تکنولوژی پوشش تبدیلی نانوزیرکونیوم ( جایگزین مناسب برای پوشش فسفاته و کروماته )
فهرست مطالب:
پوشش تبدیلی چیست
تاریخچه پوشش تبدیلی
هدف از ایجاد پوشش تبدیلی و چالش‌های اجرایی آن
تقسیم‌بندی پوشش تبدیلی در سیستم pretreatment
پدیده نانوزیرکونیوم
اجرای کار در ایران و سایر کشورها

پوشش تبدیلی چیست؟
اصطلاح پوشش‌های تبدیلی به پوشش‌هایی اطلاق می‌شود که از طریق واکنش لایه‌های اتمی سطح فلزات به آنیون‌هایی که از واسطه مناسبی انتخاب شده‌اند ، روی سطح فلزات ایجاد می‌شوند. بنابراین فرایند تشکیل پوشش تبدیلی یک فرایند خوردگی کنترل شده‌ای است و نهایتاً بر روی سطح فلز لایه‌ای را ایجاد می‌کند. این لایه اتصال محکمی با فلز پایه دارد و عملاً در آب و محیط واسطه نامحلول است و عایق الکتریکی خوبی می‌باشد. پوشش‌های تبدیلی را تقریباً می‌توان بر روی تمام فلزاتی که کاربردهای صنعتی دارند ایجاد کرد از قبیل آهن، کادمیم، روی، مس، منیزیم و ...
تاریخچه پوشش تبدیلی
پس از وقوع انقلاب صنعتی و نیاز روزافزون به کالا و تولیدات جدید زمینه گسترده‌ای ایجاد شد تا محققین بتوانند در صنایع موجود نوآوری‌هایی ایجاد کنند که یکی از آنها تمرکز بر روی استفاده از پوشش تبدیلی بود. در سال 1850 محققی آلمانی از فروبردن یک قطعه ورق در اسیدفسفریک داغ ملاحظه نمود که تغییراتی در آن به صورت ظاهری به‌وجود آمده است که پس از بررسی‌های بیشتر به این قطعیت رسید که علاوه بر تغییر ظاهری از لحاظ کیفی نیز سطح بهبود یافته است. این‌کار اولین قدم در راهی بود که سالیان سال یکی از آرزوها تلقی میشد که با ایجاد پوشش بر روی سطح آهن آن را غیرآهنی کرد و ظرفیت و توان ویژه‌ای بر روی سطح ایجاد کرد که مقاومت به خوردگی و چسبندگی رنگ را در آن بهبود بخشید. این موضوع در صنایع میلیتاری بسیار مورد توجه واقع شد و رشد سریع و ارتقاء کیفی آن بین سال‌های جنگ اول و دوم جهانی اتفاق افتاد و بعداً مصارف صنعتی گسترده‌ای برای آن به‌وجود آمد که تا به امروز رشد و ادامه دارد.
هدف از ایجاد پوشش تبدیلی و چالش‌های اجرایی آن
هدف از اعمال پوشش تبدیلی بهبود و اصلاح فلز زمینه از لحاظ کمی و کیفی است که شامل دو بخش می‌شود:
افزایش مقاومت خوردگی: بنا به تعریفی که در پوشش تبدیلی عنوان شد، به واسطه یک واکنش الکتروشیمیایی لایه‌ای مقاوم توسط آنیون‌های محلول بر روی سطح ایجاد می‌شود که اتصال محکمی با فلز پایه دارد و ماهیت سطح فلز را تغییر داده است. به فرض مثال در کروماته پوشش از کروم، در فسفاته‌ها و علی‌الخصوص فسفاته روی ترکیبات روئین و درنانوزیرکونیوم، سنگفرشی از سرامیک برپایه زیرکونیوم ایجاد می‌نماید.
چسبندگی رنگ : پس از اعمال پوشش و واکنش‌های انجام شده با فلز زمینه، بر روی سطح پوشش تغییراتی در صافی و زبری (surface roughness) سطح فلز زمینه ایجاد شده و سطح ناهموار و مضررسی به‌وجود می‌آید که در برخی این سطح آمورف و در برخی نیز به صورت کریستالیزه است. این ازدیاد سطح به‌وجود آمده باعث چسبندگی بهتر رنگ گردیده و در خلل و فرج به‌وجودآمده در سطح می‌تواند رنگ در آنها قلاب شده و چسبندگی ایده‌آل را به‌وجود آورد.
4-تقسیم‌بندی تنوع پوشش تبدیلی در سیستم (pretreatment) PT
کروماته‌ها
فسفاته‌ها
نانوزیرکونیوم
5-پدیده نانوزیرکونیوم
نام این پدیده را به این دلیل نانوزیرکونیوم می‌گویند که تمامی زیرساخت‌های پوشش‌های تبدیلی مرسوم را مردود و از ابتدا و پایه
تحولی جدید در این زمینه ایجاد کرد. درنتیجه به نظر می‌رسد این تغییر اساسی می‌تواند مطالب جذابی را برای مخاطبین داشته باشد.
علت به‌وجود آمدن
موضوعات اقتصادی
ملاحظات زیست محیطی و الزامات قانونی
کاهش مصرف انرژی، آب و منابع
نیروی انسانی
داشتن کاربردهای بیشتر
سهولت بیشتر در کار
مکانیسم تشکیل پوشش

تشکیل پوشش تبدیلی اساساً یک پدیده الکتروشیمیایی است که در آن تجزیه فلز در میکروآند رخ می دهد و افزایش مقدار PH در نزدیکی لایه نفوذ باعث رسوب هیدرکسیدهای زیرکونیوم نامحلول در میکروکاتد می شود. واکنش های کاتدی یک سری فرایندهای پیچیده هستند. بنابراین از جنبه سینتیکی، واکنش های کاتدی به وسیله PH پیش می روند.

Fe→Fe^(2+)+2e^-
2H^++2e^-→H_2
O_2+2H_2 O+4e^-→〖4OH〗^-
Fe^(2+)+OH^-→〖Fe(OH)〗_2
〖Fe(OH)〗_2 〖+2F〗^-→FeF_2+2OH^-
〖12FeF〗_2+〖3O〗_2→8FeF_3+4Fe_2 O_3
Fe^(3+)+OH^-→〖Fe(OH)〗_3
ZrF_6^(2-)→Zr^(4+)+6F^-
〖Zr〗^(4+)+4〖OH〗^-→〖Zr(OH)〗_4
〖ZrF〗_6^(2-)+〖OH〗^-→〖Zr(OH)〗_4+6F^-
〖Zr(OH)〗_4→ZrO_2.2H_2 O→ZrO_2+2H_2 O

مزیت‌های نسبی
1- اقتصادی بودن آن که هزینه های مستقیم و غیر مستقیم این کار حداقل 25% کاهش ایجاد خواهد کرد.
2- عدم نیاز به انرژی که در دمای محیط (R.t) می‌تواند ایجاد پوشش نماید.
3- نداشتن رسوب و لجن مزاحم
4- مولتی متال بودن که همزمان می تواند قطعات آهنی ، آلومینیومی ، گالوانیزه و ...... را پوشش دهد.
5- مصرف بهینه در مصرف آب که کاهش قابل ملاحظه ای را ایجاد می نماید.
6- سرعت در واکنش تشکیل پوشش ، این ماده می تواند در 1 دقیقه ایجاد پوشش نماید
7- تست های مکانیکی بسیار بهتر
8- اپراتوری و مونیتورینگ بسیار ساده
9- درصد مصرف حدود 5/0 تا 1 درصد در شارژ اولیه
10- محصول سبز ، سازگار با محیط زیست
11- و ...
چالش‌های دارای راهکار تکنولوژی نانوزیرکونیوم
چربیگیری
اندازه نانومتری در پوشش
زبری و نرمی سطح ورق فولادی (roughness)
آستری ED (Electro Deposition)
آب مصرفی
و ...

آستری ED (Electro Deposition)
فرایند ED یک فرایند الکتروشیمیایی بوده که اساس آن پوشش رنگ بر روی قطعه به روش الکتروشیمی است. در این روش قطعه کار به وسیله رکتیفایر دارای بار منفی و رنگ به وسیله آند سل ها دارای بار مثبت شده و در نتیجه روی سطح کار پوشش ایجاد می گردد.
هر پوشش میانی که روی قطعه قرار گیرد ( انواع فسفاته ها) به عنوان عایق عمل کرده و باعث اختلال در فرایند می گردد که جهت رفع این مورد باید اختلاف پتانسیل بین قطعه و رنگ را زیاد کرد تا به ضخامت مورد نظر مشتری رسید. ( افزایش ولتاژ رکتیفایر)
میزان عایق بودن پوشش های تبدیلی علاوه بر ضخامت پوشش به جنس پوشش نیز بستگی دارد.
مسئله مهم دیگری که در پوشش های میانی وجود دارد یکنواختی ضخامت پوشش در کل قطعه می باشد. پوشش های میانی هرچه یکنواخت تر بر سطح قطعه قرار بگیرند، علاوه بر خواص فیزیکی و شیمیایی بهتر، سطح ظاهری رنگ نیز بهتر می شود.