پوشش های فسفاته روی

فولاد مقاوم که تقویت پیدا کرده است در بتن تازه یک لایه غیر فعال محافظ روی سطح خود ایجاد میکند.
این لایه که در نتیجه قلیائیت بالای محلول ، منافذ بتن (PH∼13) تشکیل میشود ، ϒ-Fe2O3 تشکیل می شود. که به طور محکم به فولاد می چسبد . تا زمانی که آن لایه اکسیدی وجود داشته باشد ، فولاد دست نخورده باقی میماند. با این حال یون های کلرید حمله می کنند و کربناته شدن بتن میتواند فیلم را از بین ببرد و در حضور آرماتور H2O و O2 خوردگی روی میدهد.
یون های کلرید که توسط Verback2 به عنوان یک تخریب کننده خاص و منحصر به فرد توصیف شده اند میتوانند از طریق استفاده از سنگ دانه های آلوده ، آب دریا آب شور یا مواد افزودنی حاوی کلرید در بتن وجود داشته باشند .
اسلفاده از پوشش فسفاته روی ، روی فولاد تقویت کننده احتمالا یک رویکرد حیاتی در آینده خواهد بود.
فرآیند فسفاتینگ بیش از یک قرن است که شناخته می شود . این فرآیند به طور گسترده در صنایع خودرو سازی و لوازم خانگی مورد استفاده قرار گرفت .
این درمان در درجه اول یک پوشش فسفاته ارزان ، غیر سمی ، نسبتا سخت ، بسیار چسبنده و رسانای الکترونیکی را فراهم میکند. خواص عایق نقش مهمی در پیشگیری دارد ، علاوه بر این پوشش های تبدیل فسفات در حال حاضر سازگار با محیط زیست در نظر گرفله میشوند.
با این حال پوشش های فسفاته معمولا حاوی منافذی هستند که مسیرهایی برای انتشار الکترولیت خورنده در بستر فلزی هستند .
در نتیجه مقاومت به خوردگی پوشش های فسفاته معمولی به اندازه کافی بالا نیست.
افزودنی هایی مانند, Mn2+ Cu2+, Mo2+ , Ca2+ ,Ni2+ و نانوذرات به طور گسترده برای تولید پوشش های فسفاته با ساختار یکنواخت ، تخلخل کمتر و بهبود مقاومت در برابر خوردگی و خواص چسبندگی استفاده شده اند ، یک روش اقتباس شده در زمینه حفاظت در برابر تقویتی.
این مقاله سعی دارد برخی از جنبه های مهم به بهبود مقاومت به خوردگی آرماتورها را با استفاده از پوشش های فسفات روی اصلاح شده توسط یون های فلزی یا نلنوذرات بررسی کند.

مکانیسم تشکیل پوشش فسفاته روی

فسفاته کردن اساسا یک فرآیند الکتروشیمیایی است. هنگامی که فولاد با محلول فسفات که اساسا محلول مبتنی بر اسید فسفریک است در تماس قرار میگیرد ، یک واکنش الکتروشیمیایی رخ میدهد که در آن Fe2+ شروع به حل شدن می کند و الکترون ها را در محل آندی آزاد میکند و کاهش H+ منجر به افزایش موضعی PH در سطح میشود که منجربه رسوی کریستال های فسفات روی میشود . طبق گفته Zimmermann ، واکنش های ممکن در حمام فسفاته روی به شرح زیر است :
3Zn2+ + 2H2PO-4 + 4H2O → Zn3(PO4)2 . 4H2O (Hopeite) + 4H+
2Zn2++ Fe2++ 2H2PO4-+ 4H2O→Zn2Fe (PO4)2 . 4H2O(Phosphophyllite) + 4H+

به طور کلی ، حضور فسفوفیلیت با مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به هومیت همواه است ، احتمالا به دلیل افزایش پایداری شیمیایی آن نسبت به الکترولیت های قلیلیی.

پایداری قلیایی پوشش فسفاته روی

مطالعه پایداری قلیایی فولاد تقویت کننده پوششی با فسفاته روی از اهمیت بالایی برخوردار است ، زیرا محیط شدیدا قلیایی است PH∼13)) .
مطالعات کمی درمورد پایداری قلیایی پوشش فسفات ، روی فولاد تقویت کننده وجود دارد .
مطالعات نشان میدهد که پایداری پوشش های فسفاته روی به ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی آنها بستگی دارد. بنابراین ، محلول های قلیایی ابتدا پوشش تشکیلی از آمید را حل می کنند . سپس انحلال برای لایه های غنی از آهن و لایه هایی که عمدتا از فسفوفیلیت تشکیل شده اند ، ادامه می یابد.
طبق مطالعه Simescu و Idrissi ، انحلال پوشش فسفاته روی در محیط قلیایی PH∼12.5)) با تشکیل هیدروکسی آپاتیت Ca10(PO4)6(OH)2 همراه است.
تشکیل هیدروکسی آپاتیت حتی در حضور یون های کلرید تهاجمی نیز رخ میدهد (شکل ۱)
این ترکیب شیمیایی محافظت مؤثری در برابر خوردگی تقویت کننده ایجاد می کند و به کاهش تهاجمی کلرید کمک می کند.

Elshami گزارش داد که فولاد فسفاته شده در مقابل محلول های قلیایی حتی در حضور یون های کلرید از فولاد غیر فسفاته مقاوم تر است. آنها این رفتار را به تشکیل یک لایه متراکم و محافظ متشکل از (Ca(Zn(OH)3)2.2H2O) نسبت دادند که باعث غیر فعال شدن فولاد در بتن شد و در نتیجه به کاهش تهاجمی کلرید ها کمک کرد .

تأثیر افزودنی ها(کاتیون ها ، نانوذرات) بر خواص پوشش فسفاته روی

انواع مختلفی از افزودنی ها در حمام فسفاته برای بهبود خواص پوشش فسفات استفاده می شود. مطالعات متعددی اثرات این افزودنی ها را بر عملکرد پوشش های فسفاته روی بررسی کرده اند. برخی از این افزودنی ها ، کاتیون های فلزی مانند Mo2+, Ni2+, Ca2+, Mn2+, Cu2+ و نانوذراتی مانند nano-SiO2 , nano-Tio2 , nano-ZnO32 و nano-Ceo2 هستند.
بهبود عملکرد پوشش نهایی همچنین مشخص شد که آنها تخلخل پوشش تبدیل فسفات را کاهش میدهند.

افزودن نیکل

افزودن یون های Ni2+ به حمام فسفاته منجربه تغییر شکل کریستالی شد . همانطور که در شکل ۲ به وضوح مشاهده میشود ، درحالی که افزودن Ni2+ به طور قابل توجهی کریستال ها را تصفیه می کند . علاوه بر این Ni2+ نقش مهمی در فرآیند هسته زایی ایفا می کند . احتمالا از طریق مکانیسن تبادل یونی پیشنهاد شده توسط Tegehall و Vannerberg .

حضور نیکل در محلول فسفاته مقاومت به خوردگی فولاد را بهبود بخشید . همانطور که در شکل ۳ و جدول ۱ نمایش داده شد. پس از ۸ روز غوطه ور شدن در محلول آهک اشباع حاوی35g.l-1Nacl ، فسفات روی اصلاحی با Ni2+ پوشش PMS چگالی چریان کمتری نسبت به فولاد نرم MS نشان داد. با افزایش پتانسیل حفره داری در حدود ۱۶۰ میلی وات در مقایسه با جریان های خوردگی MS ، حساسیت حفره ای را کاهش داد. یعنی یون های Ni2 پایداری قلیایی لایه های فسفات را افزایش داد . جایگزینی Zn2+ با Ni2+ ، مانند Zn(3-x)Nix(PO4)2.yH2 در مطالعه انجام شد افزودن Ni2+ باعث برخورد Ni2+, PO4-3 و Zn2+ شد.
طبق گفته Kuluinch و Akhta ، Ni2+ دو نقش اساسی در مکانیسم پوشش فسفاته روی دارد.
اول ، سرعت افزایش PH محلول محلی توسط سینتیک آهسته تر و واکنش های مربوط به Ni2+ در مقایسه با Zn2+ محدود میشود ، ه منجربه نازک تر شدن پوشش های فسفاته روی زمانی که Ni2+ در محلول پوشش وجود دارد ، میشود.
دوم ، رسوب بیشتر Ni2+ در مراحل بعدی فرآیند پوشش ، با رسوب فسفات نیکل و تشکیل یک اکسید مقاوم در برابر خوردگی غنی از Ni رخ میدهد. (شکل ۳ و جدول ۱)

افزودن کلسیم

الحاق یون های کلسیم به حمام فسفاته روی باعث کاهش قابل توجه در اندازه دانه ، ساختار فشرده تر و قابلیت پیشگیری بهتر از خوردگی می شود . جریان به مقدار حدود یک پنجم تا یک هشتم در مقایسه با مقدار ثبت شد . این افزودن همچنین استحکام پیوند بین میلگرد و بتن را تا حدود ۷۴ درصد افزایش داد. حمام های فسفات روی اصلاحی توسط یون های کلسیم Ca2+ حاوی کریستال های لوزی شکل شولزیت Zn2Ca(Po4)2.2H2O .
Zeng مشاهده کرد که با افزودن یون های کلسیم به حمام فسفات ، مورفولوژی از ورقه های بستر رودخانه به ساختار گلی تغییر میکند که فشرده تر ، بدون ترک است و خواص ضدخوردگی دارد.

افزودن مس

کاتیون های مس اساسا برای نقش فعال خود در جوانه زنی و رشد کریستال های فسفات استفاده میشوند . مس ساختار کریستالی را تصفیه کرده و به طور قابل توجهی افزایش میدهد . این به اثر Cu-Fe نسبت داده می شود . زوج گالوانیکی در انحلال آهن و تسریع رسوب کریستال نشان داد که افزودن مس به حمام فسفاته منجربه کاهش شدید نرخ خوردگی شد.
Kulinich و Akhtar48 گزارش کردند که افزودن Cu2+ به حمام پوشش فسفاته روی در غلظت های تا 10ppm باعث تغییرات قابل توجهی در مورفولوژی پوشش ، چسبندگی و حفاظت در برابر خوردگی شد.
گاهی اوقات مس به دلایل مرتبط با محیط زیست چایگزین نیکل میشود . اگرچه مس تقریبا سمیت نیکل را دارد ، اما میتوان آن را در غلظت بسیار پایین تری در حمام فسفاتینگ استفاده کرد . بنابراین ، سطح فلزی که بین کریستال ها قرار میگیرد ، در واقع سطحی از مس است تا فلز پایه .
افزودن منگنز : رفتار منگنز Mn2+ تا حدودی در حمام فسفاته مشابه رفتار Ni2+ است. گنجاندن Mn2+ در حمام فسفات منجربه ساختار منطم تر و بهبود خواص مقاومت در برابر خوردگی شد . به گفته Su و Lin ، نقش اصلی Mn2+ در محلول تصفیه فسفات افزایش برخورد Mn2+ ، Po43- و Zn2+ در محلول و تسریع تشکیل Mn2Zn(po4)2.4H2 نیز مشاهده شد .
این تشکیلات با این حال ، برخلاف نتایج مربوط به اثر پالایش دانه همراه با افزودن Mn2+ ، مورفولوژی صفحه مانندی را روی نمونه تیمار با پوشش فسفات حاوی Mn2+ مشاهده کرد ، (شکل ۴) . این مورفولوژی صفحه مانند کریستال های فسفات باعث پوشش سطحی بالاتر از کریستال فسفات مانند سوزنی میشود. آنها نشان دادند که افزودن Mn2+ به محلول فسفات باعث افزایش اندازه کریستال فسفات میشود.

رقابت بین یون های Mn2+ و +Zn2 برای تشکیل کمپلکس های فسفات ، باعث کاهش تعداد کریستال های فسفاته روی شد. در نتیجه ، اندازه کریستال در حضورMn2+ بیشتر از اندازه تشکیل شده در غیاب ماده افزودنی شد . علاوه بر این افزودن Mn2+ تخلخل پوشش فسفات را کاهش داد و پوشش سطح را بهبود بخشید . که منجربه افزایش مقاومت در برابر خوردگی شد .

افزودن مولبیدن

مولبیدن را میتوان یکی از ترکیبات امیدوارکننده ای در نطر گرفت که در حمام فسفات گنجانده میشود . Lin گزارش داد که افزودن Mo2+منجربه قابلیت مهار خوردگی قابل توجهی میشود، تقریبا نزدیک به پوشش های تبدیلی کرومات . آنها این افزایش مقاومت در برابر خوردگی را به مورفولوژی اصلاحی پوشش از ساختار سوزنی تا ساختار پولکی شکل ظریف و افزایش فشردگی پوشش ، جرم پوشش نسبت دادند. (شکل۴)
افزودن نانوسیلیس : Sheng اخیرا نانوذرات SiO2 را در حمام فسفاته به عنوان یک شتاب دهنده جدید معرفی کرده است . آنها نشان دادند که با افزودن این نانو ذرات ، ساختار کریستالی پوشش تبدیل فسفات تصفیه شد و وزن پوشش افزایش یافت و در نتیجه قابلیت جلوگیری از خوردگی بسیار بهتری داشت . علاوه بر این ، حضور نانوذرات SiO2 بر جهت گیری ترچیحی کریستال های فسفات و مورفولوژی پوشش تأثیر گذاشت.
افزودن نانوسیلیس همچنین حدود ۱۱ درصد افزایش در استحکام پیوند بین بتن و آرماتور را تضمین کرد. علاوه بر ابن فولاد روکش دار با فسفات روی اصلاحی با نانو سیلیس کمترین جریان خوردگی را در مقایسه با نانو نشان داد.
پوشش های بدون سیلیس طبق گفته Manna ، را میتوان با وجود ترکیب فسفاته روی بیشتر در این پوشش فسفات توضیح داد . زیرا ترکیبات فسفات حاوی روی نسبت به محلول کلرید تهاجمی ، واکنش کمتری دارند و عایق بهتری هستند.
سرعت انحلال آهن از سطح فولاد برای محلول فسفات حاوی نانو سیلیس کندتر است .
در نهایت قابل ذکر است که در صنایع خودروسازی ، فرآیند پوشش تبدیل فسفات معمولا در حمام تریکاسیون انجام میشود که عمدتا از +Zn2 تشکیل می شود.
طبق شکل ۵ این حمام فسفاته روی سه کاتیونی منجربه پالایش قابل توجهی از کریستال ها شد.

تشکیل لجن

یون های Fe3+ محلول از واکنش ترشی به صورت فسفاته آهن مانند واکنش زیر رسوب می کند:
Fe3+ + H2PO4- → FePO4 (sludge) + 2H+
لجن تولیدی در فرآیند معمولا از محلول با استفاده از نوعی رسانه فیلتر یا تجهیزات فیلتر میشود. (شکل ۵ )
لجن فسفات یک محصول جانبی است که میتواند برای تولید سرامیک مناسب باشد . با این حال به دلیل کمبود آلومینا و سیلیس ، باید با آلومینوسیلیکات هایی مانند خاک رس غنی شود.
Tenorio و Caponero استفاده از این لجن را در کلینکر سیمان پیشنهاد کردند. نتایج آنها هیچ آسیبی به فرآیند کلینکریزاسیون با افزودن لجن ۷۰ درصد نشان نداد. علاوه بر این طبق گفته Ucaroglu و Talinli لجن پوشش فسفات پس از عملیات انجماد \تثبیت میتواند در ماتریس سیمان پرتلند استفاده شود .
Baldy همچنین امکان بازاریابی این لجن را به محول پر کردن مجدد فسفاته روی و سایر محصولات مفید، مورد مطالعه قرار داد.

جمع بندی

این مقاله تلاشی برای بررسی مختصر اثرات برخی افزودنی ها مانند یون های فلز قلیایی و نانوذرات Sio2 بر ویژگی های پوشش روی است .
افزودن ترکیبات خاصی مانند یون های فلزقلیایی یا نانوذرات به حمام فسفاته روی منجربه بهبود علملکرد پوشش روی از نظر مقاومت در برابر خوردگی تقویت کننده و استحکام پیوند بین بتن و فولاد شد.
مطالعات بیشتر درباره پایداری شیمیایی پوشش های فسفاته روی اصلاحی روی تقویت کننده بسیار توصیه میشود. آزمایش های طولانی مدت زمانی که این پوشش ها در معرض یون های کلرید قرار میگیرند نیز توصیه میشود.

همچنین شما عزیزان می توانید جهت مطالعه مقاله های مرتبط در خصوص تاثیر پوشش های فسفاته بر روی فولاد  از لینک مشخص شده اقدام کنید و یا با مراجعه به بخش مقالات اطلاعات مورد نظر را بدست بیاورید.

شرکت کیمیاگران مبین ری در تولید چربیگیر وپودر های پوششی خود نیازهای مشتریان را مد نظر قرار میدهد. شما میتوانید فسفاته روی ، فسفاته آهن و چربیگیرهای کیمیاگران مبین ری را در صفحه محصولات سایت مشاهده بفرمایید