پروژه پایان نامه فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی تحت pdf

 پروژه پایان نامه فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی تحت pdf دارای 237 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد پروژه پایان نامه فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی تحت pdf   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه پروژه پایان نامه فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی تحت pdf

چکیده   
مقدمه : آماده سازی فلز   
فصل اول : سابقه تاریخی
فسفاتکاری قبل از جنگ جهانی   
فسفاتکاری درطی جنگ جهانی   
توسعه در زمان جنگ   
توسعه بعد از جنگ   
فصل دوم : اندیشه‌های نظری
مکانیسم‌های واکنش  
زینک اورتوفسفاتها  
فسفات منگنز   
فسفات آهن   
تشکیل پوشش   
شتابدهنده‌ها   
شتابدهنده‌های نیکل و مس   
شتابدهنده‌های اکسید کننده   
شتابدهندگی نیترات   
شتاب با ترکیبات نیتر و آلی   
کنترل آهن فرو   
شتاب دهنده کلرات   
پوشش فسفات فلزات قلیایی   
مشخصات پوششهای فسفات و دیگر پوششهای تبدیلی   
پوششهای زینک فسفات   
پوششهای فسفات منگنز   
تکامل پوشش   
ایست گازدهی   
منحنی‌های زمان – و زن پوشش   
اندازه گیری پتانسیل   
آزمون میکروسکپی   
وزن و ضخامت پوشش   
خلل و فرج پوشش   
تردی هیدروژنی   
فصل سوم : مهیا کردن سطح
مقدمه   
تمیز کننده‌های قلیایی   
گرایشها جهت تکامل تمیز کننده قلیائی   
عوامل ظریف سازی   
زنگبری قلیائی   
تمیز کننده‌های حلالی   
چربیگیری با بخار   
تمیزکاری با حلالهای قابل امولسیون   
تمیزکاری با حلالهای امولسیون شده   
تمیز کننده‌های حلالی دیگر   
تمیز کننده‌های اسیدی   
روشهای تمیزکاری مکانیکی و ویژه   
تمیز کاری سایشی   
تمیز کننده‌های بخاری و فشار بالا   
تمیز کاری الکترولیتی   
تمیزکاری مافوق صوتی   
تمیزکاری خطی و غیر خطی   
ارزیابی تمیز کننده   
فصل چهارم : پوششهای پایه رنگ
مقدمه   
فرآیندهای فسفات آهنی سبک وزن    
فرآیندهای با تمیز کننده جداگانه   
تمیز کننده / پوشش دهنده‌ها (چربیگری و فسفاته توام)   
فرایندهای زینگ فسفات به عنوان واسطه پیوندی رنگ با زمینه   
فرآیند پاششی   
آماده سازی برای رنگ الکترولیتی   
سیستمهای آندی   
سیستمهای کاتدی   
زمینه‌های روی، آلومینیوم و آمیزه عناصر   
آماده سازی برای پوشش پودر   
آماده سازی فولاد   
آماده سازی سطوح روی و فولاد گالوانیزه   
آماده سازی آلومینیوم   
محصول آمیزه‌ای   
فصل پنجم : پوشش دادن ضخیم با فسفات – فسفاتکاری ضخیم
مقدمه   
فرآیندهای فسفات فرو   
فرآیندهای فسفات منگنز   
فرآیندهای زینک فسفات   
عمل پوشش کاری جهت جلوگیری از زنگ زدن   
مواد پوششی ضد زنگ   
پارافین‌ها   
مواد محافظ آلی   
پوششهای فسفات سیاه   
فرآیند با دوام کردن   
روانکاری سطح یاتاقان  
فرآیند در عمل   
تمیزکاری و شستشو   
آماده سازی   
فسفات کردن با فسفات منگنز   
خشک کردن و روانکاری   
قطعات عمل شده   
فصل ششم :عمل آوردن قبل و بعد از فسفاتکاری
مهیا کردن قبل از فسفاتکاری   
عملیات بعد از فسفاتدار کردن   
مواد عمل آورنده عاری از کروم   
مواد عمل آورنده دیگر   
فصل هفتم : فرآیند آماده سازی سطح خودرو   
فصل هشتم : آزمایشات   
تعاریف و مفاهیم   
نتیجه گیری   
منابع و مآخذ   

بخشی از منابع و مراجع پروژه پروژه پایان نامه فسفاتکاری و آماده سازی سطوح فلزی تحت pdf

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),

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,

18 US Patent

19 US Patents 1.887.967 and 1.888.189,

20 US Patent

21 USPatent

22 British Patent

23 British Patent 517,

24 German Patent 673,

25 USPatent

26 US Patents 2,234,206 and 2,

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,

30 British Patent 866,

31 British Patent 828,

32 British Patent 983,

33 British Patent 865,

34 Bender, H. S., Cheever, G. Dale, and Wojtkowiak, J. J., Progress in Organic Coaling- 8 (1980),

35 Salmon. J. E. and Terrey. H..J. Chem. Soc. (Oct. 1950)

36 Salmon, J. E. and Terrey. H..J. Chem. Soc. (Oct. 1950),

37 Carter, S. R. and Harlshorne, N. R..J. Chem. Soc. 123 (1923)

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)

40 Rocsner, G.. Schu.ster, L. and Krausc, R.. Korrosion und Meiall-schiil:. 17(1941)

41 Machu. W.. Mcuillwirtschafl. 22 (1943)

42 Saison, J., Doctorate thesis (Paris 1962)

43 Cupr, V. and Pelikan. J. B.. Metallohcrfiuchv. 19 (June/July 1965)

44 Cheever, G. Dale. J. Paint Tech. 39 (1967)

45 Ghali. E. L. and Potvin. J. R.. Corrosion Science. 12 (1972)

46 Lakeman. J. B.. Gabc. D. R. and Richardson. M. 0. W.. Trans. Inst. Met. Fin. 55 (1977),

47 Schuster. L. and Schall. A., Korrosion und Meiallschulz. 19 (1943). 279,

48 Gilbert, L. 0,, Tech. Proc. Am. Eledroplai. Soc. 44 (1957),

49 Chamberlain. P. andEisler. S. E., Rock Island Arsenal Report No

50 British Patent

51 German Patent 448,

52 US Patent

53 British Patent

54 British Patent

55 British Patent

56 British Patent

57 British Patent

58 Rothkegel.J.. Indust. & Prod. Eng. (Feb. 1977),

59 Laukonis, J. V., Interfacial Conversion for Polymer Coatings, p. 182 (EIsevier, 1968)

60 British Patent

61 British Patent 561,

62 British Patent

63 Zantout, B. and Gabe, D. R., Trans. Inst. Met. Fin. 61 (1983),

64 Eisler, P. and Doss. J., Indust. Fin. 34 (1957),

65 Machu, W., Werkstoffe und Korrosion, 14 (1963),

66 Jenkins, H. A. H. and Freeman, D. B., Trans. Inst. Met. Fin. 42 (1963),

67 Gebhardt, M., Fachberichte Oberflachentechnik. 6 (1968),

68 Neuhaus, A. and Gebhardt, M., Werkstoff und Korrosion, 17 (1966)

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),

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),

73 Helliwell. N., Gabe. D. R. and Richardson. M. 0. W., Trans. Inst.Met. Fin. 54(1976),

74 Cheever, G. Dale, J. Coatings Tech. 50 (1978),

75 Rudolph, G. and Hansen, H., Trans. Inst. Met. Fin. 50 (1972),

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)

79 Andrew, J. F. and Donovan, P. D., Trans. Inst. Met. Fin. 48 (1970),

80 Spring, S., Metal Cleaning (Reinhold Publishing Corp., 1963)

81 Rothkegel, J., Indust. & Prod. Eng. 2 (1977),

82 LISPatent

83 Yearsley,LA.H.andDarkins.P.D.,Tran5. Inst. Met. Fin. 57 (1973),

84 Thomson, I, A., Proc. Conf. Advances in Steel Wire Production.Stratford. England

85 Wiggle, R. R.. Smith. A. G. and Petrocelli, J. V.. J. Paint Tech. 40 (1968),

86 Millington. E. S., Trans. Insl. Met. Fin. 57 (1979),

87 Menzer. W., Paper presented at Interfinish 7. Hanover

88 May.C. A. and Smith. G.. J. Paint Tech. 40 (1968)

89 Freeman, D. B., Paper presented at Electropaint ’72. London

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)

92 Franks, L. W. and Froman. G. W.. 73rd Galvanizing Meeting

Trevose.Pa

93 Wyvill. R. D.. Metal Finishing (Jan. l9S2^

94 Davis, J. W., SAE Technical Paper S20336(1982)

95 Cooke.B. A.. IXth Proc. Int. Conf. Org. Coat. Sci. &Tcch.. Athens, July

96 International Patent Application WO 84/

97 Loop. F., Electrocoat 84. Detroit

98 Rausch, W., Metal Finishing. 76 (Nov. and Dec. 1978). 44-8 and 58-

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),

101 British Patent 1,

102 British Patent 1,214,

103 British Patent 590,

104 Green, T., Assembly Engineering (July 1972)

105 Cavanagh, W. R., SAE Report No. 670041 (1967)

106 British Patent 1,084,

107 Gueguen, T., Engineering Materials & Design (June 1969)

108 DweT.A.a.tdSchm}d,F.,KorrosionundMetallschuiz,20(944)

109 Jevons, D. D., The Metallurgy of Deep Drawing and Pressing, p

110 Holden.H. A. and Scouse.S.J., Sheet Metal Industries. 26 (Jan. 1949)

111 James. D.. Sheet Metal Industries. 143 (1966)

112 Holden.H. A., Sheet Metal Industries, 30 (Sept. 1953)

113 Freeman, D. B., Wire Industry. 42 (1975)

114 Spring. S. and Larn, J. C.. Metal Finishing. 54 (Feb. 1956)

115 Yonesaki. S.. Paper presented at Interfinish 7, Hanover,

116 Eisler, S. J. and Doss. J.. Metal Finishing. SO (Dec. 1952)

117 British Patent

118 British Patent

119 USPatent

120 Newhard. N. J.. Metal Finishing. 70 (1972),

121 Freeman. D. B. and Triggle. A. M.. Trans. Insi. Met. Fin. 87 (1960), 56-

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 چربی گیری

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

چربی گیری

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 H

 H₁ــــــ 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)

    فسفاتاسیون

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

 اعمال محلول فسفات بر سطح فلز می تواند به دو روش پاششی ( اسپری ) و غوطه وری ( Dip) انجام شود. محصول فرآیند فسفاتاسیون در این دو روش از نظر ماهیت کریستال تشکیل شده متفاوت می باشد. در سیستم پاششی کریستال غالب از نوع کریستال های سوزنی و بنام هاپیت ( Hopite ) می باشد ( تصویر سمت راست ). ماهیت کریستال تشکیل شده در سیستم غوطه وری از نوع غنچه مانند و بنام فسفوفیلیت می باشد ( تصویر سمت چپ)

 فسفاتهای فلزی انواع مختلفی می توانند داشته باشند که متناسب با ویژگیهایی هر نوع کاربردهای متفاوتی دارند

فسفات آهن: در این نوع فسفاتاسیون تشکیل کریستال صورت نمی گیرد. مقاومت در برابر خوردگی قابل توجهی به سطح فلز نمی دهد و معمولآ در ترکیب کریستالی با کاتیونهایی نظیر روی و آلومینیوم از سازگاری مناسبی برخوردار نیست. از مزایای این نوع فسفاته چسبندگی مناسب رنگ به سطح و قیمت ارزان و سهولت اعمال آن ( هم از نظر ماده شیمیایی و هم فرآیند اعمال و کنترل شرایط) می باشد. پس از اعمال پوشش فسفات آهن ، انجام Passivation در بهبود کارایی این پوشش در مقاومت در برابر خوردگی بسیار مناسب است. واکنش شیمیایی تشکیل فسفات آهن در زیر نشان داده شده است

4FePO₄ + 2Fe(OH)₃ + 6H₂ + 4NaHPO₄ 6Fe + 8NaH₂PO₄ + 3/2 O₂ + 2H₂O

فسفات روی: در این نوع پوشش فسفاته کریستال تشکیل می شود. مقاومت سطح در برابر خوردگی و نیز چسبندگی رنگ به سطح پوشش داده شده با این نوع فسفات بسیار مطلوب است. البته نتیجه مناسب هنگامی بدست می آید که سیستم فسفات تری کاتیونی شامل کاتیونهای روی، نیکل و منگنز مورد استفاده قرار گیرد. از محدودیت های استفاده از پوشش فسفات روی قیمت بالا و پیچیدگی نسبی کنترل شرایط و پارامتر های وان فسفات می باشد

فسفات منگنز: کریستالهای فسفات منگنز ساختار شش گوش دارند و بهمین دلیل روغن بسادگی بداخل ساختار کریستالی آن نفوذ می کند. از این مزیت کریستال فسفات منگنز جهت افزایش مقاومت سطح در برابر خوردگی بکمک روغن محافظ استفاده می شود. ضخامت لایه فسفات منگنز بسیار پایین است و رنگ آن سیاه می باشد. چنانچه از آن در صنعت رنگ ( جهت آماده سازی سطح ) استفاده شود اعمال Passivation پس از فسفاتاسیون می تواند در افزایش مقاومت در برابر خوردگی مؤثر باشد

در تصویر زیر تاثیر فسفاتاسیون در بهبود مقاومت در برابر خوردگی مشاهده می شود. در صنایع خودرو سازی از پوشش فسفاته تری کاتیونی قبل از رنگ الکتروفورز استفاده می شود

مقدمه

آماده سازی فلز – فن تمیزکاری و پوشش

بشر هنوز بطور کامل وارد عصر پلاستیک نشده است. فلزات هنوز نقش عمده ای در تولید و ساختمان دارند، و احتمال دارد سالهای بیشتری این نقش را بازی کنند. ادامه این وضعیت ناشی از مجموعه خواصی چون استحکام، ماشینکاری، فراوانی، با صرفه بودن و قابلیت برگشت آنها در چرخه بازسازی می باشد. مع‌الوصف با وجود مجموعه کیفیت های مطلوب یاد شده باید متذکر شویم که فلزات دارای معایب مخصوص بخود می باشند، و آنها را به روشهای شیمیایی و الکتروشیمیایی استخراج می کنند، اما تمایلی قوی به برگشت به حالت اکسید در اولین فرصت مناسب نشان می دهند. سالانه میلیاردها پوند به منظور جلوگیری از این برگشت خرج می شود و جامعه در ابعاد وسیعی آگاهی لازم را دارد، برای مثال نقشی که بوسیله رنگ ایفا می‌گردد، هم به عنوان محافظ از خوردگی و هم به منظور تزئینات، آنچه را که افراد معدودی حتی افراد صاحب نظر جامعه تشخیص می‌دهند آنستکه این مسئله مستلزم تکنولوژی جامعی در زمینه عمل آوردن سطوح فلزی برای اصلاح خواص آنها به منظورهای متعدد از جمله حفاظت از خوردگی، بهبود چسبندگی رنگ، روانکاری بهتر و اصلاح خواص الکتریکی آنها می باشند

عملاً روی تمام وسایل فلزی که هر روز مصرف می شوند، مقداری آماده سازی انجام شده است. این وسایل عبارتند از سواریها، اتوبوسها، ماشینهای لباسشویی، یخچالها، دوچرخه ها، هواپیماها، پیچ و مهره ها، مبلمانهای فلزی تراکتورها، جاروهای برقی، کامیونها، سبک، رادیاتورهای حرارت مرکزی، سیمهای فولادی، لوله و قابهای پنجره‌های فلزی. در واقع به احتمال زیاد مردم از اهمیت آماده سازی مناسب باخبرند، به عبارت دیگر وقتی که آنها با شاهدی از آماده‌سازی غیرمطلوب فلزی مانند خوردگی زودرس بدنه های اتومبیل روبرو می‌شوند، احساس منفی پیدا می کنند. از طرف دیگر با کمال تأسف در بین بعضی تولیدکنندگان این گرایش وجود دارد که آماده سازی بیشتر به عنوان کار ضروری نامطلوب (هزینه بردار) تلقی گردد تا یک تکنولوژی دقیق و الزامی در جریان تولید

فسفات کاری

فسفات کاری گسترده ترین شکل آماده سازی فلزی می باشد. اولین فعالیت عمده در تهیه نوشته ای راجع به این موضوع توسط ماکسیا در سال 1942 (1) و ماچو در سال 1950 (2) صورت گرفت، اما تا سال 1974 نوشته دیگری ارائه نگردید و در آن سال مجلدهای تازه‌تری توسط لورین در فرانسه و راوش در آلمان (3) منتشر شد

هر دو این مطالعات زمینه ای عالی را درباره موضوع فراهم کردند. اما در طی سالهای گذشته چنان پیشرفتی شده است که نیاز برای یک مجلدی که پیشرفت های تازه و تکامل یافته را دوره کند و متمم کارهای اولیه نباشد، احساس می شد

پیشرفتهای حائز اهمیت در تکنولوژی در طی 10 سال گذشته شامل تغییرات عمده ای در تکنولوژی رنگ شده از جمله رنگ آمیزی کاتدی و پوشش پودر، که تغییرات مربوطه را در عمل آماده سازی، ایجاب کرده‌اند. نیاز به صرفه جویی در انرژی مصرفی، ارائه سیستمهای دمای پایین را فراهم کرده است. با وجود این نیاز به کیفیت بیشتر باعث شده که تولید کنندگان در جستجوی استانداردهای عملکرد بالاتری باشند

این به نوبه خود منجر به بازنگری مجدد روی فنون کاربردی، با یک تمایل قوی برگشت به فرآیند غوطه وری شده است، بویژه در صنایع اتومبیل، زمینه های جدید مانند آلیاژها و فلزات پوشش دار در اثر جستجو برای کیفیت بالاتر بار دیگر عرضه شده اند. انقلاب در صنعت میکروالکترونیک سبب توسعه سیستمهای کنترل پیچیده برای اطمینان عمل تحت شرایط مطلوب در تمام مدت شده است

فصل اول

سابقه تاریخی

بزرگترین قسمت بررسی و مطالعه روی فسفاته کاری یقیناً با مشخصات حق امتیازی ارائه می شود و ممکن است توسعه تکنولوژی فسفاته کاری اولیه را تقریباً منحصراً از طریق این رابط پی‌گیری کنیم. تعداد مقالات حق امتیازی در این میدان فراوان است، با مروری که در سال 1958 ، صورت گرفت 522 رقم را صورت کرده اند

در هر حال، تعدادی از این مقالات که بشود آنها را دارای اهمیت واقعی دانست خیلی محدود می باشند. تحول فرآیندهای جدید فسفات را می توان در چهار مرحله مورد بحث قرار داد

1- دوره قبل از جنگ جهانی اول در این دوره شالوده عمل بنا نهاده شد و بسیاری از دست آوردهای اساسی عمدتاً در انگلستان بوجود آمد

2- ورود به دوره جنگ. این دوره بنیاد برقراری فسفات کاری را در صنعت به میزان وسیعی بخود دید که از توسعه های بوجود آمده در آمریکا ناشی شد

3- جنگ جهانی دوم. در طی این زمان، کاربردهای جدیدی برای پوششهای فسفات گسترش یافتند،(بویژه در آلمان)

4- دوره بعد از جنگ. از جنگ جهانی دوم به بعد پژوهش و مطالعه اساساً در بهبود تکنیک ها صورت گرفت، تا در پیشرفت های بنیادی

فسفاتکاری قبل از جنگ جهانی اول

قطعات آهنی با ظاهر پوشش های فسفاته در کشفیات باستانشناسی یافت شده اند، و گمان می رود که مصریهای باستان با مصرف فسفریک اسید برای تشکیل پوشش فسفات آشنا بوده اند. در هر حال به نظر می رسد هیچ شاهد معتبری وجود ندارد که نشان دهد چنین پوششهایی بطور دانسته تشکیل شده بودند و فان وازر[1] نظر داده است که آنها در زمین در طی یک دوره طولانی تشکیل شده اند، یعنی فسفات از استخوانها توسط آب کربناته شستشو و جدا شده است

اولین ثبت موثق از یک پوشش فسفات که به منظور محافظت از خوردگی بکار برده شده است، در یک حق امتیاز انگلیسی که متعلق به رأس است در سال 1869 پیدا شده است. در آن زمان طنابهای سیمی شکم بند آهنی به عنوان یک جانشین بجای قسمت استخوانی شکم بند بکار برده شد. مطابق ابتکار رأس، آنها از زنگ زدن در اثر غوطه وری در حالت سرخ شده در داخل اسید فسفریک محافظت می شدند

فسفات کاری آنطور که ما امروزه آنرا می شناسیم و بطور عموم مقبول واقع شده منشأ آن از کار توماس واتس کاسلت[2] از بیرمنگام، انگلستان می باشد

امتیازنامه اولیه کاسلت به تاریخ ثبت 1906 مصرف فسفریک اسید را که در آن، براده آهن اضافه شده بود، شامی می شد. محلول مخزن اولیه کاسلت دارای مواد زیر بود

براده آهن  (28 گرم)  1 اُنس

فسفریک اسید (112 گرم)  4 اُنس

آب برای تهیه محلول (ml 4480) 160 فلواُنس

قطعات فولادی آهنی بعد از 5/2-2 ساعت عمل در محلول جوشان یک پوشش فسفات محافظ کسب می کنند

پیشرفتهای اولیه شامل بهبودهایی بر روی فرآیند اولیه کاسلت شد. هیت کوت[3] در سال 1908 مصرف محلولی از فسفاتهای آهن را فقط با مقدار کمی اسید فسفریک آزاد برای محدود کردن حمله اسید محلول به قطعه ای که مورد عمل قرار می گیرد و هم چنین حمله به خود پوشش، پیشنهاد کرد. در همان سال کاسلت که شرکت سندیکای ضد زنگ را تأسیس کرده بود، امتیاز مواد بعد از عمل پوششهای فسفاته را با یک عامل اکسید کننده به ثبت رسانید و بدین ترتیب افتخار افزایش مقاومت به خوردگی را نصیب خود کرد

در سال 1909 بولاک و کالکات[4] مواد اولیه شتابدهندگی در کار پوشش دهی را در مخزن نوع کاسلت کشف کردند، آنها جریان الکتریسته را بکار بردند و در حالیکه قطعه مورد عمل کاتود بود، نتیجه گرفتند که با عبور 2-75/0 ولت برق زمان عمل به نیم ساعت کاهش می‌یابد. هم چنین در سال 1909 کاسلت، تهیه مواد تغلیظ شده را از واکنش آهن با فسفریک اسید ثبت کرد. با رقیق کردن آنها محلول مخزن تهیه می شد و قدرت آن با اضافه کردن تناوبی مواد غلیظ محفوظ می ماند. این تکنیک تا کنون به عنوان یک روش استاندارد بکار می رود

قدم مهمی که در همان سال، توسط کاسلت برداشته شد، مصرف زینک فسفات برای تهیه محلول فسفاته بود که با حل اکسید روی یا فلز روی یا زینک فسفات در فسفریک اسید بدست آمد. جالب است که در این امتیازنامه کاسلت هم چنین مصرف جریان الکتریسته را برای شتاب دادن تشکیل پوشش ذکر کرد. این کار بولاک و کالکات که به آن در بالا اشاره شد، پنج ماه پیش ارائه شده بود

در سال 1910 هیت کات که توسط شرکت دوچرخه سازی کاونتری استخدام شده بود طرحی را برای کنترل اسید آزاد در مخزنهای فسفات آهن با اضافه کردن بازی مثل کربنات سدیم بدست آورد

در همان زمان هر دو کاسلت و هیت کات در وارویک شایر زندگی می کردند، ولی این ریچاردز[5] بود که مصرفی برای مخازن محتوی فسفات منگنز پیدا کرد. حمام اولیه ریچاردز در سال 1911 ثبت شد و دارای محلولی بود از منگنز دی اکسید در فسفریک اسید، و مثالی از آن به صورت زیر است

فسفریک اسید (با وزن مخصوص 5/1)  (ml 1937) 5/0 گالن

دی اکسید منگنز   (1360 گرم) 3 پوند

آب  (465 لیتر) 120 گالن

دو سال بعد ریچاردز و آدامز[6] امتیاز مصرف محلولهایی از فلز منگنز، کربنات منگنز یا دیگر ترکیبات منگنز را در اسید فسفریک ثبت کردند

زمان عمل پیشنهاد شده بین 2 تا 20 دقیقه برای یک فرآیند شتابدار نشده نسبتاً خوش بینانه به نظر رسید، اما هر دو، هم مخزن زینک فسفات کاسلت و هم مخزن منگنز فسفات ریچاردز بطور قابل ملاحظه‌ای از فرآیند فسفات آهن اولیه سریعتر بودند و فقط در مقابل 5/2-2 ساعت زمان لازم برای فرآیند اولیه کاسلت، نیاز به یک ساعت وقت برای تکمیل پوشش داشتند

اگرچه، با شروع جنگ جهانی اول برای صنایع فسفات کاری جدید تأسیساتی بنا نهاده شد، اما در دوره بین دو جنگ بود که توسعه سریع در تکنیک فسفات کاری را ملاحظه می کنیم

فسفات کاری در طی سالهای جنگ

تا سال 1914 توسعه عمده در فسفاته کاری در یک ناحیه کوچک از سرزمین مرکزی انگلستان متمرکز بود. در هر حال در زمان جنگ جهانی اول آمریکا برای این تکنولوژی اهمیت بیشتری قائل شد و در آنجا شرکت پارکر راستپروف[7] توسط کلارک دبلیو، پارکرووین سی پارکر[8] به منظور بهره برداری و انجام انحصاری فرایندهای فسفات تأسیس شد. حفظ و نگهداری حمامهای فسفات کاسلت و ریچاردز به حال تعادل مشکل بود و عیب آشکاری برای این فرایندها محسوب می‌شد. برای فائق آمدن بر این مشکل و برای فراهم کردن یک حمام فسفات کاری با نسبت موازنه شده ای بین فسفریک اسید آزاد و در ترکیب آلن[9] بلورهای منگنزدی هیدرژن فسفات را در تهیه و عمل فرآیند فسفاته کاری بکار برد که بنام پارکریزینگ[10] معروف شد

پودر جامد پارکو[11] با حل کردن فرو- منگنز در اسید فسفریک %70-60 و صاف کردن و سرد کردن تهیه شد. مخازن به این طریق آماده و تغذیه شدند و با حفظ توازن بین اسید فسفریک آزاد و ترکیبی به آسانی کنترل و عمل می کردند، اما تشکیل پوشش یک ساعت طول می‌کشید، که مصرف فرآیند را محدود به روشهای تولید یک بهرمی کرد. در هر حال، تا سال 1931 مصرف سالانه پودر پارکودر آمریکا1000000کیلو بود.همچنین درآمریکا شرکت شیمیایی رنگ آمریکاییدر سال 1914 توسط جیمس هاروی گراول با نام تجاری گرانودین تاسیس شد،در دهه 1920شرکت راست پروف پارکر (که اکنون شرکت شیمیایی پارکر نام دارد) با متال گزل شافت در آلمان و شرکت نیپون پارکرایزینگ در ژاپن و شرکت سوسیته کانتی ننتال پارکر در فرانسه و شرکت پیرن در انگلستان تشکیل اتحادیه دادند. شرکت شیمیایی رنگ آمریکایی (که اکنون به آن آم کِم پروداکتز می گویند). تشکیل اتحادیه ای داد که شامل کولاردین در آلمان، CFPI در فرانسه، رنگ نیپون در ژاپن و شرکت رویه های شیمیایی نوبل (اکنون به نام ICI) در انگلستان می شد. این پیوستگی های فنی تا سالهای دهه 1980 ادامه داشت و دو خانواده پارکوآمکم در بین آنها مسئول سهم وسیعی از پیشرفتها در تکنولوژی فسفاته کاری در سالهای اتحاد بودند

چسبندگی رنگ بکار رفته روی فولاد فسفاته شده افزایش یافت و دوام آن بالا رفت و از اوایل سال 1928 کاربرد تجاری محدودی پیدا کرد، در این زمان مشکل اصلی که مصرف پوششهای فسفات در پیش داشت، این بود که تشکیل پوشش زمان طولانی نیاز داشت. در سال 1929 بود که معلوم شد مقادیر کمی از نمکهای مس زمان تشکیل پوششهای فسفات روی را از یک ساعت به 10 دقیقه تقلیل می دهند. این اساس فرآیند باندرایزینگ[12] اولیه بود که بزودی کاربرد وسیعی به عنوان یک روش آماده سازی فلزات برای رنگ آمیزی پیدا کرد. این زمان کوتاهتر فرآیند امکان داد که قطعات فلزی را به یک نقاله وصل کنند و از وسط یک کانال فسفاته کاری عبور دهند و سپس با دستگاه کاملاً مکانیزه رنگ آمیزی کنند

اگرچه بکارگیری پوششهای فسفات به عنوان پایه ای برای رنگ تا سال 1930 به خوبی تثبیت شد، اما آشکار بود که کاهش بیشتر زمان عمل برای بهره برداری صنعتی فرآیند ضروری می باشد. در سال 1931 معلوم شد که اضافه کردن عوامل اکسید کننده مانند نیترات تشکیل پوشش را شتاب می دهد، زیرا از تشکیل هیدرژن روی سطح فلز جلوگیری می کند

فرآیندهای فسفاته کاری که مصرف این عوامل شتاب دهنده را متضمن است در سال 1931 در دسترس قرار گرفتند و اجازه دادند که پوششهای پایه رنگ مناسبی در مدت کمی تا حدود 5 دقیقه تشکیل شوند. دانشی که از بکارگیری فرآیندهای فسفاته کاری دارای عوامل اکسید کننده به دست آمد منجر به بهبود بیشتر پوشش شد که در آن سهم فلز پوشش دهنده یعنی روی در فسفات آن افزایش یافت و در نتیجه زمان مورد نیاز برای تولید پوششهای مطلوب برای پایه رنگ تا 5-2 دقیقه کاهش یافت. کوتاه شدن زمان فرآیند با این عمل منجر به تولید بیشتر با وسایل و فضای سطح کمتر شد

پیشرفت قابل توجهی در تکنیک فسفاته کاری که در سال 1934 بطور تجارتی بکار گرفته شد، عبارت از پاشش محلول پوششی فسفات، روی قطعه بود، تا فرو بردن قطعه در مخازن فسفات. این روش کاربرد، امکان تشکیل پوششها را در یک زمان فرآیندی حتی کوتاه تر مثلاً 90-60 ثانیه، و در یک غلظت محلول کمتر و دمای پائین تر، که تا کنون در فرآیند غوطه وری قابل اجرا بود، فراهم کرد. بعد از پاشش روی فلز، محلول به داخل مخزن انباره باز می گردد و دوباره وارد چرخه پاشش شده و مصرف می شود. بعلت اینکه فرآیند زمانی کوتاه نیاز داشت تا پوششها به این طریق تشکیل شوند، اندازه دستگاه و سطح فضای لازم باز هم کوچکتر شدند. بعلاوه فرآیند پاششی، پوشش دادن قطعات بزرگ، مثل بدنه یخچال و بدنه سواری را آسان کرد. پوششهای فسفات که با پاشیدن فراهم می شدند دارای ساختار بلوری دانه ریز بودند که آنها را بویژه برای پایه رنگ مناسب می کرد

در سال 1937 پیشرفت بیشتری در ایجاد پوششهایی برای آماده سازی قبل از رنگ آمیزی با استفاده از طرحی که فرآیند فسفات غیر پوششی نامیده می شد فراهم شد. این فرآیندها بر پایه سدیم یا آمونیم فسفات ها می باشند و دارای یون فلزی تشکیل دهنده پوشش مانند. روی یا آهن یا منگنز نمی باشند

پوشش تشکیل شده روی فولاد ماهیت بدون شکلی دارد، و مخلوطی از فسفات آهن و اکسید آهن است. چنین پوششهایی از ارزش حفاظتی محدودی برخوردارند، اما یک پایه عالی برای رنگ تشکیل می دهند

قبل از جنگ دوم جهانی مصارف فسفات برای جلوگیری از زنگ زدن و به صورت پوششهای فسفاته به عنوان پایه ای برای رنگ هم در آمریکا و هم در اروپا به خوبی جا افتادند و این کاربردها در 30 سال اول تکنولوژی فسفاته کاری انحصاری شدند

در هر حال در سال 1934 ، دکتر فریتز سینگر[13] نتیجه گرفت که، پوششهای چسبنده بلورریز یک اکسید فلزی یا نمک آن که بلورهای آنها در اتحاد بلوری ناهمگن با فلز هستند، از درجه اهمیت بسیار بزرگی در تمام انواع عملیات سردکاری فلزات برخوردارند. این مسئله دری را به روی مصرف بسیار گسترده پوششهای فسفات در حوزه‌های کشیدن سیم، کشیدن لوله و روزن رانی سرد باز کرد. در هر حال انگیزه جنگ جهانی دوم نیاز داشت تا از کشف دوررس دکتر سینگر بهره برداری کامل شود

توسعه در زمان جنگ

[1] . Van wazer

[2] . Thomas Watts Coslelt

[3] . Heathcote

[4] . Bullock and Colcott

[5] . Richards

[6] . Adams

[7] . Parker Rustproof Co

[8] . Clack W. Parker and Wynne C. Parker

[9] . W.H.Allen

[10] . Parkerizing

[11] . parco Powder

[12] . Banderizing

[13] . Dr. Fritz . Singer