الفسفتة

الفسفتة:
هي عملية تحويل سطح المعدن إلى طبقة تملك خواص لا معدنية وغير توصيلية، تستخدم هذه العملية لحماية سطح المعدن من التآكل ولتأمين سطح جيد بغية التصاق البلاستيك بشكل جيد مع سطح المعدن، ولتأمين مقاومة جيدة ضد الاحتكاك والتزليق والصدأ وإطالة عمر الدهان النهائي.
تهدف عملية الفسفتة إلى تحويل (جعل) سطح المعدن في حالة لا قلوية لتأمين التصاق جيد للدهان بسطح المعدن، وزيادة قوى الالتصاق، حيث يعمل على خلق تجاويف شعرية ومجهرية تزيد من قوى الالتصاق، بالإضافة إلى تأمين طبقة مقاومة للخدش، وعزل المعدن لمنع حدوث التآكل الكهروكيميائية، كما تعمل على منع التفاعل بين ريزينات الدهان، والمعدن الأساس، ومنع انتشار التآكل من المناطق التالفة إلى المناطق غير التالفة.
أنواع الفسفتة:
هناك عدة أنواع للفسفتة منها الفسفتة باستخدام فوسفات الحديد، ومنها الفسفتة باستخدام فوسفات التوتياء، ومنها الفسفتة باستخدام فوسفات التوتياء الثقيلة بالإضافة للفسفتة باستخدام فوسفات المغنيزيوم.
الإجراءات التابعة بعمليات الفسفتة:
لتأمين فسفتة جيدة يجب تنظيف سطح المعدن بشكل جيد كما هو مذكور ببحث تحضير السطوح قبل طلائها، ومن ثم إجراء عملية غسيل بشكل كامل، وذلك بغية تأمين التصاق جيد بسطح المعدن الأساس، ومن ثم تتم عملية الفسفتة بإحدى الطرائق المذكورة لاحقاً، ومن ثم تتم المعالجة بعد الفسفتة.
الطرائق المتبعة بعمليات الفسفتة:
أ- البخ: يستخدم قاذف خاص بهذه الطريقة، لهذه الطريقة مزايا عدة من حيث إمكانية التنظيف والفسفتة بوقت أقل من الطرائق الأخرى، بالإضافة إلى إمكانية إنتاج طبقة ناعمة وكثيفة وإمكانية الإنتاج الكبيرة، بالإضافة إلى كلفة قليلة ونظافة أعلى واستمرارية في العمل.
ب- التغطيس: هذه الطريقة اقتصادية، حيث يتم العمل بحدود 5-3 دقائق، كما أن تكاليف التجهيزات والتكاليف الثابتة تكون أقل.
ج- البخ بالهواء والبخار: يستخدم أنبوب فينتوري بالاعتماد على الخلخلة، وقوة ارتطام السائل بالجسم المراد فسفتته، وكذلك النشاط الكيميائي الحادث.
د- الفسفتة بدرجات حرارة منخفضة: تتم هذه الطريقة بدرجة حرارة c 49-16 عن طريق البخ أو التغطيس، تهدف هذه الطريقة إلى الاقتصاد في الكلفة، وانخفاض الزمن، وتآكل أقل للمعدات.
هـ- الفسفتة بمذيب: يستخدم الكلور كمذيب بعملية التنظيف، تتطلب هذه العملية تجهيزات خاصة إزالة الشحوم بواسطة البخار، تتم العملية هنا إما بالبخ أو التغطيس بفوسفات حمضية عضوية أو التغطية بمواد عضوية.
المعالجة بعد الفسفتة:
يتم الغسيل بالماء بعد الفسفتة، كما يمكن استخدام محلول حمض الكروم %0.1 حجماً وزنك لإزالة الرواسب المتشكلة على الطبقة النهائية.
آلية تشكيل غطاء الفسفتة:
يحدث تبادل بين المعدن والمحلول المؤلف من فوسفات المعادن المنحلة في محلول حمض الفوسفور والمتوازنة بعناية فائقة، بحيث ينحل جزيء من المعدن وتترسب طبقة الفسفتة على المعدن الأساس. يمكن إضافة سرعات وعوامل تنشيط، وذلك لمنع التأثير الاستقطابي للهيدروجين المنطلق، فتعمل هذه على تسريع معدل الفسفتة، وإنقاص حجم البلورات، من هذه المركبات نذكر النترات والنتريت، الكلورات، البيروكسيدات أو مزائجهم.
التفاعلات الناظمة لعملية الفسفتة:
تفاعل الطور الأول
3X(H2PO4)2 = X3(PO4)2 + 4H2PO4 + 2H2
تفاعل الطور الثاني
Fe + 2H3PO4 = Fe(H2PO4)2 + H2
تفاعل الطور الثالث
Fe(H2PO4)2 = FeHPO4 + H3PO4
مجموعة التفاعلات
3X (H2PO4)2 + Fe = Fe(HPO4)2 + X3(PO4)2 + 3H2
حيث إن X= Fe, Zn, Mn
طبقة الفسفتة: FeHPO4
محلول الفسفتة: X(H2PO4)2
المعدن المراد طلاؤه: Fe
معالجة سطوح القطع قبل عملية الفسفتة:
تخضع سطوح المعادن للعمليات التالية:
1- إزالة المواد الدسمة والزيوت، حيث تزال كما هو موضح في لبحوث السابقة، 2- تجفيف القطع، 3- الغسيل بماء ساخن، 4- الغسيل بماء بارد، 5- التجفيف، 6- إزالة النحاس أو اللاتون الملتصق بالفولاذ، 7- الغسيل بماء بارد، 8- المعالجة بالحمض، 9- الغسيل بماء بارد، 10- التحييد، 11- الغسيل بماء بارد، 12- الغسيل بماء ساخن، 13- التجفيف، 14- التنظيف الميكانيكي لسطوح القطع، 15- عزل المناطق غير المرغوب بفسفتها، 16- إزالة المواد الدسمة، 17- الغسيل بماء ساخن، 18- الغسيل بماء بارد، 19- تسخين القطع بماء ساخن، 20- الفسفتة، 21- الغسيل بماء بارد، 22- الغسيل بماء ساخن، 23- تخميل السطح، 24- الغسيل بماء بارد، 25- الغسيل بماء ساخن، 26- التجفيف، 27- اختبار أولي للقطع، 28- إشباع الطبقة بالشحم أو الزيت أو الورنيش، 29- تجفيف، 30- اختبار نهائي للقطع.
أ- يتم إزالة النحاس أو اللاتون في حالة تواجده بالمحلول التالي: (200-300gr/L) أوكسيد الكروم (3-5gr/L). CrO3 حمض الكبريت c 35-15 درجة الحرارة.
ب- تتم المعالجة بالحمض بمحلول تركيبه كما يلي: حمض كلور الماء (130-160gr/L)، حمض الكبريت (40-60gr/L)، درجة الحرارة c 25-15، زمن المعالجة 10-3 دقيقة.
ج- يتم التحييد بمحلول تركيبه: صوديوم كربونات (30-100gr/L)، زمن المعالجة5-3 دقيقة، درجة الحرارة c 35-15.
د- يتم التخميل باستخدام محلول بوتاسيوم بيكرومات (80-100gr/L)، درجة الحرارة c 90-80 زمن المعالجة 25-15 دقيقة.
هـ- تتم عمليات التجفيف بأفران خاصة تتراوح درجة حرارتها c 115-50.
و- تزال الأملاح غير المنحلة والمترسبة على القطع باستخدام فرشاة معدنية.
ز- تزال طبقة الفسفتة القديمة أو السيئة باستخدام محلول أوكسيد الكروم (200-250gr/L) درجة الحرارة c 70-50 مع تنظيف ميكانيكي لاحق.
نبين فيما يلي جدولاً يوضح بعض تراكيب الفسفتة:
فسفتة عادية فسفتة باردة فسفتة خاملة زنكرة فوسفاتية فسفتة سريعة علوية المركب gr/L
20-22 20-22 20-22 – 30-35 ملح ماجيف
– 80-100 80-100 24-56 55-65 نترات التوتياء
– 2-4 – – – صوديوم فلوريد
– – – 9.5-13.5 – حمض الفوسفور
16-22 60-78 28-60 60-70 40-60 حموضة كلية
1.2-3.5 1-2 2.3-7 12-15 2.5-5 حموضة حرة
6.3-10 – – 5-5.5 10-16 النسبة
96-98 15-35 60-80 85-95 85-98 درجة الحرارة c
ملاحظات:
1- من أجل رفع خصائص الحماية للطبقة الفوسفاتية، فإنها تعالج بالزيت المعدني عند درجة حرارة c 115-105 لمدة نصف دقيقة ومن ثم تجفف.
2- يمكن رفع خصائص الورنيش المستخدم بإضافة مذيب مناسب له مثل السولفينيت – كسيلول أو خلائطها مع النفتا بنسبة 1:1 ثم تخضع القطع لعملية تبخير وتجفيف عند درجة حرارة c 180-150، ولإعطاء اللون الأسود لطبقة الورنيش يضاف النتروزين للمذيب ثم يضاف للورنيش المستخدم.
3- تحضير محاليل الفسفتة.
4- تحضير محلول الفسفتة العادي، يملأ الحوض بالماء ويسخن للدرجة c 90-70، ثم يضاف ملح ماجيف مع التحريك والتسخين حتى الغليان لمدة c 30-20 دقيقة.
5- تحضير محلول الفسفتة السريعة: يلمأ الحوض بالماء حتى منتصفه، ويحل ملح ماجيف بماء دافئ ثم يصب بالحوض، تحل نترات الزنك، وتضاف إلى الحوض ثم يسخن حتى الدرجة المطلوبة بعد إضافة الماء المقرر، وتضبط درجة الحموضة.
فولاذ كربوني
خلائط حديد زهر قطع ذات أبعاد كبيرة
فولاذ كربوني وسبائكي فولاذ كربوني نوابض فولاذ
خلائط أسلاك بصفائح
قطع ذات أشرار فولاذ متانته أعلى 140gr/L قطع معقدة أنابيب، نوابض فولاذ كربوني نوابض أسلاك، صفائح أنواع القطع المراد معالجتها
40-50 30-40 10-20 10-20 الزمن – دقيقة
رمادي حتى أسود رمادي فاتح حتى غامق رمادي فاتح حتى غامق رمادي حتى أسود رمادي فاتح حتى غامق اللون
أقل من200 200 200 200 200 درجة حرارة التحمل c
0-14 3-6 3-6 5-15 10 سماكة طبقة الطلاء – ميكرون
3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 سماكة طبقة الورنيشي لمرة واحدة – ميكرون
6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 سماكة طبقة الورنيشي لمرة ثانية – ميكرون
50-115 50-115 50-115 50-115 50-115 درجة حرارة التجفيف حسب القطعة c
6- تحضير محلول الزنكرة الفوسفاتية: تحل المواد مباشرة بالحوض. يسخن الحوض حتى الدرجة c 50-40، يفضل حل نترات الزنك بوعاء خاص، ثم إضافته للحوض من أجل الإسراع بعملية الفسفتة، والحصول على طبقة متساوية السماكة، نضيف للمحلول نترات النحاس بتركيب (0.005-0.01gr/L).
7- تحضير محلول الفسفتة الخاملة: خطوات تحضير محلول الفسفتة السريعة نفسها.
8- تحضير محلول الفسفتة الباردة: تتبع خطوات الفسفتة السريعة نفسها.