پوشش فسفاته
فسفاته کاری به عملی گویند که در طی آن، آهن، فولاد، گالوانیزه و آلومینیوم، با محلول رقیق اسید فسفریک حاوی موادشیمیایی براثر واکنش شیمیایی که در سطح فلز ایجاد می‌گردد تبدیل به یک لایه محافظ فسفات نامحلول ظریف و یکنواخت در مقابل خوردگی یا سائیدگی گردد. وزن و ساختمان لایه به‌وسیله کنترل بر روی زمان، حرارت، نوع محلول و نحوه تمیز نمودن سطح قبل از پوشش دادن انجام می‌گیرد. متدهای فسفاته کاری معمولاً به‌وسیله اندازه و شکل قطعه فلزی که باید پوشش داده شود، تعیین می‌گردد. اجسام کوچک مانند زبانه قفل، برف پاک‌کن، پیچ و مهره در سبدهای چرخان غوطه‌ور در محلول پوشش فسفاته می‌گردند. وسایل بزرگتر مانند لوازم‌خانگی و قطعات خودرو را می‌توان در محلول غوطه‌ور ساخت یا توسط سیستم پاششی پوشش داد. ورق‌های فولادی، کویل‌های آهنی گالوانیزه و آلومینیومی و دیگر قطعاتی که کاملاً صاف و یکنواخت هستند را بهتر است به روش پاششی فسفاته کرد. قطعاتی که خلل و فرج زیادی دارند را معمولاً به روش غوطه‌وری و یا به روش پاششی، غوطه‌وری فسفاته می‌نمایند.
مکانیسم پوشش فسفاته
تمامی پوشش‌های فسفاته به‌وسیله واکنش‌های مشابه تولید می‌شوند. محلول فسفاته با فلزی که قرار است پوشش داده شود واکنش داده و درنتیجه آن سطح فلز تبدیل به یون شده و اسید آزاد در نزدیکی سطح فلز خنثی می‌گردد. بنابراین در نزدیکی سطح فلز میزان حلالیت فسفات‌های فلزی کمتر شده و آنها به صورت کریستال و با قدرت الکترواستاتیک سطح فلز جذب آن می‌شوند و بر روی سطح می‌نشینند.
کلاً جهت یک فلز دو ظرفیتی سه نوع فسفات در نظر گرفته می‌شود:
فسفات نوع اول – محلول M(H2PO4)2
فسفات نوع دوم – کم‌محلول MHPO4
فسفات نوع سوم – نامحلول M3(PO4)2
جهت تشکیل پوشش فسفات بر روی سطح قطعات دو نوع واکنش اتفاق می‌افتد:
واکنش اچ شدن یا خورده‌‌شدن سطح فلز
واکنش تشکیل پوشش
تعادل زیر در محلول فسفاته برقرار است:
1) 3M(H_2 PO_4 )_2⇄M_3 (PO_4 )_2+4H_3 PO_4
وقتی یک قطعه آهن داخل محلول فسفاته قرار گیرد توسط اسیدفسفریک آزاد داخل محلول مورد حمله قرار گرفته و واکنش اچ شدن اتفاق می‌افتد که در نتیجه آن فسفات نوع اول تشکیل می‌شود.
2) M+ 2H_3 PO_4⇄M(H_2 PO_4 )_2+H_2
درنتیجه واکنش 2 اسیدفسفریک مصرف می‌شود و لذا در نزدیکی نقطه تماس قطعه با محلول اسیدفسفریک آزاد خنثی‌شده و واکنش 1 از سمت چپ به راست جابه‌جا شده و درنتیجه فسفات نوع سوم که نامحلول است تشکیل می‌گردد و روی سطح قطعه پیوند شیمیایی برقرار می‌نماید ( واکنش تشکیل پوشش).
مقدار اسیدفسفریک آزاد باید در حد کنترل‌شده‌ای باشد. اگر مقدار آن بیش از اندازه باشد، فلز بیشتری باید خورده شود تا محلول خنثی گردد و تا جایی که ممکن است واکنش پوشش اصلاً اتفاق نیافتد. از طرفی اگر اسیدفسفریک آزاد کمتر باشد، واکنش اچ شدن اتفاق نمی‌افتد و در نتیجه محلول غیرفعال می‌شود.
انواع پوشش‌های فسفاته
چهار نوع پوشش فسفاته به طور معمول بر روی فلزات اعمال می‌گردد که عبارتند از:
فسفاته روی
فسفاته آهن
فسفاته منگنز
فسفاته کشش
پوشش فسفاته به عنوان پایه‌ای برای رنگ‌آمیزی
به طور کلی عمر معمول هر رنگ‌آمیزی بستگی به فاکتورهای زیر دارد:
پایداری ساختمان پوشش
چسبندگی ذرات کریستالی در روی سطوح پوشش داده شده
میزان پوشش و تراکم آن
اولین کاری که هر پوشش فسفاته انجام می‌دهد جلوگیری از خوردگی در سطح فلز می‌باشد. برای رسیدن به این مهم بایستی فعالیت سطح فلز را کم کرده تا خوردگی بین سطح رنگ‌شده و رنگ ایجاد نگردد. زمانیکه برای رنگ‌آمیزی از سطح فلز پوشش داده شده استفاده می‌گردد این پوشش مقاومتش در مقابل رطوبت و خیس خوردگی زیاد شده و جلوی خوردگی به همین دلیل گرفته می‌شود. وزن پوشش فسفاته روی سبک تا متوسط بی 2 الی 5 گرم در هر مترمربع می‌باشد. همچنین فسفاته آهن سبک بین 4/0 تا 8/0 گرم در هر مترمربع در نوسان است. پوشش فسفاته مقاومت فلز و نیز پذیرش رنگ بر روی سطح فلز را زیاد می‌نماید. موارد استفاده به عنوان پایه‌ای جهت رنگ در صنایع اتومبیل‌سازی، لوازم‌خانگی، قطعات خودرو، شبکه سازی روشنایی و ... می‌باشد.
سطوحی که فسفاته گردیده‌اند به هیچ عنوان نبایستی توسط دست لخت یا دیگر قسمت‌های بدن در تماس قرار گیرند و اگر رنگ ظاهری آن فلز مهم باشد بایستی حتماً از ایجاد این تماس اجتناب نمود.
انواع آلیاژهایی که می‌توان با فسفاته‌ها پوشش داد:
در این بخش درمورد انواع آلیاژهایی که می‌توانند پوشش فسفاته را قبول کنند بحث می‌شود. به طور مثال فولادهای ضد زنگ یا استینلس استیل نمی‌توانند پوشش فسفاته گردند. بیشتر فولادها به راحتی پوشش داده می‌شوند ولی برخی آلیاژها مشکلاتی در امر پوشش‌دهی دارند. به دلیل آنکه بیشترین میزان فولاد پوشش داده شده به صورت ورق‌های فولادی کم‌کربن می‌باشد برای قالب‌سازی در قسمت اتومبیل‌سازی و لوازم خانگی پوشش فسفاته موارد کاربرد زیاد دارد. فولاد کم‌کربن با میزان مس در حدود 3/0 درصد نمی‌تواند پوشش فسفاته شود به این جهت میزان مس موجود در فولاد باید به دقت کنترل شود. نیکل و کروم به هیچ عنوان فسفاته نمی‌گردند. فولادهای کم‌کربن بهترین و مناسب‌ترین فلزات برای دادن پوشش فسفاته هستند. در قسمت‌هایی که گالوانیزه استفاده می‌گردد باید به‌وسیله یک لایه روکش شوند تا بر روی آنها رنگ خورده شود. فسفاته نمودن نه تنها از خوردگی در ورق جلوگیری به عمل می‌آورد بلکه باعث چسبیدن رنگ به سطح فلز به صورت رضایت‌بخش می‌گردد. چدن‌های خاکستری و نرم به راحتی قابل پوشش دادن هستند و آلیاژهای موجود در آن به هیچ عنوان مانع این کار نمی‌گردد. قطعات آلومینیومی در صورتیکه محلول فسفاته حاوی فلوراید باشد می‌توانند فسفاته گردند.
شرح عملیات فسفاته کاری
مراحل زیر برای به انجام رسیدن پوشش فسفاته موردنیاز می‌باشد:
پاک نمودن سطح یا چربیگیری
آبکشی کردن
فسفاته کردن
آبکشی مجدد
غیرفعال کردن سطح توسط اسیدکرومیک یا سایر غیرفعال‌کننده‌ها
بعضی از مراحل بالا ممکن است حذف یا اضافه گردد. اینگونه شرایط بستگی به سطح، نوع کار و موارد استفاده دارد.
الف- در صورتیکه قطعات دارای زنگ باشند بعد از مرحله چربیگیری و قبل از فسفاته باید مورد عمل زنگ‌زدایی قرار گیرند.
ب- در صورتیکه فسفاته روی استفاده شود باید قبل از فسفاته یک مرحله فعال‌سازی انجام گیرد. این مرحله می‌تواند توأماً با مرحله چربیگیری انجام شود.
ج- فسفاته آهن می‌تواند در یک مرحله به صورت فسفاته و چربیگیر توأم انجام شود.
د- هنگامی که فسفاته منگنز استفاده می‌شود باید قبل از مرحله فسفاته قطعات داخل آب جوش قرار گیرد.
روش‌های فسفاته کردن
روش غوطه‌وری:
هر سه نوع پوشش فسفاته آهن، روی و منگنز به‌وسیله غوطه‌ورسازی در محلول فسفاته می‌گردند. روی هم رفته قطعه‌های کوچک باید به‌وسیله غوطه‌ورسازی در محلول فسفاته گردند چون غیر از آن اقتصادی نیست. به طور مثال پیچ‌ها، مهره‌ها و برف‌پاک‌کن که باحجم بالا تولید می‌گردند حتماً باید در حوضچه‌‌های پوشش فسفاته غوطه‌ور گردند. اینگونه قطعات در بشکه چرخان با سرعت 4 دور در دقیقه در یک وان که از محلول پر می‌باشد قرار گرفته و چرخانده می‌شوند. قطعات بزرگ که دارای خلل و فرج زیادی هستند را می‌توان توسط آویز غوطه‌ور نمود. معمولاً به دلیل عدم دسترسی به نقاط داخلی اجسام غوطه‌ورسازی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش پاششی:
فقط پوشش فسفاته روی و آهن با این سیستم انجام می‌شوند. روش پاششی را بیشتر برای قطعات لوازم خانگی یا خودروسازی استفاده می‌کنند. قطعات موردنظر از جلوی نازل‌ها گذشته و مورد عمل پاشش قرار می‌گیرند. این روش برای کارخانه‌هایی که تولید بالایی دارند به دلیل زیاد بودن وسایل و متعلقات آن استفاده می‌شود. مدت زمان اسپری کردن نیز از سیستم غوطه‌وری کمتر است. برای راه‌اندازی یک سیستم پاششی معمولاً بین 5 تا 10 برابر قیمت یک سیستم غوطه‌ور هزینه نیاز است. در ضمن سیستم پاششی مخارج بیشتری برای نگهداری و حرارت تولیدی نسبت به سیستم غوطه‌وری دارد.
آبکشی پس از عملیات فسفاته
به منظور پاک‌سازی فلز از مواد شیمیایی موجود باید قطعات پس از فسفاته شدن دوباره آبکشی شوند. هر ماده شیمیایی که آبکشی نشود احتمالاً موجبات خوردگی در سطح فلز یا برآمدگی و جداشدن رنگ را ایجاد می‌نماید. مواد فسفاته در صورت ورود به محلول آبکشی اسیدکرومیک یا غیرفعال‌کننده‌های بدون کروم باعث آلودگی می‌گردند. در ضمن آب آبکشی بعد از فسفاته نباید گرم باشد و درجه حرارت حداکثر باید 40 درجه سانتی‌گراد باشد. آبکشی اگر گرم باشد باعث چسبندگی موادشیمیایی موجود بر سطح فلز می‌گردد که خود باعث بروز این اشکالات می‌شود:
پوشش ناصاف و زبر
تشکیل سفیدک بر سطح فلز
مقاومت کمتر در مقابل خوردگی
فقط یک بار شست‌وشو کافی است. اگر املاح معدنی موجود در آب زیاد باشد بایستی از آب بدون یون استفاده نمود.
