فرمت فایل: word
تعداد صفحه:218
دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه
دانشکده فنی مهندسی
پایان نامه جهت اخذ مدرک کارشناسی
موضوع :
فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی
بخشی از متن اصلی
چکیده
آماده سازی سطوح فلزی
مجموعه فرایندی که جهت آماده سازی سطح فلزات پیش از اعمال رنگ صورت می گیرد را Pre-treatment گویند که شامل مرحله پیش چربیگیری، مرحله چربیگیری و مرحله فسفاتاسیون سطح می باشد.
پیش چربیگیری:
سطح فلز از لحظه تولید در شرکتهای سازنده ورق ، با نوعی روغن محافظ پوشش داده می شود تا بعنوان حایل، سطح را از مجاورت مستقیم هوا دور نگه دارد و باین ترتیب از اکسید شدن سطح پیشگیری شود.
علاوه بر روغن محافظ، در ایستگاه پرس جهت شکل دهی به ورق فلزی از نوعی روغن بنام روغن کشش (بمنظور پیشگیری از پارگی ورق) استفاده می شود. روغن های محافظ، کشش و آلودگی های دیگر مانند گرد و غبار و ... در سالن رنگ بعنوان اجزاء آلوده و مزاحم باید از سطح فلز حذف شوند که این فرایند بعنوان چربیگیری شناخته شده است.
پیش چربیگیری شامل حذف آلودگیهای روغنی عمده و متراکم سطوح بیرونی بکمک محلول چربیگیری و بروش دستی ( hand wiping) و زدودن گردو غبار و براده های فلزی از سطح ( بکمک واترجت ) می باشد البته اعمال واترجت مزیت دیگری نیز دارد و آن افزایش دمای سطح فلز می باشد.
چربیگیری:
چربیگیری شامل حذف آلودگیهای روغنی از تمام سطح (بیرونی و داخلی) فلز می باشد که ضمن آن معمولآ بواسطه برخی مواد فعالساز موجود در چربیگیری سطح فعال و آماده فسفاته شدن می شود.
مواد چربیگیری معمولآ ماهیت قلیایی دارد که چربی سطح را طی یک واکنش شیمیایی ( واکنش خنثی سازی صابونی شدن ) از سطح می زداید.
مواد چربیگیری شامل ترکیبات قلیایی (Alkaline Components) و فعال کننده های سطح (Surfactants) می باشد.
ترکیبات قلیایی از نظر ماهیت شیمیایی، بخش معدنی (inorganic ) ماده چربیگیری را تشکیل می دهند که شامل کربناتها، سود (NaoH)، فسفاتهای قلیایی و سیلیکاتها می باشند. نقش این ترکیبات فراهم کردن محیط قلیایی و نیز انجام واکنش شیمیایی جهت حذف آلودگیهای روغنی می باشد (واکنشهای صابونی شدن). سیلیکات ها جهت تسهیل در جدا سازی روغن از سطح بکار می روند. در حقیقت سیلیکات ها همانند ذرات ریز ماسه، آلودگیهای روغنی را بدور خود گرفته از سطح فلز جدا می کنند. نقش کربنات ها و دیگر آنیون های دو ظرفیتی، کاهش درجه سختی آب می باشد. بعبارت دیگر این آنیو نها با یونهای کلسیم و منیزیوم که در آب سخت مقدار زیاد وجود دارند وارد واکنش شده و با خارج کردن این کاتیونها از حالت یونی و کاهش سختی آب ، شرایط را برای عمل یونهای تک بار مانند یون هیدروکسید فراهم می کنند.
سورفکتانت ها جزء ترکیبات آلی می باشند که نقش اصلی این مواد مرطوب نمودن آلودگی های روغنی ( کمک به نفوذ آب به ساختار چربی ها) و کمک به امولسیون شدن ذرات چربی ( پخش نمودن روغنها در محلول چربیگیری بصورت ذرات پراکنده و ریز ) می باشد ( wetting agent ). سورفکتانت ها با دارا بودن دو سر آلی و آبی از یک سر در روغن ها نفوذ می کنند و با سر دیگر در آب حل می شوند و باین ترتیب ذرات روغنی را بدرون محلول آبی می کشانند.
پس از حذف آلودگیهای روغنی از سطح بدنه بمنظور فراهم نمودن بستر مناسب در سطح فلز جهت تشکیل پوشش فسفاته، فرآیند فعالسازی انجام می شود که طی آن بکمک مواد فعالساز (Activation) هسته های مرکزی جهت تشکیل کریستالهای فسفات در سطح فلز ایجاد می شود و با این عمل زمینه مناسب جهت تشکیل پوشش یکنواخت و کریستالهای ریز و همسان فراهم می شود. با فرایند فعالسازی در حقیقت امکان تشکیل کریستال فسفات در سطح انرژی کمتر فراهم می شود:
اختلاف سطح انرژی پس از فعال شدن سطح انرژی لازم برای تشکیل کریستال در سطح فلز (بدون فعالسازی)
H2 ــــــ
H2 ــــــ H Δ H Δ
H1 ــــــ H1 ــــــ انرژی پایه
فعال سازی سطح تنها برای مواردی لازم است که کریستال فسفات تشکیل می شود ( مانند فسفات روی و فسفات منگنز ). در مواردی که فسفاتاسیون با تشکیل کریستال همراه نباشد ( مانند فسفات آهن) نیازی به فعالسازی سطح نیست.
از مواردی که در کنترل فرایند فعالسازی ضروریست تازه نگه داشتن محلول فعالساز می باشد. سیرکولاسیون ضعیف، تهیه محلول اولیه فعالساز در مخزن پیش مخلوط کن و نیز فاصله زمانی زیاد بین شارژ مواد فعالساز موجب تضعیف ( کهنه شدن) فعالساز می شود. روش مناسب شارژ فعالساز بصورت پیوسته ( Dosing ) می باشد. ضمن اینکه تهیه محلول اولیه در پیش مخلوط کن (per mix ) نیز باید تا حد امکان در غلظت پایین صورت پذیرد. با توجه به پتانسیل بالای ذرات فعالساز جهت پیوستن به یکدیگر سیرکولاسیون پیوسته برای این مخزن ضروریست ( حتی در شرایط اضطراری نیز بیش از 3-4 ساعت نباید سیرکوله مخزن متوقف شود).
فرآیند فسفاتاسیون :
بعد از رفع آلودگی های سطح بدنه فرآیند فسفاتاسیون با هدف کلی ایجاد سطحی متخلخل جهت بهبود چسبندگی فیلم رنگ انجام می شود. سطح فلز پس از چربیگیری کاملآ صیقلی است و چنانچه در این شرایط رنگ الکتروفورز اعمال شود چسبندگی مناسبی به سطح فلز نخواهد داشت، ضمن اینکه بدلیل پیوستگی و یکپارچگی رویه داخلی فیلم رنگ (سطحی که در تماس با فلز هست) نفوذ رطوبت و گسترش زنگ زدگی (مثلآ در نتیجه ایجاد خراش) بسادگی موجب جدا شدن سطح وسیعی از فیلم رنگ از سطح فلز می شود. جهت بهبود چسبندگی رنگ الکتروفورز ایجاد پستی و بلندی میکروسکوپی در سطح فلز بسیار مناسب است که این پستی و بلندی با فسفاتاسیون در سطح ایجاد می شود. البته با اعمال پوشش فسفاته اهداف دیگری نیز تامین می شود: افزایش قابلیت جذب روغن جهت افزایش مقاومت فلز در برابر خوردگی و نیز در مقابل ضربه ناشی از پرس ( بکمک فسفات منگنز ); افزایش انعطاف پذیری در برابر کشش ( در مفتولهای سیمی ); بعنوان روانکار در چرخ دنده های صنعتی و ...
در فرآیند آماده سازی سطح فلز پیش از اعمال رنگ ، لایه فسفاته بعنوان یک پوشش معدنی( معمولا فسفات تری کاتیونی روی ) جهت بهبود چسبندگی و افزایش مقاومت خوردگی فیلم رنگ بکار برده می شود. محلول فسفات با سطح فلز جهت تشکیل کریستال ها واکنش می دهد. شیمی این مرحله بر اساس واکنش ته نشینی( Precipitation ) فسفات فلزی بر روی سطح فلزمی باشد. ترکیب سطح و محلول و همچنین روش اعمال می تواند ترکیب پوشش فسفات نهایی را تعیین می نماید. بعبارتی مکانیسم اعمال محلول فسفاته بر سطح فلز در کیفیت پوشش نهایی تاثیر مستقیم دارد. شیمی فرآیند فسفاتاسیون کاملآ آبی ( غیرآلی ) می باشد.
فهرست مطالب
چکیده 1
مقدمه : آماده سازی فلز 15
فصل اول : سابقه تاریخی
فسفاتکاری قبل از جنگ جهانی 15
فسفاتکاری درطی جنگ جهانی 19
توسعه در زمان جنگ 25
توسعه بعد از جنگ 27
فصل دوم : اندیشه‌های نظری
مکانیسم‌های واکنش 30
زینک اورتوفسفاتها 32
فسفات منگنز 32
فسفات آهن 33
تشکیل پوشش 33
شتابدهنده‌ها 43
شتابدهنده‌های نیکل و مس 46
شتابدهنده‌های اکسید کننده 47
شتابدهندگی نیترات 48
شتاب با ترکیبات نیتر و آلی 52
کنترل آهن فرو 55
شتاب دهنده کلرات 56
پوشش فسفات فلزات قلیایی 64
مشخصات پوششهای فسفات و دیگر پوششهای تبدیلی 70
پوششهای زینک فسفات 72
پوششهای فسفات منگنز 79
تکامل پوشش 79
ایست گازدهی 80
منحنی‌های زمان – و زن پوشش 80
اندازه گیری پتانسیل 80
آزمون میکروسکپی 82
وزن و ضخامت پوشش 83
خلل و فرج پوشش 88
تردی هیدروژنی 93
فصل سوم : مهیا کردن سطح
مقدمه 95
تمیز کننده‌های قلیایی 97
گرایشها جهت تکامل تمیز کننده قلیائی 98
عوامل ظریف سازی 100
زنگبری قلیائی 100
تمیز کننده‌های حلالی 101
چربیگیری با بخار 102
تمیزکاری با حلالهای قابل امولسیون 103
تمیزکاری با حلالهای امولسیون شده 104
تمیز کننده‌های حلالی دیگر 104
تمیز کننده‌های اسیدی 105
روشهای تمیزکاری مکانیکی و ویژه 106
تمیز کاری سایشی 106
تمیز کننده‌های بخاری و فشار بالا 107
تمیز کاری الکترولیتی 107
تمیزکاری مافوق صوتی 108
تمیزکاری خطی و غیر خطی 109
ارزیابی تمیز کننده 110
فصل چهارم : پوششهای پایه رنگ
مقدمه 111
فرآیندهای فسفات آهنی سبک وزن 114
فرآیندهای با تمیز کننده جداگانه 114
تمیز کننده / پوشش دهنده‌ها (چربیگری و فسفاته توام) 115
فرایندهای زینگ فسفات به عنوان واسطه پیوندی رنگ با زمینه 118
فرآیند پاششی 120
آماده سازی برای رنگ الکترولیتی 124
سیستمهای آندی 125
سیستمهای کاتدی 132
زمینه‌های روی، آلومینیوم و آمیزة عناصر 145
آماده سازی برای پوشش پودر 148
آماده سازی فولاد 150
آماده سازی سطوح روی و فولاد گالوانیزه 153
آماده سازی آلومینیوم 157
محصول آمیزه‌ای 157
فصل پنجم : پوشش دادن ضخیم با فسفات – فسفاتکاری ضخیم
مقدمه 159
فرآیندهای فسفات فرو 160
فرآیندهای فسفات منگنز 161
فرآیندهای زینک فسفات 162
عمل پوشش کاری جهت جلوگیری از زنگ زدن 163
مواد پوششی ضد زنگ 165
پارافین‌ها 166
مواد محافظ آلی 166
پوششهای فسفات سیاه 167
فرآیند با دوام کردن 168
روانکاری سطح یاتاقان 168
فرآیند در عمل 170
تمیزکاری و شستشو 171
آماده سازی 172
فسفات کردن با فسفات منگنز 172
خشک کردن و روانکاری 173
قطعات عمل شده 174
فصل ششم :عمل آوردن قبل و بعد از فسفاتکاری
مهیا کردن قبل از فسفاتکاری 178
عملیات بعد از فسفاتدار کردن 183
مواد عمل آورندة عاری از کروم 191
مواد عمل آورندة دیگر 192
فصل هفتم : فرآیند آماده سازی سطح خودرو 194
فصل هشتم : آزمایشات 200
تعاریف و مفاهیم 203
نتیجه گیری 213
منابع و مآخذ 218
فسفاتکاری، تألیف: د.ب.فریمن ترجمه: دکتر اردشیر کامکار، سال چاپ: 1377.
1 Maccia, 0., Fortschritte auf dem Gebiete der Phosphatierung (Verlag Chemie, 1942).
2 Machu, W., Die Phosphatierung (Verlag Chemie, 1950).
3 Lorin. G., Phosphating of Metals (Finishing Publications, 1974).
4 Rausch, W., Die Phosphatierung von Metallen (Eugene G. Leuze Verlag, 1974).
5 Tinsley. E. C., Metal Finishing, 55 (1958), 71.
6 Van Wazer,J. R., Phosphorus and its Compounds, vol. I (Interscience Publishers, 1958).
7 British Patent 3,119 (1869).
8 British Patent 8,667 (1906).
9 British Patent 490 (1908).
10 British Patent 15,628 (1908).
11 British Patent 16,300(1909).
12 British Patent 22,743 (1909).
13 British Patent 28,131 (1909).
15 British Patent 17,563(1911).
16 Bcaish Patent 25,134 (1913).
17 US Patent 1,167.966.
18 US Patent 1.206.075.
19 US Patents 1.887.967 and 1.888.189,
20 US Patent 1.911.726.
21 USPatent2.001.754.
22 British Patent 473.285.
23 British Patent 517,049.
24 German Patent 673,405.
25 USPatent2.310.239.
26 US Patents 2,234,206 and 2,312.855.
27 Mansion. H. D.. Inst. Auto. Eng. Research Report No. 1943/15 (1943).
28 Roosa. M. B., Lubrication Engineering (June 1950).
29 French Patent 1,138,208.
30 British Patent 866,377.
31 British Patent 828,916.
32 British Patent 983,924.
33 British Patent 865,497.
34 Bender, H. S., Cheever, G. Dale, and Wojtkowiak, J. J., Progress in Organic Coaling- 8 (1980), 241.
35 Salmon. J. E. and Terrey. H..J. Chem. Soc. (Oct. 1950). 2815.
36 Salmon, J. E. and Terrey. H..J. Chem. Soc. (Oct. 1950), 2817.
37 Carter, S. R. and Harlshorne, N. R..J. Chem. Soc. 123 (1923). 2223.
38 Van Wazer, J. R., Phosphorus and its Compounds, vol. II, p. 1861 (Interscience Publishers. 1958).
39 Drysdale. R., Trans. Insi. Met. Fin. 30(1954). 128.
40 Rocsner, G.. Schu.ster, L. and Krausc, R.. Korrosion und Meiall-schiil:. 17(1941). 179.
41 Machu. W.. Mcuillwirtschafl. 22 (1943). 481.
42 Saison, J., Doctorate thesis (Paris 1962).
43 Cupr, V. and Pelikan. J. B.. Metallohcrfiuchv. 19 (June/July 1965). 230.
44 Cheever, G. Dale. J. Paint Tech. 39 (1967). 504.
45 Ghali. E. L. and Potvin. J. R.. Corrosion Science. 12 (1972). 583.
46 Lakeman. J. B.. Gabc. D. R. and Richardson. M. 0. W.. Trans. Inst. Met. Fin. 55 (1977), 47.
47 Schuster. L. and Schall. A., Korrosion und Meiallschulz. 19 (1943). 279,
48 Gilbert, L. 0,, Tech. Proc. Am. Eledroplai. Soc. 44 (1957), 73.
49 Chamberlain. P. andEisler. S. E., Rock Island Arsenal Report No. 54.
50 British Patent 510.684.
51 German Patent 448,008.
52 US Patent 2.293.716.
53 British Patent 672.367.
54 British Patent 1.542.222.
55 British Patent 554.654.
56 British Patent 858.960.
57 British Patent 889.532.
58 Rothkegel.J.. Indust. & Prod. Eng. (Feb. 1977),
59 Laukonis, J. V., Interfacial Conversion for Polymer Coatings, p. 182 (EIsevier, 1968).
60 British Patent 584.046.
61 British Patent 561,504.
62 British Patent 495.190.
63 Zantout, B. and Gabe, D. R., Trans. Inst. Met. Fin. 61 (1983), 88.
64 Eisler, P. and Doss. J., Indust. Fin. 34 (1957), 1008.
65 Machu, W., Werkstoffe und Korrosion, 14 (1963), 273.
66 Jenkins, H. A. H. and Freeman, D. B., Trans. Inst. Met. Fin. 42 (1963), 163.
67 Gebhardt, M., Fachberichte Oberflachentechnik. 6 (1968), 7.
68 Neuhaus, A. and Gebhardt, M., Werkstoff und Korrosion, 17 (1966). 493.
69 Doss, J.. Rock Island Arsenal Report No. 57-2612 (1957).
70 Trillat. J. J. and Saison, J., Mem. Scient. de la Rev. de Met. 58 (1961), 496.
71 Miyawaki, T., Okita, H., Umehara. S. and Okabe, M., Proc. Inter-nnish 8U, Kyoto, 1980.
72 Richardson, M. 0. W., Freeman, D. B., Brown, K. and Djaroud.N.,Trans. Inst. Met. Fin. 61 (1983), 183.
73 Helliwell. N., Gabe. D. R. and Richardson. M. 0. W., Trans. Inst.Met. Fin. 54(1976), 185.
74 Cheever, G. Dale, J. Coatings Tech. 50 (1978), 78.
75 Rudolph, G. and Hansen, H., Trans. Inst. Met. Fin. 50 (1972), 83.
76 Zurilla, R. W. and Hospadaruk, V., SAE Technical Paper 780187(1978).
77 Wittel, K., Bonder-Technik. House Journal of Chemetall GmbH, Frankfurt (1980).
78 Kojima, R., Nomura, K. and Ujihara, Y., J. Jap. Soc. Col. Mat. 55 (1982).365.
79 Andrew, J. F. and Donovan, P. D., Trans. Inst. Met. Fin. 48 (1970), 154.
80 Spring, S., Metal Cleaning (Reinhold Publishing Corp., 1963).
81 Rothkegel, J., Indust. & Prod. Eng. 2 (1977), 99.
82 LISPatent2.310.239.
83 Yearsley,LA.H.andDarkins.P.D.,Tran5. Inst. Met. Fin. 57 (1973), 173.
84 Thomson, I, A., Proc. Conf. Advances in Steel Wire Production.Stratford. England. 1982.
85 Wiggle, R. R.. Smith. A. G. and Petrocelli, J. V.. J. Paint Tech. 40 (1968), 174.
86 Millington. E. S., Trans. Insl. Met. Fin. 57 (1979), 175.
87 Menzer. W., Paper presented at Interfinish 7. Hanover. 1968.
88 May.C. A. and Smith. G.. J. Paint Tech. 40 (1968). 494.
89 Freeman, D. B., Paper presented at Electropaint '72. London. 1972.
90 Freeman, D. B.. Polymers Paint & Colour Journal. August 8/22 (1979).
91 Anderson. D. G., Murphy. E. J. and Tucci. ]..J. Coalings Tech. 50 (1968). 38.
92 Franks, L. W. and Froman. G. W.. 73rd Galvanizing Meeting.
Trevose.Pa.. 1981.
93 Wyvill. R. D.. Metal Finishing (Jan. l9S2^. 21.
94 Davis, J. W., SAE Technical Paper S20336(1982).
95 Cooke.B. A.. IXth Proc. Int. Conf. Org. Coat. Sci. &Tcch.. Athens, July 1983. 29.
96 International Patent Application WO 84/00386.
97 Loop. F., Electrocoat 84. Detroit. 1984.
98 Rausch, W., Metal Finishing. 76 (Nov. and Dec. 1978). 44-8 and 58-61.
99 Rausch. W., Phosphatieren, Handbiicb der Galvoiecknik (Carl Hansen Verlag, Munich, 1969).
100 Andrew, J. F., Clarke. S. G. and Longhurst. E. E.,J. Appl. Chem. 4 (1964), 581.
101 British Patent 1,156.367.
102 British Patent 1,214,544.
103 British Patent 590,852.
104 Green, T., Assembly Engineering (July 1972).
105 Cavanagh, W. R., SAE Report No. 670041 (1967).
106 British Patent 1,084,017.
107 Gueguen, T., Engineering Materials & Design (June 1969).
108 DweT.A.a.t\dSchm}d,F.,KorrosionundMetallschuiz,20(\944)
109 Jevons, D. D., The Metallurgy of Deep Drawing and Pressing, p. 697.
110 Holden.H. A. and Scouse.S.J., Sheet Metal Industries. 26 (Jan. 1949). 123.
111 James. D.. Sheet Metal Industries. 143 (1966). 193.
112 Holden.H. A., Sheet Metal Industries, 30 (Sept. 1953). 775.
113 Freeman, D. B., Wire Industry. 42 (1975). 526.
114 Spring. S. and Larn, J. C.. Metal Finishing. 54 (Feb. 1956). 5.
115 Yonesaki. S.. Paper presented at Interfinish 7, Hanover, 1968.
116 Eisler, S. J. and Doss. J.. Metal Finishing. SO (Dec. 1952). 54.
117 British Patent 1.084.478.
118 British Patent 226.776.
119 USPatent2.438.877.
120 Newhard. N. J.. Metal Finishing. 70 (1972), 49.
121 Freeman. D. B. and Triggle. A. M.. Trans. Insi. Met. Fin. 87 (1960), 56-64.
122 Treverton, J. A. and Davies. N. C., Materials Technology (Oct. 1977), 480.
123 Gibson. R. C. and Russel. W. S., Ind. Eng. Chem. 38 (1946), 1222-7.
124 Maurer, J.I., Paper presented at Interfinish 80, Kyoto, 1980.
125 British Patent 2,084,614.
126 Van der Leest, R. E., Trans. Inst. Met. Fin. 56 (1978), 51-4.
127 Leidheiser, H. Jun, and Suzuki, I., J. Electrochem. Soc. 128 (1981), 142.
128 Cooke, B. A. and Ness, N. M., Trans. Inst. Met. Fin. 53 (1975), 153.
129 Pasquire, D. J. and Bowler. M., Product Finishing, 37 (Feb. 1984), 21.
130 Cheever, G. Dale, J. Paint Tech. 41 (1969), 289.
131 Kent, G. D., Fotinos, N. A. and Hacias, K. J., Proc. SAE Automotive Corrosion & Prevention Conf., 1983.
132 Energy Audit Series No. 19, Dept of Trade & Industry (May 1984).
133 Jansen, G. and Tervoot, J., Product Finishing, 35 (June 1982), 7.
134 Scalise, J. A., AFP Technical Paper FC 77-613 (1977).
135 Garner, B. A. E., Product Finishing, 32 (Dec. 1979), 22.
136 Freeman, D. B. and James, D., Proc. Interfinish 80, Kyoto, 1980.
پایان نامه کارشناسی فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی
