مجله پیام آبکار- زمستان 1402
حمام‌های فسفاته پیچیده‌تر شده‌اند. شناخت برخی از ویژگی‌های کلیدی این حمام‌ها و اینکه چگونه می‌توانند روی پوشش تکمیل شده تأثیر بگذارند، مهم است.
برای افراد ناآشنا، عملکرد روزانه یک حمام فسفاته می‌تواند دلهره‌آور و شاید حتی کمی پیچیده به نظر برسد.
در حالی که دما و غلظت، پارامترهای رایج برای اکثر کاربردهای شیمیایی هستند، حمام‌های فسفاته روی و منگنز دارای پیچیدگی نقاط اسیدی، نسبت‌های اسیدی، مقدار آهن محلول لجن کشی، منبع گرمایش و موارد دیگر هستند.
پوشش فسفاته که در این کاربردها ایجاد می‌شود، نتیجه چندین واکنش رقابتی چرخه‌ای است که در محلول و روی سطح قطعه رخ می‌دهد. دما یک نیروی محرکه کلیدی در ایجاد این واکنش است، به همین دلیل است که این حمام‌ها در دماهای بالا کار می‌کنند. به طور معمول، یک حمام فسفاته به دمای بیش از 82 درجه سانتی گراد نیاز دارد. دمای عملیاتی خاص به کومتال و محصول خاص مورد استفاده بستگی دارد.
اجرای حمام در دمای زیر 82 درجه می‌تواند از پیشرفت صحیح واکنش جلوگیری کند و منجر به یک پوشش زبر و دانه دار یا بدون واکنش شود. اما اگر حمام خیلی داغ باشد، سطح اسید آزاد بالا می‌رود و به طور بالقوه باعث حمله ناخواسته به فلز پایه می‌شود.
دستیابی و حفظ این دماها متکی به یک منبع حرارتی کافی و قابل اعتماد است. با این حال، همه به یک اندازه در این سناریو ایجاد نمی‌شوند. یکی از ویژگی‌های محلول‌های فسفاته این است که به گرادیان‌های دمایی زیاد حساس هستند و گرمایش تدریجی محلول ترجیح داده می‌شود. منابع گرمای شدید و موضعی، مانند مخازن با سوخت کم گاز، تعادل شیمیایی محلول را مختل می‌کند.
این امر منجر به انحراف پارامترهای حمام از محدوده عملیاتی و تأثیر منفی روی پوشش می‌شود. معمولاً این حمام‌ها با کویل‌ها یا صفحات بخار غوطه وری گرم می‌شوند که محلول را در سطح بزرگ تری گرم می کنند و گرما را در سراسر محلول پخش می کنند.
روش‌های دیگر شامل مخازن با سیستم گرمایش ژاکت عایق است که به طور یکنواخت محیط مخزن را گرم می‌کند. برنامه‌های کاربردی با حجم بالا همچنین می‌توانند از بخار مستقیم و زنده برای گرم کردن حمام استفاده کنند، که وقتی با دوز خودکار ترکیب می‌شود، می‌تواند به جبران کاهش حجم ناشی از قطره چکان شدن کمک کند
شاید گیج کننده ترین جنبه کاربرد فسفاته، مقادیر اسید کل و اسید آزاد آنها باشد. بسیاری از کاربردهای شیمیایی به غلظت معینی برای رویه های عملیاتی استاندارد نیاز دارند که به سرعت از طریق تیتراسیون ساده مشاهده می شود.
محلول های فسفاته عمدتاً با اسید فسفریک فرموله شده و به طور مشابه با مقداری از غلظت اولیه تجویز شده ساخته می شوند. این مقدار در چیزی که به عنوان مقدار یا نقاط «اسید کل» نامیده می شود منعکس می شود – که لزوماً به درصد غلظت حجمی ترجمه نمی شود
اسید کل با تیتر کردن تا یک pH خنثی که با فنل فتالئین نشان داده شده است، تعیین می شود تا تمام اجزای کمک کننده به اسیدیته محلول اندازه گیری شود. با افزودن محصول موجود به حمام، مقدار اسید کل را تنظیم می کند.
معیار “اسید آزاد” محلول حمام فسفاته چیزی است که آن را منحصر به فرد می کند. این ترکیبات شیمیایی بر پایه اسید فسفریک بوده که دارای ویژگی منحصر به فرد اسید تری پروتیک است. در اصل، دارای سه پروتون اسیدی (هیدروژن) در مولکول است و در محلول، به درجات مختلف در چهار حالت جداگانه به طور همزمان وجود دارد.
در کاربردهای فسفاته، این مقدار جزء اصلی مکانیسم واکنش کلی است. اگر اسید آزاد خیلی کم باشد، پوشش رشد نخواهد کرد. اگر اسید آزاد بیش از حد بالا باشد، محلول عملاً بیش از حد واکنش پذیر است و می تواند به فلز پایه حمله یا اچ کند. مقدار اسید آزاد را می توان با گرم کردن محلول بدون کار پردازش افزایش داد و با افزودن یک عامل خنثی کننده به حمام می توان آن را کاهش داد. نسبت بین مقادیر یکی دیگر از جنبه های ظریف اسید کل و آزاد است. که با تقسیم مقادیر اسید کل و اسید آزاد تعیین می شود.
هنگامی که یک حمام در ابتدا ساخته می شود، نسبت این اجزا به طور کلی 6 به 1 اسید کل به اسید آزاد است. این حمام ها سیستم های نوسانی و پویا هستند. با استفاده از این حمام ها و شروع پیر شدن، مقادیر اسید شروع به انحراف می کنند. در حالی که محصولات مختلف محدوده های هدف خاصی را برای این مقادیر به صورت جداگانه تنظیم می کنند، نسبت بین مقادیر نیز مهم است زیرا ترکیب نسبی ترکیبات را مستقل از غلظت کل نشان می دهد.
در نهایت، غلظت آهن جزء کلیدی دیگری است که در کاربردهای فسفاته کنترل می شود. این واکنش‌ها می‌توانند از روی یا منگنز به عنوان یک فلز مشترک در رشد بلور استفاده کنند. علاوه بر این فلزات، آهن نیز در تشکیل این بلورها نقش اساسی دارد
غلظت آهن توصیه شده مخصوص محصول و کاربرد است اما می تواند از 0.0 تا 0.4 درصد باشد. سطح آهن همچنین با وزن پوشش حاصل، ارتباط مستقیم دارد زیرا به کریستال ها جرم می افزاید. پس از آرایش اولیه، محلول هیچ آهنی حل نمی‌کند، به همین دلیل است که حمام‌ها اغلب با ضایعات فلزی یا پشم فولادی «شکسته» می‌شوند تا در محلول حل شوند و سطح آهن را افزایش دهند. برخی از برنامه ها به گونه ای طراحی شده اند که بدون آهن کار کنند و از یک عامل اکسید کننده یا یک شتاب دهنده برای رسوب دادن آهن اضافی برای رسیدن به وزن پوشش کم استفاده می کنند
تعیین سطح آهن با یک تیتراسیون شامل پرمنگنات انجام می شود که یک عامل احیا کننده قوی است. درک وضعیت حمام و نحوه دستکاری آن جنبه مهم یک عملیات موفقیت آمیز است. هر یک از جنبه های توصیف شده بر کیفیت پوشش تاثیر دارد…
منبع:
- CONNOR CALLAIS” Controlling Zinc and Manganese Phosphate Baths” Products Finishing Mag, pp, december 2023.
