سیستم شستشو به روش دیپ یا غوطه وری و ویژگی های آن
یکی از انواع شستشوی قطعات پیش از اعمال رنگ ، شستشو به روش غوطه وری یا دیپ است که این محصول برای کارخانه هایی با ظرفیت تولید کمتر پیشنهاد می شود.
در این روش از قطعات در وان هایی حاوی مواد شستشو غوطه ور می شوند و به ترتیب مراحل شستشو از یک وان به وان دیگر انتقال داده می شوند و هر وان حاوی محلول های مورد نیاز برای شستشو می باشد.
لازم به ذکر است که قطعه را به صورت منوال ( دستی ) داخل وان حاوی مواد شستشو قرار داده پس از طی زمان خاصی در دمای بین 50 تا 60 درجه زیر سازی شده و آماده ی رنگ آمیزی می گردد.
این روش شامل سه بخش آب گرم، چربی گیری و فسفاته قطعه مورد نیاز با مشخصات فنی می باشد.در این روش به سه وان نیاز داریم که ابعاد آن با توجه به اندازه ی قطعه معین می شوند.
به عبارتی دیگر، دراین سیستم وان ها با توجه به ابعاد و میزان تولید و جنس قطعات طراحی و ساخته می شوند و قطعات بوسیله سبد باجرثقیل سقفی داخل وانها قرار می گیرند که در چند وان چند مرحله شستشو انجام می گیرد.
مراحل شستشوی قطعات
این مراحل معمولا شامل زنگبری ، چربی زدایی و فسفات می باشد. بعداز مراحل شستشو قطعا به وسیله کوره خشک کن خشک و آماده رنگ می شود.
می توان این گونه ذکر کرد که شستشو یکی از اولویت های کاری در رنگ آمیزی می باشد. چرا که قطعه باید دارای سطحی صاف و صیقلی باشد که این امر کمک بزرگی برای نشستن رنگ روی سطوح می کند.
شستشو توسط وان و سیستم های خشک کن صورت می پذیرد . جهت رنگ آمیزی قطعات آهنی و آلومینیومی می بایست در مرحله اول آن قطعه را کاملا با مواد چربی گیر شستشو داد.
زیرا قطعاتی که در صنایع مختلف از آن ها استفاده مداوم می شود باعث شده به مرور زمان سطح قطعات با چربی ها و گرد وغبار ،آلوده شده جهت تمیز کاری و چربی گیری سطح قطعه همان گونه که گفته شد،
اولین مرحله شستشو اولیه می باشد که در این گام مواد چربی و گرد و غبار روی سطح قطعه از بین می رود و در مرحله بعد برای از بین بردن آلودگی ها در اثر شستشو این قطعات به صورت اتوماتیک آبکشی می شوند.
مکانیزم فسفاته کردن
انجام عملیات فسفاته بر روی سطوح فلزی، خواص فیزیکی و شیمیایی سطح فلز را تغییر می دهد و مقاومت در برابر عوامل خورنده و چسبندگی رنگ و بسیاری خواص دیگر، تحت تاثیر این فرآیند بهبود می یابد.
مبنای تولید پوشش فسفاته بر اساس غوطه وری قطعات فولادی در محلول رقیق اسید فسفریک و تشکیل لایه فسفات آهن است. لایه محافظ سطح فولاد که در ابتدا رسانا می باشد، از طریق تبدیل الکتروشیمیایی سطح در محلول حاوی فسفات فلزات سنگین، به صورت یک پوشش فسفاتۀ عایق درمی آید. به طور کلی فرآیند فسفاته کردن به دو صورت انجام می شود:
فسفاته کردن در محلول های آبی.
فسفاته کردن در محلول های غیر آبی.
در نوع اول که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، از محلول آبی رقیق، حاوی اجزاء مورد نیاز برای پوشش دهی استفاده می شود. در طول فرآیند، تماس سطح فلز با حجم زیادی از محلول، باعث تبادل آسان یون میان سطح و محلول می شود. این تبادل بین سطح فلز و لایه محلول نزدیک سطح (که خود در تعادل با کل محلول می باشد) صورت می گیرد.
حمام های فسفاته به دلیل داشتن pH اسیدی (در حدود 2 تا 3)، محیط خورنده به حساب می آیند. بنابراین هر فلز آهنی در تماس با آن به صورت یک مولتی الکترود عمل می کند.
به بیان دیگر به علت میکروسل های به وجود آمده، مناطقی از سطح به صورت آند و مناطق دیگر به صورت کاتد عمل می کنند. در مناطق آندی فلز خورده شده و در قسمت های دیگر گاز هیدروژن آزاد می شود.
حمام های فسفاته
اجزاء اصلی حمام های فسفاته را با توجه به نوع و جنس پوشش فسفاته می توان به سه دسته تقسیم کرد:
الف) اسید فسفریک آزاد H3PO4 .
ب) نمک فلزی اسید فسفریک .
ت) شتاب دهنده. (تسریع کننده).
فلزی که قرار است فسفاته شود در محلول آبی فسفات اولیه، که شامل مقدار مشخصی اسید آزاد است، غوطه ور می شود. (Me نشان دهنده یون دوبار مثبت آهن، منگنز و روی است.) .
فسفات های اولیه دو ظرفیتی آهن، منگنز و روی در آب محلول هستند در حالی که فسفات های ثانویه به استثناء فسفات روی که به مقدار بسیار کمی حل می شود، در آب غیر محلول اند.
در نتیجه پوششی با قابلیت انحلال ناچیز و یا غیر قابل حل حاصل می شود. بنابراین در محلول آبی فسفات اولیه فلز و در فصل مشترک فلز – محلول، یک تعادل شیمیایی از نمک های حل شده به وجود خواهد آمد و جهت پیشرفت واکنش به سمت تشکیل نمک های نامحلول ثانویه و ثالث است.
واکنش های فوق را می توان به شکل یونی زیر نیز نشان داد :
غلظت پارامترهایی مانند Me دوبار مثبت و یون هیدروژن و H3PO4 در حمام نقش تعیین کننده ای بر عهده دارند. با انجام واکنش فوق غلظت یون هیدروژن روی سطح مرتبا˝ بالا می رود.
لذا pH کم شده و محیط اسیدی می شود. اگر pH خیلی کم شود، سرعت واکنش کاهش می یابد. بنابراین یون هیدروژن تولید شده باید مصرف شود. مقداری از یون های هیدروژن تولید شده در واکنش بالا، با حل شدن فلز پایه در اسید فسفریک خنثی شده و هیدروژن متصاعد می شود.
اما این میزان مصرف هیدروژن در جهت جلوگیری از افزایش غلظت یون هیدروژن بر روی سطح کافی نیست و پس از مدتی سرعت انجام واکنش افت کرده و حتی به صفر می رسد.
در کل عمل فسفاته کردن سطح فلزی با غوطه وری فلز در حمام اسید فسفریک و نمکی از فلزات یاد شده، با صرف زمانی طولانی حتی تا یک روز هم امکان پذیر نمی باشد. بنابراین اضافه کردن ماده شتاب دهنده به حمام، نقش اصلی را در اعمال پوشش های فسفاته بازی می کند.
سیستم های شستشوی دیپ یا غوطه وری
عامل تسریع کننده (Accelerant)
در عملیات فسفاته کردن، عوامل تعیین کننده زمان تشکیل پوشش بر روی سطح فلز عبارتند از: نسبت سطح اولیه آند به سطح مناطق کاتدی، دما، شرایط سطحی و … .
سرعت فسفاته کردن پس از مدت معینی به سمت صفر میل کرده و تشکیل پوشش متوقف می شود.
در حمام های معمولی عمل فسفاته کردن ۳۰ الی ۹۰ دقیقه به طول می انجامد، که این فرآیند را با عنوان عملیات کند (بدون تسریع کننده) می شناسیم.
با اضافه کردن مواد خاصی می توان سرعت تشکیل لایه را افزایش و مدت زمان آن را به ۲ الی ۱۵ دقیقه کاهش داد که به این عملیات، فسفاته کردن تسریع شده می گویند.
فسفاته کردن بدون تسریع کننده
حمام های فسفاته معمولی (برای عملیات کند)، شامل فسفات اولیه روی، منگنز یا آهن و مقداری اسید فسفریک جهت ایجاد یک pH مناسب است.
رسوب فسفات های ثانویه و یا ثالث تنها در محدوده خاصی از pH رخ می دهد. لجن تشکیل شده در طول عملیات فسفاته کردن در حمام بدون تسریع کننده، زیاد است.
فسفاته کردن تسریع شده در دماهای زیاد
حمام فسفاته کردن تسریع شده علاوه بر فسفات اولیه و اسید فسفریک، شامل افزودنی های خاصی است که تشکیل پوشش ها را تسریع می کنند. این تسریع کننده ها اکثرا˝ مواد اکسید کننده هستند مانند: نیترات ها، نیتریت ها، کلرات ها، کرومات ها و … .
اضافه کردن این مواد به حمام، مدت زمان تشکیل پوشش را به ۲ تا ۱۵ دقیقه کاهش می دهد. همچنین حجم لجن تولیدی در حمام های فسفاته حاوی تسریع کننده، به مراتب کمتر از حمام های بدون تسریع کننده است و علت آن هم عمدتا˝ ناشی از رسوب فسفات فلزی می باشد.
در طول عملیات مقدار کاتیون موجود در محلول حاوی تسریع کننده پس از یک کاهش اولیه در سطح ثابتی باقی می ماند. در این حمام ها، پوشش ها، ترکیب خود را بدون توجه به مساحت سطح فولاد فسفاته شده، ثابت نگه می دارند.
تغییرات مقدار روی در محلول نسبت به سطح فولاد فسفاته شده، (۱) محلول با تسریع کننده نیترات – (۲) محلول بدون نیترات
به علت وجود یک ترکیب ثابت در محلول در عملیات فسفاته کردن تسریع شده، خواص مقاومت به خوردگی پوشش در طی عملیات تغییر نمی کند. در حالی که در حمام بدون تسریع کننده بعد از اینکه ۰٫۸ متر مربع بر لیتر از سطح فولاد فسفاته شد، مقاومت به خوردگی کاهش می یابد.
در حمام های جدید فسفاته کاری، معمولا˝ از چند ماده تسریع شده و مقداری مواد اصلاح کننده مانند ترکیبات کلسیم، اسیدهای آلی، بورات ها، فلوئوریدها و … استفاده می شود.
این مواد عملیات فسفاته کردن را در دماهای پایین تری ( ۴۰ تا ۸۰ درجه سانتیگراد بسته به غلظت حمام) امکان پذیر می کنند. ایجاد پوشش های فسفاته را می توان به روش های شیمیایی، مکانیکی یا الکتریکی تسریع کرد.
تونل های شستشو به روش دیپ یا غوطه وری
فسفاته کردن با تسریع کننده های شیمیایی
در عملیات فسفاته کاری برای افزایش سرعت واکنش، از تعدادی عوامل اکسید کننده نظیر نیترات ها، نیتریت ها، کلرات ها و … و یا عوامل احیاء کننده نظیر هیپو سولفیت، فسفیت، فرمالدئید، بنزآلدئید، هیدروکسیل آمین و … استفاده می کنند.
