Fosfatlama, fosfatlama filmi olarak adlandırılan bir fosfat kimyasal dönüşüm filmi oluşturmak için kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyon sürecidir.Fosfatlamanın amacı esas olarak ana metale koruma sağlamak ve metalin korozyona uğramasını bir dereceye kadar engellemektir;Boya filminin yapışmasını ve korozyon direncini arttırmak için boyama öncesi astarlama için kullanılır;Metal soğuk işleme prosesinde sürtünme önleyici yağlama için kullanılır.
1. Gerekçe:
Fosfatlama işlemi kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonları içerir.Farklı fosfatlama sistemlerinin ve malzemelerinin fosfatlama reaksiyonu mekanizması karmaşıktır.Bilim adamları bu alanda pek çok araştırma yapmalarına rağmen henüz tam olarak anlayamamışlardır.Uzun zaman önce, fosfatlama filmi oluşum mekanizması bir kimyasal reaksiyon denklemi ile basitçe tanımlanıyordu:
8Fe+5Me (H2PO4) 2+8H2O+H3PO4Me2Fe (PO4) 2 · 4H2O (membran)+Me3 (PO4) · 4H2O (membran)+7FeHPO4 (tortu)+8H2 ↑
Me, Mn, Zn, vb.'dir. Machu, vb., fosforik asit ve dihidrojen fosfat içeren yüksek sıcaklıktaki bir çözeltiye daldırılan çeliğin, fosfat tortularından oluşan kristalli bir fosfatlama filmi oluşturacağına ve fosfat demir hidrojen tortusu ve hidrojen üreteceğine inanıyordu.Bu mekanizmanın açıklaması oldukça kabadır ve film oluşturma sürecini tam olarak açıklayamaz.Fosfatlama araştırmalarının kademeli olarak derinleşmesiyle birlikte, bugün bilim adamları, fosfatlama filmi oluşturma sürecinin temel olarak aşağıdaki dört adımdan oluştuğu konusunda hemfikirdir:
① Asitle aşındırma, baz metalin yüzeyindeki H+ konsantrasyonunu azaltır
Fe – 2e→ Fe2+
2H2－+2e→2[H] (1)
H2
② Hızlandırıcı ajan (oksidan)
[O]+[H] → [R]+H2O
Fe2++[O] → Fe3++[R]
Formülde [O] hızlandırıcı (oksidan) ve [R] indirgeme ürünüdür.Hızlandırıcı, reaksiyonun ilk adımında oluşan hidrojen atomunu oksitlediğinden, reaksiyon hızı (1) hızlandırılır, bu da metal yüzeyindeki H+ konsantrasyonunda keskin bir düşüşe yol açar.Aynı zamanda, çözeltideki Fe2+ Fe3+'ya oksitlenir.
③ Fosfatın çok aşamalı ayrışması
H3PO4 H2PO4－+H+ HPO42－+2H+ PO43－+3H－ （3）
Metal yüzeyindeki H+ konsantrasyonunun keskin düşüşü nedeniyle, tüm seviyelerde fosfatın ayrışma dengesi sağa doğru hareket eder ve son olarak PO43 -.
④ Fosfat çökelir ve fosfatlama filminde kristalleşir
PO43 - metal yüzeyinden ayrışarak çözeltide (metal ara yüzü) metal iyonları (Zn2+, Mn2+, Ca2+, Fe2+ gibi) ile çözünürlük ürün sabiti Ksp'ye ulaştığında fosfat çökelmesi oluşacaktır.
Zn2++Fe2++PO43－+H2O→Zn2Fe(PO4)2·4H2O↓ （4）
3Zn2++2PO43－+4H2O=Zn3(PO4)2·4H2O↓ （5）
Fosfat çökeltmesi ve su molekülleri birlikte fosfatlama taneciklerine dönüşmeye devam eden fosfatlama kristal çekirdeğini oluşturur ve sayısız tanecik metafiziksel olarak bir fosfatlama filmi oluşturmak için yakın bir şekilde istiflenir.
Fosfat çökeltmesinin yan reaksiyonu fosfatlama tortusu oluşturacaktır.
Fe3++PO43－=FePO4（6）
Yukarıdaki mekanizma sadece çinko serisi, manganez serisi ve çinko kalsiyum serisinin fosfatlama filmi oluşturma sürecini açıklamakla kalmaz, aynı zamanda fosfatlama formülü ve işleminin tasarımına da rehberlik eder.Yukarıdaki mekanizmadan, uygun oksitleyicilerin reaksiyon hızını iyileştirebileceği görülebilir (2);Daha düşük H+ konsantrasyonu, fosfat ayrışma reaksiyonunun (3) ayrışma dengesinin PO43'ü ayrıştırmak için sağa daha kolay hareket etmesini sağlayabilir -;Metal yüzeyinde aktif nokta yüzey bağlanması varsa, çökelme reaksiyonu (4) (5) çok fazla aşırı doyma olmaksızın fosfat çökelme çekirdekleri oluşturabilir;Fosfatlama tortusunun oluşumu reaksiyon (1) ve reaksiyona (2) bağlıdır.Çözeltideki yüksek H+ konsantrasyonu ve güçlü hızlandırıcı tortuyu artıracaktır.Buna göre, gerçek fosfatlama formülünde ve işlem uygulamasında, yüzey: uygun bir güçlü hızlandırıcı (oksidan);Yüksek asit oranı (nispeten düşük serbest asit, yani H+konsantrasyon);Metal yüzeyin aktif bir noktaya sahip olacak şekilde ayarlanması, fosfatlama reaksiyon hızını iyileştirebilir ve daha düşük bir sıcaklıkta hızla bir film oluşturabilir.Bu nedenle, düşük sıcaklıkta hızlı fosfatlama formülünün tasarımında genellikle yukarıdaki mekanizma takip edilir ve güçlü hızlandırıcı, yüksek asit oranı, yüzey ayarlama işlemi vb. seçilir.
Fosfatlama tortusu hakkında.Fosfatlama tortusu esas olarak FePO4 olduğundan, tortu miktarını azaltmak için Fe3+ miktarı azaltılmalıdır.Yani, iki yöntem benimsenmiştir: Fe2+'nın Fe3+'ya oksidasyonunu azaltmak için fosfatlama çözeltisinin (düşük serbest asitlik) H+ konsantrasyonunu azaltmak.
Çinko ve alüminyumun fosfatlama mekanizması temelde yukarıdakiyle aynıdır.Çinko malzemenin fosfatlama hızı hızlıdır ve fosfatlama filmi sadece çinko fosfattan oluşur ve çok az tortu vardır.Genel olarak, AlF3 ve AlF63 - oluşturmak için alüminyum fosfatlamaya daha fazla flor bileşikleri eklenir.Alüminyum fosfatlama aşaması polimerizasyonunun mekanizması temel olarak yukarıdakiyle aynıdır.
2. Fosfatlama sınıflandırması
Fosfatlama için birçok sınıflandırma yöntemi bulunmakla birlikte genellikle fosfatlama film oluşturma sistemine, fosfatlama film kalınlığına, fosfatlama sıcaklığına ve hızlandırıcı tipine göre sınıflandırılırlar.
2.1 Fosfatlama film sistemine göre sınıflandırma
Fosfatlama film oluşturma sistemine göre, esas olarak altı kategoriye ayrılır: çinko sistemi, çinko kalsiyum sistemi, çinko manganez sistemi, manganez sistemi, demir sistemi ve amorf demir sistemi.
Çinko fosfatlama banyosu çözeltisinin ana bileşenleri şunlardır: Zn2+, H2PO3 -, NO3 -, H3PO4, hızlandırıcı, vb. Oluşan fosfatlama filminin (çelik parçalar) ana bileşimi: Zn3 (po4) 2 · 4H2O, Zn2Fe (PO4) 2 · 4H2O.Fosfatlı taneler dendritik, iğnemsi ve gözeneklidir.Boyama öncesi astarlama, korozyon önleyici ve soğuk çalışma sürtünmeli yağlama için yaygın olarak kullanılır.
Çinko kalsiyum fosfatlama banyosu çözeltisinin ana bileşenleri şunlardır: Zn2+, Ca2+, NO3 -, H2PO4 -, H3PO4 ve diğer katkı maddeleri.Fosfatlama filminin ana bileşimi (çelik parçalar): Zn2Ca (PO4) 2 · 4H2O, Zn2Fe (PO4) 2 · 4H2O, Zn3 (PO4) 2 · 4H2O.Fosfatlı taneler, birkaç gözenekli kompakt granüllerdir (bazen büyük iğne benzeri taneler içerir).Boya öncesi astarlama ve korozyon önleyici olarak kullanılır.
Çinko manganez fosfatlama banyosu çözeltisinin ana bileşimi: Zn2+, Mn2+, NO3 -, H2PO4 -, H3PO4 ve diğer katkı maddeleri.Fosfatlama filminin ana bileşimi: Zn2Fe (PO4) 2 · 4H2O, Zn3 (PO4) 2 · 4H2O, (Mn, Fe) 5H2 (PO4) 4 · 4H2O.Fosfatlama taneleri, birkaç gözenekli, granüler iğne dendritik karışık kristal formundadır.Soğuk çalışma sırasında boyama öncesi astarlama, korozyon önleyici ve sürtünme önleyici yağlama için yaygın olarak kullanılır.
Manganez fosfatlama banyosu çözeltisinin ana bileşimi: Mn2+, NO3 -, H2PO4, H3PO4 ve diğer katkı maddeleri.Çelik parçalar üzerinde oluşan fosfatlama filminin ana bileşimi: (Mn, Fe) 5H2 (PO4) 4 · 4H2O.Fosfatlama filmi birkaç gözenekli kalın ve fosfatlama taneleri yoğundur.Korozyon önleyici ve soğuk çalışma sürtünmeli yağlamada yaygın olarak kullanılır.
Demir fosfatlama banyosu çözeltisinin ana bileşimi: Fe2+, H2PO4, H3PO4 ve diğer katkı maddeleri.Fosfatlama filminin (çelik iş parçası) ana bileşimi: Fe5H2 (PO4) 4 · 4H2O.Fosfatlama filmi kalındır, fosfatlama sıcaklığı yüksektir, işlem süresi uzundur, film birçok gözeneklidir ve fosfatlama taneleri granülerdir.Korozyon önleyici ve soğuk çalışma sürtünme önleyici yağlama için kullanılır.
Amorf demir fosfatlama banyosu çözeltisinin ana bileşenleri: Na+(NH4+), H2PO4, H3PO4, MoO4 - (ClO3 -, NO3 -) ve diğer katkı maddeleri.Fosfatlama filminin ana bileşimi (çelik parçalar): Fe3 (PO4) 2 · 8H2O, Fe2O3.Fosfatlama filmi incedir ve mikro film yapısı, sadece boyamadan önce astarlama için kullanılan amorf fazın düzlemsel dağılımıdır.
2.2 Fosfatlama filminin kalınlığına göre sınıflandırma
Fosfatlama filminin kalınlığına göre (fosfatlama filminin ağırlığı), dört tipe ayrılabilir: alt hafif, hafif, alt ağır ve ağır.İkincil hafif filmin ağırlığı sadece 0.1~1.0g/m2'dir.Genel olarak, özellikle büyük deforme olmuş iş parçaları için sadece boyama öncesi astarlama için kullanılan amorf demir sistem fosfatlama filmidir.Hafif film 1,1~4,5 g/m2 ağırlığındadır ve boyama öncesi astarlama için yaygın olarak kullanılır, ancak korozyon önleyici ve soğuk işleme endüstrilerinde daha az kullanılır.Alt ağır fosfatlama filminin kalınlığı 4.6 ～ 7.5 g/m2'dir.Büyük film ağırlığı nedeniyle, film kalındır (genellikle> 3 μm) Boyama öncesi astar olarak daha az kullanılır (sadece temelde deforme olmayan çelik parçalar için boyamadan önce astar olarak kullanılır) ve korozyon önleme için kullanılabilir ve sürtünmeyi ve yağlamayı azaltmak için soğuk işleme.Ağır film 7,5 g/m2'den daha ağırdır ve boyamadan önce astar olarak kullanılmaz.Korozyon önleyici ve soğuk çalışma için yaygın olarak kullanılır.
2.3 Fosfatlama işlemi sıcaklığına göre sınıflandırma
Tedavi sıcaklığına göre normal sıcaklık, düşük sıcaklık, orta sıcaklık ve yüksek sıcaklık olarak ayrılabilir.Normal sıcaklıkta fosfatlama, ısıtma fosfatlama değildir.Düşük sıcaklıkta fosfatlamanın genel işlem sıcaklığı 30-45 ℃'dir.Orta sıcaklıkta fosfatlama genellikle 60~70 ℃'dir.Yüksek sıcaklıkta fosfatlama genellikle 80 ℃'den fazladır.Sıcaklık bölme yönteminin kendisi katı değildir.Bazen her kişinin isteğine bağlı olarak orta altı sıcaklık ve yüksek sıcaklık altı yöntemleri vardır, ancak genellikle yukarıdaki bölme yöntemi izlenir.
2.4 Hızlandırıcı tipine göre sınıflandırma
Fosfatlama hızlandırıcıların sadece birkaç çeşidi olduğu için banyo solüsyonunu hızlandırıcıların cinsine göre anlamakta fayda vardır.Fosfatlama işlemi sıcaklığı genellikle hızlandırıcının tipine göre belirlenebilir, örneğin NO3 hızlandırıcı esas olarak orta sıcaklıkta fosfatlamadır.Hızlandırıcılar esas olarak nitrat tipi, nitrit tipi, klorat tipi, organik nitrür tipi, molibdat tipi ve diğer ana tiplere ayrılır.Her hızlandırıcı türü diğer hızlandırıcılarla birlikte kullanılabilir ve birçok dal serisi vardır.Nitrat tipi şunları içerir: NO3 - tipi, NO3 -/NO2 - (otojen tip).Klorat türleri şunları içerir: ClO3 －, ClO3 －/NO3 －, ClO3 －/NO2 －.Nitrit şunları içerir: nitroguanidin R - NO2 -/ClO3 -.Molibdat türü MoO4 -, MoO4 -/ClO3 -, MoO4 -/NO3 - içerir.
Fosfatlamayı sınıflandırmanın birçok yolu vardır, örneğin çelik parçalara, alüminyum parçalara, çinko parçalara ve malzemeye göre karışık parçalara ayrılabilir.
2、 Fosfatlama öncesi ön işlem
Genel olarak, fosfatlama işlemi, iş parçası yüzeyinin temiz metal yüzey olmasını gerektirir (ikisi bir arada, üçü bir arada ve dörtü bir arada hariç).Fosfatlamadan önce, iş parçaları gres, pas, oksit tabakası ve yüzey ayarının giderilmesi için ön işlemden geçirilmelidir.Özellikle, boyama öncesi astarlama için fosfatlama, tek tip, ince ve yoğun bir fosfatlama filmi elde etmek ve boyanın yapışma ve korozyon direncini iyileştirme gerekliliklerini karşılamak için metal yüzeyin belirli bir "aktiviteye" sahip olmasını sağlamak için yüzey ayarlaması gerektirir. film.Bu nedenle, fosfatlama ön işlemi, yüksek kaliteli fosfatlama filmi elde etmenin temelidir.
1. Yağdan arındırın
Yağ gidermenin amacı, iş parçasının yüzeyindeki gresi ve yağlı kirleri çıkarmaktır.Mekanik yöntem ve kimyasal yöntem dahil.Mekanik yöntem esas olarak manuel fırçalama, kumlama ve bilyeli püskürtme, alevle yakma vb. içerir. Kimyasal yöntem esas olarak solvent temizleme, asit temizleme maddesi temizliği, güçlü alkali çözelti temizliği ve düşük alkali temizlik maddesi temizliğini içerir.Aşağıda kimyasal yağ giderme işlemi açıklanmaktadır.
1.1 Çözücü temizleme
Çözücü yöntemi genellikle gresin yanıcı olmayan halohidrokarbon buhar yöntemi veya emülsifikasyon yöntemi ile uzaklaştırılması için kullanılır.En yaygın yöntem, gresi gidermek için trikloretan, trikloretilen ve perkloretilen buharı kullanmaktır.Buharla yağ giderme hızlı, verimli, temiz ve kapsamlıdır ve her türlü yağ ve gres üzerinde çok iyi bir sökme etkisine sahiptir.Klorlu hidrokarbonlara belirli bir miktar emülsiyon eklenmesi hem ıslatmada hem de püskürtmede iyi bir etkiye sahiptir.Klorlu halojenlerin toksisitesi ve yüksek buharlaşma sıcaklığının yanı sıra yeni su bazlı düşük alkali temizlik maddelerinin ortaya çıkması nedeniyle, solvent buharı ve losyon yağ giderme yöntemleri artık nadiren kullanılmaktadır.
