عملية المعالجة السطحية للأجزاء الآلية

الفوسفات هي عملية تفاعل كيميائي وكهروكيميائي لتشكيل فيلم تحويل كيميائي للفوسفات ، والذي يسمى فيلم الفوسفات.الغرض الأساسي من الفوسفات هو توفير الحماية للمعادن الأساسية ومنع المعدن من التآكل إلى حد معين ؛يتم استخدامه للتمهيد قبل الطلاء لتحسين مقاومة الالتصاق والتآكل لفيلم الطلاء ؛يتم استخدامه للتزييت المضاد للاحتكاك في عمليات المعادن الباردة.

1. الأساس المنطقي:
تتضمن عملية الفوسفات تفاعلات كيميائية وكهروكيميائية.تعتبر آلية تفاعل الفوسفات لأنظمة ومواد الفوسفات المختلفة معقدة.على الرغم من أن العلماء قد أجروا الكثير من الأبحاث في هذا المجال ، إلا أنهم لم يفهموا ذلك تمامًا بعد.منذ وقت طويل ، تم وصف آلية تكوين فيلم الفوسفات ببساطة بواسطة معادلة تفاعل كيميائي:
8Fe + 5Me (H2PO4) 2 + 8H2O + H3PO4Me2Fe (PO4) 2 · 4H2O (غشاء) + Me3 (PO4) · 4H2O (غشاء) + 7 FeHPO4 (رواسب) + 8H2 ↑
أنا هو Mn ، Zn ، إلخ. يعتقد Machu ، وما إلى ذلك ، أن الفولاذ المغمور في محلول عالي الحرارة يحتوي على حمض الفوسفوريك وفوسفات ثنائي الهيدروجين سيشكل طبقة فوسفات بلورية مكونة من رواسب الفوسفات ، وينتج فوسفات الحديد الهيدروجين الرواسب والهيدروجين.إن تفسير هذه الآلية تقريبي إلى حد ما ولا يمكن أن يفسر بشكل كامل عملية تشكيل الفيلم.مع التعميق التدريجي لأبحاث الفوسفات ، يتفق العلماء اليوم على أن عملية تشكيل فيلم الفوسفات تتكون أساسًا من الخطوات الأربع التالية:
① يقلل النقش الحمضي من تركيز H + على سطح المعدن الأساسي
Fe - 2e → Fe2 +
2H2－ + 2e → 2 [H] (1)
H2
② عامل معجل (مؤكسد)
[O] + [H] → [R] + H2O
Fe2 ++ [O] → Fe3 ++ [R]
في الصيغة ، [O] هو المسرع (المؤكسد) ، و [R] هو ناتج الاختزال.نظرًا لأن المسرع يؤكسد ذرة الهيدروجين المتولدة في الخطوة الأولى من التفاعل ، فإن سرعة التفاعل (1) تتسارع ، مما يؤدي أيضًا إلى انخفاض حاد في تركيز H + على سطح المعدن.في نفس الوقت ، يتأكسد Fe2 + في المحلول إلى Fe3 +.
تفكك الفوسفات متعدد المراحل
H3PO4 H2PO4－ + H + HPO42－ + 2H + PO43－ + 3H－ （3）
بسبب الانخفاض الحاد في تركيز H + على سطح المعدن ، يتحرك توازن تفكك الفوسفات على جميع المستويات إلى اليمين ، وأخيراً PO43 -.
④ يترسب الفوسفات ويتبلور في فيلم فوسفاتي
عندما يصل PO43 - المنفصل عن سطح المعدن إلى ثابت منتج قابلية الذوبان Ksp مع أيونات معدنية (مثل Zn2 + ، Mn2 + ، Ca2 + ، Fe2 +) في محلول (واجهة معدنية) ، سيتم تشكيل ترسيب الفوسفات
Zn2 ++ Fe2 ++ PO43－ + H2O → Zn2Fe (PO4) 2 · 4H2O ↓ （4）
3Zn2 ++ 2PO43－ + 4H2O = Zn3 (PO4) 2 · 4H2O ↓ （5）
يشكل ترسيب الفوسفات وجزيئات الماء معًا نواة بلورية فوسفاتية ، والتي تستمر في النمو إلى حبيبات فوسفاتية ، ويتم تكديس عدد لا يحصى من الحبوب بشكل وثيق لتشكيل فيلم فوسفاتي ميتافيزيقي.
سيشكل التفاعل الجانبي لترسيب الفوسفات رواسب فوسفاتية
Fe3 ++ PO43－ = FePO4 （6）
لا يمكن للآلية المذكورة أعلاه أن تشرح فقط عملية تشكيل فيلم الفوسفات لسلسلة الزنك وسلسلة المنغنيز وسلسلة الكالسيوم والزنك ، ولكن أيضًا توجيه تصميم صيغة وعملية الفوسفات.من الآلية المذكورة أعلاه ، يمكن ملاحظة أن المؤكسدات المناسبة يمكن أن تحسن سرعة التفاعل (2) ؛يمكن أن يؤدي تركيز H + المنخفض إلى جعل توازن تفكك تفاعل تفكك الفوسفات (3) أكثر سهولة في الانتقال إلى اليمين في فصل PO43 - ؛إذا كان هناك ارتباط سطحي نشط على السطح المعدني ، فإن تفاعل الترسيب (4) (5) يمكن أن يشكل نوى ترسيب الفوسفات دون تشبع مفرط ؛يعتمد إنتاج رواسب الفوسفات على التفاعل (1) والتفاعل (2).سيؤدي التركيز العالي لـ H + في المحلول والمُسرِّع القوي إلى زيادة الرواسب.وفقًا لذلك ، في صيغة الفوسفات الفعلية وتنفيذ العملية ، يكون السطح: معجل قوي مناسب (مؤكسد) ؛نسبة حمض عالية (حمض حر منخفض نسبيًا ، أي تركيز H +) ؛يمكن أن يؤدي ضبط السطح المعدني للحصول على نقطة نشطة على تحسين سرعة تفاعل الفوسفات ، ويمكنه تكوين فيلم بسرعة عند درجة حرارة منخفضة.لذلك ، يتم اتباع الآلية المذكورة أعلاه بشكل عام في تصميم صيغة الفوسفات السريع ذات درجة الحرارة المنخفضة ، ويتم اختيار معجل قوي ، ونسبة حمض عالية ، وعملية تعديل السطح ، وما إلى ذلك.
حول رواسب الفوسفات.نظرًا لأن رواسب الفوسفات تتكون أساسًا من FePO4 ، يجب تقليل كمية Fe3 + لتقليل كمية الرواسب.أي أنه تم اعتماد طريقتين: تقليل تركيز H + لمحلول الفوسفات (انخفاض الحموضة الحرة) لتقليل أكسدة Fe2 + إلى Fe3 +.
آلية الفوسفات للزنك والألمنيوم هي في الأساس نفس الآلية المذكورة أعلاه.سرعة الفوسفات لمادة الزنك سريعة ، وغشاء الفوسفات يتكون فقط من فوسفات الزنك ، وهناك القليل من الرواسب.بشكل عام ، يتم إضافة المزيد من مركبات الفلور إلى فوسفات الألومنيوم لتشكيل AlF3 و AlF63 -.آلية البلمرة خطوة فوسفات الألومنيوم هي في الأساس نفس الآلية المذكورة أعلاه.

2. تصنيف الفوسفات
هناك العديد من طرق التصنيف للفوسفات ، ولكن يتم تصنيفها عمومًا وفقًا لنظام تشكيل الفيلم الفوسفاتي ، وسمك طبقة الفوسفات ، ودرجة حرارة الفوسفات ونوع المسرع.
2.1 التصنيف حسب نظام فيلم الفوسفات
وفقًا لنظام تشكيل فيلم الفوسفات ، يتم تقسيمه بشكل أساسي إلى ست فئات: نظام الزنك ونظام الكالسيوم والزنك ونظام الزنك والمنغنيز ونظام المنغنيز ونظام الحديد ونظام الحديد غير المتبلور.
المكونات الرئيسية لمحلول حمام فوسفات الزنك هي: Zn2 + ، H2PO3 - ، NO3 - ، H3PO4 ، مادة تسريع ، إلخ. · 4H2O.الحبوب الفوسفاتية متغصنة وأخرى مسامية.يستخدم على نطاق واسع للتشحيم قبل الطلاء ، والتزييت المضاد للتآكل والعمل البارد.
المكونات الرئيسية لمحلول حمام فوسفات الكالسيوم بالزنك هي: Zn2 + ، Ca2 + ، NO3 - ، H2PO4 - ، H3PO4 والمواد المضافة الأخرى.التركيب الرئيسي لفيلم الفوسفات (الأجزاء الفولاذية): Zn2Ca (PO4) 2 · 4H2O، Zn2Fe (PO4) 2 · 4H2O، Zn3 (PO4) 2 · 4H2O.الحبوب الفوسفاتية عبارة عن حبيبات مدمجة (أحيانًا ذات إبرة كبيرة مثل الحبوب) مع القليل من المسام.يتم استخدامه للتهيئة ومقاومة التآكل قبل الطلاء.
التركيب الرئيسي لمحلول حمام فوسفات الزنك والمنغنيز: Zn2 + ، Mn2 + ، NO3 - ، H2PO4 - ، H3PO4 وغيرها من المواد المضافة.التركيب الرئيسي لفيلم الفوسفات: Zn2Fe (PO4) 2 · 4H2O، Zn3 (PO4) 2 · 4H2O، (Mn، Fe) 5H2 (PO4) 4 · 4H2O.تكون حبيبات الفوسفات في شكل بلوري مختلط بإبرة حبيبية مع عدد قليل من المسام.يستخدم على نطاق واسع للتشحيم قبل الطلاء والتشحيم المضاد للتآكل والاحتكاك أثناء العمل البارد.

التركيب الرئيسي لمحلول حمام فوسفات المنغنيز: Mn2 + ، NO3 - ، H2PO4 ، H3PO4 والمواد المضافة الأخرى.التركيب الرئيسي لفيلم الفوسفات المتكون على أجزاء فولاذية: (Mn، Fe) 5H2 (PO4) 4 · 4H2O.فيلم الفوسفات سميك مع القليل من المسام ، وحبيبات الفوسفات كثيفة.يستخدم على نطاق واسع في التزييت المضاد للتآكل والبرد المضاد للاحتكاك.
التركيب الرئيسي لمحلول حمام فوسفات الحديد: Fe2 + ، H2PO4 ، H3PO4 وإضافات أخرى.التركيب الرئيسي لفيلم الفوسفات (الشغل الفولاذي): Fe5H2 (PO4) 4 · 4H2O.فيلم الفوسفات سميك ، ودرجة حرارة الفوسفات عالية ، ووقت المعالجة طويل ، والفيلم به العديد من المسام ، وحبيبات الفوسفات حبيبية.يتم استخدامه لمقاومة التآكل والتشحيم المضاد للاحتكاك على البارد.
المكونات الرئيسية لمحلول حمام فوسفات الحديد غير المتبلور: Na + (NH4 +) ، H2PO4 ، H3PO4 ، MoO4 - (ClO3 - ، NO3 -) والمواد المضافة الأخرى.التركيب الرئيسي لفيلم الفوسفات (الأجزاء الفولاذية): Fe3 (PO4) 2 · 8H2O ، Fe2O3.فيلم الفوسفات رقيق ، والبنية الدقيقة للفيلم عبارة عن توزيع مستوٍ لمرحلة غير متبلورة ، والتي تستخدم فقط في التحضير قبل الطلاء.

2.2 التصنيف حسب سمك فيلم الفوسفات
وفقًا لسمك فيلم الفوسفات (وزن فيلم الفوسفات) ، يمكن تقسيمه إلى أربعة أنواع: خفيف الوزن ، خفيف الوزن ، ثقيل الوزن ، ثقيل الوزن.وزن الفيلم خفيف الوزن الثانوي هو فقط 0.1 ~ 1.0 جم / م 2.بشكل عام ، هو عبارة عن غشاء فوسفات بنظام الحديد غير المتبلور ، والذي يستخدم فقط للتهيئة قبل الطلاء ، خاصة لقطع العمل الكبيرة المشوهة.يزن الفيلم خفيف الوزن 1.1 ~ 4.5 جم / م 2 ، ويستخدم على نطاق واسع في التحضير قبل الطلاء ، ولكنه أقل استخدامًا في صناعات المعالجة المضادة للتآكل والمعالجة الباردة.سمك طبقة الفوسفات الثقيلة الفرعية هو 4.6 7.5 جم / م 2.نظرًا لوزن الفيلم الكبير ، يكون الفيلم سميكًا (بشكل عام> 3 ميكرون) وهو أقل استخدامًا كطبقة أولية قبل الطلاء (يستخدم فقط كأساس قبل الطلاء للأجزاء الفولاذية غير المشوهة بشكل أساسي) ، ويمكن استخدامه لمنع التآكل والمعالجة الباردة لتقليل الاحتكاك والتشحيم.يزن الفيلم الثقيل أكثر من 7.5 جم / م 2 ولا يستخدم كأساس قبل الطلاء.يستخدم على نطاق واسع لمقاومة التآكل والعمل البارد.

2.3 التصنيف حسب درجة حرارة المعالجة بالفوسفات
وفقًا لدرجة حرارة المعالجة ، يمكن تقسيمها إلى درجة حرارة عادية ودرجة حرارة منخفضة ودرجة حرارة متوسطة ودرجة حرارة عالية.فوسفات درجة الحرارة العادية لا يعني تسخين الفوسفات.درجة حرارة المعالجة العامة للفوسفات بدرجة حرارة منخفضة هي 30-45.الفوسفات متوسط ​​درجة الحرارة بشكل عام 60 ~ 70 ℃.تكون درجة حرارة الفوسفات المرتفعة بشكل عام أكبر من 80 درجة مئوية.طريقة تقسيم درجة الحرارة نفسها ليست صارمة.في بعض الأحيان ، توجد طرق درجة حرارة دون متوسطة ودرجة حرارة منخفضة ، اعتمادًا على رغبات كل شخص ، ولكن يتم اتباع طريقة التقسيم المذكورة أعلاه بشكل عام.

2.4 التصنيف حسب نوع المسرع
نظرًا لوجود أنواع قليلة فقط من مسرعات الفوسفات ، فمن المفيد فهم محلول الاستحمام وفقًا لنوع المسرعات.يمكن تحديد درجة حرارة معالجة الفوسفات بشكل عام وفقًا لنوع المعجل ، على سبيل المثال ، مسرع NO3 هو فوسفات بدرجة حرارة متوسطة بشكل أساسي.تنقسم المسرعات بشكل أساسي إلى نوع النترات ونوع النتريت ونوع الكلورات ونوع النيتريد العضوي ونوع الموليبدات وأنواع رئيسية أخرى.يمكن استخدام كل نوع من أنواع المعجلات مع مسرعات أخرى ، وهناك العديد من السلاسل الفرعية.نوع النترات يشمل: NO3 - type، NO3 - / NO2 - (نوع ذاتي التولد).تشمل أنواع الكلورات: ClO3 - ، ClO3 - / NO3 - ، ClO3 - / NO2 -.يحتوي النتريت على: nitroguanidine R - NO2 - / ClO3 -.يتضمن نوع الموليبدات MoO4 - ، MoO4 - / ClO3 - ، MoO4 - / NO3 -.
هناك العديد من الطرق لتصنيف الفوسفات ، على سبيل المثال ، يمكن تقسيمه إلى أجزاء فولاذية وأجزاء من الألومنيوم وأجزاء من الزنك وأجزاء مختلطة حسب المادة.

2 ، المعالجة المسبقة قبل الفوسفات
بشكل عام ، تتطلب معالجة الفوسفات أن يكون سطح قطعة العمل سطحًا معدنيًا نظيفًا (باستثناء اثنين في واحد وثلاثة في واحد وأربعة في واحد).قبل الفوسفات ، يجب معالجة قطع العمل مسبقًا لإزالة الشحوم والصدأ وأكسيد الجلد وتعديل السطح.على وجه الخصوص ، يتطلب الفوسفات من أجل التحضير قبل الطلاء تعديل السطح لجعل السطح المعدني له "نشاط" معين ، وذلك للحصول على غشاء فوسفات موحد ودقيق وكثيف ، وتلبية متطلبات تحسين مقاومة الطلاء للالتصاق والتآكل فيلم.لذلك ، فإن المعالجة المسبقة للفوسفات هي الأساس للحصول على فيلم فوسفات عالي الجودة.
1. تنقص
الغرض من إزالة الشحوم هو إزالة الشحوم والأوساخ الدهنية على سطح قطعة العمل.بما في ذلك الطريقة الميكانيكية والطريقة الكيميائية.تشتمل الطريقة الميكانيكية بشكل أساسي على الفرشاة اليدوية ، والسفع بالرمل ، والتفجير بالرصاص ، وحرق اللهب ، وما إلى ذلك. تشمل الطريقة الكيميائية بشكل أساسي تنظيف المذيبات ، وتنظيف عامل التنظيف الحمضي ، وتنظيف المحلول القلوي القوي ، وتنظيف عامل التنظيف القلوي المنخفض.فيما يلي وصف لعملية إزالة الشحوم الكيميائية.
1.1 التنظيف بالمذيبات
تستخدم طريقة المذيب بشكل عام لإزالة الشحوم بطريقة بخار الهالوهيدروكربون غير القابل للاشتعال أو طريقة الاستحلاب.الطريقة الأكثر شيوعًا هي استخدام ثلاثي كلورو إيثان وثلاثي كلورو إيثيلين وبخار البيركلورو إيثيلين لإزالة الشحوم.إزالة الشحوم بالبخار سريعة وفعالة ونظيفة وشاملة ولها تأثير إزالة جيد جدًا على جميع أنواع الزيوت والشحوم.إضافة كمية معينة من المستحلب إلى الهيدروكربونات المكلورة له تأثير جيد في كل من النقع والرش.نظرًا لسمية الهالوجينات المكلورة ودرجة حرارة التبخر العالية ، فضلاً عن ظهور عوامل تنظيف جديدة منخفضة القلوية قائمة على الماء ، نادرًا ما يتم استخدام طرق إزالة الشحوم بالبخار والغسول.