه نوع نمك ارتوفسفات سديم با غلظت در دماي قابل تأييد است:
فسفات هاي فلزات دو ظرفيتي حاصل از ارتوفسفريك اسيد را مي‌توان به صورت زير نمايش داد:
تشكيل پوشش هاي فسفات كريستالي بر روي سطوح فلزي وابسته به خواص حلاليت پذيري نمك هاي فسفات آهن، روي و منگنز مي‌باشد. فسفات هاي آهن، روي و منگنز در حال حاضر متداول ترين فسفات‌هاي مورد استفاده در صنايع مختلف مي باشند. به عنوان يك قاعده مي توان گفت كه فسفات هاي اوليه اين فلزات محلول در آب، فسفات هاي نوع دوم غير محلول و ناپايدار در آب و فسفات هاي نوع سوم غير محلول در آب مي باشند.
مكانيزم تشكيل لايه فسفاته بسيار پيچيده است اما براي همه پروسه‌هايي كه بر پايه محلول هاي فسفات فلزات سنگين مي باشند مكانيزم زير برقرار است.
فسفات نوع سوم نامحلول فسفات اوليه محلول
محلول هاي فسفات هاي نوع اوليه فلزات سنگين تحت تأثير فاكتورهايي به خصوص دما و افزايش براي تشكيل نمك هاي نوع دوم و نوع سوم و اسيد فسفريك آزاد دچار تجزيه مي شوند:
افزايش دما باعث شيفت پيدا كردن واكنش به سمت راست مي گردد. اگر يك فلز كه ممكن است شبيه يا غير همانند با فلز محلول فسفاته باشد، در تماس با محلول نوع اول قرار گيرد، با اسيد فسفريك كه در واكنش هاي بالا توليد مي شوند واكنش مي دهد:
مصرف اسيد فسفريك در واكنش بالا باعث شيفت يافتن واكنش 1 به سمت راست مي شود و فسفات نوع سوم و يا فسفات نوع دوم نامحلول در سطح بين فلز و محلول تشكيل مي گردد. ممكن است مقداري از فسفات هاي غير محلول از تركيبات فسفاته به عنوان لجن در محلول رسوب كند، اما بيشتر آنها بر روي سطح فلز رسوب مي كند و با سطح فلز بصورت يك پوشش فسفاته، پيوند ايجاد مي كند. با توجه به واكنش‌هاي قبل و با توجه به اينكه اين واكنش ها به صورت تعادلي
مي‌باشند، بايد هميشه مقدار معيني اسيد فسفريك آزاد در محلول فسفات نوع اول فلز سنگين موجود باشد تا هميشه حمام را پايدار نگه دارد. علت ناپايداري حمام، تشكيل بيش از حد فسفات نوع سوم با توجه به واكنش1 است. ميزان تجزيه شدن واكنش هاي 1 و 2 با افزايش دما، افزايش مي يابد، بنابراين در دماهاي بالاتر، اسيد فسفريك بيشتري به منظور جلوگيري از رسوب فسفات نوع سوم در حمام فسفاته لازم است. اگر مقدار اسيد فسفريك آزاد در حمام فسفاته بيش از ح
د معيني باشد، مدت زمان طولاني تري لازم است تا اين مقدار اسيد اضافي در سطح فلز خنثي شود و فلز بيشتري نسبت به مقادير مدنظر از سطح بدنه خودرو حل مي شود. همانطور كه اشاره خواهد شد افزايش ميزان حل شدن فلز از سطح بدنه باعث كاهش برخي از خواص پوشش
فسفاته مي گردد. بنابراين حمام فسفاته طوري طراحي مي گردد تا در دماي عملياتي و غلظت عملياتي حمام فسفاته، هميشه داراي مقدار معيني اسيد فسفريك آزاد باشد، در اين شرايط گفته مي شود كه حمام در حال تعادل است. ساده ترين نمونه از واكنش هاي تشكيل لايه فسفات، ايجاد پوشش فسفات روي بر سطح فلز روي مي باشد در اين شرايط واكنش ها بصورت زير مي باشند:
زماني كه يك فلز در محلول
فسفات نوع اول يك فلز ديگر پوشش داده شود، فسفات هاي فلز كه ممكن است يا باشد به همراه مقدار كمي از فسفات فلز وارد پوشش فسفاته مي گردد، بعلاوه با توجه به واكنش در حمام، فسفات نوع اول نيز تشكيل مي گردد. بنابراين بدون احتساب نمك هاي تركيبي حاصل از هر دو نوع فلز، نمك هاي توليدي در پوشش يا محلول را مي توان به صورت زير نمايش داد.
زماني كه آهن يا فولاد يكي از فلزات باشد، واكنش ها بعلت حضور آهن پيچيده‌تر مي شود. در مورد پوشش هاي حاصل بر روي فولاد در قسمت هاي آتي توضيح داده خواهد شد.
فسفات هاي نوع اول روي، منگنز و آهن همگي پوشش هاي ميكروكريستالي با وزن مي باشند. پوشش هاي فسفات روي زماني كه حمام فسفاته تازه باشد؛ داراي رنگ خاكستري است ولي وقتي كه آهن در حمام فسفاته تشكيل گردد، رنگ آن تيره مي شود. اين يون هاي آهن از سطح بدنه وارد حمام فسفاته مي گردد بنابراين در روش غوطه‌وري احتمال ايجاد رنگ تيره بيشتر است.
تحقيقات نشان داده است كه ورود مقدار كمي از آهن در پوشش فسفات روي يا منگنز از آنجاييكه باعث كاهش ميزان پرزدار بودن و افزايش مقاومت خوردگي مي گردد مفيد مي باشد. در هر حال وقتي كه درصد آهن در پوشش افزايش يابد، اثرات برعكس مي گردد، يعني ميزان پرزدار بودن
افزايش و مقاومت خوردگي كاهش مي يابد و زماني كه مقدار آهن در پوشش فسفاته روي به 40-30 درصد مولي مي رسد مقاومت خوردگي به حدي پايين است كه حمام فسفاته فاقد سرويس‌دهي لازم است.
همانطور كه از واكنش 2 معين است طي فرآيند تشكيل پوشش فسفاته، گازهاي هيدروژن نيز آزاد مي شوند. در عمل واكنش هاي فسفاته بعلت پلارازاسيوني كه توسط هيدروژن صورت مي گيرد آهسته است به همين علت براي تشكيل پوشش فسفاته در يك مدت زمان معقول بايد از شتاب دهنده‌ها در حمام فسفاته استفاده شود. به سه طريق امكان تسريع تشكيل لايه فسفاته وجود دارد:
- افزودن نمك هاي فلزات سنگين به خصوص نمك هاي نيكل و مس به محلول فسفاته
- افزودن عوامل اكسيدكننده
- روش هاي فيزيكي (بعنوان مثال استفاده از روش اسپري يا حركت دادن قطعه در محلول فسفاته)
هر كدام از اين روشها داراي مزايا و معايب خاص خود مي باشند. در اينجا از بحث بيشتر در مورد اين تركيبات مي پرهيزيم زيرا مباحث مربوط به شتاب دهنده ها داراي بحث بسيار گسترده اي مي باشد اما به هر حال مهمترين نوع شتاب دهنده ها، شتاب دهنده هاي اكسيد كننده مي باشند؛ اين تركيبات با هيدروژن واكنش داده و مانع پلاريزاسيون فلز فسفاته شده مي گردند. اين نوع از شتاب دهنده ها به دو نوع تقسيم‌بندي مي شوند:
1- شتاب دهنده هايي كه آهن را اكسيده مي كنند.
2- شتاب دهنده هايي كه آهن را اكسيده نمي كنند.
بنابراين اين نوع از شتاب دهنده ها داراي اثر جانبي به صورت كنترل ميزان آهن در محلول فسفاته مي باشند. همانطور كه مي دانيم ميزان آهن در پوشش فسفاته داراي اثرات بسزايي بر روي خواص اجرايي لايه فسفاته بخصوص مقاومت خوردگي پوشش فسفاته دارد. بنابراين كنترل ميزان آهن اهميت به سزايي دارد.
مهمترين شتاب دهنده هاي موجود در اين گروه شامل نيترات ها، نيتريت ها، كلرات ها پراكسيدها و تركيبات نيترو ارگانيك مي باشند. اين نوع از شتاب دهنده ها مهمترين نوع مورد استفاده در صنايع مختلف مي باشند كه همانطور كه اشاره شد داراي مزاياي جانبي ديگري نيز مي باشند. اين تركيبات، آهن را به يون هاي آهن سه ظرفيتي تبديل مي‌كنند و به طور همزمان باعث تشكيل آب مي گردند. گاهي از تركيبي از انواع عوامل شتاب دهنده استفاده مي گردد در اين شرايط پوشش فسفاته اي با وزن با اندازه كريستالهاي ريز و فشرده در طول مدت زمان 180-60 ثانيه ايجاد مي گردد.
يون هاي آهن سه ظرفيتي موجود در محلول فسفاته با يون هاي فسفات تركيب مي شوند و باعث ايجاد فسفات آهن كه غير محلول در آب مي باشند، مي گردند. اين تركيبات توسط ايجاد رسوب از سيستم خارج مي شوند. رسوب دهي يون هاي آهن ضروري است زيرا همانطور كه اشاره شد حضور مقادير زياد يون هاي آهن به علت كاهش مقاومت خوردگي پوشش فسفاته، غير ضروري است. در سالهاي اخير علاوه بر فسفاته هاي روي، فسفاته هاي حاصل از مخلوط چندين كاتيون نيز با موفقيت مورد استفاده قرار گرفته‌اند. فسفاته هاي منگنز – روي يا فسفاته هاي كلسيم – روي از جمله اين نوع از فسفاته ها مي باشند.
در حال حاضر محلول هاي فسفاته با محتواي پايين فلز روي، نيز براي استفاده به همراه آسترهاي الكتروديپوزيشن كاتدي توليد شده‌اند. اين نوع محلول ها داراي مقادير بالايي از اسيد فسفريك مي باشند. در اين شرايط امكان ورود يون هاي آهن توليدي، در حين فرآيند فسفاته كاري به داخل پوشش فسفاته فراهم مي گردد. نتيجه اين امر ايجاد تركيبي با نام «فسفوفيليت» است كه به همراه آسترهاي الكتروديپوزيشن كاتدي باعث ايجاد مقاومت خوردگي عالي مي شوند.
همانطور كه گفته شد ميزان آهن در تركيب فسفوفيليت داراي اپتيمم است و نبايد كمتر يا بيشتر از مقدار معيني باشد.
در عين حال در صورتي كه بدنه خودرو از تركيبي از فولاد و روي ساخته شده باشد، خواص حفاظتي حاصل از اين نوع پوشش هاي فسفاته به طور تقريبي بر روي هر دو نوع فلز مشابه مي باشد. بر روي سطح قطعات ساخته شده از فلز روي، پوشش فسفاته اكثراً محتواي فسفات روي نوع سوم، به صورت تركيبي با نام «هپايت» مي باشد.
كريستال هاي حاصل از پوشش هاي فسفاته با محتواي پايين روي را در مراحل بعدي به منظور بهبود خواص حفاظتي پوشش فسفاته بوسيله فرآيندهاي ديگر اصلاح مي كنند. ميزان تركيبات هپايت و فسفوفيليت در پوشش فسفاته به شدت بر روي خواص اجرايي پوشش فسفاته موثر است. به همين علت براي ارزيابي ميزان اين تركيبات در پوشش فسفاته از نسبتي با نام استفاده مي شود اين نسبت به صورت زير قابل تعريف مي باشد:
همانطور كه مي دانيم عوامل مختلفي بر روي مقدار اين نسبت موثر مي باشد كه به برخي از آنها اشاره شد. يكي از عوامل ديگر كه بر روي اين نسبت اثرگذار مي باشد، حركت هاي نسبي حاصل از بدنه خودرو مي باشد. از آنجا كه در روش اسپري مواد داراي حركت نسبي، نسبت به بدنه خودرو مي باشند بنابراين مقدار اين نسبت براي روش اسپري با روش غوطه وري متفاوت است. به منظور يكنواختي پوشش هاي توليدي از محلول هاي فسفاته مي توان از ديسپرسيون هاي فسفات تيتانيم استفاده نمود. يكنواختي كريستال هاي حاصل از پوشش‌هاي فسفاته به شدت بر روي خواص ظاهري و خواص اجرايي سيستم رنگ موثر است. به نظر شما چرا يكنواختي كريستال هاي فسفاته علاوه بر خواص اجرايي بر روي خواص ظاهري نيز موثر است؟
گاهي به منظور بهبود يكنواختي پوشش هاي فسفاته از افزودني‌هاي حاصل از يون هاي منگنز و نيكل استفاده مي شود. در اين شرايط اين يون ها به يكنواختي ساختار كريستالي فسفاته كمك مي كنند. نيكل به علت محدوديت هاي زيست محيطي از اهميت كمتري برخوردار مي‌باشد.
در سال هاي اخير علاوه بر فولاد و روي، فلز آلومينيوم نيز در ساخت بسياري از تجهيزات مورد استفاده قرار گرفته اند. اگر آلومينيوم تنها فلز مورد استفاده در ساخت يك قطعه باشد همانند بدنه هواپيما، عمليات كروماته كاري متداول ترين روش آماده سازي مي‌باشد. اما به هر حال وقتي
تركيبي از فلزات مختلف مورد استفاده قرار گيرد از عمليات فسفاته كاري استفاده مي شود، در اين حالت استفاده از روش هاي كلاسيك پوشش هاي فسفاته غير ممكن مي‌باشد. علت اين امر تشكيل يون آلومينيوم محلول، طي فرآيند فسفاته كاري مي‌باشد. تشكيل اين يون، فرايند فسفاته كاري را مختل مي كنند. به منظور جلوگيري از اثرات منفي حاصل از اين يون ها در برقراري واكنش ها، توسط فلوريد سديم اين يون هاي آلومينيوم را به كمپلكس‌هاي ديگري كه مزاحمتي براي فرايند فسفاته ايجاد نمي كنند، تبديل مي كنيم. سيليكات ها نيز نقش بازدارنده را بر عهده دارند. در اين شرايط بر روي زمينه هاي فولادي، روي، آلومينيوم پوشش يكنواختي ايجاد مي گردد.
كيفيت پوشش هاي فسفاته علاوه بر ساختار شيميايي پوشش فسفاته به اندازه و شكل كريستال هاي فسفاته نيز وابسته است. پوشش‌هاي فسفاته به خودي خود داراي ساختار پرزدار و با اندازه كريستالي درشت مي باشند. پرزدار بودن پوشش فسفاته و اندازه درشت كريستال ها علاوه بر كاهش مقاومت خوردگي بر روي كيفيت ظاهري سيستم رنگ داراي اثر منفي مي باشد. به همين علت طي فرآيند آماده سازي از مرحله اي با نام فعال سازي استفاده مي گردد. در اين مرحله توسط استفاده از موادي با نام فعال ساز باعث ايجاد
كريستالهاي فسفاته با اندازه ذرات مناسب و ايجاد ساختار كريستالي فشرده مي شويم.
پس از عمليات فسفاته كاري مي توان كيفيت پوشش فسفاته را توسط محلول‌هاي ويژه اي بهبود داد. با وجود اينكه استفاده از محلول‌هاي كروماته در سال هاي گذشته به علت خاصيت سرطان زايي يون هاي كروم محدود گشته است، اما استفاده از تركيبات ديگري همانند فلوريد زير كونيوم و تيتانات ها، افزايش يافته است.
پس از اعمال پوشش فسفاته، ميزان زبري سطح بطور قابل توجهي تغيير مي يابد.
با وجود اينكه زبري سطح پس از اعمال پوشش فسفاته از نظر فاصله «قله تا دره»، در مقايسه با بدنه خودرو افزايش نمي يابد اما از نظر تعداد قله ها داراي افزايش مي باشيم: در اين حالت به علت افزايش مساحت سطح، بدليل اعمال لايه فسفاته، درگيري مكانيكي و تعداد پيوندهاي
شيميايي لايه آستر افزايش مي يابد، كه نتيجه كلي آن بهبود چسبندگي لايه آستر مي باشد.
ضخامت پوشش فسفاته نيز بر روي كيفيت لايه فسفاته داراي اثر قابل توجهي است. ضخامت زياد پوشش فسفاته باعث كاهش خواص الاستيكي و در نتيجه خواص مكانيكي ضعيف تر مي گردد. بعد از فرايند آماده سازي انجام آبكشي به منظور شستشوي بدنه ضروري است.
در حال حاضر به غير از فرايند فسفاته كاري، روش هاي آماده‌سازي ديگري براي آلومينيوم باموفقيت مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اين پروسه ها گاهي براي آلياژهاي منگنز و روي نيز مورد استفاده قرار مي گيرند. در اين پروسه ها عمليات كروماته كاري از اهميت عملي بالايي برخوردار مي باشند و مي توان از كروماته هاي سبز و زرد استفاده كرد. هر دو نوع آماده سازي باعث ايجاد يك سطح مناسب براي اعمال لايه آستر طي چندين دقيقه، به روش اسپري يا غوطه وري مي شوند.
تركيبات اصلي محلول هاي كروماته سبز براي آماده سازي آلومينيوم اسيد كروميك يا كرومات بعلاوه فلوريدها و فسفات ها مي‌باشند. زماني كه روي نيز مورد استفاده قرار گيرد كلريدها و سولفات ها نيز بايد استفاده شوند.
در اين شرايط فسفات هاي كروم و آلومينيوم بر روي سطح آلومينيوم ايجاد مي گردد. همانند پروسه هاي فسفاته كاري فلوريد مسئوليت تبديل يون هاي آلومينيوم به كمپلكس را بر عهده دارند. علت رنگ سبز تركيبات كروم چهار ظرفيتي موجود در فسفات كروم مي‌باشد. با وجود اينكه در محلول فسفاته كروم هاي شش ظرفيتي نيز موجود مي باشد، كرومات سبز عاري از اين يون ها مي باشد.
محلول هاي كروماته زرد شامل اسيد كروميك يا كرومات ها بعلاوه فلوريدها مي باشند. اولين مرحله در تشكيل پوشش كروماته، واكنش‌هاي اسيدشويي مي باشد كه باعث ورود يون هاي آلومينيوم به داخل محلول مي شود و به طور همزمان كرومات شش ظرفيتي به كاتيون هاي سه ظرفيتي كروم بوسيله هيدروژن توليدي، احيا مي شود. پوشش توليدي شامل اكسيدها و اكسيدهاي هيدراته كروم و آلومينيوم مي باشد.
پوشش توليدي در مرحله اول داراي ظاهري شبيه ژل بعلت نرمي آن، مي باشد كه توسط حرارت سفت مي شود. از آنجا كه مقاومت حرارتي تا دماي 150 مي باشد، پوشش حداكثر بايد تا دماي 100 گرم شود. وزن پوشش كروماته 5/0-1/0 مي باشد.
به علت سميت تركيبات كروم شش ظرفيتي، تلاش هاي فراواني براي جايگزيني اين تركيبات توسط ساير مواد شيميايي صورت گرفته. در صورت حضور كروم شش ظرفيتي در محلول، مسأله آلودگي هاي زيست محيطي حاصل از اين تركيبات نيز حائز اهميت مي باشد.
به همين منظور از تركيبات محتواي زير كونيوم يا روي يا تيتانيوم استفاده مي گردد. در اين شرايط پوشش توليدي شامل اكسيدها يا فسفات هاي زير
كونيوم و تيتانيم مي باشد. وزن پوشش بسيار پايين و در حدود 02/0-01/0 است اما با اين حال خواص حفاظتي آن در كنار آستر الكتروديپوزيشن شبيه خواص پوشش هاي كروماته مي باشد.
تركيبات تشكيل دهنده تانك هاي فسفاته:
همانطور كه قبلاً اشاره شد به منظورايجاد يك پوشش فسفاته با كيفيت هاي مدنظر در زمان معقول، ناگزير به استفاده از تركيبات مختلفي در فرمولاسيون محلول هاي فسفاته مي باشيم. در مورد نقش هر كدام از اين تركيبات در ايجاد پوشش هاي فسفاته در قسمت هاي قبل توضيحاتي بيان شد و نقش برخي از اين تركيبات با توجه به واكنش هايي كه در قسمت هاي آتي بيان مي شود ملموس تر مي گردد. تركيبات اصلي يك تانك فسفاته به صورت زير مي باشند:
- اسيد فسفريك
- فسفات روي
- نيترات روي
- شتاب دهنده ها همانند نيترات ها، كلرات سديم، پر اكسيد و ...
- فلوريدها:
همانطور كه اشاره شد به منظور افزايش كيفيت پوشش هاي فسفاته گاهي از عوامل اصلاح كننده همانند منگنز و نيكل استفاده مي شود. در اين حالت كيفيت پوشش فسفاته به خصوص از نظر مقاومت خوردگي به شدت افزايش مي يابد در اين شرايط در پوشش فسفاته نمك هاي نيكل و منگنز وارد مي شوند. در تصوير زير به برخي از اين نمك ها اشاره شده است. به اين نمك ها نمك هاي سه كاتيوني اطلاق مي گردد، زيرا در ساختار آنها سه اتم فلز حضور دارد.
تحقيقات برخي از محققان نشان داده است كه تركيبات حاصل از پوشش هاي فسفاته با توجه به زمينه مورد استفاده در ساخت خودرو و مسلماً توسط فاكتورهاي ديگري تحت تأثير مي باشد. در شكل زير مي توان تركيبات يك پوشش فسفاته بر روي زمينه فولادي و زمينه فولادي گالوانيزه شده به روش الكتروليتي را مشاهده نمود.
بايد توجه داشت كه اين مقادير فقط به عنوان يك مثال مطرح شده‌اند و براي شرايط مختلف و خودروسازي هاي مختلف، متفاوت مي باشند.
قبل از انجام مرحله فسفاته كاري، بدنه خودرو وارد مرحله فعال‌سازي مي شود. هدف از انجام اين مرحله، انجام واكنش هاي فسفاته كاري با سرعت بالاتر، كاهش وزن پوشش فسفاته و ايجاد پوشش‌هاي فسفاته با اندازه كريستالي كوچك و فشرده است. همانطور كه در قبل اشاره شده اندازه كريستالي پوشش فسفاته و فشردگي آنها بر روي خواص ظاهري و اجرايي سيستم رنگ موثر است. معمولاً در صنعت از فسفات هاي تيتانيم به عنوان عامل فعال كننده استفاده ميگردد. عواملي كه بر روي مرحله فعال سازي موثرند عبارتند از:
: در صورتيكه ميزان كاهش يابد باعث كاهش كيفيت پوشش فسفاته مي گردد. غلظت تيتانيم، مدت زمان استفاده از حمام (طول عمر حمام)
واكنش هاي فسفاته:
فسفات هاي روي براي ايجاد يك پوشش فسفاته بر روي سطوح مختلف، بغير از آلومينيوم داراي دو مرحله واكنش مي باشند. در اولين مرحله اسيد فسفريك بر روي سطح فلز اثر مي گذارد و باعث تشكيل فسفات هاي نوع اول مي گردد. واكنش هايي كه طي اين مرحله انجام مي گيرد با نام واكنش هاي اسيدشويي شناخته مي شوند. در اولين مرحله هيدروژن نيز ايجاد مي شود همانطور كه مي دانيم حضور هيدروژن باعث كاهش سرعت واكنش هاي فسفاته مي گردد به همين دليل در مرحله دوم شتاب دهنده باعث تبديل هيدروژن به ساير تركيبات بي ضرر و در نتيجه تسريع درواكنش هاي تشكيل پوشش فسفاته مي گردد و به طور همزمان پوشش فسفاته نيز بر روي سطح فلز تشكيل مي گردد. همانطور كه در مباحث قبل اشاره شد استفاده از فرآيندهاي معمول فسفات روي، باعث تشكيل هيچ گونه پوششي بر روي سطوح آلومينيومي نمي گردد مگر اينكه به وسيله تركيبات ديگري همانند فلوريدها، محلول فسفاته اصلاح گردد.
1- واكنش هاي اسيدشويي بوسيله اسيد فسفريك:
2- واكنش هاي شتاب دهنده و ايجاد پوشش فسفاته: در صورتيكه محلول فسفاته توسط ساير موارد همانگونه منگنز اصلاح گردد علاوه بر نمك هاي سه كاتيوني كه در قبل اشاره شد برخي از تركيبات ديگر نيز وارد پوشش فسفاته مي گردد؛ بنابراين مي توان تركيبات حاصل از فرآيند فسفاته كاري بر روي زمينه هاي مختلف را به صورت زير نمايش داد.
آبكشي نهايي:
شايد بتوان مهمترين بخش از كل مراحل آبكشي مورد استفاده طي فرآيند آماده سازي را آبكشي نهايي تصور كرد. هدف از انجام آبكشي نهايي شستشوي بدنه خودرو و جلوگيري از ايجاد عيبي با نام «تاول زدگي» در سيستم رنگ به خصوص در مناطق مرطوب مي باشد. به نظر شما چه ارتباطي بين تاول زدگي سيستم رنگ و آبكشي نهايي وجود دارد؟
در ارتباط با آب مورد استفاده براي مرحله آبكشي دقت به چهار فاكتور ضروري است كه برخي از اين فاكتورهاي توسط دستگاه‌هاي ويژه اندازه‌گيري و بقيه بصورت بصري بررسي مي شوند. طي مباحث قبلي به برخي از اين فاكتورها بصورت غيرمستقيم اشاره نموديم و خوانندگان در صورت مطالعه دقيق كتاب مي توانند به ساير فاكتورها طي مباحث آتي پي ببرند. همچنان كه اشاره شد استفاده از روش غوطه‌وري و اسپري در مرحله آبكشي در بهبود كيفيت آبكشي بسيار موثر مي باشد.
اتمام تشكيل پوشش فسفاته:
در حين تشكيل پوشش فسفاته، تشكيل پوشش فسفاته ادامه مي يابد تا اينكه مرحله اي مي رسد كه ديگر تغييري در وزن پوشش فسفاته صورت نمي گيرد. اين مرحله بعنوان اتمام پوشش دهي شناخته ميگردد و داراي اهميت علمي قابل توجهي، از آنجاييكه مقدار عملي پوشش فسفاته فقط وقتي كه پوشش دهي كامل شود به حداكثر خود مي رسد، مي باشد. روش هاي تشخيص اتمام تشكيل پوشش فسفاته بصورت زير مي باشند:
• اتمام توليد گاز هيدروژن:
در حمام هايي كه داراي شتاب دهنده نمي باشند يا حمام هايي كه داراي مقادير كم شتاب دهنده مي باشند تشكيل پوشش فسفاته در كنار ايجاد حباب هاي هيدروژن صورت مي گيرد و توقف تشكيل گاز را مي توان به عنوان معياري براي اتمام تشكيل پوشش فسفاته تلقي نمود. اين روش فقط براي زماني كه پوشش فسفاته به روش غوطه وري اعمال گردد قابل استفاده است.
• استفاده از نمودار وزن پوشش بر حسب زمان:
يكي از روش‌هايي كه بيش از ساير روش ها استفاده ميگردد، اين است كه وزن پوشش فسفاته را براي پليت‌هاي آزمايشگاهي مختلف در زمان هاي مختلف اندازه گيري كنيم و نمودار وزن پوشش را در مقابل زمان ترسيم كنيم . دراين نمودار اولين نقطه ماكزيمم بعنوان معيار اتمام تشكيل پوشش فسفاته شناخته مي‌شود.
• اندازه گيري ولتاژژ
برخي از تحقيقات نشان داده است كه به منظور اطلاع از زمان اتمام تشكيل پوشش فسفاته مي توان از نمودار پتانسيل برحسب زمان استفاده كرد، ولي به هر حال در استفاده از اين نمودار نيازمند مهارت فراوان مي باشيم. ولتاژ در ابتدا داراي افزايش و بدنبال آن كاهش به طرف يك نقطه مينيمم مي باشد اين نقطه به عنوان اتمام تشكيل پوشش فسفاته يعني زماني كه وزن پوشش فسفاته داراي حداكثر مقدار خود و حداقل مقدار خود و حداقل مقدار پرزدار بودن مي باشد، تلقي مي گردد.
• استفاده از ميكروسكوپ:
يكي از روشهاي ديگر تشخيص اتمام تشكيل پوشش فسفاته استفاده از ميكروسكوپ مي باشد. توسط ميكروسكوپ مي توان با اطمينان كامل عدم تكميل پوشش فسفاته را پيش بيني نمود ولي نمي توان با اطمينان بالا اتمام تشكيل پوشش فسفاته را پيش‌بيني كرد.
پرزدار بودن پوشش فسفاته:
حتي پس از اتمام تشكيل پوشش فسفاته، پوشش داراي مقداري پرزدار بودن است. در سال هاي گذشته توجه قابل توجهي بر روي اثر تغييرات سطح فولاد و ارتباط آن بر روي پرزدار بودن پوشش فسفاته متمركز شده است. به خصوص تلاش هايي براي ربط دادن كربن موجود در زمينه با ميزان پرزدار بودن پوشش فسفاته صورت گرفته است. برخي از دانشمندان توانستند رابطه‌اي بين كربن و نتايج سالت اسپري پيدا كنند در عوض دانشمندان توانستند رابطه اي بين ميزان مقاومت خوردگي و ميزان كربن پيدا نمايند.
برخي از نتايج اين تحقيقات را مي توان بصورت خلاصه بصورت زير نمايش داد:
1- وجود ناخالصي ها در زمينه فولادي باعث اختلاف در نتايج تست خوردگي مي گردد. اين ناخالصي ها را مي توان توسط روش هاي مكانيكي و اسيدشويي رفع كرد ولي توسط چربي‌زداهاي معمولي و حلال هاي آلي قابل رفع نمي باشند.
2- در صورتيكه كربن جزء اين ناخالصي ها باشد نتايج حاصل از تست سالت اسپري وابسته به مقدار كربن موجود در زمينه است.
3- افزايش ميزان منگنز باعث بهبود مقاومت خوردگي مي گردد.
4- گاهي بين ميزان پرزدار بودن پوشش فسفاته و نتايج حاصل از تست سالت اسپري ارتباطي وجود دارد.
ناخالصي هاي موجود در زمينه كه مهمترين آنها كربن است و توسط شستشوي قليايي قابل تميز شدن نمي باشند، باعث تشكيل يك پوشش پرزدار مي گردد كه نتيجه آن كاهش مقاومت خوردگي پوشش فسفاته است.
